Естествознание
10 класс

§ 58. Звук и его характеристики

На чешуе жестяной рыбы
Прочел я звуки новых губ.
А Вы ноктюрн сыграть смогли бы
На флейтах водосточных труб?
В Маяковский

Каким бывает звук? Какими параметрами характеризуется музыкальный звук? Как связаны характеристики звука с параметрами волны?

Урок-практикум

ЦЕЛЬ РАБОТЫ. Определить, какими параметрами можно охарактеризовать звук; научиться изображать различные звуки в виде графика волны.

ПЛАН РАБОТЫ. Последовательно выполняя задания, изучите основные характеристики звука.

Что имел в виду поэт, написавший стихотворение, отрывок из которого приведен в качестве эпиграфа, по-видимому, знал лишь он сам. Попробуем серьезно ответить на вопрос, можно ли прочитать звук или изобразить его. Вы, наверное, имеете представление о нотах и знаете, что звук можно изобразить в виде символов — точек и кружочков на нотном стане. Изучив предыдущий параграф, вы также представляете, что с точки зрения естественных наук звук — это волна давления, которую можно изобразить в виде графика. Наша задача — разобраться, как можно изображать различные звуки в виде таких графиков.

1. Сформулируйте, какого типа бывает звук.

ПОДСКАЗКА. Вспомните, какие звуки вы слышите на улице, по радио. Попробуйте выделить два различных типа звука.

Микеланджело да Караваджо. Лютнист

2. Простому музыкальному звуку соответствует монохроматическая волна. В музыке простые звуки различаются высотой. Сопоставьте высоте характеристику монохроматической волны.

ПОДСКАЗКА. Звуку «ля» первой октавы соответствует частота 440 Гц, звуку «до» первой октавы — частота 261,63 Гц.

Человеческое ухо воспринимает звук с частотами приблизительно от 16 Гц до 20 кГц. Однако организм человека воспринимает и более низкий звук — инфразвук и болезненно на него реагирует. При внешних воздействиях, вызываемых механической вибрацией или звуковой волной на частотах 4—8 Гц. человек ощущает перемещение внутренних органов, а при частотах 12 Гц — приступ морской болезни.

Звук с частотой более 20 кГц — ультразвук не воспринимается человеком. Однако различные животные слышат и издают ультразвук. Например, летучие мыши издают ультразвук в диапазоне 20—100 кГц и используют его для локации, т. е. для определения расстояний до объектов, размеров и свойств поверхностей объектов по отраженному звуку.

3. В музыке одна и та же нота используется для нескольких различных звуков; при этом к названию ноты добавляется название октавы. Оказывается, что частоты звуков, различающихся на октаву, различаются в два раза. Изобразите на нотном стане звуки «ля» первой и второй октав и нарисуйте графики соответствующих волн (зависимость давления звуковой волны от времени).

4. В музыке одному и тому же простому звуку может соответствоватъ различная громкость (от пианиссимо до фортиссимо). Ответьте на вопрос, какой характеристикой различаются две ноты «ля» первой октавы различной громкости. Изобразите графики двух этих волн.

Оказывается, что человеческое ухо воспринимает звук таким образом, что незначительное увеличение громкости соответствует большому изменению амплитуды звуковой волны. Поэтому для измерения громкости сравнивают не амплитуды волн, а их логарифмы. Соответствующие единицы называются белами (Б). В таблице приведена громкость различных звуков.

5. Музыкальные звуки различаются тембром. На рисунке 68, а изображена волна, соответствующая чистой ноте «ля» первой октавы (440 Гц), на рисунке 68, б — волна, получающаяся при сложении пяти нот с частотами 440 Гц, 2х440 Гц, 3х440 Гц, 4х440 Гц и 5х440 Гц. Убедитесь, что периоды волн одинаковы. Если прослушать соответствующие волны, то оказывается, что музыкальный звук имеет одну и ту же высоту, но различную окраску. Попробуйте на основе этих данных сформулировать, чем определяется тембр звука.

Рис 68. Монохроматическая волна (а) и сумма монохроматических волн с кратными частотами (б)

Согласно медицинским исследованиям, максимально допустимый шум, длящийся в течение нескольких часов и не оказывающий вредного воздействия на человека, имеет громкость около 80 дБ. На производстве, где шум превышает эту норму, полагается использовать шумозащитные приспособления. Современные музыкальные наушники для прослушивания дают максимальную громкость до 100—110 дБ. Не слушайте в течение длительного времени музыку при максимальной мощности в наушниках!

Рейтинг@Mail.ru