Klanktoonhoogte, volume en timbre

INHOUDSOPGAWE:

Klanktoonhoogte, volume en timbre
Klanktoonhoogte, volume en timbre
Anonim

Ons persepsie van die toonhoogte van 'n klank en sy ander eienskappe word bepaal deur die kenmerke van die akoestiese golf. Dit is dieselfde kenmerke wat inherent is aan enige meganiese golf, naamlik die periode, frekwensie, amplitude van ossillasies. Die subjektiewe sensasies van klank is nie afhanklik van die lengte en spoed van die golf nie. In die artikel sal ons die fisika van klank ontleed. Toonhoogte en timbre - hoe word dit bepaal? Waarom ervaar ons sommige klanke as hard en ander as stil? Die antwoorde op hierdie en ander vrae sal in die artikel gegee word.

Pitch

Wat bepaal die hoogte? Om dit te verstaan, kom ons doen 'n eenvoudige eksperiment. Kom ons neem 'n buigsame lang liniaal, verkieslik aluminium.

aluminium liniaal
aluminium liniaal

Kom ons druk dit teen die tafel en druk die rand sterk. Kom ons slaan die vrye rand van die liniaal met jou vinger - dit sal bewe, maar sy beweging sal stil wees. Kom ons skuif nou die liniaal nader aan ons, sodat sy kleiner deel verby die rand van die tafelblad uitsteek. Kom ons slaan weerheerser. Sy rand sal baie vinniger en met 'n kleiner amplitude vibreer, en ons sal 'n kenmerkende klank hoor. Ons kom tot die gevolgtrekking dat die ossillasiefrekwensie ten minste 'n sekere waarde moet wees om klank te laat voorkom. Die onderste limiet van die oudiofrekwensiereeks is 20 Hz, en die boonste limiet is 20 000 Hz.

Frekwensie en amplitude van die klankgolf
Frekwensie en amplitude van die klankgolf

Kom ons gaan voort met die eksperiment. Verkort die vrye rand van die liniaal nog meer, sit dit weer in beweging. Dit is opmerklik dat die klank verander het, dit het hoër geword. Wat wys die eksperiment? Hy bewys die afhanklikheid van die toonhoogte van die klank van die frekwensie en amplitude van die ossillasies van sy bron.

Klankvolume

Om hardheid te bestudeer, sal ons 'n stemvurk gebruik - 'n spesiale hulpmiddel om die eienskappe van klank te bestudeer. Daar is stemvurke met verskillende beenlengtes. Hulle vibreer wanneer hulle met 'n hamer geslaan word. Groot stemvurke ossilleer stadiger en produseer 'n lae klank. Die kleintjies vibreer gereeld en verskil in toonhoogte.

Stemvurke van verskillende frekwensies en 'n hamer daarvoor
Stemvurke van verskillende frekwensies en 'n hamer daarvoor

Kom ons slaan die stemvurk en luister. Die klank verswak mettertyd. Hoekom gebeur dit? Die volume van die klank word verswak as gevolg van 'n afname in die amplitude van die ossillasie van die bene van die toestel. Hulle vibreer nie so sterk nie, wat beteken dat die amplitude van vibrasies van lugmolekules ook afneem. Hoe laer dit is, hoe stiller sal die klank wees. Hierdie stelling is waar vir klanke van dieselfde frekwensie. Dit blyk dat beide die toonhoogte en die volume van die klank afhang van die amplitude van die golf.

persepsie van klanke van verskillende volumes

Uit bogenoemde blyk dit dat hoe harder die klank, hoe duideliker is onsons hoor, hoe meer subtiele veranderinge kan ons waarneem. Dit is nie waar nie. As die liggaam gemaak word om te ossilleer met 'n baie groot amplitude, maar 'n lae frekwensie, dan sal so 'n klank swak onderskeibaar wees. Die feit is dat in die hele reeks van hoorbaarheid (20-20 duisend Hz), ons oor die beste klanke rondom 1 kHz onderskei. Menslike gehoor is die sensitiefste vir hierdie frekwensies. Sulke geluide lyk vir ons die hardste. Waarskuwingseine, sirenes is presies ingestel op 1 kHz.

Volumevlak van verskillende klanke

Die tabel toon algemene klanke en hul hardheid in desibels.

Tipe geraas Volumevlak, dB
Kamer asemhaling 0
Fluister, geritsel van blare 10
Tik van 'n horlosie 1 m weg 30
Gereelde gesprek 45
geraas in die winkel, gesprek in die kantoor 55
Klank van die straat 60
Hard praat 65
Drukwinkelgeraas 74
Car 77
Bus 80
Ingenieursmasjiengereedskap 80
Harde gil 85
Motorfiets met knaldemper 85
Draaibank 90
Metallurgiese aanleg 99
Orkes, moltreinmotor 100
Kompressorstasie 100
kettingsaag 105
Helikopter 110
Thunder 120
Jet-enjin 120
Klink, sny van staal (hierdie volume is gelyk aan die pyndrempel) 130
Vliegtuig by lansering 130
Vuurpyllansering (veroorsaak dopskok) 145
Klank van 'n mediumkaliber haelgeweer naby die bek (veroorsaak besering) 150
Supersoniese vliegtuig (hierdie volume lei tot besering en pynskok) 160

Timbre

Die toonhoogte en hardheid van die klank word bepaal, soos ons uitgevind het, deur die frekwensie en amplitude van die golf. Timbre is onafhanklik van hierdie eienskappe. Kom ons neem twee klankbronne van dieselfde toonhoogte om te verstaan hoekom hulle 'n ander timbre het.

Die eerste instrument sal 'n stemvurk wees wat teen 'n frekwensie van 440 Hz klink (dit is die noot vir die eerste oktaaf), die tweede - 'n fluit, die derde - 'n kitaar. Met musiekinstrumente reproduseer ons dieselfde noot waarop die stemvurk klink. Al drie het dieselfde toonhoogte, maar klink steeds verskillend, verskil in timbre. Wat is die rede? Dit gaan alles oor die vibrasies van die klankgolf. Die beweging wat 'n akoestiese golf van komplekse klanke maak, word 'n nie-harmoniese ossillasie genoem. Die golf in verskillende gebiede ossilleer met verskillende sterkte en frekwensie. Hierdie bykomende botone wat in volume en toonhoogte verskil, word botone genoem.

Moenie toonhoogte en timbre verwar nie. Die fisika van klank is sodanig dat as"meng" addisionele, hoëres tot die hoofklank, ons kry wat 'n timbre genoem word. Dit word bepaal deur die volume en die aantal botone. Die frekwensie van die botone is 'n veelvoud van die frekwensie van die laagste toon, dit wil sê dit is 'n heelgetal kere groter - 2, 3, 4, ens. Die laagste toon word die hooftoon genoem, dit is dit wat die toonhoogte bepaal, en die botone beïnvloed die timbre.

Daar is klanke wat glad nie botone bevat nie, soos 'n stemvurk. As jy die beweging van sy klankgolf op 'n grafiek uitbeeld, kry jy 'n sinusgolf. Sulke vibrasies word harmonies genoem. Die stemvurk gee slegs die grondtoon uit. Hierdie klank word dikwels vervelig, kleurloos genoem.

Grafieke van die beweging van die klankgolf van verskillende instrumente
Grafieke van die beweging van die klankgolf van verskillende instrumente

Wanneer 'n klank baie hoëfrekwensie-botone het, word dit hard. Lae ondertone gee die klank sagtheid, fluweelsag. Elke musiekinstrument, stem het sy eie stel botone. Dit is die kombinasie van die grondtoon en botone wat 'n unieke klank gee, die klank met 'n sekere timbre gee.

Gewilde onderwerp