Чем больше амплитуда тем
Перейти к содержимому

Чем больше амплитуда тем

  • автор:

У вас большие запросы!

Точнее, от вашего браузера их поступает слишком много, и сервер VK забил тревогу.

Эта страница была загружена по HTTP, вместо безопасного HTTPS, а значит телепортации обратно не будет.
Обратитесь в поддержку сервиса.

Вы отключили сохранение Cookies, а они нужны, чтобы решить проблему.

Почему-то страница не получила всех данных, а без них она не работает.
Обратитесь в поддержку сервиса.

Вы вернётесь на предыдущую страницу через 5 секунд.
Вернуться назад

Звук и колебания

Если какой-нибудь предмет, например, гитарная струна или мембрана громкоговорителя, начинает быстро колебаться, то возникает звук, который передается нашему уху.

Звуковые колебания можно и увидеть: если положить рисовое зерно на мембрану, то оно будет подпрыгивать до тех пор, пока громкоговоритель не будет выключен.
Колебание струн создает звук
Доказательство существования звуковых волн

Колебания

Колебания можно наглядно рассмотреть с помощью маятника: в состоянии равновесия маятник находится в строго вертикальном положении.

Амплитуда маятника

Если маятник отвести в сторону и отпустить, то он начнет равномерно колебаться. При этом он проходит путь от точки максимального отклонения через точку, в которой он пребывал в состоянии равновесия, до другой точки отклонения и назад. Расстояние от точки состояния равновесия до точки крайнего отклонения является максимальным отклонением маятника и называется амплитудой.

Колебание — это движение от точки отклонения 1 через точку состояния равновесия до точки отклонения 2 и обратно до точки 1. Время, затраченное на одно колебание, называется периодом колебания T. Но чаще говорят не о каком-то одном конкретном колебании, а о множестве колебаний. Количество колебаний за одну секунду называется частотой колебаний υ.

Период колебаний

Подвесим емкость с небольшим отверстием, наполненную краской. Положим под нее лист бумаги и начнем раскачивать маятник. Пока он будет колебаться, мы будем равномерно вытаскивать лист бумаги. След оставленный на нем отображает «почерк» колебаний, так называемую синусоиду.

Затухающие колебания

Любое тело, которое мы приведем в движение, очень скоро прекратит колебаться естественным образом: сила трения и сопротивление воздуха позаботятся о том, чтобы амплитуда колебаний становилась все меньше и меньше, пока они окончательно не прекратятся. Такие колебания называют затухающими. Чем больше затухание, тем быстрее уменьшается амплитуда.

Способ создания незатухающих колебаний

Если мы хотим вызвать незатухающие колебания с постоянной амплитудой, то необходимо регулярно сообщать дополнительную энергию, чтобы компенсировать трение и сопротивление воздуха. В напольных часах это происходит за счет прикрепленного груза, который постепенно опускается и, таким образом, маятник продолжает колебаться.

Громкость

Зависимость силы звука от амплитуды

Если коснуться струны гитары, то мы услышим звук. Если дернуть струну сильнее, то струна начнет колебаться с большей амплитудой, при этом звук будет громче. Если коснуться струны легко, то и звук будет тихий. Струна колеблется в этом случае с маленькой амплитудой. Это доказывает, что сила звука зависит от амплитуды.

Громкость звука

Громкость звука измеряется в децибелах (дБ). Чувствительность человеческого уха обозначается A. Если мы услышим два одинаковых по громкости звука от различных источников, то создастся впечатление, что общая громкость увеличилась всего примерно на 3 дБ. Нормальная человеческая речь имеет громкость примерно 20 дБ. Звуки от 100 дБ уже невыносимо громкие, а звуки от 120 дБ могут губительно отразиться на нашем слухе.

Высота звука

Высота звука не зависит от силы, с которой мы дергаем струну, а зависит от длины, толщины и натянутости струны: короткая и толстая струна дает такой же звук, как тонкая и длинная. Высокий звук имеет большую частоту колебаний, т.е. за одну секунду происходит больше колебаний, чем при извлечении низкого звука. Это значит, что частота колебаний определяет высоту тона.

Частота и период колебаний тесно связаны. Единица частоты колебаний названа в честь немецкого физика Генриха Герца — 1 герц (1 Гц). Камертон имеет частоту звучания 440 Гц. Все инструменты симфонического оркестра настраиваются по этому тону.

Зависимость высоты звука от частоты колебаний

Если один звук обладает частотой, ровно в два раза превышающей частоту другого звука, значит, первый звук находится ровно на октаву выше.

Резонанс

Любое тело колеблется

Любое свободно колеблющееся тело обладает собственной, для него характерной частотой.

Резонанс

Если телу, обладающему собственной частотой, сообщить дополнительные колебания с такой же частотой и направленностью, то это вызовет резонанс — резкое увеличение амплитуды колебаний тела, которая может привести к так называемой резонансной катастрофе. Например, мост при небольшой нагрузке может разрушиться, если по нему пройдет группа марширующих людей, и частоты колебаний моста и людей совпадут.

Громкость и высота звука. Эхо

Слуховые ощущения, которые у нас вызывают различные звуки, во многом зависят от амплитуды звуковой волны и ее частоты. Амплитуда и частота являются физическими характеристиками звуковой волны. Этим физическим характеристикам соответствуют определенные физиологические характеристики, связанные с нашим восприятием звука. Такими физиологическими характеристиками являются громкость и высота звука.

Громкость звука определяется его амплитудой: чем больше амплитуда колебаний в звуковой волне, тем громче звук. Так, когда колебания звучащего камертона затухают, вместе с амплитудой уменьшается и громкость звука. И наоборот, ударив по камертону сильнее и тем самым увеличив амплитуду его колебаний, мы вызовем и более громкий звук.

Громкость звука зависит также от того, насколько чувствительно наше ухо к данному звуку. Наибольшей чувствительностью человеческое ухо обладает к звуковым волнам с частотой 1—5 кГц.

Измеряя энергию, переносимую звуковой волной за 1 с через поверхность площадью 1 м 2 , мы найдем величину, называемую интенсивностью звука. Оказалось, что интенсивность самых громких звуков (при которых возникает ощущение боли) превышает интенсивность самых слабых звуков, доступных восприятию человека, в 10 триллионов раз! В этом смысле человеческое ухо оказывается намного более совершенным устройством, чем любой из обычных измерительных приборов. Ни одним из них столь широкий диапазон значений измерить невозможно (у приборов он редко превосходит 100).

Единицу громкости называют соном (от латинского «сонус» — звук). Громкостью в 1 сон обладает приглушенный разговор. Тиканье часов характеризуется громкостью около 0,1 сон, обычный разговор — 2 сон, стук пишущей машинки — 4 сон, громкий уличный шум — 8 сон. В кузнечном цехе громкость достигает 64 сон, а на расстоянии 4 м от работающего двигателя реактивного самолета — 256 сон. Звуки еще большей громкости начинают вызывать болевые ощущения.

Мегафон и фонограф

Громкость человеческого голоса можно увеличить с помощью мегафона. Он представляет собой конический рупор, приставляемый ко рту говорящего человека (рис. 54). Усиление звука при этом происходит благодаря концентрации излучаемой звуковой энергии в направлении оси рупора. Еще большего увеличения громкости можно достичь при помощи электрического мегафона, рупор которого соединен с микрофоном и специальным транзисторным усилителем.

Рупор можно применять и для усиления принимаемого звука. Для этого его следует приставить к уху. В старые времена (когда еще не было специальных слуховых аппаратов) этим часто пользовались плохо слышащие люди.

Рупоры использовались и в первых аппаратах, предназначенных для записи и воспроизведения звука. Механическая запись звука была изобретена в 1877 г. Т Эдисоном (США). Сконструированный им аппарат назывался фонографом. Один из своих фонографов (рис. 55) он прислал Л. Н. Толстому.

Основными частями фонографа являются валик 1, покрытый оловянной фольгой, и мембрана 2, соединенная с иглой из сапфира. Звуковая волна, действуя через рупор на мембрану, заставляла иглу колебаться и то сильнее, то слабее вдавливаться в фольгу. При вращении ручки валик (ось которого имела резьбу) не только вращался, но и перемещался в горизонтальном направлении. На фольге при этом возникала винтовая канавка переменной глубины. Чтобы услышать записанный звук, иглу устанавливали в начало канавки и валик вращали еще раз.

Впоследствии вращающийся валик в фонографе был заменен плоской круглой пластиной и борозду на ней стали наносить в виде сворачивающейся спирали. Так появились граммофонные пластинки.

Помимо громкости, звук характеризуется высотой. Высота звука определяется его частотой: чем больше частота колебаний в звуковой волне, тем выше звук. Колебаниям небольшой частоты соответствуют низкие звуки, колебаниям большой частоты — высокие звуки.

Так, например, шмель машет в полете своими крылышками с меньшей частотой, чем комар: у шмеля она составляет 220 взмахов в секунду, а у комара — 500—600. Поэтому полет шмеля сопровождается низким звуком (жужжанием), а полет комара — высоким (писком).

Звуковую волну определенной частоты иначе называют музыкальным тоном. Поэтому о высоте звука часто говорят как о высоте тона.

Основной тон с «примесью» нескольких колебаний других частот образует музыкальный звук. Например, звуки скрипки и пианино могут включать в себя до 15—20 различных колебаний. От состава каждого сложного звука зависит его тембр.

Частота свободных колебаний струны зависит от ее размеров и натяжения. Поэтому, натягивая струны гитары с помощью колышков и прижимая их к грифу гитары в разных местах, мы изменим их собственную частоту, а следовательно, и высоту издаваемых ими звуков.

В таблице 5 приведены частоты колебаний в звуках различных музыкальных инструментов.

Диапазоны частот, соответствующие голосам певцов и певиц, можно найти в таблице 6.
Частоты колебаний музыкальных инструментовЧастоты мужски и женских голосов

При обычной речи в мужском голосе встречаются колебания с частотой от 100 до 7000 Гц, а в женском — от 200 до 9000 Гц. Наиболее высокочастотные колебания входят в состав звука согласной «с».

Характер восприятия звука во многом зависит от планировки помещения, в котором слушается речь или музыка. Объясняется это тем, что в закрытых помещениях слушатель воспринимает, кроме прямого звука, еще и слитный ряд быстро следующих друг за другом его повторений, вызванных многократными отражениями звука от находящихся в помещении предметов, стен, потолка и пола.

Увеличение длительности звука, вызванное его отражениями от различных препятствий, называется реверберацией. Реверберация велика в пустых помещениях, где она приводит к гулкости. И наоборот, помещения с мягкой обивкой стен, драпировками, шторами, мягкой мебелью, коврами, а также наполненные людьми хорошо поглощают звук, и потому реверберация в них незначительна.

Отражением звука объясняется и эхо. Эхо — это звуковые волны, отраженные от какого-либо препятствия (зданий, холмов, леса и т. п.) и возвратившиеся к своему источнику. Если до нас доходят звуковые волны, последовательно отразившиеся от нескольких препятствий и разделенные интервалом времени t > 50 — 60 мс, то возникает многократное эхо. Некоторые из таких эхо приобрели всемирную известность. Так, например, скалы, раскинутые в форме круга возле Адерсбаха в Чехии, в определенном месте троекратно повторяют 7 слогов, а в замке Вудсток в Англии эхо отчетливо повторяет 17 слогов!

Название «эхо» связано с именем горной нимфы Эхо, которая, согласно древнегреческой мифологии, была безответно влюблена в Нарцисса. От тоски по возлюбленному Эхо высохла и окаменела, так что от нее остался лишь голос, способный повторять окончания произнесенных в ее присутствии слов.

1. Чем определяется громкость звука? 2. Как называется единица громкости? 3. Почему после удара молоточком по камертону его звук постепенно становится все тише и тише? 4. Чем определяется высота звука? 5. Из чего «состоит» музыкальный звук? 6. Что такое эхо? 7. Расскажите о принципе действия фонографа Эдисона.

Звук | Конспект

Cart ocenka

Человеческое ухо способно воспринимать колебания с частотой от 16 до 20 000 Гц.

Ниже 16 – инфразвук, больше 20 000 – ультразвук.

Громкость звука зависит от амплитуды колебаний источника звука: чем больше амплитуда, тем громче звук.

Нужно учитывать, что при одинаковых амплитудах громче мы воспринимаем тот звук, частота колебаний которого лежит в диапазоне от 1000 до 5000 Гц.

Громкость звука также зависит от его длительности и индивидуальных особенностей слушателя.

Измеряется громкость звука

Высота звука определяется частотой его основного тона. А тембр звука (бас, тенор, сопрано) определяется совокупностью его обертонов.

Звуковые волны могут распространяться в любой упругой среде (твёрдой, жидкой или газообразной).

Скорость звука в воздухе является самой минимальной по сравнению с другими средами и составляет приблизительно 340 м/с.

\(V_ \approx\) 1275 м/с

\(V_ \approx\) 5000 м/с

Эхо образуется в результате отражения звука от какой-либо преграды.

Чтобы эхо было услышано человеческим ухом, промежуток времени между двумя звуками (от источника и отражённый) должен составлять не менее 0,06 с.

При решении задач важно учитывать, что звук эха проходит двойное расстояние от источника до преграды.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *