3. Звуковые явления:
1)Акустический резонанс – усиление звука при совпадении собственной частоты
колебаний со звуковой частотой.
Примеры резонаторов:
Дека музыкального инструмента;
Ротовая полость;
Резонаторный мешок лягушек;
Трубы органа и т.д.
2) Эхолокация – определение расстояния до предмета, основанное на отражении
звуковой волны, с помощью ультразвука.
Применение: определение глубины моря;
однаружение дефектов в металлических изделиях;
однаружение дефектов в живых организмах (УЗИ).
Применение ультразвука:
1) бурение,
2) очистка от ржавчины,
3) дробление и измельчение материала,
4) при стирки белья и т.д.
Преимущества:
1) распространяется на значительные расстояния в твердых телах и жидкостях;
2) переносит значительно большую энергию, чем звуковая волна.
3) Эхо – отражение звуковых волн.
4. Физические характеристики звука:
Объективные:
1) Звуковое давление – давление, оказываемое звуковой волной на стоящее перед ней препятствие.
2) Спектр звука – разложение сложной звуковой волны на составляющие ее частоты.
Диапазон звуковых колебаний, соответствующий изменению частоты колебаний в два раза, называется октавой.
Голос скрипки, например, перекрывает приблизительно три с половиной октавы (196–2340 Гц), а звуки пианино – семь с лишним октав (27,5–4186 Гц).
Когда говорят о частоте звука, издаваемого струнами любого струнного музыкального инструмента, то имеется в виду частота f1 основного тона. Но в колебаниях струн могут присутствовать и гармоники, частоты fn которых удовлетворяют соотношению:
fn = nf1, (n = 1, 2, 3...). |
Поэтому звучащая струна может излучать целый спектр волн с кратными частотами. Амплитуды An этих волн зависят от способа возбуждения струны (смычок, молоточек); они определяют музыкальную окраску звука или тембр.
Любое колеблющееся тело издает не один звук, его сопровождают звуки других частот – выше основного – обертоны.
Обертоны придают звуку свой тембр: если звук сопровождается близкими по высоте
обертонами, то звук мягкий (бархатный);
если обертоны значительно выше основного
тона, то звук неприятный («металл в голосе»).
Аналогично обстоит дело с духовыми музыкальными инструментами. Трубы духовых инструментов являются акустическими резонаторами. При определенных условиях в воздухе внутри труб возникают стоячие звуковые волны. На рис. показаны несколько типов стоячих волн (мод) в органной трубе, закрытой с одного конца и открытой с другого. Звуки, издаваемые трубами духовых инструментов, состоят из целого спектра волн с кратными частотами. Этим ценятся скрипки Гварнери и Страдивари: образующиеся в них стоячие волны создают неповторимый тембр.
Стоячие волны в органной трубе, закрытой с одного конца и открытой с другого.
Стрелками показаны направления
движения частиц воздуха в течение одного полупериода колебаний.
3) Биения - явление, возникающее при наложении двух гармонических звуковых
волн с близкими, но все же несколько отличающимися частотами.
Оно возникает, например, при одновременном звучании двух камертонов или двух гитарных струн, настроенных на почти одинаковые частоты. Биения воспринимаются ухом как гармонический тон, громкость которого периодически изменяется во времени.
Человек воспринимает звуковые биения до частот 5–10 Гц. Прослушивание биений является важным элементом техники настройки музыкальных инструментов.
Биения, возникающие при наложении двух звуковых волн с близкими частотами.