Какой параметр звукового образа соответствует интенсивности громкость высота тембр красочность

S o l F a theory

1. Звук и его свойства

Звук – объективно существующее в природе физическое явление, вызываемое механическими колебаниями какого-либо упругого тела, вследствие чего образуются звуковые волны, воспринимаемые ухом и преобразуемые в нём в нервные импульсы. Звуковыми волнами называются периодически чередующиеся сгущения и разрежения в какой-либо упругой (т.е. звукопроводящей) среде; звуковые волны воспринимаются слуховыми органами человека и животных и при помощи центростремительных нервов передаются в большие полушария головного мозга, где и осознаются как конкретные звуки.

Все звуки вокруг нас распадаются на 2 типа: с определенный высотой (музыкальные звуки) и с неопределённой высотой (шумовые звуки). Музыкальные звуки составляют звуковой фонд музыки, в то время как шумовые звуки применяются лишь эпизодически. Музыкальный звук имеет 4 основных свойства: высота, длительность, громкость, тембр.

Высота

Высота звука обусловлена частотой колебаний вибратора и находится от неё в прямой зависимости. Частота колебаний находится в обратной зависимости от величины (длины и толщины) звучащего тела и в прямой – от упругости.

Слух человека воспринимает звуки в диапазоне частот от 16 до 20000 Гц, в раннем детстве до 22000 Гц, в старости до 14000-15000Гц. Наиболее точно и ясно человек воспринимает звуки в пределах 16-4200-4500Гц, этот диапазон и используется в музыке. Зависимость между частотой колебаний и высотой звука – геометрическая прогрессия. При увеличении частоты на 110 Гц (это приблизительно соответствует укорачиванию струны в два раза) от A (110Гц) образуются интервалы: ч.8, ч.5, ч.4, б. 3, м.3, м.3, несколько б.2, несколько м.2. Дальше образуются интервалы меньше полутона. Этот звуковой ряд соответствует натуральному ряду чисел и называется натуральным звукорядом. Его можно получить при делении струны на 2, 3, 4, 5, 6 и т.д. частей, чем пользуются при исполнении на струнных инструментах флажолетов. Эталон высоты звука – 440 Гц (а первой октавы).

Акустическая единица измерения звуковысотных расстояний – цент = 1/100 темперированного полутона. Порог различения изменения высоты звука в среднем регистре – 5 центов.

Длительность

Длительность звука – выраженное в ритмических единицах время, в течение которого совершаются колебательные движения вибратора. Прямая зависимость. Длительность музыкального звука колеблется от 0,015-0,02 с до нескольких минут (педальные звуки органа). В тактовой нотации (с 17 в.) ноты указывают лишь относительную длительность звука, реальное значение которой зависит от темпа.

Громкость

Громкость звука – отражение в восприятии силы звука, обусловленной амплитудой колебаний. Применяемые в музыкальной практике обозначения динамических оттенков показывают не абсолютные значения громкости звука, а соотношения между их градациями.Forte (f) сильно, громко, piano (p) слабо, тихо; mezzo forte (mf) умеренно громко; mezzo piano (mp) умеренно тихо; fortissimo (ff) очень громко; pianissimo (pp) очень тихо; forte-fortissimo (fff) чрезвычайно громко; piano-pianissimo (ppp) чрезвычайно тихо. Реже встречаются 4, 5 f или p.

Subito piano, subito forte (subito p, subito f) – внезапно громко или тихо.

Crescendo (cresc.) – постепенно усиливая силу звука; diminuendo, decrescendo (dim., decresc.) — постепенно затихая.

Колебания бывают 2 видов: затухающие (т.е. с постепенно уменьшающейся за счё т сопротивления воздуха и внутреннего торможения амплитудой – рояль, арфа, струнно-щипковые) и незатухающие (с постоянной или произвольно меняющейся амплитудой – орган, скрипка при игре смычком). При затухающих колебаниях громкость звука постепенно уменьшается до полного затихания (высота остаётся практически неизменной). При незатухающих колебаниях громкость можно варьировать в зависимости от художественных целей.

Интенсивность (сила) звука – отношение падающей на поверхность звуковой мощности к площади этой поверхности, измеряется в Вт/м2. При росте силы звука в геометрической прогрессии громкость возрастает лишь в арифметической.

Тембр

Тембр – окраска звука, характер звучания. Он зависит от конструкции инструмента, материала, из которого он сделан, его качества, способа звукоизвлечения, среды, где распространяется звук и т.д. В характеристике тембра большое значение имеют обертоны и их соотношение по высота и громкости, шумовые призвуки, форманты, вибрато и т.д.

Обертоны – призвуки, входящие в спектр музыкального звука, звучат выше основного тона.

На характер тембра влияют количество слышимых обертонов и то или иное распределение громкости между отдельными гармониками (тонами, входящими в состав сложного звука). Форманта – область усиленных частичных тонов в спектре музыкальных звуков и звуков речи, а также сами эти призвуки, определяющие своеобразие тембра звука. Форманты есть почти у всех музыкальных инструментов и голоса. Например, в пении, кроме речевых формант, возникают характерные певческие форманты: высокая певческая форманта (около 3000 Гц) придаёт голосу блеск, серебристость, «полётность», способствует хорошей разборчивости гласных и согласных; низкая певческая форманта (около 500 Гц) придаёт звучанию мягкость, округлость.

Источник

Высота звука, его тембр и громкость

Высота звука — это его свойство, которое определяется частотой волны. Громкость напрямую связана с амплитудой и интенсивностью акустической волны. Тембр зависит от частоты и от интенсивности. В статье мы подробно рассмотрим все свойства звука: высоту, громкость, тембр. Узнаем, звуки каких частот воспринимает наше ухо, и что такое порог слышимости. Разберемся, почему при одной и той же высоте они имеют разную тембровую окраску.

Высота звука

Низкие звуки генерируют тела, которые колеблются с низкой частотой. Высокие получаются от высокочастотной вибрации. Примером, демонстрирующим зависимость высоты звука от частоты, является флексатон. Это музыкальный инструмент, который состоит из металлической рамки и прикрепленной к ее основанию гибкой пластинки. Пластинку отгибают пальцем, и получается звук. Чем быстрее она дрожит, тем выше тон.

Способность человека воспринимать определенные частоты ограничена диапазоном слышимости. Вот его границы: от 20 герц (Гц) до 20 000 Гц. Все, что выше, называется ультразвуком, ниже — инфразвуком. Диапазон зависит от возраста и индивидуальных особенностей восприятия, поэтому его границы могут незначительно сужаться и расширяться.

Громкость

Еще одно свойство звука — это громкость. Если мы ударим молоточком по камертону, то мелодия со временем, конечно, будет затихать. Как при этом ведут себя ножки камертона? Амплитуда их уменьшается, такие колебания называются затухающими. Значит, громкость как-то связана с амплитудой. Будет точнее, если сказать, что громкость зависит от энергии, которую переносит акустическая волна. Физика звука такова, что упругая волна благодаря обладанию энергией заставляет нашу барабанную перепонку колебаться и воспринимать шум. Энергию акустической волны можно охарактеризовать с помощью физической величины — интенсивности.

Интенсивность

Звук — это ощущение, которое обладает такой закономерностью. Увеличим на генераторе частот интенсивность в 10 раз, а потом еще в 10 раз. При каждом изменении будет ощущение, что громкость возросла на одно и то же число.

Чтобы охарактеризовать громкость звука, физики ввели величину уровня громкости (β, дБ). Порогу слышимости I₀ соответствует уровень громкости в 0 децибел. 10 I₀ — соответствует 10 дБ. Интенсивности в 100 порогов слышимости 100 I₀ соответствует 20 дБ, в 1000 — 30 дБ. Если уровень громкости повысился на 10 децибел, это значит, что интенсивность звуковой волны возросла в 10 раз.

Тембр

Воспроизведем несколько звуков, высота которых одинакова, но сами они имеют разный тембр. Ударим молоточком по камертону частотой 440 Гц и возьмем на гитаре ноту «ля». Оба инструмента звучат примерно на одинаковой частоте, но их сложно перепутать. Почему так?

Чтобы исследовать эти звуки, воспользуемся микрофоном и компьютером. На компьютере установлена программа, которая передает сигнал от микрофона и рисует траекторию движения волны.

На графике видно гармонические колебания, которые создает камертон. Осциллограмма показывает, как со снижением громкости уменьшается амплитуда колебаний. Программа позволяет увидеть, какие частоты присутствуют в этом звуке.

Извлечем с помощью гитарной струны ноту «ля». График демонстрирует, что частота звуковой волны (высота звука) та же самая, но форма колебаний отличается. Видны искажения гармонической формы, особенно, когда звук громкий.

По мере того, как он становится тише, колебания приближаются к гармоническим. Пока струна еще звучит звонко, получаются периодические колебания, но они отнюдь не гармонические. В звуке гитары, в отличие от камертона, содержится целый набор частот. Более высокие призвуки называются обертонами. Тембр определяется их количеством и интенсивностью. Если воспроизвести перед микрофоном звук «ш-ш-ш», получатся не гармонические, а хаотические колебания.

Источник

Урок по теме «Звук. Характеристики звука»

Разделы: Физика

Оборудование: компьютер с мультимедиапроектором, камертон, линейка, зажатая в тисках, звуковой генератор.

План урока.

Человек живет в мире звуков. Что же такое звук? Как он возникает? Чем один звук отличается от другого? Сегодня на уроке мы с вами попробуем ответить на эти и многие другие вопросы, связанные со звуковыми явлениями.

Раздел физики, изучающий звуковые явления называется акустикой.

Упругие волны, способные вызвать у человека слуховые ощущения называются звуковыми.

Человеческое ухо способно воспринимать механические колебания, происходящие с частотой от 20 до 20000 Гц. (Демонстрация на звуковом генераторе волн с частотой от 20 до 20000 Гц)

Любое колеблющееся со звуковой частотой является источником звука. Но источниками звука могут не только колеблющиеся тела: полет пули в воздухе, сопровождается свистом, бурное течение воды – шумом.

Сам факт выделения из достаточно большого набора частот, называемых звуковыми, связан со свойством слуха человека воспринимать именно эти волны.

Различные живые существа имеют различные границы восприятия звука.

Все источники звука можно разделить на естественные и искусственные.

(демонстрации: звучание камертона и линейки зажатой между тисками.)

Давайте прослушаем сообщение о том, как были определены скорость звука в воде и других веществах.

Проверь себя.

Характеристики звука.

Громкость звука – характеристика амплитуды звуковой волны.
(показать эксперимент с камертоном и генератором )

Громкость звука зависит от амплитуды колебаний: чем больше амплитуда, тем громче звук.

Но если бы мы сравнивали звуки различных частот, то кроме амплитуды нам пришлось бы еще сравнивать и их частоты. При одинаковых амплитудах как более громкие мы воспринимаем частоты, которых лежат в пределах от 1000 до 5000 Гц.

Единица громкости звука называется сон.

В практических задачах громкость звука принято характеризовать уровнем громкости, измеряемым в фонах, или уровнем звукового давления, измеряемых в белах (Б) или децибелах (дБ), составляющих десятую часть бела.

Тихий шепот, шелест листвы — 20 дБ

Обычная речь — 60 дБ

Рок-концерт — 120 дБ

При увеличении громкости на 10дБ интенсивность звука увеличивается в 10 раз.

Высота звука – характеристика частоты звуковой волны, чем больше частота колебаний источника звука, тем выше издаваемый им звук.

Кто в полете быстрее машет крыльями – муха, шмель или комар?

Частота колебаний крыльев насекомых и птиц в полете, Гц

Аисты	2
Бабочки- капустницы	до 9
Воробьи	до 13
Вороны	3-4
Жуки майские	45
Колибри	35-50
Комары	500-600
Мухи комнатные	190-330
Пчелы	200-250
Шмель	220
Слепни	100
Стрекозы	38-100

Каких птиц и насекомых мы слышим, а каких нет?

У какого насекомого самый высокий звук? (У комара)

Частота звуковых колебаний, соответствующих человеческому голосу, составляет от 80 до 1400 Гц.

Частотный диапазон голосов певцов и певиц

При увеличении частоты в 2 раза звук повышается на октаву – именно из этих соображений и была выбрана октава. Каждая октава делится на 12 интервалов в полтона каждая.

Тембр звука определяется формой звуковых колебаний.

Мы знаем, что ветви камертона совершают гармонические (синусоидальные) колебания. Таким колебаниям присуща только одна строго определенная частота. Гармонические колебания являются самым простым видом колебаний. Звук камертона является чистым тоном.

Чистым тоном называется звук источника, совершающего гармонические колебания одной частоты.

Звуки от других источников (например, звуки различных музыкальных инструментов, голоса людей, звук сирены и многие другие) представляют собой совокупность гармонических колебаний разных частот, т. е. совокупность чистых тонов.

Самая низкая (т. е. самая малая) частота такого сложного звука называется основной частотой, а соответствующий ей звук определенной высоты — основным тоном (иногда его называют просто тоном). Высота сложного звука определяется именно высотой его основного тона.

Все остальные тоны сложного звука называются обертонами. Частоты всех обертонов данного звука в целое число раз больше частоты его основного тона (поэтому их называют также высшими гармоническими тонами).

Обертоны определяют тембр звука, т. е. такое его качество, которое позволяет нам отличать звуки одних источников от звуков других. Например, мы легко отличаем звук рояля от звука скрипки даже в том случае, если эти звуки имеют одинаковую высоту, т.е. одну и ту же частоту основного тона. Отличие этих звуков обусловлено разным набором обертонов (совокупность обертонов различных источников может отличаться количеством обертонов, их амплитудами, сдвигом фаз между ними, спектром частот).

Проверь себя.

Человек обладает таким уникальным органом как ухо – приемник звука. Давайте рассмотрим, как человек слышит.

Звуковые волны, распространяющиеся в воздухе, проделывают сложный путь, прежде чем мы воспримем их. Сначала они проникают в ушную раковину и заставляют вибрировать барабанную перепонку, замыкающую наружный слуховой проход. Слуховые косточки доносят эти колебания до овального окна внутреннего уха. Пленка, которая закрывает окно, передает вибрации, заполняющей улитку жидкости. Наконец колебания достигают слуховых клеток внутреннего уха. Головной мозг воспринимает эти сигналы и распознает шумы, звуки, музыку, речь.

Голос человека характеризуется многими характеристиками: тоновый диапазон, громкость, тембр.

Одна из важнейших характеристик голоса его тембр, т.е. набор спектральных линий, среди которых можно вы делить пики, состоящие из нескольких обертонов,— так называемые форманты. Именно форманты определяют секрет индивидуального звучания голоса и позволяют распознавать речевые звуки, так как у разных людей форманты даже одного и того же звука отличаются по частоте, ширине и интенсивности. Тембр голоса строго индивидуален, поскольку в процессе звукообразования важную роль играют специфические для каждого индивидуума резонаторные полости глотки, носа, околоносовых пазух и т.д. Неповторимость человеческого голоса можно сравнить лишь с неповторимостью узора отпечатков пальцев. Во многих странах мир, магнитофонная запись человеческого голоса считается неоспоримым юридическим документом, подделать который не возможно

Спектры голосов певцов отличаются от спектра голос обычного человека: в них сильно выражена высокая певческая форманта, т.е. обертоны с частотами 2500—3000 Гц, придающие голосу звонкий оттенок. У выдающихся певцов они составляют в спектре до 35 и более процентов (рис. слева), в то время как у опытных — 15—30%, а у начинающих — 3—5% (рис., справа).

Принято выделять три разновидности голосов для обоих полов: у мужчин — бас, баритон, тенор; у женщин — альт, меццо-сопрано и сопрано. Это разделение является в большей степени искусственным: оно не учитывает большое количество “промежуточных” голосов, так как пока нет объективного метода оценки качества голоса из-за безграничного сочетания его свойств.

Рассматривая звуковые колебания нельзя не обратить, внимание на влияние шумов на организм человека.

Длительное воздействие шумов на человека приводит к повреждению центральной нервной системы, повышению кровяного и внутричерепного давления, нарушению нормальной работы сердца, головокружению. Вредное воздействие сильных шумов на человека было замечено давно. Еще 2000 лет назад в Китае в качестве наказания заключенные подвергались непрерывному воздействию звуков флейт, барабанов и крикунов, пока не падали замертво. При мощности шума 3 кВт и частоте 800 Гц нарушается способность глаза к фокусировке. Мощность шума 5-8кВт дезорганизует работу скелетной мускулатуры, вызывает паралич, потерю памяти. Мощность шума около 200кВт приводит к смерти. Поэтому в больших городах запрещено использование резких и громких сигналов. Значительно снижают шумы деревья, кустарники, которые их поглощают. Поэтому вдоль дорог с интенсивным автомобильным движением необходимы зеленые насаждения. Тишина значительно повышает остроту слуха.

Д/З §34-38 упр. 31(1), упр.32 (2,3) практическое задание: определение зависимости высоты тона от частоты колебаний, используя кусочек резиновой нити.

Закончить урок мне хочется вот такими словами. У Н. Рериха есть картина, названная им “Человеческие праотцы”. Юный пастушок играет на свирели, и со всех сторон сходятся к нему большие бурые медведи. Что влечет их? Музыка? Легенда говорит, что предками некоторых славянских племен были медведи. Думается, идут они услышать самую чудесную музыку на свете – голос доброго человеческого сердца.

Источник

Акустический аспект фонетики

Звуки как явление физическое являются результатом колебательных движений воздушной среды. Звуки речи представляют собой частный случай звуков вообще: это звуки, производимые произносительным аппаратом человека и воспринимаемые его слуховыми органами. Источники звуков речи разделяются на голосовые и шумовые. Голосовой источник возникает при колебании голосовых связок; он порождает гласные и звонкие согласные. Колебания голосовых связок являются периодическими (точнее — приблизительно периодическими). Шумовые источники представлены двумя типами. Турбулентный источник возникает при сужении в каком-либо месте речевого тракта, когда по нему проходит воздушная струя. Таким способом образуются щелевые согласные. Импульсный источник возникает при резком раскрытии смычки произносительных органов, что порождает короткий, резкий щелчок, характеризующий образование взрывных согласных.

Акустические характеристики звуков речи

При описании звуков речи рассматривают как объективные свойства колебательных движений — их частоту, силу, спектральный состав, так и те звуковые ощущения, которые так или иначе соответствуют этим свойствам, — высоту, громкость, тембр. Таким образом, у звуков речи имеются объективные характеристики, не зависящие от восприятия, и субъективные характеристики, обусловленные тем, что звуки воспринимаются человеком.

Частота и высота звука

Частота звука определяется числом колебаний голосовых связок. Чем чаще происходят колебания, тем больше частота звука. Частота колебаний голосовых связок зависит от их массивности — длины и толщины. Чем длиннее и толще связки, тем меньше колебаний они совершают. У мужчин связки длиннее и толще, поэтому и голоса у них, как правило, ниже, чем у женщин. Единицей измерения частоты колебаний служит герц (Гц). Так, звук частотой 200 Гц образуется при 200 колебаниях в секунду. Ухо человека способно воспринимать звуки в диапазоне от 16 до 20 000 Гц. В то же время частотные характеристики звуков человеческой речи располагаются примерно в пределах от 50 до 10 000 Гц.

Среди звуков речи различаются тоны и шумы. Звуки, возбуждаемые периодическими колебаниями, являются тонами; возбуждаемые непериодическими колебаниями — шумами. Гласные звуки — это в основном тоны, согласные — шумы. Периодическими являются колебания, периоды которых равны. Периодом колебания называется отрезок времени, за который совершается одно полное колебание.

Высота звука есть ощущение его частоты. Звуки, характеризующиеся большей частотой, воспринимаются как более высокие. Единицей измерения высоты звука является мел. В целом ощущение высоты звука растет с увеличением его частоты. До частоты 500 Гц высота строго пропорциональна числу колебаний. Так, звук в 200 Гц по сравнению со звуком в 100 Гц воспринимается как более высокий в два раза. После частоты 500 Гц и особенно 1000 Гц ощущение высоты отстает от объективной частоты, т.е. звук частотой, например, 10 000 Гц по сравнению со звуком 1000 Гц оценивается как более высокий, но не в десять раз, а только в три раза.

Сила (интенсивность) и громкость звука

Сила звука определяется амплитудой (размахом) колебательных движений источника звука — голосовых связок. Чем больше амплитуда, т.е. отклонение колеблющегося тела от исходной точки (точки покоя), тем интенсивнее звук. В зависимости от амплитуды изменяется звуковое давление, добавочное к атмосферному, на барабанные перепонки. Оно измеряется силой, действующей на единицу площади. Минимальная сила звука, воспринимаемая слухом при данной частоте, называется порогом слышимости, максимальная сила — порогом болевого ощущения. Этими порогами снизу и сверху ограничена область слухового восприятия человека. Силу звука в акустике принято измерять в условных единицах — децибелах (дБ). Для частоты 1000 Гц уровень силы звука, соответствующего порогу слышимости, равен 0 дБ, а соответствующего порогу болевого ощущения — 130 дБ. Звуковое давление на втором пороге при той же частоте в три миллиона раз превышает давление на первом пороге.

Сила звука (объективная характеристика) оценивается слухом как его громкость (субъективная характеристика). Увеличение звукового давления (силы) приводит к увеличению громкости, уменьшение силы — к уменьшению громкости. Между силой звука и громкостью существует довольно сложная зависимость, определяемая частотой. Звуки, одинаковые или близкие по силе, но различные по частоте, могут восприниматься как звуки различной громкости. Так, звуки с частотой от 1000 до 3000 Гц воспринимаются как более громкие, чем звуки с частотой 100—200 Гц. Наоборот, как равногромкие воспринимаются, например, звуки силой 40 и 80 дБ при частоте соответственно 1000 и 2000 Гц. В пределах частотного диапазона (от 100 до 8000 Гц), в котором располагаются звуки человеческой речи, уровни громкости и силы различаются незначительно. Поэтому громкость часто характеризуют лишь через уровень силы. Вот примерные характеристики некоторых звучаний: порог слышимости — 0 дБ, тиканье ручных часов — 20 дБ, шепот — 40 дБ, речь вполголоса — 60 дБ, громкая речь — 80 дБ, симфонический оркестр — 100—110 дБ, порог болевого ощущения —130 дБ.

Спектр и тембр звука

Объективной характеристикой звука является спектр. Но мы подойдем к этому понятию, идя от более традиционного и более ясного понятия «тембр». Оно основывается на понятиях сложного звука и резонанса.

Голосовые связки человека можно сравнить со струнами. При колебании струны как единого целого возникает тон, называемый основным тоном. Он характеризуется наибольшей силой и самой низкой частотой, которую может издавать струна. Но одновременно с колебанием целой струны колеблются и ее части: половина, треть, четверть и т.д. При этом возникают тоны, которые в два, три, четыре и т.д. раза выше основного тона; они называются обертонами. У звука с частотой основного тона 100 Гц обертоны будут в 200, 300, 400 Гц и т.д. Из сочетания основного тона и обертонов создаются сложные звуки. Именно сложные звуки порождаются голосовыми связками.

Другая причина возникновения сложных звуков заключается в явлении резонанса, т.е. в способности полых (пустых внутри) тел, называемых резонаторами, в силу того, что они имеют собственную частоту колебаний, реагировать на частоты, порождаемые источником звука — голосовыми связками. Резонаторы в основном усиливают обертоны, составляющие сложный звук, но могут и избирательно ослаблять их. Таким образом, у звука с частотой основного тона в 100 Гц могут оказаться усиленными и одновременно ослабленными разные обертоны. В итоге возникают такие сложные звуки, которые характеризуются различным тембром. Соотношение относительной силы основного тона и накладывающихся на него обертонов создает гармоническую структуру звука, которая определяет его тембр. Тембр звука надо отличать от тембра голоса, который индивидуален для каждого человека.

Сложный звук, возникший в гортани в процессе артикулирования вследствие постоянного изменения конфигурации надгортанных резонаторных полостей (глотки и рта) определенным образом видоизменяется: одни его составляющие усиливаются, другие ослабляются. Полость носа также является резонатором, но она свою конфигурацию не меняет. В силу особенностей устройства речевых резонаторов они реагируют не на конкретные частоты, а на области, полосы частот, например полосы от 1000 до 2000 Гц. Области усиления частот, или иначе — области концентрации звуковой энергии, называются формантами. Формантная структура звука определяет его спектр. Ею характеризуются главным образом гласные, причем наиболее непосредственно их лингвистические характеристики связаны с частотным положением нижних формант — 1-й и 2-й. Спектр звука в определенной степени влияет на субъективное восприятие тембра. Понятие спектра было введено в акустику по аналогии со спектром света в оптике. Разработка спектрального анализа звуков началась в 1920—1930-х гг. в связи с развитием электроакустической, а позднее электронной и компьютерной техники.

Источник