Чистый тон

Речевые звуки представляют собой комплексные колебания, т.е. сложнейшие сочетания простых или чистых тонов (периодические) или шумов (непериодические). Именно поэтому их изучение обычно начинается с простейшего звука - чистого тона (простого периодического колебания; все непериодические колебания - сложные), который вызывается одним простым колебательным движением и имеет только одну частоту колебания; таких звуков в природе практически не существует, к ним относится, например, звук, издаваемый камертоном. Если ударить по стеблю камертона (с любой силой), то его ножки начинают смещаться из нейтрального положения (определенное количество раз в секунду - рис. 1.2, 1.3; 3.2, 3.8), затем возвращаются в исходное положение под воздействием силы эластичности, затем - вследствие инерции - продолжают движение через точку покоя (если нечто движется, то продолжать движение легче, чем прекратить его). Обе силы (инерции и эластичности) противонаправлены и действуют в любой момент движения, при этом то одна сильнее, то другая. Движение камертона вызывает движение молекул воздуха, которые колеблются так же, как обыкновенные качели: не просто возвращаются в исходное положение, но движутся дальше (только не дугообразно как качели и ножки камертона, а в направлении распространения волны - рис. 3.9). Если заставить звучать камертон с частотой 440 Гц., то все молекулы воздуха в комнате придут в движение - сначала в направлении от камертона, а потом обратно (вследствие эластичности), потом к камертону (вследствие инерции) и т.д. - 440 раз в секунду. Молекулы вызывают движение соседних молекул (как бы "подталкивают" их), это вызывает последовательные сгущения и разрежения воздуха — звуковые волны — и давление распространяется концетрическими кругами, как волны от камня, брошенного в воду; сжатия и разрежения чередуются (3.8 ‑ 3.9), и эти чередования давления в пространстве или во времени (в одной определенной точке) могут быть представлены в виде синусоиды, так же, как и движения одной молекулы воздуха (рис. 8.1) - это варьирование амплитуды колебаний во времени. Это варирование можно, в свою очередь, представить в виде осциллограммы при помощи микрофона, который преобразует звуковые колебания в электрические и осциллографа, который регистрирует эти колебания и представляет их в графической форме. Вследствие действия силы трения точки наибольшего смещения частиц воздуха приближаются к точке покоя - происходит затухание (damping) колебаний (рис. 2.1), однако их частота (количество полных циклов в единицу времени) остается постояннной, как и время одного полного цикла (которое называется периодом, так же иногда называется и сам цикл). Итак, график простого гармонического (т.е. регулярно повторяющегося) колебания - синусоида.

Одна и та же среда может передавать множество звуков одновременно. При этом колебания одной частоты могут (при наличии двух источников или вследствие отражения) взаимодействовать друг с другом. Если их частота совпадает, то амплитуда просто суммируется (и это по-прежнему простой тон), впрочем, результат зависит еще и от фазы колебаний (синфазные тоны одной частоты и амплитуды воспринимаются как единый звук с удвоенной громкостью, а находящиеся в противофазе (сдвиг по фазе 180⁰) подавляют длуг друга — рис. 3.11, 3.12, 4.1).