Акустичні (фізичні) та фізіологічні характеристики звуку. Як ви вже знаєте, звук — це механічна хвиля, яка описується певними фізичними величинами. У той же час, звук — це окремий діапазон механічних хвиль, які може відчувати людина завдяки органам слуху. Тому розрізняють акустичні (фізичні) та фізіологічні характеристики звуку.
До фізичних параметрів звуку належать частота й амплітуда. Основними фізіологічними характеристиками звуку є висота та гучність. (Існують й інші характеристики звуку, такі як тембр звуку, тони й обертони, гармоніки, тривалість тощо.)
Щодо частоти звуку, то як ви вже знаєте, людина сприймає механічні коливання як звук за умови, що частота хвилі коливається в межах від 16 до 20 000 Гц. Коливання, частота яких менша від 16 Гц, називають інфразвуком, а коливання із частотами, більшими за 20 000 Гц, — ультразвуком (мал. 173, с. 122).
Із частотою звуку пов’язана фізіологічна характеристика, яку називають висотою звуку (тоном).
Для унаочнення поняття висоти звуку можна здійснити такий дослід. Візьміть невеличку трубку, закрийте один з її отворів і подуйте біля другого отвору.
Матимете свищик, який дає звук певної висоти. Якщо хочете змінити висоту звуку, вставте у трубку поршень. Тепер можна змінювати висоту стовпчика повітря в трубці й одержувати звук різної частоти, а отже, й різної висоти звуку. Спробуйте встановити залежність між висотою звуку й висотою стовпчика повітря.
Отже, більшій частоті відповідає більша висота звуку (мал. 174).
З амплітудою звукових коливань пов’язана інша фізіологічна характеристика, яку називають гучністю звуку. Що більшою є амплітуда коливань, то гучніший звук (мал. 175).
Одиницею гучності звуку є децибел (1 дБ). Вона названа на честь американського вченого Александера Грейама Белла — винахідника телефону та слухового апарата для людей із вадами слуху.
Проте, як було сказано, гучність звуку є фізіологічною величиною й один і той самий звук одній людині може здаватися гучним, а іншій — тихим. Гучність звуку визначається середнім тиском звукової хвилі на органи слуху людини, тому є поняттям суб’єктивним.
Гучність звуку шелесту листя оцінюється в 10 дБ, шепоту — 20 дБ, вуличного шуму — 70 дБ. Шум гучністю 130 дБ відчувається шкірою й викликає больові відчуття.
Сприймання звуку людиною. Вухо є надзвичайно чутливим приймачем звуку, який працює в дуже широкому діапазоні частот й амплітуд. Чутливість вуха є такою, що ми сприймаємо звук уже тоді, коли тиск звукової хвилі дорівнює 10-6 Па. Чутливість органів слуху людини має нижній і верхній пороги чутності, які визначаються співвідношеннями гучності й частоти звуку. На малюнку 176 (с. 123) зображено межі звукових сигналів різної гучності й частоти, які сприймаються людиною. Кожна окрема крива є кривою однієї і тієї ж гучності. Рожева лінія на малюнку відповідає нижньому порогу чутності, а блакитна — верхньому.
Проаналізувавши малюнок, можна зробити висновок, що нижній поріг чутності має дві ділянки на частотах 4000 і 16 000 Гц, де людське вухо більш чутливе. (До речі, саме на частоті 16 000 Гц пищить комар.)
Ще кілька висновків щодо сприйняття звуків людиною:
■ хвилі однакової амплітуди (гучності) людина сприймає, як менш гучні на високих та низьких частотах;
■ якщо джерело звуку наближається до спостерігача (мал. 177), то довжина хвилі буде сприйматися спостерігачем меншою, ніж є насправді (звук буде здаватися вищим), і навпаки — при віддаленні джерела звуку спостерігач сприйматиме довжину хвилі більшою (звук буде здаватися нижчим).
Формуємо КОМПЕТЕНТНІСТЬ
Я поміркую й зможу пояснити
1. Назвіть акустичні та фізіологічні характеристики звуку.
2. Джміль під час польоту «гуде» гучніше, ніж бджола. Хто з комах частіше змахує крилами?
3. Чому людина сприймає звуки однакової амплітуди, але різних частот як звуки різної гучності?
Це матеріал з підручника Фізика 9 клас Засєкіна (поглиблений рівень)