Звук и его свойства

Звук – это физическое объективное явление. Его источником бывает любое упругое тело, способное производить механические колебания. В результате образовываются звуковые волны, что по воздуху достигают человеческого уха. Оно воспринимает волны и преобразовывает их в нервные импульсы, которые передаются в головной мозг и обрабатываются его полушариями. В результате человек осознает конкретный звук.

Существует три категории звуков:

1. Музыкальные – обладают определенной высотой, громкостью, тембром и другими характеристиками; считаются самыми организованными, отличаются богатством динамических и тембровых свойств.
2. Шумовые – звуки, у которых высота неопределенная. К таким относится морской шум, свист ветра, скрип, щелчки и многие другие.
3. Звуки без фокусированной высоты.

Для создания композиций используются только музыкальные звуки, изредка – шумовые.

Звуковые волны

Это разрежение и сгущение звука в упругой, или звукопроводящей, среде. Когда произошло механическое колебание тела, волна расходится по звукопроводящей среде: воздуху, воде, газу, различным жидкостям. Распространение происходит с различной скоростью, которая зависит от конкретной среды и ее упругости. В воздухе этот показатель звуковой волны составляет 330-340 м/сек, в воде – 1450 м/сек.

Звуковая волна невидима, но слышима человеком, поскольку воздействует на его барабанные перепонки. Для ее распространения необходима среда. Учеными доказано: в вакууме, то есть пространстве без воздуха, звуковая волна может образовываться, но не распространяться.

Приемники звука

Так называются устройства, воспринимающие звуковую энергию, измеряющие характеристики звуковой волны (давление, интенсивность, скорость и т. д.) и преобразующие ее в другую энергию. Для приема звука в различной среде применяются:

• микрофоны – для воздушного пространства;
• геофоны – для восприятия звуков земной коры;
• гидрофоны – чтобы принимать звук в воде.

Существуют природные приемники звука – слуховые аппараты людей и животных – и технические. Когда произошло колебание упругого тела, возникшие вследствие этого волны спустя некоторое время достигают органов слуха. Барабанная перепонка колеблется с частотой, которая соответствует таковой у источника звука. Эти дрожания передаются на слуховой нерв, и он подает импульсы головному мозгу для последующей обработки. Так у человека и животного появляются определенные звуковые ощущения.

Технические приемники звука преображают акустический сигнал в электрический. Благодаря этому звук передается на различное расстояние, его можно записывать, усиливать, анализировать и т. д.

Свойства и характеристики звука

Высота

Это характеристика звука, зависящая от частоты, с которой колеблется физическое тело. Единица ее измерения – герц (Гц): число периодических звуковых колебаний за 1 сек. В зависимости от частоты колебаний выделяют звуки:

• низкочастотные – с малым числом колебаний (не выше 300 Гц);
• среднечастотные – звуки, колеблющиеся с частотой 300-3 000 Гц;
• высокочастотные – с числом колебаний, превышающим 3 000 Гц.

Длительность

Для определения этой характеристики звука необходимо измерить продолжительность колебаний тела, которое издает звук. Музыкальный звук длится от 0,015-0,02 с. до нескольких минут. Самый длинный звук издает органная педаль.

Громкость

По-другому эту характеристику называют силой звука, которая определяется амплитудой колебаний: чем она больше, тем звук получается громче и наоборот. Громкость измеряется в децибелах (дБ). В музыкальной теории для обозначения силы звука, с которой необходимо воспроизводить композицию, используется градация:

• forte;
• piano;
• mezzo forte;
• mezzo piano;
• fortissimo;
• pianissimo;
• forte-fortissimo;
• piano-pianissimo и т. д.

С громкостью звука в музыкальной практике тесно связана другая характеристика – динамика. Благодаря динамическим оттенкам можно придать композиции определенную форму.

Они достигаются мастерством исполнителя, акустическими свойствами помещения и музыкальных инструментов.

Другие характеристики

Амплитуда

Это характеристика, влияющая на громкость звука. Амплитуда – это половина разницы между максимальным и минимальным значением плотности.

Спектральный состав

Спектр – это распределение звуковой волны по частотам на гармонические колебания. Человеческое ухо воспринимает звук в зависимости от частот, которые составляют звуковую волну. Они определяют высоту тона: большие частоты дают высокие тона и наоборот. Музыкальный звук имеет несколько тонов:

1. Основной – тон, который соответствует минимальной частоте из общего частотного набора для конкретного звука.
2. Обертон – тон, соответствующий всем остальным частотам. Есть гармонические обертоны с частотами, кратными частоте основного тона.

Музыкальные звуки, у которых один основной тон, различаются благодаря тембру. Он определяется амплитудами и частотами обертонов, а также нарастанием амплитуды в начале и конце звучания.

Интенсивность

Так называют энергию, которая переносится звуковой волной за промежуток времени через какую-либо поверхность. От интенсивности напрямую зависит другая характеристика – громкость. Ее определяет амплитуда колебания в звуковой волне. Относительно восприятия человеческими органами слуха выделяют порог слышимости – минимальную интенсивность, доступную для восприятия человеком. Предел, за которым ухо не может воспринимать интенсивность звуковой волны без болевых ощущений, называется порогом болевого ощущения.

Также он зависит от звуковой частоты.

Тембр

Иначе его называют окраской звука. На тембр влияют несколько факторов: устройство источника звука, материал, размер и форма. Тембр меняется благодаря различным музыкальным эффектам. В музыкальной практике это свойство влияет на выразительность произведения. Тембр придает мелодии характерного звучания.

О неслышимых звуках

Относительно восприятия человеческим ухом выделяют ультразвуки (с частотой выше 20 000 Гц) и инфразвуки (ниже 16 кГц). Они называются неслышимыми, поскольку органы слуха людей их не воспринимают. Ультразвуки и инфразвуки слышны некоторым животным; их записывают приборы.

Особенность инфразвуковой волны – возможность проходить сквозь различную среду, поскольку атмосфера, вода или земная кора плохо ее поглощают. Поэтому она распространяется на большие расстояния. Источниками волны в природе бывают землетрясения, сильные ветры, извержения вулканов. Благодаря специальным приборам, улавливающим такие волны, можно предугадать появление цунами, определить эпицентр землетрясения. Есть также техногенные источники инфразвука: турбины, двигатели, подземные и наземные взрывы, оружейные выстрелы.

У ультразвуковых волн есть уникальное свойство: они образовывают направленные пучки подобно свету. Их хорошо проводят жидкости и твердые тела, плохо – газы. Чем выше у ультразвука частота, с тем большей интенсивностью он распространяется. В природе он появляется при громовых раскатах, в шуме водопада, дождя, ветра.

Некоторые животные самостоятельно воспроизводят его – летучие мыши, киты, дельфины и грызуны.

Звуки в жизни человека

Человеческое ухо весьма чувствительно благодаря эластичности барабанной перепонки. Пик слухового восприятия людей приходится на молодые годы, когда эта характеристика слухового органа еще не утрачена и человек слышит звуки частотой 20кГц. В старшем возрасте люди независимо от пола хуже воспринимают звуковые волны: они слышат только частоту не больше 12-14 кГц.

Интересные факты

1. Если верхний порог воспринимаемых ухом человека частот равен 20 000 Гц, то нижний составляет 16 Гц. Инфразвуки, у которых частота менее 16 Гц, а также ультразвуки (выше 20 000 Гц) человеческие органы слуха не воспринимают.
2. ВОЗ установила, что человек может безопасно слушать любой звук с громкостью не выше 85 дБ на протяжении 8 часов.
3. Для восприятия звука человеческим ухом необходимо, чтобы он продолжался не меньше 0,015 сек.
4. Ультразвук невозможно услышать, зато можно ощутить. Если опустить руку в жидкость, проводящую ультразвук, то возникнет резкая боль. Кроме этого, ультразвук способен разрушать металл, очищать воздух, разрушать живые клетки.

Вместо вывода

Звук – это основа любого музыкального произведения. Свойства звука, его характеристики дают возможность создавать различные композиции. В зависимости от высоты, длительности, громкости, амплитуды или тембра существуют различные звуки. Для создания произведений используются преимущественно музыкальные звуки, у которых определена высота.