Свойства звука

С точки зрения физики звук - это волна, возникающая в воздушной среде в результате колебаний. Физические параметры звука: период колебаний, длина звуковой волны, амплитуда и частота колебаний.

По характеру колебательных движений звуки можно разделить на чистые тоны, сложные тоны и шумы. В природе мы практически не встречаемся с чистыми тонами, они подобны дистиллированной воде лабораторий, нас же окружает вода ручейков, речек, озер, прудов. Чистые тоны можно воспроизвести только с помощью камертона, или электроакустическим методом. Окружающие нас звуки – сложные. Помимо основного тона, имеется масса добавочных тонов, или обертонов. Звуки, состоящие из смеси тонов самых разных частот, в которых невозможно выделить основной тон, называются шумами.

Мы живем в мире шумов, шумы и шорохи доминируют в окружающем нас звуковом фоне. В лесу это – шелест листьев, в поле – шум ветра, на берегу моря – плеск волн. В природе абсолютной тишины не бывает. Тем более не бывает тишины в городе, здесь мы можем говорить только о большем или меньшем уровне шума. Поэтому известный исследователь свойств звука Лангенбек писал: «Человек с детства должен тренироваться, чтобы слышать определенные звуки, несмотря на шум».

Распространению звуковой волны мешают препятствия, встречающиеся на ее пути. Способность звуковой волны огибать препятствия называется дифракцией. Низкие звуки обладают лучшей дифракцией, чем высокие. Этим, например, объясняется тот факт, что когда группа поющих людей сворачивает за угол, то сначала перестают быть слышны высокие голоса, а затем уже низкие.

Волна может отражаться от большой поверхности, оказавшейся на ее пути. При этом возникает явление, называемое эхом. Каждый из нас встречался с ним в лесу, в горах, где отражающими поверхностями являются деревья, скалы.

Эхо может наблюдаться и в закрытых помещениях, где звук будет отражаться от стен, потолка, мебели. Такое многократное отражение звука в закрытых помещениях от различных предметов носит название реверберации. Реверберация может быть сильной, и тогда мы говорим о «гулкости» помещения. Зодчие Древней Руси, хотя и не знали законов современной физики, строили храмы, уникальные по своим акустическим свойствам. Например, в Георгиевском соборе Юрьева монастыря под Новгородом, построенном еще в XII веке, можно слышать слова, произнесенные даже шепотом в любом из углов собора. Во многих старинных соборах (Знаменский собор в Новгороде, Софийский в Полоцке, Домский в Риге) открыты концертные залы с великолепными акустическими свойствами.

Некоторые тайны древних зодчих удается раскрыть. Когда будете в старых церквах Киева, Владимира, Пскова, обратите внимание на круглые отверстия, расположенные по основанию купола. Это голосники – горлышки глиняных горшков, вделанных мастерами в толщу каменного купола при строительстве. Они значительно усиливают эффект реверберации. Для этой цели создаются специальные формы помещений с «направленным звуком» – концертные залы, эстрадные «раковины». Типичный пример такого сооружения – знаменитая эстрада Певческого поля в Таллинне, вмещающая одновременно несколько тысяч певцов.

Реверберацию можно ослабить путем изоляции отражающих поверхностей пористыми или губчатыми материалами, занавесями, коврами.

Электронная реверберация, наряду с другими эффектами, широко применяется для обработки звука при воспроизведении и записи музыки и вокала.
Объективные физические признаки звука, воздействуя на слуховые органы человека, вызывают в нем появление субъективных физиологических ощущений: высоты, громкости и тембра звука.

Оценка высоты звука производится в герцах (Гц) по имени немецкого физика Генриха Герца. Эта величина означает число колебаний в 1 секунду.

Диапазон воспринимаемых человеческим ухом частот находится в пределах от 15...16 до 20 000...22 000 герц. Звуки с частотой выше 20 000...22 000 герц относят к ультразвукам, ниже 15…16 - к инфразвукам. Воздействие этих частот на слуховые органы человека не воспринимается как звуковое ощущение, хотя и не остается для него бесследным.

Различные части диапазона воспринимаются ухом неравномерно. Лучше всего слышны тоны средних частот и особенно в зоне 800...2000 герц, хуже – крайние части диапазона: ниже 50 и выше 10 000 герц.

Собственно частота колебаний барабанной перепонки равна приблизительно 1000 герц. Эту частоту с полным основанием можно назвать «собственным тоном» барабанной перепонки, при воздействии звуковых колебаний этой частоты отмечается наилучший ее резонанс. В большинстве окружающих человека «приятных» звуков – шум леса, дождя, моря и т.д. – определяющей является частота в 1000 Гц.

С древности известно о целебных свойствах звуков. До наших дней дошли монотонные, тихие напевы колыбельных песен, которыми матери убаюкивали своих детей. Археологические раскопки сообщили нам о существовании в древности многочисленных лечебниц для нервных больных, в которых единственным методом лечения была постоянно журчащая вода протекающих ручейков.

В средние века высоту звука обозначали не частотной характеристикой, а октавой. Понятие «октава» существует столько же, сколько существует музыкальная грамота. Октава, как известно, состоит из 7 нот: до, ре, ми, фа, соль, ля, си. Самый низкий звук нашего диапазона, равный 16 герцам, представляет собой «до» субконтроктавы, самый высокий – «ре-ми» седьмой октавы. Диапазон нашего слуха охватывает около 16 октав. Частотный интервал октавы, соответствует увеличению частоты звуковых колебаний ровно в два раза. (Так до – 131 герц, до1 - 262, до2 - 524, до3 - 1048).

Основными частотами, при помощи которых люди общаются друг с другом, используя речь, являются 500...4000 герц. Частотный спектр «голосов» многих представителей животного мира располагается в диапазоне слуха человека. Так, например, слоны «разговаривают» в зоне 95...380 герц, земноводные – 1000... 3000, цикады – 3000...8000, жуки – 5000...8000, саранча – 3000...15 000 герц.

Еще одна характеристика звука – сила звука. Она измеряется в единицах, получивших название белл – в честь Александра Грехема Белла, изобретателя телефона. Однако на практике оказалось более удобным использовать десятые доли бела, то есть децибелы. Введение такой единицы при акустических измерениях дало возможность выразить интенсивность всех звуков области слухового восприятия в относительных единицах от 0 до 140 децибел. Для сравнения мы приведем цифры, где показаны уровни интенсивности звуковой активности, выраженные в децибелах:

Шепот, шелест листьев	20...30
Тихая речь. Шум улицы ночью	30...40
Разговорная речь. Обычное учреждение	40...60
Громкая речь. Кашель. Шум улицы днем	60...70
Оркестр. Шум автомобиля	70...80
Крик. Шум поезда, мотоцикла	80...90
Водопад Ниагара. Шумный фабричный цех	90...100
Шум авиационного мотора. Орудийный выстрел	100...120
Шум реактивного двигателя	120...140

Максимальным порогом силы звука для человека является интенсивность 120...130 децибел, звук такой силы вызывает боль в ушах.

Наивысшая сила человеческого голоса - 125 децибел. Такую силу голоса продемонстрировала на соревнованиях 14-летняя шотландская школьница, перекричав взлетающий самолет «Боинг». Это - один из мировых рекордов из знаменитой «Книги рекордов Гиннесса».

Звук голоса человека представляет собой одну из форм энергии. Энергия эта, порождаемая голосовым аппаратом певца, заставляет периодически колебаться молекулы воздуха с определенной частотой и силой: чем чаще колеблются молекулы - тем звук выше, а чем амплитуда их колебаний больше - тем звук сильнее. Звуковые колебания в воздухе распространяются со скоростью 340 м в секунду.

Звук - это энергия. За 1 секунду звук может совершить большую или меньшую работу. Поэтому звук или источник этого звука могут характеризоваться большей или меньшей мощностью, измеряемой в ваттах. Мощность обычного разговорного голоса около 10 мквт. При усилении голоса мощность звука возрастает до сотен мквт, а у певцов доходит даже до сотен тысяч мквт.

Однако "Сила звука" и "громкость" - понятия совершенно разные. Сила звука - это объективная величина, характеризующая реальную энергию звука, в то время как громкость - отражение в нашем сознании этой реальной силы звука, т.е. понятие субъективное.

Дата добавления: 2015-07-19