Skaņas avoti. Skaņas vibrācijas

Skaņu rada mehāniskas vibrācijas elastīgās vidēs un ķermeņos, kuru frekvences ir diapazonā no 20 Hz līdz 20 kHz un kuras cilvēka auss spēj uztvert.

Attiecīgi mehāniskās vibrācijas ar norādītajām frekvencēm sauc par skaņas un akustiskām. Nedzirdamas mehāniskās vibrācijas, kuru frekvences ir zemākas par skaņas diapazonu, sauc par infraskaņu, un tās, kuru frekvences pārsniedz skaņas diapazonu, sauc par ultraskaņu.

Ja zem gaisa sūkņa zvana tiek novietots skanošs korpuss, piemēram, elektriskais zvans, tad, izsūknējot gaisu, skaņa kļūs arvien vājāka un, visbeidzot, pilnībā apstāsies. Vibrāciju pārraide no skanošā ķermeņa tiek veikta pa gaisu. Ņemiet vērā, ka savu vibrāciju laikā skanošais ķermenis savu vibrāciju laikā pārmaiņus saspiež ķermeņa virsmai blakus esošo gaisu, tad, gluži pretēji, šajā slānī rada retumu. Tādējādi skaņas izplatīšanās gaisā sākas ar gaisa blīvuma svārstībām uz oscilējoša ķermeņa virsmas.

mūzikas tonis. Skaļums un augstums

Skaņu, ko dzirdam, kad tās avots rada harmoniskas svārstības, sauc par mūzikas signālu vai, īsi sakot, toni.

Jebkurā mūzikas tonī pēc dzirdes varam atšķirt divas īpašības: skaļumu un augstumu.

Vienkāršākie novērojumi mūs pārliecina, ka jebkura noteiktā augstuma toni nosaka vibrāciju amplitūda. Pēc sitiena kamertonis skaņa pamazām norimst. Tas notiek kopā ar svārstību slāpēšanu, t.i. ar to amplitūdas samazināšanos. Stingrāk uzsitot kamertoni, t.i. piešķirot vibrācijām lielu amplitūdu, mēs dzirdēsim skaļāku skaņu nekā ar vāju triecienu. To pašu var novērot ar stīgu un vispār ar jebkuru skaņas avotu.

Ja ņemam vairākas dažāda izmēra kamertoni, tad nebūs grūti tās sakārtot pēc auss pieaugošā soļa secībā. Tādējādi tie atradīsies arī pēc izmēra: lielākā kamertonis dod zemāko skaņu, mazākā - augstāko skaņu. Tādējādi piķi nosaka svārstību biežums. Jo augstāka ir frekvence un līdz ar to, jo īsāks ir svārstību periods, jo augstāku toni mēs dzirdam.

akustiskā rezonanse

Rezonanses parādības var novērot uz jebkuras frekvences mehāniskām vibrācijām, jo ​​īpaši uz skaņas vibrācijām.

Mēs novietojam divas vienādas kamertonis blakus, pagriežot kastīšu caurumus, uz kuriem tie ir uzstādīti, viens pret otru. Kastes ir vajadzīgas, jo tās pastiprina kamertonu skaņu. Tas ir saistīts ar rezonansi starp kamertonu un kastē esošajām gaisa kolonnām; tāpēc kastes sauc par rezonatoriem vai rezonanses kastēm.

Sasitīsim vienu no kamertoniem un pēc tam apslāpēsim to ar pirkstiem. Mēs dzirdēsim otrās kamertonis skaņu.

Ņemsim divas dažādas kamertones, t.i. ar dažādiem soļiem un atkārtojiet eksperimentu. Tagad katrs kamertons vairs nereaģēs uz citas kamertona skaņu.

Šo rezultātu nav grūti izskaidrot. Vienas kamertonis vibrācijas iedarbojas pa gaisu ar zināmu spēku uz otru kamertonu, liekot tai veikt savas piespiedu vibrācijas. Tā kā kamertonis 1 veic harmoniskas svārstības, tad spēks, kas iedarbojas uz kamertonu 2, mainīsies saskaņā ar harmonisko svārstību likumu ar 1. kamertonis frekvenci. Ja spēka frekvence ir atšķirīga, tad piespiedu svārstības būs tik vājas. ka mēs viņus nedzirdēsim.

Trokšņi

Mēs dzirdam muzikālu skaņu (notīti), kad svārstības ir periodiskas. Piemēram, šāda veida skaņu rada klavieru stīga. Ja nospiežat vairākus taustiņus vienlaikus, t.i. izskan vairākas notis, tad saglabāsies mūzikas skanējuma sajūta, bet skaidri iznāks atšķirība starp līdzskaņām (ausai patīkamām) un disonējošām (nepatīkamām) notis. Izrādās, ka tās notis, kuru punkti ir mazu skaitļu attiecībās, sasaucas. Piemēram, līdzskaņa tiek iegūta, ja periodu attiecība ir 2:3 (piktā), 3:4 (kvants), 4:5 (lielā trešdaļa) utt. Ja periodi ir saistīti kā lieli cipari, piemēram, 19:23, tad rodas disonanse - muzikāla, bet nepatīkama skaņa. Mēs iesim vēl tālāk no vibrāciju periodiskuma, ja vienlaikus nospiedīsim daudzus taustiņus. Skaņa būs trokšņaina.

Trokšņiem ir raksturīga spēcīga svārstību formas neperiodiskums: vai nu tās ir ilgstošas ​​svārstības, bet pēc formas ļoti sarežģītas (svilkšana, čīkstēšana), vai arī atsevišķas emisijas (klikšķi, sitieni). No šī viedokļa arī skaņas, ko izsaka līdzskaņi (svilkšana, lūpu u.c.), būtu jāpieskaita trokšņiem.

Visos gadījumos trokšņu svārstības sastāv no milzīga skaita harmonisku svārstību ar dažādām frekvencēm.

Tādējādi harmonisko svārstību spektrs sastāv no vienas frekvences. Periodiskām svārstībām spektrs sastāv no frekvenču kopas - tās pamata un daudzkārtņu. Ar līdzskaņiem mums ir spektrs, kas sastāv no vairākām šādām frekvenču kopām, no kurām galvenās ir saistītas kā mazi veseli skaitļi. Disonējošās harmonijās pamata frekvences vairs nav tik vienkāršās attiecībās. Jo vairāk dažādu frekvenču spektrā, jo tuvāk mēs nonākam troksnim. Tipiskiem trokšņiem ir spektri, kuros ir ārkārtīgi daudz frekvenču.

Ar šīs video nodarbības palīdzību var apgūt tēmu “Skaņas avoti. Skaņas vibrācijas. Augstums, tonis, skaļums. Šajā nodarbībā jūs uzzināsiet, kas ir skaņa. Mēs arī apsvērsim skaņas vibrāciju diapazonus, ko uztver cilvēka dzirde. Noskaidrosim, kas var būt skaņas avots un kādi apstākļi ir nepieciešami tās rašanās brīdim. Mēs pētīsim arī tādas skaņas īpašības kā augstums, tembrs un skaļums.

Nodarbības tēma ir veltīta skaņas avotiem, skaņas vibrācijām. Parunāsim arī par skaņas īpašībām – augstumu, skaļumu un tembru. Pirms runāt par skaņu, par skaņas viļņiem, atcerēsimies, ka mehāniskie viļņi izplatās elastīgās vidēs. Daļa no garenvirziena mehāniskie viļņi, ko uztver cilvēka dzirdes orgāni, sauc par skaņu, skaņas viļņiem. Skaņa ir mehāniski viļņi, ko uztver cilvēka dzirdes orgāni, kas izraisa skaņas sajūtas. .

Eksperimenti liecina, ka cilvēka auss, cilvēka dzirdes orgāni uztver vibrācijas ar frekvencēm no 16 Hz līdz 20 000 Hz. Tieši šo diapazonu mēs saucam par skaņas diapazonu. Protams, ir viļņi, kuru frekvence ir mazāka par 16 Hz (infraskaņa) un lielāka par 20 000 Hz (ultraskaņa). Bet šo diapazonu, šīs sadaļas cilvēka auss neuztver.

Rīsi. 1. Cilvēka auss dzirdes diapazons

Kā jau teicām, infraskaņas un ultraskaņas zonas cilvēka dzirdes orgāni neuztver. Lai gan tos var uztvert, piemēram, daži dzīvnieki, kukaiņi.

Kas notika ? Skaņas avoti var būt jebkuri ķermeņi, kas svārstās ar skaņas frekvenci (no 16 līdz 20 000 Hz)

Rīsi. 2. Svārstīgs lineāls, kas iespiests skrūvspīlēs, var būt skaņas avots

Pievērsīsimies pieredzei un redzēsim, kā veidojas skaņas vilnis. Lai to izdarītu, mums ir nepieciešams metāla lineāls, ko mēs saspiežam skrūvspīlēs. Tagad, iedarbojoties uz lineālu, mēs varam novērot vibrācijas, bet nedzirdam nekādu skaņu. Un tomēr ap lineālu tiek izveidots mehānisks vilnis. Ņemiet vērā, ka, lineālam pārvietojoties uz vienu pusi, šeit veidojas gaisa blīvējums. Otrā pusē ir arī zīmogs. Starp šīm blīvēm veidojas gaisa vakuums. Gareniskais vilnis - tas ir skaņas vilnis, kas sastāv no blīvēm un gaisa izplūdēm. Lineāla vibrācijas frekvence šajā gadījumā ir mazāka par audio frekvenci, tāpēc mēs nedzirdam šo vilni, šo skaņu. Balstoties uz tikko novēroto pieredzi, 18. gadsimta beigās tika izveidots instruments, ko sauca par kamertoni.

Rīsi. 3. Garenisko skaņas viļņu izplatīšanās no kamertonis

Kā redzējām, skaņa rodas ķermeņa vibrāciju rezultātā ar skaņas frekvenci. Izplatība skaņas viļņi visos virzienos. Starp cilvēka dzirdes aparātu un skaņas viļņu avotu ir jābūt videi. Šī vide var būt gāzveida, šķidra, cieta, bet tai jābūt daļiņām, kas spēj pārraidīt vibrācijas. Skaņas viļņu pārraides procesam obligāti jānotiek tur, kur ir matērija. Ja nav vielas, mēs nedzirdēsim nekādu skaņu.

Lai skaņa pastāvētu:

1. Skaņas avots

2. Trešdiena

3. Dzirdes aparāts

4. Frekvence 16-20000Hz

5. Intensitāte

Tagad pāriesim pie skaņas īpašību apspriešanas. Pirmais ir laukums. Skaņas augstums - raksturlielums, ko nosaka svārstību biežums. Jo augstāka ir ķermeņa frekvence, kas rada vibrācijas, jo augstāka būs skaņa. Pievērsīsimies atkal lineālam, kas saspiests skrūvspīlēs. Kā jau teicām, mēs redzējām vibrācijas, bet nedzirdējām skaņu. Ja tagad lineāla garumu padarīs mazāku, tad skaņu dzirdēsim, bet saskatīt vibrācijas būs daudz grūtāk. Paskaties uz līniju. Ja mēs tagad rīkojamies saskaņā ar to, mēs nedzirdēsim nekādu skaņu, bet mēs novērojam vibrācijas. Ja mēs saīsināsim lineālu, mēs dzirdēsim noteikta augstuma skaņu. Lineāla garumu varam padarīt vēl īsāku, tad dzirdēsim vēl augstāka toņa (frekvences) skaņu. To pašu varam novērot ar kamertoniem. Ja paņemam lielu kamertoni (to sauc arī par demonstrācijas kamertoni) un sitam pa šādas kamertones kājām, varam novērot svārstības, bet skaņu nedzirdēsim. Ja paņemam citu kamertonu, tad, uzsitot to, mēs dzirdēsim noteiktu skaņu. Un nākamais kamertons, īsts kamertons, ko izmanto, lai noskaņotu mūzikas instrumenti. Tas rada skaņu, kas atbilst la notij vai, kā saka, 440 Hz.

Nākamā funkcija- skaņas tembrs. Tembris sauc par skaņas krāsu. Kā var ilustrēt šo īpašību? Tembris ir atšķirība starp divām identiskām skaņām, ko atskaņo dažādi mūzikas instrumenti. Jūs visi zināt, ka mums ir tikai septiņas notis. Ja dzirdam vienu un to pašu A noti uz vijoles un klavierēm, tad tās atšķirsim. Mēs uzreiz varam pateikt, kurš instruments radīja šo skaņu. Tieši šī pazīme – skaņas krāsa – raksturo tembru. Jāteic, ka tembrs ir atkarīgs no tā, kādas skaņas vibrācijas tiek atveidotas, papildus pamattonis. Fakts ir tāds, ka patvaļīgas skaņas vibrācijas ir diezgan sarežģītas. Viņi saka, ka tie sastāv no atsevišķu vibrāciju kopuma vibrāciju spektrs. Tā ir papildu vibrāciju (virstoņu) atveidošana, kas raksturo konkrētas balss vai instrumenta skaņas skaistumu. Tembris ir viena no galvenajām un spilgtākajām skaņas izpausmēm.

Vēl viena iezīme ir skaļums. Skaņas skaļums ir atkarīgs no vibrāciju amplitūdas. Apskatīsim un pārliecināsimies, ka skaļums ir saistīts ar vibrāciju amplitūdu. Tātad, pieņemsim kamertoni. Rīkosimies šādi: ja vāji trāpīsi pa kamertoni, tad svārstību amplitūda būs maza un skaņa klusa. Ja tagad kamertonis tiek sists spēcīgāk, tad skaņa ir daudz skaļāka. Tas ir saistīts ar faktu, ka svārstību amplitūda būs daudz lielāka. Skaņas uztvere ir subjektīva lieta, tā ir atkarīga no tā, kāds ir dzirdes aparāts, kāda ir cilvēka pašsajūta.

Papildliteratūras saraksts:

Vai esat pazīstams ar skaņu? // Kvants. - 1992. - Nr.8. - C. 40-41. Kikoins A.K. Par mūzikas skaņām un to avotiem // Kvant. - 1985. - Nr.9. - S. 26-28. Elementāra fizikas mācību grāmata. Ed. G.S. Landsbergs. T. 3. - M., 1974. gads.

Integrēta fizikas, mūzikas un informātikas stunda.

Nodarbības mērķis:

Iepazīstināt studentus ar jēdzienu "skaņa", skaņas raksturojumu; iemācīt atšķirt skaņas pēc skaļuma, tembra, parādīt, kā šīs īpašības ir saistītas ar vibrāciju frekvenci un amplitūdu; parādīt saikni starp fiziku un mūziku.

Mērķis

Lejupielādēt:

Priekšskatījums:

9. klase 36. nodarbība

Skaņas avoti. Skaņas vibrācijas. Problēmu risināšana.

Nodarbības mērķis: Iepazīstināt studentus ar jēdzienu "skaņa", skaņas raksturojumu; mācīt atšķirt skaņas pēc skaļuma, toņa, tembra; parādīt, kā šie raksturlielumi ir saistīti ar svārstību frekvenci un amplitūdu; parādīt saikni starp fiziku un mūziku.

Nodarbību laikā.

1. Laika organizēšana.
2. Zināšanu atjaunināšana.

1. slaids

• Frontālā aptauja

1. Kas ir mehāniskie viļņi?

2. Kādi ir divu veidu mehāniskie viļņi?

3. Kas ir periods, frekvence, viļņa garums, viļņa ātrums? Kāda saikne pastāv starp tām?

• Patstāvīgs darbs.

3. Jauna materiāla apgūšana.

Skolotājs. Pēdējā nodarbībā sākām pētīt mehāniskos viļņus, lai tālāk iepazītos elektromagnētiskie viļņi. Lai gan tiem ir dažādi nosaukumi, atšķirīga fiziskā būtība, tos apraksta ar vieniem un tiem pašiem parametriem un vienādojumiem. Šodien mēs iepazīsimies ar cita veida mehāniskajiem viļņiem. Pēc lēmuma pieņemšanas jūs pierakstīsit viņu vārdu loģisks uzdevums(šādu problēmu risināšanas metodi sauc par "prāta vētru").

Angļiem ir pasaka: “Velns noķēra trīs ceļotājus un piekrita viņus palaist, ja tie viņam dos neiespējamu uzdevumu. Viens lūdza padarīt augošu koku zeltainu, otrs - lai upe plūst atpakaļ. Sasodīti jokojot, viņš ar to tika galā un paņēma abu ceļotāju dvēseles. Palicis trešais ceļotājs...” Puiši, ielieciet sevi šī ceļotāja vietā un piedāvājiet velnam neiespējamu uzdevumu. (Tiek piedāvātas dažādas versijas.) “... Un trešais nosvilpa un teica: “Šai piešuj pogu!” - un velns palika kauns.

Kas ir svilpe?

Studenti. Skaņa.

2. slaids (nodarbības tēma)

3. slaids

Skaņu pasaule ir tik daudzveidīga
Bagāts, skaists, daudzveidīgs,
Bet mūs visus moka jautājums

No kurienes nāk skaņas?
Ka mūsu ausis visur priecājas?
Ir pienācis laiks nopietni padomāt.

1. Skaņas būtība. Skaņas pastāvēšanai nepieciešamie apstākļi

Skolotājs. Mēs dzīvojam skaņu pasaulē, kas ļauj saņemt informāciju par apkārt notiekošo.

Viņi mēģina čukstēt plakātu driskas,
Mēģina kliegt dzelzs jumtus,
Un ūdens mēģina dziedāt caurulēs,
Un tā vadi bezspēcīgi kūc...

K.Ja.Vanšenkins.

Kas ir skaņa? Kā jūs to varat iegūt? Fizika atbild uz visiem šiem jautājumiem.

4. slaids

Kas ir akustika.

Akustika ir fizikas nozare, kas nodarbojas ar skaņas, tās īpašību un skaņas parādību izpēti.

Skaņas viļņi nes enerģiju, ko, tāpat kā citus enerģijas veidus, var izmantot cilvēki. Bet galvenais ir milzīgais izteiksmīgo līdzekļu klāsts, kas piemīt runai un mūzikai. Kopš seniem laikiem skaņas ir kalpojušas cilvēkiem kā saziņas un saziņas līdzeklis vienam ar otru, pasaules izzināšanas un dabas noslēpumu apgūšanas līdzeklis. Skaņas ir mūsu pastāvīgie pavadoņi. Viņi iedarbojas uz cilvēku dažādi: iepriecina un kaitina, nomierina un dod spēku, glāsta ausi un biedē ar savu negaidītību. (Ir ieslēgts "Rostovas zvana" ieraksts.)

Skanēja 1682.–1687. gadā celtās četrloku zvanu torņa slavenie zvani. Lielā Rostovas pilsētā, pagātnes slavas pilsētā. Rostovas zvani izpilda pieci zvana zvanītāji, bet lielākā zvana "Sysoya" valodu šūpo divi cilvēki. Trīspadsmit zvani ir sakārtoti pēc kārtas. Zvanītāji kļūst tādi, lai viņi varētu viens otru redzēt un vienoties taktiski.

No seniem laikiem zvana zvanīšana pavadīja tautas dzīvi. Veļikijnovgoroda, Pleskava, Maskava jau sen ir slaveni ar saviem zvaniem, taču tāda “orķestra” kā Rostovā nebija. Kāds ir skaņas cēlonis?

5. slaids

Skaņas iemesls? - vibrācija (vibrācijas), lai gan šīs vibrācijas bieži vien ir neredzamas mūsu acīm.

Skaņas avoti - oscilējošie ķermeņi.

Tomēr ne visi vibrējošie ķermeņi ir skaņas avoti. Pārliecināsimies par to.

Pieredze 1. "Nepaklausības diena".

“Jūs to nevarat darīt! Neklikšķiniet uz līnijas! Tagad nolauž lineālu – kā mērīsi segmentus matemātikā? Cik bieži mēs to esam dzirdējuši skolā! Bet tagad mums būs nepaklausības diena. Šajā eksperimentā tas ir ne tikai atļauts - jums ir jānoklikšķina uz lineāla galda malā. Galu galā arī tā ir fizika!

Materiāli: lineāls, galds.

Secība.

Novietojiet lineālu uz galda tā, lai puse no tā karātos pāri galda malai. Ar roku stingri nospiediet galu, kas atrodas uz galda, nostiprinot to vietā. Ar otru roku pacel lineāla brīvo galu (tikai ne ļoti stipri, lai nesaplīst) un atlaid. Klausieties radīto dūkojošo skaņu.

Tagad nedaudz pabīdiet lineālu uz priekšu, lai samazinātu pārkares daļas garumu. Vēlreiz salieciet un atlaidiet lineālu. Kādu skaņu tas radīja? Vai tas ir tāds pats kā pagājušajā reizē?

zinātnisks skaidrojums.

Kā jūs droši vien jau uzminējāt, zumzojošo skaņu rada lineāla daļas, kas karājas pāri galda malai, vibrācija. Detaļa, kas ir nospiesta pret galdu, nevar vibrēt un tāpēc neizdala skaņu. Jo īsāks ir lineāla vibrējošais gals, jo augstāka ir iegūta skaņa,jo ilgāk, jo zemāka skaņa.

6. slaids

Skaņa ir mehāniskie elastīgie viļņi, izplatās gāzēs, šķidrumos, cietās vielās.

Viļņi, kas izraisa skaņas sajūtu, arfrekvence no 16 Hz līdz 20 000 Hz

sauc par skaņas viļņiem (galvenokārt garenvirziena).

7. slaids

Skaņas izplatību var salīdzināt ar viļņa izplatīšanos ūdenī. Tikai ūdenī iemesta akmens lomu pilda svārstīgs ķermenis, un ūdens virsmas vietā gaisā izplatās skaņas viļņi. Katra kamertonis zara vibrācija rada vienu kondensāciju un vienu retumu gaisā. Šādas koncentrācijas un izlādes maiņa ir skaņas vilnis.

8. slaids

Lai dzirdētu skaņu nepieciešams:

1. skaņas avots;

2. elastīga vide starp to un ausi;

3. noteiktu skaņas avota vibrāciju frekvenču diapazonu - no 16 Hz līdz 20 kHz,

4. Pietiekama skaņas viļņu jauda uztveršanai ar ausu.

9. slaids

Ir divu veidu skaņas avoti: mākslīgie un dabiskie, atrodiet tos mīklās:

10.–12. slaidi

1. Lidot gar ausi,

Viņš man buzzina: "Es neesmu muša."

Deguns ir garš

Kurš viņu nogalinās

Viņš izlies savas asinis.

(ods).

3. Dziesmuputns mežā

dzīvības,

Attīra spalvas

(Putns).

4. Staigā uz priekšu un atpakaļ,

Nekad nenogurst.

Visiem, kas nāk

Viņa sniedz roku.

(Durvis).

5. Divi brāļi

Viņi klauvē pie viena dibena.

Bet ne tikai pārspēt -

Viņi kopā dzied dziesmu.

(Bungas).

6. Noganīt govi pļavā

Saimniece aizgāja

Nokar mazu zvaniņu.

Kas tas? Uzminiet!

(Zvans).

6. Uz koka trīsstūra

Pavilka trīs stīgas

Paņēma, spēlēja

Kājas sāka dejot pašas no sevis.

(Balalaika).

8. Ierīce ir maza,

Bet tik pārsteidzošs.

Ja mans draugs ir tālu

Man ir viegli ar viņu runāt.

(Tālrunis).

Mūzikas skaņas rada dažādi mūzikas instrumenti. Skaņas avoti tajos ir atšķirīgi, tāpēc mūzikas instrumenti ir sadalīti vairākās grupās:

13.–16. slaidi

• Sitaminstrumenti – tamburīnas, bungas, ksilofoni u.c. (Šeit stiepts materiāls, metāla plāksnes utt. svārstās no nūjas vai rokas trieciena);
• Pūšaminstrumenti - flautas, taures un fanfaras, klarnetes, taures, caurules (gaisa kolonnas svārstības instrumenta iekšpusē
• Stīgas – vijole, ģitāra u.c..
• Klaviatūras - klavieres, klavesīni (stīgu vibrācijas šeit rodas, sitot ar āmuriem);

Tādējādi saskaņā ar mums radīto efektu visas skaņas ir sadalītas divās grupās: mūzikas skaņas un trokšņi. Kā tie atšķiras viens no otra?

Ir grūti atšķirt mūziku no trokšņa, jo tas, kas vienam var šķist mūzika, citam var būt tikai troksnis. Vieni operu uzskata par pilnīgi nemuzikālu, bet citi, gluži pretēji, mūzikā saskata pilnības robežu. Zirgu ņurdēšana vai ar kokmateriāliem piekrauta vagona čīkstēšana lielākajai daļai cilvēku var būt troksnis, bet mežstrādniekam — mūzika. Mīlošajiem vecākiem jaundzimušā raudāšana var šķist mūzika, citiem tādas skaņas ir tikai troksnis.

Tomēr lielākā daļa cilvēku piekritīs, ka skaņas, kas nāk no dziedātājas vibrējošajām stīgām, niedrēm, kamertonis un vibrējošām balss saitēm, ir muzikālas. Bet ja tā. Kas ir būtisks mūzikas skaņas vai toņa ierosmē?

Mūsu pieredze liecina, ka muzikālai skaņai ir būtiski, lai vibrācijas notiktu ar regulāriem intervāliem. Kameras, stīgu u.c. vibrācijas. ir šāda rakstura; vilcienu, vagonu vibrācijas ar kokmateriāliem utt. notiek neregulāros, neregulāros intervālos, un to radītās skaņas ir tikai troksnis. Troksnis atšķiras no mūzikas toņa ar to, ka tas neatbilst nevienai noteiktai vibrācijas frekvencei un līdz ar to noteiktam augstumam. Troksnis satur dažādu frekvenču vibrācijas. Attīstoties rūpniecībai un mūsdienīgam ātrgaitas transportam, ir radusies jauna problēma - cīņa ar troksni. Bija pat jauns vides "trokšņa piesārņojuma" jēdziens.

slaids17 R. Roždestvenskis sniedza ļoti precīzu un ietilpīgu pašreizējās realitātes tēlu:

lidlauki,

Piestātnes un platformas

Meži bez putniem un zemes bez ūdens...

Arvien mazāk - apkārtējā daba,

Arvien vairāk vides.

Troksnis, īpaši augstas intensitātes, ir ne tikai kaitinošs un nogurdinošs – tas var arī nopietni iedragāt veselību.

Visbīstamākā ir ilgstoša intensīva trokšņa iedarbība uz cilvēka dzirdi, kas var izraisīt daļēju vai pilnīgu dzirdes zudumu. Medicīnas statistika liecina, ka pēdējos gados dzirdes zudums ieņem vadošo vietu arodslimību struktūrā un tam nav tendence samazināties.

Tāpēc ir svarīgi zināt cilvēka skaņas uztveres īpatnības, pieļaujamos trokšņu līmeņus no veselības, augstas veiktspējas un komforta nodrošināšanas viedokļa, kā arī trokšņa kontroles līdzekļus un metodes.

Trokšņa negatīvā ietekme uz cilvēkiem un aizsardzība pret to.

Trokšņa kaitīgā ietekme uz cilvēka ķermeni.

18. slaids

Trokšņa kaitīgās ietekmes uz cilvēka ķermeni izpausmes ir ļoti dažādas.

Ilgstoša intensīva trokšņa iedarbība(virs 80 dB) izraisa daļēju vai pilnīgu dzirdes zudumu. Atkarībā no trokšņa iedarbības ilguma un intensitātes ir lielāka vai mazāka dzirdes orgānu jutības samazināšanās, kas izteikta kā īslaicīga dzirdes sliekšņa nobīde, kas izzūd pēc trokšņa iedarbības beigām, un ar ilgstošu un (vai) trokšņa intensitāte, neatgriezeniskadzirdes zudums (nedzirdīga), ko raksturo pastāvīgas dzirdes sliekšņa izmaiņas.

Pastāv šādas dzirdes zuduma pakāpes:

19. slaids

• I grāds ( neliels kritums dzirde) - dzirdes zudums runas frekvenču reģionā ir 10 - 20 dB, frekvencē 4000 Hz - 20 - 60 dB;
• II pakāpe (mērens dzirdes zudums) - dzirdes zudums runas frekvenču reģionā ir 21 - 30 dB, frekvencē 4000 Hz - 20 - 65 dB;
• III pakāpe (ievērojams dzirdes zudums) - dzirdes zudums runas frekvenču reģionā ir 31 dB vai vairāk, frekvencē 4000 Hz - 20 - 78 dB.

Trokšņa ietekme uz cilvēka ķermeni neaprobežojas tikai ar ietekmi uz dzirdes orgānu.. Caur dzirdes nervu šķiedrām trokšņa kairinājums tiek pārnests uz centrālo un veģetatīvo nervu sistēmu, un caur tām tas ietekmē iekšējie orgāni, izraisot būtiskas izmaiņas organisma funkcionālajā stāvoklī, ietekmē cilvēka garīgo stāvokli, izraisot trauksmes un aizkaitinājuma sajūtu. Intensīvam (vairāk nekā 80 dB) troksnim pakļauts cilvēks iztērē vidēji par 10-20% vairāk fiziskās un neiropsihiskās piepūles, lai uzturētu viņa sasniegto izvadi pie skaņas līmeņa zem 70 dB. Konstatēts trokšņaino nozaru strādājošo kopējās saslimstības pieaugums par 10-15%. Ietekme uz veģetatīvo nervu sistēmu izpaužas pat pie zema skaņas līmeņa (40 - 70 dB). No veģetatīvām reakcijām visizteiktākā ir perifērās asinsrites pārkāpums kapilāru sašaurināšanās dēļ. āda un gļotādām, kā arī palielināts asinsspiediens(ja skaņas līmenis pārsniedz 85 dB).

Trokšņa ietekme uz centrālo nervu sistēmu izraisa redzes motorās reakcijas latentā (slēptā) perioda palielināšanos, izraisa nervu procesu mobilitātes traucējumus, elektroencefalogrāfisko parametru izmaiņas, izjauc smadzeņu bioelektrisko aktivitāti ar vispārēju izpausmi. funkcionālās izmaiņas organismā (jau ar troksni 50 - 60 dB), būtiski maina smadzeņu biopotenciālus, to dinamiku, izraisa bioķīmiskas izmaiņas smadzeņu struktūrās.

Impulsīviem un neregulāriem trokšņiempalielināta trokšņa iedarbība.

Izmaiņas centrālās un autonomās funkcionālajā stāvoklī nervu sistēmas rodas daudz agrāk un ar zemāku trokšņu līmeni nekā dzirdes jutības samazināšanās.

20. slaids

Pašlaik "trokšņa slimību" raksturo simptomu komplekss:

• samazināta dzirdes jutība;
• gremošanas funkcijas izmaiņas, kas izpaužas kā skābuma samazināšanās;
• sirds un asinsvadu sistēmas nepietiekamība;
• neiroendokrīni traucējumi.

Tiem, kas strādā ilgstošas ​​trokšņa iedarbības apstākļos, rodas aizkaitināmība, galvassāpes, reibonis, atmiņas zudums, paaugstināts nogurums, apetītes zudums, ausu sāpes utt. Trokšņa iedarbība var izraisīt negatīvas izmaiņas emocionālais stāvoklis cilvēks, līdz stresam. Tas viss samazina cilvēka darba spējas un viņa produktivitāti, darba kvalitāti un drošību. Konstatēts, ka, veicot darbus, kuriem nepieciešama pastiprināta uzmanība, palielinoties skaņas līmenim no 70 līdz 90 dB, darba ražīgums samazinās par 20%.

21. slaids (Digitālās filmas)

22. slaids

Ultraskaņas ( virs 20 000 Hz) arī izraisa dzirdes bojājumus, lai gan cilvēka auss uz tiem nereaģē. Spēcīga ultraskaņa ietekmē nervu šūnas smadzenes un muguras smadzenes, izraisa dedzinošu sajūtu ārējā dzirdes kanālā un sliktas dūšas sajūtu.

Ne mazāk bīstami ir infraskaņa akustisko vibrāciju iedarbība (mazāk nekā 20 Hz). Ar pietiekamu intensitāti infraskaņas var ietekmēt vestibulāro aparātu, samazinot dzirdes jutību un palielinot nogurumu un aizkaitināmību, kā arī traucēt koordināciju. Īpaša loma ir infrafrekvences svārstībām ar frekvenci 7 Hz. To sakritības rezultātā ar smadzeņu alfa ritma dabisko frekvenci tiek novēroti ne tikai dzirdes traucējumi, bet arī iekšēja asiņošana. Infraskaņas (6 8 Hz) var izraisīt sirdsdarbības un asinsrites traucējumus.

23.–24. slaids

DZIRDES SAGLABĀŠANA

Aizveriet ausis ar īkšķiem rādītājpirksti maigi uzklājiet uz plakstiņiem aizvērtas acis. Vidējie pirksti saspiež nāsis. Nenosaukti pirksti un abi mazie pirkstiņi balstās uz lūpām, kuras ir salocītas tūbiņā un izstieptas uz priekšu. Veiciet gludu elpu caur muti, lai vaigi uzpūstos. Pēc ieelpošanas noliec galvu un turi elpu. Pēc tam lēnām paceliet galvu, atveriet acis un izelpojiet caur degunu.

2. Vingrinājums "Koks" klusumam - ļoti vienkāršs.Jūs varat runāt tikai tieša jautājuma gadījumā pareiza forma. Jautājumi: “Nu kā?”, “Ko tu dari?”, “Es aizgāju, vai kā?” - nedarbojas. Pēc kāda laika jautātājs sāk justies kā nelietīgs provokators un ar savu jautājumu: “Ko ir laiks?” - saprot pats.. Un iestājas klusums. Vingrošana palīdz taupīt enerģiju, saasināt dzirdi un koncentrēšanos.

Pasaule ir piepildīta ar visdažādākajām skaņām: pulksteņu tikšķēšanu un motoru šalkoņu, lapu šalkoņu un vēja gaudošanu, putnu dziedāšanu un cilvēku balsīm. Par to, kā rodas skaņas un ko tās pārstāv, cilvēki sāka uzminēt ļoti sen. Tomēr sengrieķu filozofs un enciklopēdiskais zinātnieks Aristotelis, pamatojoties uz novērojumiem, pareizi izskaidroja skaņas būtību, uzskatot, ka skanošais ķermenis rada alternatīvu gaisa saspiešanu un retināšanu. Pagājušajā gadā autore strādāja pie skaņas būtības problēmas un pabeidza pētnieciskais darbs: "Skaņu pasaulē", kurā, izmantojot ūdens glāzi, tika aprēķinātas muzikālās skalas skaņas frekvences.

Skaņu raksturo lielumi: frekvence, viļņa garums un ātrums. Un arī to raksturo amplitūda un skaļums. Tāpēc mēs dzīvojam daudzveidīgā skaņu pasaulē un tās nokrāsu daudzveidībā.

Iepriekšējā pētījuma beigās man radās fundamentāls jautājums: vai ir veidi, kā mājās noteikt skaņas ātrumu? Tāpēc mēs varam formulēt problēmu: jāatrod veidi vai veids, kā noteikt skaņas ātrumu.

Skaņas doktrīnas teorētiskie pamati

skaņu pasaule

Do-re-mi-fa-sol-la-si

Skaņu gamma. Vai tie pastāv neatkarīgi no auss? Vai tās ir tikai subjektīvas sajūtas, un tad pati pasaule klusē, vai arī tā ir realitātes atspulgs mūsu prātos? Ja pēdējais, tad arī bez mums pasaule pieskandinās skaņu simfoniju.

Pat Pitagoram (582.-500.g.pmē.) piedēvēts dažādu mūzikas skaņu skaitļu attiecību atklājums. Ejot garām kalumam, kurā vairāki strādnieki kaluši dzelzi, Pitagors pamanīja, ka skaņas ir saistītas ar kvintām, kvartām un oktāvām. Ieejot smēdē, viņš pārliecinājās, ka āmura, kas deva oktāvu, salīdzinot ar smagāko āmuru, svars ir vienāds ar 1/2 no pēdējās, āmura, kas deva piekto daļu, svars ir vienāds ar 2/3, un kvarts - 3/4 no smaga āmura. Atgriežoties mājās, Pitagors galos piekāra stīgas, kuru svars bija proporcionāls 1/2: 2/3: 3/4, un, iespējams, konstatēja, ka stīgas, sitot, sniedz vienādus mūzikas intervālus. Fiziski leģenda neiztur kritiku, lakta, dažādu āmuru sitot, izdala savu vienu un to pašu toni, un stīgu vibrācijas likumi leģendu neapstiprina. Bet jebkurā gadījumā leģenda runā par harmonijas doktrīnas senatni. Pitagoriešu nopelni mūzikas jomā nav apšaubāmi. Viņiem pieder auglīgā ideja izmērīt skanošas stīgas toni, izmērot tās garumu. Viņi zināja ierīci "monohords" - ciedra dēļu kaste ar vienu izstieptu auklu uz vāka. Ja sitat kādu stīgu, tā izstaro vienu konkrētu toni. Ja auklu sadalīsi divās daļās, atbalstot to ar trīsstūrveida tapiņu vidū, tad tā izdos augstāku toni. Tas izklausās tik līdzīgi galvenajam tonim, ka, skanot vienlaikus, tie gandrīz saplūst vienā tonī. Divu toņu attiecība mūzikā ir intervāls. Ja stīgu garumu attiecība ir 1/2:1, intervālu sauc par oktāvu. Piektais un ceturtais Pitagoram zināmais intervāls tiek iegūts, ja monohorda tapu pabīda tā, lai tas atdalītu attiecīgi 2/3 vai 3/4 stīgas.

Kas attiecas uz skaitli septiņi, tas asociējas ar kādu vēl senāku un noslēpumainu pusreliģiska, daļēji mistiska rakstura cilvēku atveidojumu. Tomēr, visticamāk, tas ir saistīts ar astronomisko skaldīšanu. mēness mēnesisčetras septiņu dienu nedēļas. Šis skaitlis tūkstošiem gadu parādās dažādās leģendās. Jā, mēs to atrodam senais papiruss, kuru 2000. gadā pirms mūsu ēras uzrakstīja ēģiptietis Ahmess. Šī ziņkārīgā dokumenta nosaukums ir: "Instrukcija visu slepeno lietu zināšanu iegūšanai". Cita starpā mēs tur atrodam noslēpumainu uzdevumu, ko sauc par "kāpnēm". Tas runā par skaitļu kāpnēm, kas attēlo skaitļa septiņi spēkus: 7, 49, 343, 2401, 16 807. Zem katra skaitļa ir hieroglifa attēls: kaķis, pele, mieži, mērs. Papiruss nenorāda uz šo problēmu. Mūsdienu Ahmesa papirusa interpreti problēmas stāvokli atšifrē šādi: Septiņiem cilvēkiem ir septiņi kaķi, katrs kaķis ēd septiņas peles, katra pele var apēst septiņas miežu vārpas, katra vārpa var izaudzēt septiņus mērus graudu. Cik daudz graudu kaķi var ietaupīt? Kāpēc gan ne uzdevums ar rūpniecisku saturu, kas ierosināts pirms 40 gadsimtiem?

Mūsdienu Eiropas mūzikas skalā ir septiņi toņi, bet ne vienmēr, un ne visām tautām bija septiņu toņu skala. Tā, piemēram, iekšā senā Ķīna izmantoja piecu toņu skalu. Noskaņojuma vienotības nolūkos šī kontroles toņa augstumam ir jābūt stingri deklarētam starptautiskajā līgumā. Kopš 1938. gada tonis, kas atbilst 440 Hz frekvencei (440 svārstības sekundē), ir pieņemts kā šāds pamata tonis. Vairāki toņi, kas skan vienlaicīgi, veido mūzikas akordu. Cilvēki, kuriem ir tā sauktais absolūtais augstums, var dzirdēt atsevišķus toņus akordā.

Jūs, protams, pamatā zināt cilvēka auss uzbūvi. Atgādināsim to īsi. Auss sastāv no trim daļām: 1) ārējās auss, kas beidzas ar bungādiņu; 2) vidusauss, kas ar trīs dzirdes kauliņu: āmura, laktas un kāpšļa palīdzību piegādā bungādiņas vibrācijas uz iekšējo ausi; 3) iekšējā auss jeb labirints sastāv no pusloku kanāliem un gliemežnīcas. Auss gliemežnīca ir skaņas uztveršanas aparāts. Iekšējā auss ir piepildīta ar šķidrumu (limfu) oscilējoša kustība ar kāpšļa sitieniem pa membrānu, pievelkot ovālo lodziņu labirinta kaulu kastē. Uz starpsienas, kas sadala gliemežnīcu divās daļās, visā tās garumā šķērsrindās atrodas plānākās nervu šķiedras, kuru garums pakāpeniski palielinās.

Skaņu pasaule ir īsta! Bet, protams, nevajag domāt, ka šī pasaule visiem izraisa tieši tādas pašas sajūtas. Jautāt, vai citi cilvēki uztver skaņas tieši tāpat kā jūs, ir nezinātnisks jautājums.

1. 2. Skaņas avoti. Skaņas vibrācijas

Skaņu pasaule mums apkārt ir daudzveidīga - cilvēku balsis un mūzika, putnu dziedāšana un bišu dūkoņa, pērkona negaisa laikā un meža troksnis vējā, garāmbraucošu mašīnu, lidmašīnu skaņas utt.

Visām skaņām kopīgs ir tas, ka ķermeņi, kas tās rada, tas ir, skaņas avoti, svārstās.

Elastīgais metāla lineāls, kas nostiprināts skrūvē, radīs skaņu, ja tā brīvā daļa, kuras garums ir izvēlēts noteiktā veidā, tiks ievests svārstību kustībā. Šajā gadījumā skaņas avota svārstības ir acīmredzamas.

Bet ne katrs svārstīgais ķermenis ir skaņas avots. Piemēram, uz vītnes vai atsperes piekārts svārstīgs svars nerada skaņu. Arī metāla lineāls pārtrauks skanēt, ja pabīdīsit to skrūvspīlēs uz augšu un tādējādi pagarināsiet brīvo galu tā, lai tā svārstību frekvence būtu mazāka par 20 Hz.

Pētījumi liecina, ka cilvēka auss spēj uztvert kā skaņu ķermeņu mehāniskās vibrācijas, kas notiek ar frekvenci no 20 Hz līdz 20 000 Hz. Tāpēc vibrācijas, kuru frekvences ir šajā diapazonā, sauc par skaņu.

Mehāniskās vibrācijas, kuru frekvence pārsniedz 20 000 Hz, sauc par ultraskaņu, un vibrācijas, kuru frekvence ir mazāka par 20 Hz, sauc par infraskaņu.

Jāatzīmē, ka norādītās skaņas diapazona robežas ir patvaļīgas, jo tās ir atkarīgas no cilvēku vecuma un individuālas iezīmes viņu dzirdes aparāts. Parasti līdz ar vecumu uztveramo skaņu augšējās frekvences robeža ievērojami samazinās – daži vecāki cilvēki var dzirdēt skaņas, kuru frekvences nepārsniedz 6000 Hz. Bērni, gluži pretēji, var uztvert skaņas, kuru frekvence ir nedaudz lielāka par 20 000 Hz.

Daži dzīvnieki dzird svārstības, kuru frekvences ir lielākas par 20 000 Hz vai mazākas par 20 Hz.

Pasaule ir piepildīta ar visdažādākajām skaņām: pulksteņu tikšķēšanu un motoru šalkoņu, lapu šalkoņu un vēja gaudošanu, putnu dziedāšanu un cilvēku balsīm. Par to, kā rodas skaņas un ko tās pārstāv, cilvēki sāka uzminēt ļoti sen. Viņi pamanīja, piemēram, ka skaņu rada gaisā vibrējoši ķermeņi. Pat sengrieķu filozofs un zinātnieks-enciklopēdists Aristotelis, pamatojoties uz novērojumiem, pareizi izskaidroja skaņas būtību, uzskatot, ka skanošais ķermenis rada alternatīvu gaisa saspiešanu un retināšanu. Tādējādi oscilējoša stīga vai nu saspiež, vai retāk gaisu, un gaisa elastības dēļ šie mainīgie efekti tiek pārnesti tālāk telpā - no slāņa uz slāni rodas elastīgi viļņi. Sasniedzot mūsu ausi, tie iedarbojas uz bungādiņām un rada skaņas sajūtu.

Ar ausi cilvēks uztver elastīgos viļņus, kuru frekvence svārstās no aptuveni 16 Hz līdz 20 kHz (1 Hz - 1 svārstība sekundē). Saskaņā ar to elastīgos viļņus jebkurā vidē, kuru frekvences atrodas norādītajās robežās, sauc par skaņas viļņiem vai vienkārši skaņu. Gaisā 0°C temperatūrā un normālā spiedienā skaņa pārvietojas ar ātrumu 330 m/s.

Skaņas avots gāzēs un šķidrumos var būt ne tikai vibrējoši ķermeņi. Piemēram, lode un bulta svilpo lidojumā, vējš gaudo. Un turboreaktīvo lidmašīnu rūkoņa sastāv ne tikai no darbības vienību trokšņa - ventilatora, kompresora, turbīnas, sadegšanas kameras utt., bet arī no strūklas straumes trokšņa, virpuļa, turbulentu gaisa plūsmu, kas rodas, kad lidmašīna plūst apkārt ar lielu ātrumu. Ķermenis, kas strauji steidzas gaisā vai ūdenī, it kā pārtrauc plūsmu ap sevi, periodiski ģenerē vidē retināšanas un saspiešanas zonas. Rezultāts ir skaņas viļņi.

Skaņas izpētē svarīgi ir arī skaņas toņa un tembra jēdzieni. Jebkura īsta skaņa, vienalga, vai tā būtu cilvēka balss vai mūzikas instrumenta spēle, nav vienkārša harmoniska svārstība, bet gan daudzu sajaukums. harmoniskas vibrācijas ar noteiktu frekvenču komplektu. To, kuram ir viszemākā frekvence, sauc par pamattoni, pārējie ir virstoņi. Atšķirīgs virstoņu skaits, kas raksturīgs konkrētai skaņai, piešķir tai īpašu krāsu - tembru. Atšķirību starp vienu tembru un citu nosaka ne tikai skaits, bet arī virstoņu intensitāte, kas pavada pamattoņa skanējumu. Pēc tembra varam viegli atšķirt vijoles un klavieru, ģitāras un flautas skaņas, atpazīstam pazīstamu cilvēku balsis.

1. 4. Skaņas augstums un tembrs

Liksim uz ģitāras vai balalaikas skanēt divām dažādām stīgām. Mēs dzirdēsim dažādas skaņas: viena ir zemāka, otra ir augstāka. Vīriešu balss skaņas ir zemākas par sievietes balss skaņām, basa skaņas ir zemākas par tenora skaņām, soprāna skaņas ir augstākas par alta skaņām.

Kas nosaka skaņas augstumu?

Var secināt, ka skaņas augstums ir atkarīgs no vibrāciju frekvences: jo augstāka ir skaņas avota vibrāciju frekvence, jo augstāku skaņu tas izstaro.

Tīrs tonis ir avota skaņa, kas svārstās vienā frekvencē.

Skaņas no citiem avotiem (piemēram, dažādu mūzikas instrumentu skaņas, cilvēku balsis, sirēnas skaņas un daudzi citi) ir dažādu frekvenču vibrāciju kopums, tas ir, tīru toņu kolekcija.

Šādas sarežģītas skaņas zemāko (t.i., mazāko) frekvenci sauc par pamatfrekvenci, un atbilstošo noteikta augstuma skaņu sauc par pamattoni (dažkārt to sauc vienkārši par toni). Sarežģītas skaņas augstumu precīzi nosaka tās pamata toņa augstums.

Visi pārējie sarežģītās skaņas toņi tiek saukti par virstoņiem. Virstoni nosaka skaņas tembru, tas ir, tās kvalitāti, kas ļauj atšķirt dažu avotu skaņas no citu skaņām. Piemēram, mēs varam viegli atšķirt klavieru skaņu no vijoles skaņas pat tad, ja šīm skaņām ir vienāds augstums, tas ir, viena un tā pati pamata frekvence. Atšķirība starp šīm skaņām ir saistīta ar atšķirīgu virstoņu kopu.

Tādējādi skaņas augstumu nosaka tās pamata frekvence: jo lielāka ir pamata frekvence, jo augstāka ir skaņa.

Skaņas tembru nosaka tās virstoņu kopums.

1. 5. Kāpēc ir dažādas skaņas?

Skaņas atšķiras viena no otras pēc skaļuma, augstuma un tembra. Skaņas skaļums daļēji ir atkarīgs no klausītāja auss attāluma no skanošā objekta un daļēji no tā vibrācijas amplitūdas. Vārds amplitūda nozīmē attālumu, ko ķermenis veic no viena galējais punkts otram viņu vilcināšanās laikā. Jo lielāks šis attālums, jo skaļāka ir skaņa.

Skaņas augstums ir atkarīgs no ķermeņa vibrāciju ātruma vai frekvences. Jo vairāk vibrāciju objekts rada vienā sekundē, jo augstāku skaņu tas rada.

Tomēr divas skaņas, kas ir absolūti identiskas skaļuma un augstuma ziņā, var atšķirties viena no otras. Skaņas muzikalitāte ir atkarīga no tajā esošo virstoņu skaita un stipruma. Ja vijoles stīgu liek svārstīties visā garumā tā, lai nerastos papildu vibrācijas, tad atskanēs zemākais tonis, kādu tā spēj radīt. Šo toni sauc par galveno signālu. Taču, ja uz tā rodas atsevišķu detaļu papildu vibrācijas, tad parādīsies papildus augstākas notis. Harmonizējoties ar galveno toni, tie radīs īpašu, vijoles skanējumu. Šīs notis, kas ir augstākas par sakni, sauc par virstoņiem. Tie nosaka konkrētas skaņas tembru.

1.6. Perturbāciju atspoguļojums un izplatīšanās.

Izstieptas gumijas caurules vai atsperes daļas perturbācija pārvietojas tās garumā. Kad perturbācija sasniedz caurules galu, tā tiek atspoguļota neatkarīgi no tā, vai caurules gals ir fiksēts vai brīvs. Noturētais gals tiek strauji uzvilkts un pēc tam novietots sākotnējā stāvoklī. Uz caurules izveidotā izciļņa virzās pa cauruli uz sienu, kur tā tiek atspoguļota. Šajā gadījumā atstarotajam vilnim ir padziļinājuma forma, t.i., tas atrodas zem caurules vidējā stāvokļa, bet sākotnējais antimezgls bija virs. Kāds ir šīs atšķirības iemesls? Iedomājieties sienā piestiprinātas gumijas caurules galu. Tā kā tas ir fiksēts, tas nevar pārvietoties. Uz augšu vērstais ienākošā impulsa spēks cenšas likt tam virzīties uz augšu. Tomēr, tā kā tas nevar kustēties, ir jābūt vienādam un pretējam lejupvērstam spēkam, kas izplūst no atbalsta un jāpieliek gumijas caurules galam, un tādējādi atstarotais impulss ir pretmezgls uz leju. Atstaroto un sākotnējo impulsu fāzes atšķirība ir 180°.

1. 7. Stāvviļņi

Kad roka, kas tur gumijas cauruli, tiek kustināta uz augšu un uz leju un kustību biežums pakāpeniski tiek palielināts, tiek sasniegts punkts, kurā tiek iegūts viens antimezgls. Turpmāka rokas svārstību biežuma palielināšanās novedīs pie dubultā antinoda veidošanās. Ja izmērīsit roku kustību biežumu, redzēsiet, ka to biežums ir dubultojies. Tā kā ir grūti ātrāk pārvietot roku, labāk ir izmantot mehānisko vibratoru.

Radušos viļņus sauc par stāvošiem vai stacionāriem viļņiem. Tie veidojas, jo atstarotais vilnis tiek uzklāts uz krītošā viļņa.

Šajā pētījumā ir divi viļņi: incidents un atspoguļots. Viņiem ir vienāda frekvence, amplitūda un viļņa garums, bet tie izplatās pretējos virzienos. Tie ir ceļojoši viļņi, taču tie traucē viens otram un tādējādi rada stāvviļņus. Tam ir šādas sekas: a) visas daļiņas katrā viļņa garuma pusē svārstās fāzē, t.i., tās visas vienlaicīgi kustas vienā virzienā; b) katrai daļiņai ir amplitūda, kas atšķiras no nākamās daļiņas amplitūdas; c) fāzu starpība starp viena pusviļņa daļiņu svārstībām un nākamā pusviļņa daļiņu svārstībām ir 180°. Tas vienkārši nozīmē, ka tie ir vai nu pēc iespējas vairāk novirzīti pretējos virzienos vienlaikus, vai arī, ja tie atrodas vidējā stāvoklī, tie sāk kustēties pretējos virzienos.

Dažas daļiņas nekustas (tām ir nulles amplitūda), jo spēki, kas uz tām iedarbojas, vienmēr ir vienādi un pretēji. Šos punktus sauc par mezglpunktiem vai mezgliem, un attālums starp diviem nākamajiem mezgliem ir puse no viļņa garuma, t.i., 1 \ 2 λ.

Maksimālā kustība notiek punktos, un šo punktu amplitūda ir divreiz lielāka par krītošā viļņa amplitūdu. Šos punktus sauc par antinodiem, un attālums starp diviem nākamajiem antinodiem ir puse no viļņa garuma. Attālums starp mezglu un nākamo antinodu ir viena ceturtā daļa no viļņa garuma, t.i., 1\4λ.

Stāvvilnis atšķiras no ceļojoša viļņa. Ceļojošā vilnī: a) visām daļiņām ir vienāda svārstību amplitūda; b) katra daļiņa neatrodas fāzē ar nākamo.

1. 8. Rezonanses caurule.

Rezonanses caurule ir šaura caurule, kurā vibrē gaisa kolonna. Lai mainītu gaisa kolonnas garumu, piesakieties Dažādi ceļi, piemēram, ūdens līmeņa izmaiņas caurulē. Caurules slēgtais gals ir mezgls, jo gaiss, kas ar to saskaras, ir nekustīgs. Caurules atvērtais gals vienmēr ir antinods, jo šeit ir maksimālā svārstību amplitūda. Ir viens mezgls un viens antimezgls. Caurules garums ir aptuveni viena ceturtā daļa no stāvošā viļņa garuma.

Lai parādītu, ka gaisa kolonnas garums ir apgriezti proporcionāls viļņa frekvencei, ir jāizmanto kamertonis. Fiksētas frekvences kamertonis vietā labāk izmantot nelielu skaļruni, kas savienots ar kalibrētu audio frekvences ģeneratoru. Cauruļu ar ūdeni vietā tiek izmantota gara caurule ar virzuli, jo tādējādi ir vieglāk izvēlēties gaisa kolonnu garumu. Netālu no caurules gala tiek novietots pastāvīgs skaņas avots, un tiek iegūti gaisa kolonnas rezonanses garumi frekvencēm 300 Hz, 350 Hz, 400 Hz, 450 Hz, 500 Hz, 550 Hz un 600 Hz.

Ielejot ūdeni pudelē, rodas noteikts tonis, kad gaiss pudelē sāk vibrēt. Šī toņa tonis paaugstinās, samazinoties gaisa tilpumam pudelē. Katrai pudelei ir sava noteikta frekvence, un, pūšot pāri pudeles atvērtajam kakliņam, var rasties arī skaņa.

Kara sākumā 1939.-1945. prožektori tika vērsti uz lidmašīnām, izmantojot aprīkojumu, kas darbojas audio diapazonā. Lai neļautu viņiem koncentrēties, dažas apkalpes tika izmestas no lidmašīnām tukšas pudeles kad viņi nonāk uzmanības centrā. Uztvērējs uztvēra skaļās krītošo pudeļu skaņas, un prožektori zaudēja fokusu

1. 9. Pūšaminstrumenti.

Pūšaminstrumentu radītās skaņas ir atkarīgas no stāvviļņiem, kas rodas caurulēs. Tonis ir atkarīgs no caurules garuma un gaisa vibrāciju veida caurulē.

Piemēram, atvērta ērģeļu caurule. Caur caurumu caurulē tiek iepūsts gaiss un atsitas pret asu malu. Tas izraisa gaisa svārstības caurulē. Tā kā abi caurules gali ir atvērti, katrā galā vienmēr ir antimezgls. Vienkāršākais vibrācijas veids ir tad, ja katrā galā ir antimezgls, bet viens mezgls atrodas vidū. Tās ir pamata vibrācijas, un caurules garums ir aptuveni vienāds ar pusi no viļņa garuma. Soļa frekvence =c/2l, kur c ir skaņas ātrums un l ir caurules garums.

Slēgts ērģeļu caurule galā ir aizbāznis, t.i., caurules gals ir aizvērts. Tas nozīmē, ka šajā galā vienmēr ir mezgls. Ir pilnīgi skaidrs, ka: a) pamatfrekvence slēgta caurule ir puse no pamatfrekvences atvērta caurule vienāds garums; b) ar slēgtu cauruli var veidoties tikai nepāra virstoņi. Tādējādi atvērtas caurules toņu diapazons ir lielāks nekā slēgtai.

Fiziskie apstākļi maina mūzikas instrumentu skanējumu. Temperatūras paaugstināšanās izraisa skaņas ātruma palielināšanos gaisā un līdz ar to pamatfrekvences palielināšanos. Caurules garums arī nedaudz palielinās, izraisot frekvences samazināšanos. Spēlējot ērģeles, piemēram, baznīcā, izpildītāji lūdz ieslēgt apkuri, lai ērģeles skanētu normālā temperatūrā. Stīgu instrumentiem ir stīgu spriegojuma vadības ierīces. Temperatūras paaugstināšanās izraisa virknes zināmu izplešanos un spriedzes samazināšanos.

2. nodaļa. Praktiskā daļa

2. 1. Metode skaņas ātruma noteikšanai, izmantojot rezonanses cauruli.

Ierīce ir parādīta attēlā. Rezonanses caurule ir gara šaura caurule A, kas caur gumijas cauruli savienota ar rezervuāru B. Abās caurulēs ir ūdens. Kad B tiek pacelts, gaisa kolonnas garums A samazinās, un, kad B ir nolaists, gaisa kolonnas garums A palielinās. Novietojiet oscilējošu kamertonu virs A, kad gaisa kolonnas garums A ir praktiski nulle. Jūs nedzirdēsit nekādu skaņu. Palielinoties gaisa staba garumam A punktā, jūs dzirdēsiet, kā skaņa palielinās, sasniegs maksimumu un pēc tam sāks izbalināt. Atkārtojiet šo procedūru, noregulējot B tā, lai gaisa kolonnas garums punktā A radītu maksimālu skaņu. Pēc tam izmēra gaisa kolonnas garumu l1.

Skaļa skaņa ir dzirdama, jo l1 garuma gaisa kolonnas dabiskā frekvence ir vienāda ar kamertonis dabisko frekvenci, un tāpēc gaisa kolonna svārstās ar to unisonā. Jūs esat atradis pirmo rezonanses pozīciju. Faktiski oscilējošā gaisa garums ir nedaudz lielāks par gaisa kolonnu A.

Ja tu nokritīsi. Vēl zemāk, lai gaisa kolonnas garums palielinātos, jūs atradīsiet citu pozīciju, kurā skaņa sasniedz maksimālais spēks. Nosakiet tieši šo pozīciju un izmēra gaisa kolonnas garumu l2. Šī ir otrā rezonanses pozīcija. Tāpat kā iepriekš, virsotne atrodas caurules atvērtajā galā, un mezgls atrodas ūdens virsmā. To var panākt tikai attēlā parādītajā gadījumā, kad gaisa kolonnas garums caurulē ir aptuveni 3/4 viļņa garuma (3/4 λ).

Atņemot divus mērījumus, tiek iegūts:

3\4 λ - 1\4 λ = l2 - l1 , tātad 1\2 λ = l2 - l1.

Tātad c = ν λ = ν 2 (l2 - l1), kur ν ir kamertonis frekvence. Tas ir ātrs un diezgan precīzs veids, kā noteikt skaņas ātrumu gaisā.

2. 2. Eksperiments un aprēķini.

Lai noteiktu skaņas viļņa ātrumu, tika izmantoti šādi instrumenti un aprīkojums:

Universāls statīvs;

Stikla caurule ar biezu sienu, aizzīmogota vienā galā, 1,2 metrus gara;

kamertonis, kura frekvence ir 440 Hz, nots "la";

Āmurs;

Ūdens pudele;

Mērstienis.

Pētījuma progress:

1. Saliku statīvu, uz kura piefiksēju gredzenus uz piedurknes.

2. Ievietojiet stikla cauruli statīvā.

3. Ielejot caurulē ūdeni un uz kamertones aizraujošus skaņas viļņus, viņš caurulē radīja stāvviļņus.

4. Empīriski sasniegts tāds ūdens staba augstums, ka stikla mēģenē tika pastiprināti skaņas viļņi, tā ka caurulē tika novērota rezonanse.

5. Izmērīts pirmais caurules gala garums, kurā nav ūdens - l2 \u003d 58 cm \u003d 0,58 m

6. Caurulei pievienoja vairāk ūdens. (Atkārtojiet 3., 4., 5. darbību) - l1 = 19 cm = 0,19 m

7. Veikti aprēķini pēc formulas: c \u003d ν λ \u003d ν 2 (l2 - l1),

8. s \u003d 440 Hz * 2 (0,58 m - 0,19 m) \u003d 880 * 0,39 \u003d 343,2 m/s

Pētījuma rezultāts ir skaņas ātrums = 343,2 m/s.

2. 3. Praktiskās daļas secinājumi

Izmantojot izvēlēto aprīkojumu, nosakiet skaņas ātrumu gaisā. Mēs salīdzinājām rezultātu ar tabulas vērtību - 330 m / s. Iegūtā vērtība ir aptuveni vienāda ar tabulu. Neatbilstības radušās mērījumu kļūdu dēļ, otrs iemesls: tabulas vērtība ir dota pie temperatūras 00C, un dzīvoklī gaisa temperatūra = 240C.

Tāpēc var izmantot piedāvāto metodi skaņas ātruma noteikšanai, izmantojot rezonanses cauruli.

Secinājums.

Spēja aprēķināt un noteikt skaņas raksturlielumus ir ļoti noderīga. Kā izriet no pētījuma, skaņas īpašības: skaļums, amplitūda, frekvence, viļņa garums - šīs vērtības ir raksturīgas noteiktām skaņām, tās var izmantot, lai noteiktu, kāda veida skaņu mēs dzirdam. Šis brīdis. Mēs atkal saskaramies ar skaņas matemātisko likumsakarību. Bet skaņas ātrumu, lai gan ir iespējams aprēķināt, bet tas ir atkarīgs no telpas temperatūras un telpas, kurā notiek skaņa.

Tādējādi pētījuma mērķis tika izpildīts.

Pētījuma hipotēze apstiprinājās, taču turpmāk ir jāņem vērā mērījumu kļūdas.

Pamatojoties uz to, tika sasniegti pētījuma mērķi:

Studējis teorētiskā bāzešis jautājums;

Tiek noskaidrotas likumsakarības;

Ir veikti nepieciešamie mērījumi;

Tiek veikti skaņas ātruma aprēķini;

Aprēķinu rezultāti tika salīdzināti ar jau pieejamajiem tabulas datiem;

Tiek sniegts iegūto rezultātu novērtējums.

Darba rezultātā: o Iemācījās noteikt skaņas ātrumu, izmantojot rezonanses cauruli; o Saskārās ar problēmu atšķirīgs ātrums skaņa plkst atšķirīga temperatūra, tāpēc tuvākajā laikā mēģināšu izmeklēt šo problēmu.