Звуки, які ми чуємо щодня, дуже різноманітні. Будь-який з нас досить чітко відрізняє так звані музичні звуки від шумів. До перших, наприклад, відноситься спів, звучання натягнутих струн музичних інструментів, свист. Шуми виникають при вибухах, роботі двигунів внутрішнього згоряння, шипінні змії, скрипі незмазаних дверних петель і т. Д. Ми в змозі за допомогою своїх органів мови відтворити більш-менш гармонійний звук і, звичайно, шум.
Різкого розмежування між музичними звуками і шумами немає. Зіпсований музичний інструмент або заграти грамплатівка створює хрипкі, що деренчать звуки, дуже схожі на шум. З іншого боку, деяку музикальність можна вловити в шумі дощу або ше вітру.
Музичні звуки
Чим з точки зору фізики відрізняються музичні звуки від шуму і за якою при-чині настільки несхожими можуть бути музичні звуки між собою?
Чистий музичний звук можна напів-чить за допомогою простого приладу, званого камертоном. На малюнку 4.26 показаний камертон, який закріплений на дерев'яному ящику, відкритому з однієї сторони. Вдаривши молоточком по одній з гілок камертона, ми
ШМЯй
Мал. 4.27
почуємо музичний звук. Поступово звук слабшає внаслідок загасання коливань гілок. Звукова хвиля збуджується хитаються гілками камертона. Характер цих коливань можна встановити, якщо
прикріпити до гілки камертона голку і провести нею з постійною швидкістю по поверхні закопченої скляної пластинки. На платівці з'явиться лінія, дуже близька до синусоїди (рис. 4.27). Це тимчасова розгортка коливань, подібна до тієї, яку отримують за допомогою маятника з пісочницею. Звідси можна зробити висновок, що коливання гілок камертона дуже близькі до гармонійних.
Звук, що видається гармонійно вагається тілом, називають музичним тоном або просто тоном.
Музичні тони відрізняються на слух гучністю і висотою.
гучність звуку
Гучність звуку визначається амплітудою коливань тиску. Чим сильніше удар молоточка по камертону, тим голосніше звучить камертон. А сильніший удар викликає коливання більшої амплітуди. Можна не сумніватися, що і гучність будь-якого звуку визначається амплітудою коливань в звукової |волне.
Потрібно, однак, мати на увазі, що чутливість нашого вуха залежить від частоти звуку. Звукові коливання однакових амплітуд Чи не здаються нам однаково гучними, якщо частоти їх різні. Наше вухо, як уже говорилося, найбільш чутливо до коливань з частотою близько 3500 Гц.
В акустиці вводять спеціальну величину - інтенсивність звуку.
Інтенсивність звуку дорівнює відношенню енергії, яку переносять звуковою хвилею за час t через поверхню площею S, перпендикулярну до напрямку поширення хвилі, до добутку площі S і часу t. Енергія коливань у хвилі пропорційна квадрату амплітуди. Тому і інтенсивність звуку визначається амплітудою коливань: пропорційна квадрату амплітуди.
Гучність характеризує суб'єктивне звукове відчуття і пропорційна інтенсивності звуку - об'єктивної енергетичної характеристиці акустичних хвиль. Висота звуку
Для того щоб визначити, з чим пов'язана певна висота звуку, потрібно мати у своєму розпорядженні кількома камертонами різних розмірів. Проводячи голкою, прикріпленою до гілки звучного камертона, уздовж закопченої пластинки, можна помітити, що, чим вище звук, видаваний камертоном, тим менше період з'являється на платівці синусоїди і, отже, тим більше частота коливань камертона. Висота звуку (точніше, висота тону) визначається частотою коливань.
Те ж саме можна спостерігати при коливаннях струни. Збільшення натягу струни призводить до збільшення частоти вільних коливань. Тому, натягуючи струни гітари за допомогою кілків, ми робимо звук більш високим.
Крім того частота коливань струни залежить (при даній силі натягу) від її довжини [см. формулу (4.7.2)]. При грі гітарист притискає пальцями струни до грифа. Завдяки цьому змінюється висота звуку інструменту.
Шум і боротьба з ним
Шум відрізняється від музичного тону тим, що йому не відповідає якась певна частота коливань і, отже, певна висота звуку. В шумі присутні коливання всіляких частот.
З розвитком промисловості і сучасного швидкісного транспорту з'явилася нова проблема - боротьба з шумом. Виникло навіть нове поняття «шумове забруднення» середовища проживання. Шум, особливо великої інтенсивності, не просто набридає і втомлює - він може і серйозно підірвати здоров'я.
З шумом борються простими адміністративними заходами: в містах заборонено користуватися автомобільними сигналами, скасовані польоти літаків над містами і т. Д. Борються з шумами і за допомогою технічних пристроїв. Так, всі автомобілі, трактори і мотоцикли забезпечені глушниками. На шляху вихлопних газів споруджують складний металевий лабіринт з перегородками і отворами, в яких звукова хвиля втрачає енергію. Хто хоча б раз чув рев мотоцикла без глушника, добре уявляє собі, наскільки успішно глушник справляється зі своїм завданням.