Mtazamo wetu wa kimo cha sauti na sifa zake nyingine hubainishwa na sifa za mawimbi ya acoustic. Hizi ni sifa sawa ambazo ni asili katika wimbi lolote la mitambo, yaani kipindi, mzunguko, amplitude ya oscillations. Hisia za sauti hazitegemei urefu na kasi ya wimbi. Katika makala tutachambua fizikia ya sauti. Lami na timbre - zimedhamiriwaje? Kwa nini tunaona sauti zingine kuwa kubwa na zingine kama kimya? Majibu ya maswali haya na mengine yatatolewa katika makala.
Lami
Ni nini huamua urefu? Ili kuelewa hili, hebu tufanye jaribio rahisi. Hebu tuchukue rula ndefu inayoweza kunyumbulika, ikiwezekana alumini.
Hebu tuibonyeze kwenye jedwali, tukisukuma ukingo kwa nguvu. Hebu tupige makali ya bure ya mtawala kwa kidole chako - itatetemeka, lakini harakati zake zitakuwa kimya. Sasa hebu tusogeze mtawala karibu na sisi, ili sehemu yake ndogo itokee zaidi ya makali ya countertop. Hebu tupige tenamtawala. Ukingo wake utatetemeka kwa kasi zaidi na kwa amplitude ndogo, na tutasikia sauti ya tabia. Tunahitimisha kuwa ili sauti kutokea, mzunguko wa oscillation lazima iwe angalau thamani fulani. Kikomo cha chini cha masafa ya sauti ni Hz 20, na kikomo cha juu ni Hz 20,000.
Wacha tuendelee na jaribio. Futa makali ya bure ya mtawala hata zaidi, uifanye tena. Inaonekana kwamba sauti imebadilika, imekuwa ya juu zaidi. Jaribio linaonyesha nini? Anathibitisha utegemezi wa sauti ya sauti kwenye mzunguko na amplitude ya oscillations ya chanzo chake.
Kiasi cha sauti
Ili kusoma sauti, tutatumia uma wa kurekebisha - zana maalum ya kusoma sifa za sauti. Kuna uma za kurekebisha na urefu tofauti wa mguu. Wanatetemeka wanapopigwa na nyundo. Uma kubwa za kurekebisha huzunguka polepole zaidi na kutoa sauti ya chini. Vidogo vinatetemeka mara kwa mara na hutofautiana kwa sauti.
Hebu tupige uma wa kurekebisha na tusikilize. Sauti hupungua kwa muda. Kwa nini hii inatokea? Kiasi cha sauti hupunguzwa kwa sababu ya kupungua kwa amplitude ya oscillation ya miguu ya kifaa. Hazitetemeki kwa nguvu sana, ambayo ina maana kwamba amplitude ya vibrations ya molekuli za hewa pia hupungua. Chini ni, sauti itakuwa ya utulivu. Taarifa hii ni kweli kwa sauti za masafa sawa. Inabadilika kuwa lami na sauti ya sauti hutegemea amplitude ya wimbi.
Mtazamo wa sauti za majalada tofauti
Kutokana na hayo hapo juu, inaonekana kadiri sauti inavyozidi kuongezeka ndivyo tunavyokuwa wazi zaidi.tunasikia, mabadiliko ya hila zaidi tunaweza kujua. Hii si kweli. Ikiwa mwili unafanywa oscillate na amplitude kubwa sana, lakini mzunguko wa chini, basi sauti hiyo itakuwa mbaya kutofautisha. Ukweli ni kwamba katika safu nzima ya kusikika (20-20,000 Hz), sikio letu hutofautisha sauti karibu 1 kHz. Usikivu wa binadamu ni nyeti zaidi kwa masafa haya. Sauti kama hizo zinaonekana kwetu kuwa kubwa zaidi. Ishara za onyo, ving'ora huwekwa sawasawa hadi kHz 1.
Kiwango cha sauti cha sauti tofauti
Jedwali linaonyesha sauti za kawaida na sauti yake kubwa katika desibeli.
| Aina ya kelele | Kiwango cha sauti, dB |
| Kupumua kwa utulivu | 0 |
| Mnong'ono, mchakacho wa majani | 10 |
| Kuashiria kwa saa umbali wa mita 1 | 30 |
| Mazungumzo ya kawaida | 45 |
| Kelele dukani, mazungumzo ofisini | 55 |
| Sauti ya mtaani | 60 |
| Mazungumzo makubwa | 65 |
| Kelele za Duka la Chapisha | 74 |
| Gari | 77 |
| Basi | 80 |
| Zana ya mashine ya uhandisi | 80 |
| Kupiga kelele kwa nguvu | 85 |
| Pikipiki yenye kifaa cha kuzuia sauti | 85 |
| Lathe | 90 |
| mmea wa metallurgiska | 99 |
| Orchestra, gari la chini ya ardhi | 100 |
| Kituo cha compressor | 100 |
| Msumeno | 105 |
| Helikopta | 110 |
| Ngurumo | 120 |
| Jet engine | 120 |
| Riveting, kukata chuma (kiasi hiki ni sawa na kizingiti cha maumivu) | 130 |
| Ndege wakati wa uzinduzi | 130 |
| Uzinduzi wa roketi (husababisha mshtuko) | 145 |
| Sauti ya bunduki ya aina ya wastani karibu na mdomo (husababisha jeraha) | 150 |
| Ndege za juu sana (kiasi hiki husababisha majeraha na mshtuko wa maumivu) | 160 |
Timbre
Kiwango na sauti kuu ya sauti hubainishwa, kama tulivyogundua, kwa marudio na ukubwa wa wimbi. Timbre haitegemei sifa hizi. Hebu tuchukue vyanzo viwili vya sauti vya sauti moja ili kuelewa kwa nini vina timbre tofauti.
Ala ya kwanza itakuwa uma ya kurekebisha inayosikika kwa masafa ya Hz 440 (hii ni noti ya oktava ya kwanza), ya pili - filimbi, ya tatu - gitaa. Kwa ala za muziki, tunatoa noti ile ile ambayo uma wa kurekebisha husikika. Zote tatu zina sauti sawa, lakini bado zinasikika tofauti, hutofautiana kwa timbre. Sababu ni nini? Yote ni kuhusu mitetemo ya wimbi la sauti. Harakati ambayo wimbi la akustisk la sauti changamano hufanya inaitwa oscillation isiyo ya harmonic. Wimbi katika maeneo tofauti huzunguka kwa nguvu tofauti na mzunguko. Taratibu hizi za ziada ambazo hutofautiana kwa sauti na sauti huitwa overtones.
Usichanganye sauti na sauti. Fizikia ya sauti ni kwamba ikiwa"changanya" ya ziada, ya juu kwa sauti kuu, tunapata kile kinachoitwa timbre. Imedhamiriwa na kiasi na idadi ya overtones. Mzunguko wa overtones ni nyingi ya mzunguko wa tone ya chini kabisa, yaani, ni nambari kamili ya mara kubwa zaidi - 2, 3, 4, nk. Toni ya chini kabisa inaitwa tone kuu, ndiyo inayoamua lami., na sauti za ziada huathiri timbre.
Kuna sauti ambazo hazina milio hata kidogo, kama vile uma ya kurekebisha. Ikiwa unaonyesha mwendo wa wimbi lake la sauti kwenye grafu, utapata wimbi la sine. Vibrations vile huitwa harmonic. Uma wa kurekebisha hutoa tu sauti ya msingi. Sauti hii mara nyingi huitwa ya kuchosha, isiyo na rangi.
Sauti inapozidisha sauti nyingi za masafa ya juu, inakuwa kali. Overtones ya chini hutoa upole wa sauti, velvety. Kila chombo cha muziki, sauti ina seti yake ya sauti. Ni muunganisho wa toni na toni za kimsingi ambazo hutoa sauti ya kipekee, huweka sauti kwa timbre fulani.
