Свойства звука

Взвуке различают три основных свойства: силу, высоту и тембр.

Сила звуказависит от величины амплитуды колебаний. Чем больше амплитуда, т. е. чем шире размах колебаний, тем звук силь­нее, и, наоборот, чем меньше размах, тем меньше сила звука. Ам­плитуда колебаний ветвей звучащего камертона постепенно умень­шается, уменьшается размах колебаний частиц окружающей среды (воздуха) и соответственно - сила звука камертона. Сила звука определяется величиной давления, которое производит звуковая волна на единицу поверхности. Звуковое давление (как и атмосфер­ное) измеряется в паскалях (Па), показывающих, какая сила в нью­тонах (Н) действует на площадь в квадратных метрах (м²). Давле­ние в 1 Па=1Н/1м². Давление в 1 атмосферу (атм.) приблизительно составляет 10⁵ паскалей (Па), т. е. 100 000 Па.

На практике оказывается более удобным измерять силу звука не в абсолютных, а в относительных единицах. При этом определяют величину отношения данной силы звука к силе звука, условно при­нятой за нулевую, т. е. за уровень отсчета. Это отношение часто вы­ражается огромными цифрами, поэтому пользуются его логариф­мом, величина которого обозначается в белах. Обычно применяет­ся единица в десять раз меньшая - децибел (дБ). Если, например, говорят, что сила звука равна 30 дБ, то это значит, что отношение данной силы к силе, условно принятой за нулевую, равно 10³, т. е. 1000, или, другими словами, данная сила звука в 1000 раз больше нулевой. Соответственно при 10 дБ это отношение будет равно 10¹, т. е. данная сила звука в 10 раз больше нулевой, а при 50 дБ величина отношения равна 10⁵, или 100 000.

Вообще, для того чтобы, зная число децибел, определить ве­личину отношения данной силы звука к нулевому уровню, нужно число децибел разделить на 10 и возвести в 10-ю степень, равную полученному частному. Таблица 1 дает конкретное представление об уровне интенсивности некоторых звуков в децибелах.

Высота звуказависит от частоты колебаний звучащего тела и измеряется числом полных колебаний в секунду. Звуки с малым чис­лом колебаний в секунду (до 200-300) называют низкими, с боль­шим числом колебаний (выше 2000) - высокими. Число колеба­ний в секунду обозначается сокращенно Гц {герц - по имени физи­ка Герца).

Тембр звука.Тембром, или окраской, звука называют то его свой­ство, благодаря которому можно отличить друг от друга одинако­вые по интенсивности и по высоте звуки, издаваемые разными ис­точниками.

Если взять одну и ту же ноту с одной и той же силой на скрипке, на рояле, на трубе, в каждом случае получается свой характерный звук. Ни по высоте, ни по силе эти звуки не отличаются друг от дру­га, но они разнятся своим оттенком, своей окраской, или, как гово­рят, своим тембром.

В природе чистые тоны почти не встречаются. Все звуки, в том числе музыкальные, состоят из ряда простых звуков. В музыкаль­ных звуках различают основной тон, высота которого зависит от ос­новной частоты колебаний источника звука (струны, голосовых складок), и ряд добавочных тонов, или обертонов, число колебаний которых относится к частоте основного тона как 2:1, 3:1, 4:1 и т. д. Обертоны и придают звукам тембровую окраску.

Количество и относительная сила входящих в состав того или иного звука обертонов зависят в основном от величины и формы резонаторов, участвующих в образовании данного звука. Именно по­этому мы различаем по тембру звуки, издаваемые различными му­зыкальными инструментами, и голоса людей.

Громкость звука.В то время как сила звука является его физичес­ким свойством, громкостью звука обозначают интенсивность слу­хового ощущения. Будучи, как и всякое ощущение, отражением внешней реальности, в данном случае отражением объективной си­лы звука, громкость нарастает с увеличением силы звука и, наобо­рот, убывает с ее уменьшением. Однако здесь нужно учесть некото­рые важные особенности, характеризующие соотношение силы и громкости звуков. Во-первых, громкость, как и всякое другое ощу­щение, нарастает и падает значительно слабее, чем интенсивность раздражителя, т. е. в данном случае слабее, чем интенсивность зву­ка. Так, например, установлено, что увеличение интенсивности звука на 10 дБ, т. е. в 10 раз, сопровождается увеличением громкости лишь в 2 раза. Во-вторых, чувствительность нашего слуха к звукам раз­ной высоты неодинакова, вследствие чего звуки одинаковой интен­сивности, но разной высоты ощущаются нами с разной громкостью. Наконец, в-третьих, необходимо отметить, что ощущение громко­сти зависит от состояния слухового анализатора и от общего состоя­ния нервной системы. Звуки, которые в нормальных условиях вос­принимаются как средние по громкости, при повышенной возбуди­мости нервной системы могут стать чрезвычайно громкими.

Человек обладает способностью непосредственно оценивать громкость звуков. Примером практического измерения громкости являются известные музыкальные обозначения (латинскими бук­вами): пиано-пианиссимо (ррр), пианиссимо (рр), пиано (р), меццо-пиано (mр), меццо-форте (mf), форте (f), фортиссимо (ff) и форте-фортиссимо (fff).

Каждая последующая ступень оценивается приблизительно в два раза громче, чем предыдущая. Большинство людей могут довольно точно определять удвоение громкости звука и уменьшение громко­сти в два раза. Исследование этой способности используется для характеристики состояния функции коркового отдела слухового анализатора.