Как называется беспорядочное смешение звуков колебания

Звуковые колебания. Источники и характеристики звука

Урок 26. Физика 9 класс (ФГОС)

В данный момент вы не можете посмотреть или раздать видеоурок ученикам

Чтобы получить доступ к этому и другим видеоурокам комплекта, вам нужно добавить его в личный кабинет, приобрев в каталоге.

Получите невероятные возможности

Конспект урока «Звуковые колебания. Источники и характеристики звука»

Среди огромного количества различных колебательных и волновых движений, которые встречаются в природе и технике, особо место в жизни человека занимают звуковые колебания, или просто звуки. Достаточно сказать, что окружающий мир наполнен огромным количеством звуков, которые издают люди, птицы и животные, машины и так далее.

Итак, что же такое звук и как он возникает?

Начнём с того, что раздел физики, в котором изучаются звуковые явления, называется акустикой.

Многочисленные опыты и наблюдения показали, что общим для всех тел, издающих звуки является то, что все они совершают колебательные движения.

Таким образом, звук — это упругие колебания, распространяющиеся в какой-либо среде.

Для примера, возьмём в качестве среды воздух, а в качестве источника звука — камертон, который был изобретён в начале восемнадцатого века английским музыкантом Джоном Шором для настройки музыкальных инструментов. Камертон представляет собой изогнутый металлический стержень на ножке.

Если ударить по камертону молоточком, то можно услышать чистый музыкальный звук, который возникает из-за частых колебаний ветвей камертона, незаметных для глаза. Когда ветвь камертона движется наружу, то она уплотняет ближайшие молекулы воздуха. Образуется слой сжатого воздуха, который стремиться расшириться обратно, уплотняя таким образом другие, соседние молекулы и так далее. Когда же ветвь камертона возвращается обратно, то создаётся разрежённый слой воздуха. Стремясь его заполнить туда устремляются соседние молекулы и разряженный слой воздуха точно также перемещается. Чтобы убедиться, что звучащий камертон действительно колеблется, достаточно поднести к нему лёгкий шарик, который тут же начнёт отскакивать.

Как и в случае колебаний маятника, камертон может сам записать свои колебания. Для этого к ножке камертона крепится тонкая металлическая полоска с остриём, загнутым вниз. При быстром перемещении закопчённой стеклянной пластинки под ветвями камертона остриё оставляет на стекле волнообразную линию, которая по форме очень близка к синусоиде. Следовательно, ножки камертона совершают гармонические колебания.

Источниками звуков могут быть не только твёрдые тела, но и жидкости, а также газы. Так, например, вода «поёт» в быстрых речках. А колебаниями масс воздуха обусловлены свист ветра, шелест листьев, раскаты грома и так далее.

Однако, как подсказывает нам наш жизненный опыт, не всякое колеблющееся тело издаёт звуки. Так, например, мы не слышим колебания обычного математического маятника. Всё дело здесь в частоте колебаний, которой характеризуется колебательная система. Так, наше ухо способно воспринимать только акустические звуки, то есть колебания, частота которых находится в пределах от шестнадцати до двадцати тысяч герц. А колебания других частот ощущаются нами в основном как вибрации, толчки, удары и тому подобное.

Например, звуковые удары возникают при выстреле или взрыве. А шумы представляют собой последовательность непериодических ударов. Таковы шум ветра в листьях деревьев, скрип и тому подобное.

Колебания с частотой меньше 16 герц называют инфразвуком.

А колебания с частотой более 20 килогерц называют ультразвуком.

Инфразвук и ультразвук не воспринимаются человеческим ухом. Лишь представители живой природы способны на это. Так, учёные обнаружили, что медузы и рыбы воспринимают инфразвуковые волны в диапазоне от 8 до 13 Герц. Многие животные, например, кошки, собаки и летучие мыши могут издавать и воспринимать ультразвуки. Ультразвуки самых высоких частот (до 200 килогерц) способны издавать и воспринимать дельфины.

Широко ультразвук используется и человеком. Например, ультразвуковое исследование применяется для изучения анатомии и мониторинга внутриутробного развития плода.

А для определения глубины водоёма или поиска косяков рыбы используются эхолоты. Это такие приборы, которые излучают ультразвуковые волны и принимают их после отражения. Принцип работы эхолота следующий: излучатель даёт короткие сигналы, которые дойдя до дна отражаются и возвращаются на приёмник. Зная время прохождения сигнала туда и обратно, а также его скорость, легко вычислить глубину моря. Описанный метод называется эхолокацией.

Звуки, окружающие нас, самые разнообразные. Поэтому для характеристики звуков используются такие понятия, как громкость, высота и тембр звука.

Для начала поговорим о громкости звука. Чтобы выяснить от какой характеристики он зависит, обратимся к опыту. Возьмём два камертона и ударим по ним молоточками с разной силой. Чем сильнее мы ударим молоточком по камертону, тем громче будет звук, который мы слышим. Поднеся лёгкий шарик к ветвям камертонов, легко заметить, что, чем громче звучит камертон, тем с большей амплитудой колеблется шарик. Следовательно, камертон, звучащий громче, имеет большую амплитуду колебаний.

Таким образом, громкость звука зависит от амплитуды колебаний: чем больше амплитуда колебаний, тем громче звук.

Единицу громкости звука называют сон (от латинского «сонус» — звук). Но в практических задачах используется другая, внесистемная единица уровня громкости — бел или децибел, названная в честь английского изобретателя Александра Белла.

Мы уже показали, что колебания ветвей камертона являются гармоническими. Так вот, звук, который мы слышим, когда его источник совершает гармонические колебания, называется музыкальным или чистым тоном.

Так как большинство звучащих тел создают целый набор звуковых частот, то для описания создаваемых ими звуков принято использовать целый ряд терминов.

Так, например, основным тоном называется звук наименьшей частоты, издаваемый звучащим телом. А обертонами называются звуки более высоких частот, чем основной тон.

Частоты всех обертонов данного звука в целое число раз больше частоты его основного тона. Поэтому их ещё называют высшими гармоническими тонами.

Основной тон голоса человека определяется голосовыми связками: чем они тоньше и короче, тем больше частота колебаний и выше голос. Но неповторимость и красоту голоса создают обертоны, которые возникают при колебаниях не только связок, но и губ, языка.

Если колебания источника звука не являются гармоническими, то на слух звук имеет ещё одно качество, а именно — специфический оттенок, называемый тембром.

Тембр определяет неповторимость звуков человеческих голосов и различных музыкальных инструментов. По различному тембру мы легко распознаем голос человека, звучание струны гитары или пианино, даже если бы все эти звуки имели одну и туже громкость и высоту.

Высота звука определяется частотой основного тона: чем больше частота основного тона, тем выше звук. Поэтому при сравнении голосов мы говорим о «басе», «теноре» или «альте».

А теперь давайте подумаем: кто в полёте чаще машет крыльями: шмель, муха или комар?

Ответ на этот вопрос достаточно простой. Мы только что сказали, что чем выше высота тона звука, тем большей частотой колебаний он вызван. Мы знаем, что комар при полёте издаёт более высокий тон, чем муха или шмель.

Значит комар и чаще машет крыльями в полёте.

В заключении ещё раз отметим, что слуховой аппарат человека способен распознавать лишь звуки в определённых интервалах громкости и частоты. Если в окружающем пространстве находится очень большое количество шумовых звуков или звуков большой громкости, то говорят об акустическом загрязнении пространства.

Например, если после звонка в классе начинают говорить одновременно практически все находящиеся в нём ученики, то услышать, что говорит даже рядом стоящий человек, достаточно трудно.

Помните, что систематическое воздействие на человека громких звуков (а особенно шумов), очень плохо сказывается на его здоровье.

Источник

Задания к викторине с ответами по экологии, биологии и окружающему миру

Вопросы с ответами по биологии, экологии и окружающему миру, как пример для проведения викторины или диктанта. Вопросы будут интересны не только детям, но и взрослым людям, так как пополнят знания по данным предметам и затронут будущее не только человечества, но и всей природы нашей планеты.

Вопросы и ответы к викторине

Вопрос: К какому веществу, согласно учению В.И. Вернадского о биосфере, относятся уголь, нефть?

Ответ: В. И. Вернадский различал также биогенное вещество – геологические породы, созданные благодаря жизнедеятельности организмов: каменный уголь, известняк и др. Биогенное вещество — вещество, представляющее собой остатки отмерших организмов или продукты жизнедеятельности и линьки живых организмов. Понятие биогенное вещество введено В. И. Вернадским в начале XX в. при создании учения о биосфере.

Вопрос: Как называется минерал, который имеет волокнистую структуру и может вызывать поражение легких у людей, долгое время контактирующих с ним? (выбрать из списка: алмаз, асбест, кадмий, кварц)

Ответ: Асбест — это минерал, имеющий своеобразное волокнистое строение, его называют также «горным льном». Вследствие волокнистого строения асбеста пыль, помимо склерозирующего действия, вызывает более выраженное механическое повреждение слизистой оболочки дыхательных путей и легочной ткани, чем другие виды пыли.

Вопрос: Как называется разрушение берегов рек, озёр и других водоёмов под воздействием прибоя, волн и иных естественных экологических факторов?

Ответ: Абразия — геологическое разрушение берегов морей, озер, крупных водохранилищ волнами, зависящее от степени волнового воздействия и создающее на берегах абразионную террасу или крутой абразионный уступ.

Вопрос: Какие факторы приводят к подкислению воды в океане?

Ответ: Повышение уровня кислотности океанских вод происходит потому, что СО2, образующийся при сжигании ископаемого (органического) топлива, растворяясь в морской воде, превращается в угольную кислоту, и это снижает уровень pH воды.

Вопрос: Кто и когда ввёл термин «экология»?

Ответ: Термин «Экология» впервые в науку ввел немецкий ученый Эрнест Геккель в 1866 г. Экология — наука о взаимосвязи организмов и их сообществ между собой и окружающей средой, о структуре и закономерности функционирования надвидовых систем (биоценозов, биогеоценозов, биосферы).

Вопрос: Каким растениям НЕ требуется свет для питания? (выбрать из списка: ламинария, плаун, петров крест, маршанция, папирус, повилика)

Ответ: Ламинария (морская капуста). Ламинарии растут на глубине 4-10 метров в местах с постоянным течением, создавая нечто наподобие пояса, а максимальная длина может достигать 20 метров.

Вопрос: Какие утверждения являются верными, а какие неверными?
a) Наилучшее сочетание благоприятных факторов среды называется биологическим оптимумом. верно
б) Симбиоз — такая форма связи в популяциях, при которой один или несколько организмов получают необходимые питательные вещества от организма хозяина. неверно
в) Группа популяций разных видов, населяющих одну территорию, образует единое сообщество. верно
г) Биомасса — это масса взрослых животных определённой группы или сообщества. неверно

Вопрос: Как называются сорные растения, растущие на мусорных свалках и вдоль дорог?

Ответ: Рудеральные растения, рудералы — сорные растения, растущие на мусорных свалках, вдоль дорог. Рудеральные растения относят к синантропным организмам.

Вопрос: Как называется группа особей одного вида на определённой территории?

Ответ: Популяция – это группа особей одного вида, существующая некоторое продолжительное время на определенной территории.

Вопрос: Какие условия нужны для образования фотохимического смога?

Ответ: Благоприятные условия для образования фотохимического смога созданы в большинстве крупных городов с высоким автомобильным трафиком. Фотохимический смог — загрязнение воздуха газовыми и аэрозольными примесями при. химических реакциях оксидов азота с углеводородами, идущих под действием излучения

Вопрос: Как называется оболочка земли, заселённая живыми организмами и преобразованная ими?

Ответ: Биосфера — внешняя оболочка Земли, населенная живыми организмами и преобразованная ими.

Вопрос: В каких условиях проявляются преимущества сциофитов?

Ответ: Сциофиты – растения, обитающие исключительно в затемненных условиях, предпочитающие рассеянный свет. При прямом солнечном освещении у тенелюбивых растений проявляются признаки угнетенности развития и возможны солнечные ожоги.

Вопрос: Какое животное может быть переносчиком чумы?

Ответ: Чума – природно-очаговая инфекция, которой болеют люди и животные, переносчиками возбудителя являются блохи, паразитирующие на грызунах и других животных.

Вопрос: В каких единицах измеряется экологический след?

Ответ: Измерение экологического следа. Измеряется экологический след в ГГА — глобальных гектарах. Под этой условной единицей понимают 1 га биологически продуктивной суши или воды со среднемировым уровнем биологической продуктивности за конкретный год.

Вопрос: Как называются организмы, окончательно разрушающие органические соединения до минеральных?

Ответ: Редуценты разрушают остатки мёртвых растений и животных до минеральных соединений, которые затем используются продуцентами. Участвуя в окончательном Вопрос: разложении органических соединений, возвращают их в биосферу в виде простых соединений азота, фосфора.

Вопрос: Как называется любая совокупность организмов и неорганических компонентов, в которой может поддерживаться круговорот вещества?

Ответ: Экосистема — совокупность организмов и неорганических компонентов, в которой может поддерживаться круговорот вещества.

Вопрос: Какое заболевание может возникнуть при длительном употреблении воды с повышенным содержанием фтора?

Ответ: Длительный избыток фтора (употребление воды с концентрацией фтора выше 4 мг/л более 10-20 лет) может вызвать интоксикацию организма (флюороз), который проявляется разрушением зубов и костей, — зубная эмаль становится «крапчатой», а зубы крошатся без боли, ухудшается работа печени, щитовидной и паращитовидной железы, тканям организма становится трудно «дышать».

Вопрос: Как называется особый тип почв, свойственный для крупных городов, и не встречающийся в природной экосистеме?

Ответ: Все почвы города делятся на группы: естественноненарушенных, естественно-антропогенных поверхностно-преобразованных (естественных нарушенных), антропогенных глубокопреобразованных урбаноземов и почв техногенных поверхностных почвоподобных образований — урботехноземов.

Вопрос: Как называется особое вещество, которое образуется благодаря разносторонней деятельности организмов в почве?

Ответ: Благодаря их деятельности, в частности в результате переработки организмами мёртвых корней, опавших листьев, иных омертвевших тканей, в почве образуется гумус — лёгкое пористое вещество бурого или коричневого цвета, содержащее основные элементы питания растений.

Вопрос: Оксиды азота и серы участвуют в возникновении таких экологических проблем, как? (выбрать из списка: выщелачивание водоёмов, выпадение кислотных осадков, заболачивание, смог)

Ответ: Кислотные осадки и их экологические последствия. Оксиды серы и азота, выбрасываемых в атмосферу в результате работы тепловых электростанций и автомобильных двигателей, сочетаются с атмосферной влагой и образуют мелкие капельки серной и азотной кислот, которые переносятся ветрами в виде кислотного тумана и выпадают на Землю кислотными дождями.

Вопрос: Риск возникновения каких болезней из перечисленных увеличивается при уменьшении концентрации озонового слоя в стратосфере? (выбрать из списка: органов дыхания, кожи, брюшной полости, сердечно-сосудистой системы, глаз, мочевыделительной системы, нервной системы)

Ответ: Уменьшение толщины озонового слоя связано с ростом рисков для всей биосферы. Влияние на здоровье человека. Чем тоньше озоновый слой, чем больше солнечного излучение попадает на поверхность Земли. Лабораторные и эпидемиологические исследования показали, что ультрафиолетовые лучи вызывают немеланомный рак кожи, а также играют ключевую роль в развитии злокачественной меланомы.

Вопрос: Известно, что проростки кактусов обычно развиваются под укрытием пустынных кустарников, выполняющих роль растений-нянь для молодых кактусов. Без их защиты они, как правило, погибают. Почему это происходит? Выбрать из списка:
а У проростков кактусов поверхностная и слабая корневая система.
б Проростки кактусов не имеют колючек, опушения и других приспособлений, снижающих испарение воды с их поверхности.
в На открытом месте проростки кактусов испаряют слишком много воды и перегреваются
г Проростки кактусов нагреваются сильнее, чем взрослые растения, из-за небольших размеров.
д Физиология кактусов нацелена на экономию воды, это вступает в противоречие с необходимостью борьбы с перегреванием у молодых особей.

Ответ: У проростков кактусов поверхностная и слабая корневая система. Проростки кактусов не имеют колючек, опушения и других приспособлений, снижающих испарение воды с их поверхности.

Вопрос: Как называются беспорядочные смешения звуков, колебания различной физической природы?

Ответ: Шум – беспорядочные колебания различной физической природы, отличающиеся сложностью временной и спектральной структуры.

Вопрос: В какой природной зоне располагаются горные массивы, где отмечается наибольшее разнообразие живых организмов?

Ответ: По разнообразию видов животных и растений самой богатой природной зоной считается тропический лес, который располагается в экваториальном и субэкваториальном климатических поясах.

Вопрос: Юные натуралисты обнаружили в лесу «пятно» проростков дуба на участке площадью 20 см2. объясните, как такое могло произойти? Выбрать из списка:
а жёлуди выросли из запасов суслика
б жёлуди выросли из забытой кладовой большого пёстрого дятла
в жёлуди выросли из забытых запасов сойки
г жёлуди проросли из помёта кабанов

Ответ: Эта сойка намеревается спрятать желудь под кору дерева. Желудями сойки питаются большую часть года, с осени по весну, пока не появятся насекомые и не созреют ягоды. … Собрав достаточное количество желудей с дерева или подобрав с земли, сойка отправляется их прятать. Во время сбора птицы ведут себя шумно и крикливо, а когда делают тайники, становятся молчаливыми и неприметными.

Вопрос: Что свидетельствует о высокой плотности популяции грызунов в естественных условиях?

Ответ: Зависимые от плотности популяции (регулирующие) факторы. … К зависимым от плотности популяции принадлежат биотические факторы — естественные враги (хищники, паразиты, возбудители болезней) и пищевые ресурсы. Их количество изменяется вместе с изменением
численности популяции.

Вопрос: Куда в Средние века загрязнённая вода отводилась из московских домов по желобам и канавам? (выбрать из списка: на специальные поля, в реки, на улицы, в огороды, в окрестные леса, в крепостные рвы)

Ответ: 9 апреля 1699 года Петр I издал «Указ о наблюдении чистоты в Москве и о наказании за выбрасывание сору и всякого помету на улицы и переулки».

Вопрос: Надземные побеги этого растения однолетние. Почки возобновления находятся в подстилке или в почве. Это описание (выбрать из списка: кустарника, однолетнего травянистого растения, кустарничка, многолетнего травянистого растения)

Ответ: Многолетнего травянистого растения

Вопрос: У каких животных при чрезмерном увеличении численности и плотности популяции периодически происходят массовые миграции, снижающие перенаселение? (выбрать из списка: перелётная саранча; лоси; головастики жаб, лягушек, тритонов; песцы; лемминги, полёвки, белки; гусеницы непарного шелкопряда)

Ответ: гусеницы непарного шелкопряда, перелётная саранча

Вопрос: Опасность от растений и животных-интродуцентов в первую очередь заключается в _________ _________ на заселённой ими территории.

Ответ: Почва и температура

Вопрос: Пресная вода для человека и других организмов относится к … (выбрать из списка: неисчерпаемым ресурсам, исчерпаемым невозобновимым ресурсам, исчерпаемым возобновимым ресурсам, не является ресурсом)

Ответ: В оптимальных условиях, когда экосфера не страдает от антропогенного и техногенного факторов, пресная вода – неисчерпаемый ресурс, восполняющийся за счет ее круговорота. Но сейчас проблема истощения ее запасов вследствие влияния антропогенного фактора с каждым годом становится все острее. Поэтому большинство гидрологов признают принадлежность пресной воды уже к ресурсам из категории возобновляемых, а не неисчерпаемых.

Вопрос: На участке парка на окраине города произошло уменьшение обилия медуницы неясной и увеличение обилия заносного вида недотроги мелкоцветковой. Чем можно объяснить оба этих явления? (выбрать из списка: сбором на букеты, вытаптыванием и расширением сети тропинок, уплотнением почвы, межвидовой конкуренцией)

Ответ: вытаптыванием и расширением сети тропинок

Вопрос: Удлинение петли генле в почках пустынных млекопитающих по сравнению с родственными животными в условиях оптимального увлажнения позволяет им… (выбрать из списка: А снизить потери воды организмом, Б экономить соединение азота, В экономить минеральные вещества, Г увеличить потребление воды организмом)

Ответ: В экономить минеральные вещества

Ответ: 1 пластик 2 газа 3 1000 лет 4 микропластики
Этот искусственный материал, который называется пластик, производят из продуктов переработки нефти и природного газа. По некоторым оценкам, для его полного исчезновения требуется около 1000 лет. При его разрушении образуются мельчайшие частицы – микропластики, который проникает во все среды и встраивается в пищевые цепочки.
При разложении микропластик превращается в нанопластик, частицы которого меньше одного микрометра, или одной тысячной миллиметра. Их уже невозможно увидеть без специального прибора. Пластик разлагается медленно, обычно сотни и даже тысячи лет. Это увеличивает вероятность попадания и накопления микропластика в телах и тканях многих организмов.

Вопрос: Приведите примеры жизненных форм растений.

Ответ: Наиболее распространённые жизненные формы растений — деревья, кустарники, кустарнички и травы (травянистые растения).

Возможно вам будут интересны вопросы на Экодиктант

Источник

Звук, как особый вид механических колебаний.

Звук, как механические колебания

Само понятие «колебания» подразумевают какие-либо повторяющиеся процессы, параметры которых постоянно изменяются. Например, изменения температуры.

А к механическим колебаниям относят повторяющиеся движения различных тел (струны, маятник, камертон и т. п.). Эти движения могут повторяться через равные промежутки времени. Их называют периодические. А если через неравные промежутки, то непериодические. Периодические колебания лежат в основе музыкальных звуков. Только по таким колебаниям наша слуховая система способна определять высоту тона.

Простое гармоническое колебание

Чтобы колебание было гармоническим (повторяющимся), на него должна действовать возвращающая сила. То есть сила, которая возвращает тело назад. Если под действием этой силы тело совершает повторяющиеся движения и это происходит через равные промежутки времени в положение равновесия, то это движение и называют простым гармоническим колебанием. Именно этот тип движения лежит в основе более сложных музыкальных звуков, которые мы слышим. Самый простой пример такого колебания — это колебание массы (груза) на пружине.

На рис. видно, что если вывести из положения равновесия массу, то на неё начинает действовать возвращающая упругая сила. Эта сила начинает возвращать груз в положение равновесия. Но сначала груз по инерции проскакивает эту точку и смещается в противоположную сторону. Затем под действием той же силы, он возвращается в положение равновесия. После этого этот цикл повторяется.

Для определения смещения используют несколько величин:

Амплитуда колебаний — максимальное смещение тела от положения равновесия.

Период колебаний — наименьший промежуток времени, через которые повторяются колебания (t).

Частота колебаний — число циклов (колебаний) в секунду. Измеряется в герцах (Гц или Hz). Частота — величина, обратная периоду. И рассчитывается по формуле f=1/t. То есть если t=0,001 с., то f=1/0,001 с = 1000 Hz. Однако, такой расчёт характерен только для простого гармонического колебания.

Частота колебания тесно связана с понятием музыкального тона. Например, ля первой октавы (А4) равна 440 Гц.

Угловая (круговая) частота — измеряется в радианах в секунду (рад/с). Измеряется по формуле ω=2πf. Например, если частота 100 Hz, то ω=2×3,14×100=628 рад/с.

Начальная фаза — это положение, с которого началось колебание. Измеряется в градусах. Когда тело начинает колебаться из положения равновесия, то фаза равна нулю. Если сначала отклонить в крайнее правое положение, а потом толкнуть, то фаза равна 90 °. А если, например, две струны начинают колебаться с задержкой по времени, то уже будет сдвиг фазы (задержка в 1/4 периода означает сдвиг фаз в 90 °, в 1/3 = 270 ° и т. д.).

Собственная частота колебаний

Если какое-либо тело (например, струну) вывести из равновесия, а затем отпустить, то она будет совершать свободные периодические колебания, которые будут зависеть только от её жесткости и массы. Вот это частота и называется собственная частота колебаний.

Частота собственных колебаний тела не зависит от амплитуды колебаний. Поэтому изменяя громкость (амплитуду), мы можем сохранять высоту музыкального тона (частоту).

Затухающие свободные колебания

В реальности колебание не может двигаться вечно, так как часть энергии расходуется на преодоление трения (например, в воздухе). Поэтому амплитуда постепенно уменьшается и тело постепенно останавливается. Этот процесс называется затухание колебания.

Процесс затухания зависит от многих факторов. Приведём несколько.

Масса тела

Например, чем масса тела меньше, тем затухание происходит быстрее. Вспомним рояль. Верхние, тонкие струны на нём не демпфируются. Они и так быстро затухают. А на нижних, наоборот, демпфируются. Масса большая и поэтому они долго колеблются.

Трение материала

В дереве, к примеру, трение очень высоко. Поэтому у ксилофона звук затухает быстро (скорость затухания колебания). А в металле — медленнее, вспомним металлофон.

Процессы затухания очень важны в музыкальных инструментах, так как по ним мы идентифицируем и отличаем различные тембры. Именно по этому в изготовление музыкальных инструментов уделяется особое внимание материалам, технологии обработки и т. д. Всё это сильно влияет на скорость и процесс затухания.

Сложные свободные колебания

То, что мы рассматривали выше (простое гармоническое колебание) — это простая система, которая называется система с одной степенью свободы. То есть имеется одна масса (груз), одна жёсткость (пружина) и колебание происходит в одном направлении. Простые системы с конечным числом называют сосредоточенными.

В реальности музыкальные инструменты создают более сложные колебания. Это уже системы с бесконечно большим числом степеней свободы. Такие системы называют распределёнными.

Виды колебаний

Колебания делятся на продольные и поперечные. Чаще в музыкальных инструментах используются поперечные колебания (струны, мембраны, пластины), но в духовых инструментах возбуждаются продольные колебания воздушных столбов воздуха.

Представляют собой набор характерных для колебательной системы типов гармонических колебаний.

Приведём пример. Вот как выглядит форма колебаний струны на собственных частотах.

Первая мода — основная, фундаментальная. Дальше следует вторая мода, третья … и т. д.

Спектры

Сочетание набора собственных частот, амплитуд колебаний и внешней силы (удар по струне, щипок, смычок), которая воздействует на тело называется амплитудным спектром. Если это набор фаз колебаний на этих частотах, то это называется фазовым спектром.

Для рассмотрения спектра используются следующие важные термины:

Фундаментальная частота — основная (низшая, первая) собственная частота. Все собственные частоты выше основной называются обертонами. Именно обертоны придают источнику звука характерное звучание — тембр.

Обертоны бывают гармоническими и негармоническими. Частоты гармонических обертонов кратны частоте основного тона (их также называют гармониками). Например, 110, 220, 330, 440 … В реальных физических ситуациях (например, при колебаниях массивной и жесткой струны) частоты обертонов могут заметно отклоняться от величин, кратных частоте основного тона — такие обертоны называются негармоническими.

Естественно гармоники бывают четными и нечётными. Вот, к примеру, таблица обертонов и гармоник До большой октавы:

Начальные 10 обертонов прослушиваются по высоте и сливаются друг с другом в аккорды. Остальные прослушиваются плохо или не прослушиваются вообще.

Вынужденные колебания и резонанс. Атака звука, стационарный процесс и процесс спада.

Выше мы рассматривали свободные колебания. То есть была приложена сила только один раз, в начальный момент. Далее колебания постепенно затухали. Но что же будет если на тело действует периодическая сила (например, если струну будем постоянно цеплять с силой определённой частоты)? И здесь уже колебательные процессы будут намного сложнее. Вначале тело начнет колебаться со своей собственной частотой, эти колебания постепенно затухнут и установятся колебания с частотой вынуждающей силы. Этот период сложения собственных и вынужденных колебаний называется атакой звука. Затем возникнут периодические вынужденные колебания, частота которых совпадает с частотой действующей силы. Эти колебания, несмотря на трение, будут продолжаться пока действует сила, которая постоянно компенсирует энергию, затраченную телом при колебаниях. Эти движения называют вынужденными стационарными колебаниями. Когда сила прекращает своё воздействие начинается процесс затухания с частотой собственных колебаний. Этот период называют периодом затухания колебания.

Когда происходит совпадение частоты внешней силы, которая действует на систему, с частотой собственных колебаний системы происходит резонанс. Это явление возникает только тогда, когда на тело действует внешняя сила.

Вернёмся к атаки звука. В начальный момент времени в период атаки происходят сложные процессы взаимодействия свободных и вынужденных колебаний в системе. Они зависят от многих факторов: начальных условий, величины затухания в системе, соотношения собственных частот и частот вынуждающей силы. А если мы обратимся к реальным музыкальным инструментам, то процесс атаки будет ещё сложнее. Поскольку у каждого резонатора и вибратора (струны, деки, мембраны и т. д.) имеется много собственных частот, то при воздействии вынуждающей силы все они начнут колебаться на этих частотах. Затем эти колебания будут затухать и останутся стационарные колебания. После того как действие силы прекратится, будет происходить спад колебаний, причем также на всех частотах. В итоге, звук реального музыкального инструмента состоит из трёх важных частей: процесса атаки, стационарной части и процесса спада. У каждого инструмента свои временные соотношения этих частей. Например, у щипковых время атаки около 30-120 мс, стационарная часть 0,02-1 с., время спада 0,2-1 с. А у ударных атака — 0,4-4 мс. Поэтому эти параметры играют большое значение для определения музыкальных инструментов. Ведь мы индентифицируем инструменты не только когда их слышим сольно, но и можем выделять их при прослушивании в различных ансамблях.

Похожие записи

AM-cинтез (амплитудная модуляция)

Rate this post В этой статье поговорим о таком виде синтеза, как AM-cинтез (амплитудная модуляция) и кольцевая модуляция (ring Modulation, RM). Подписаться

Источник