Фізика. 9 клас. Головко

§ 23. Гучність звуку та висота тону

• Музичні звуки й шуми. Гучність звуку і висота тону

• Відбивання звуку. Луна

МУЗИЧНІ ЗВУКИ Й ШУМИ. ГУЧНІСТЬ ЗВУКУ І ВИСОТА ТОНУ. Звуки, які ви чуєте щодня, дуже різноманітні. Людина здатна чітко відрізняти музичні звуки від шумів. До перших, наприклад, належать спів, звучання натягнутих струн музичних інструментів, свист тощо (рис. 23.1).

Рис. 23.1. Музичні інструменти

Шуми виникають під час вибухів, грози, роботи двигунів внутрішнього згоряння, рику тигра, скрипу дверних петель тощо.

Чіткої межі між музичними звуками й шумами немає. Зіпсований музичний інструмент створює хриплі звуки, схожі на шум. Водночас певну мелодійність можна виявити в шумі дощу або завиванні вітру.

Чим музичні звуки відрізняються від шумів?

Чистий музичний звук можна одержати за допомогою простого приладу, що називається камертоном. На рис. 23.2 зображено камертони, закріплені на дерев’яній підставці у формі ящика, відкритого з одного боку.

Рис. 23.2. Камертони

Ударивши молоточком по одній із його ніжок, почуємо музичний звук. Поступово він слабшає внаслідок затухання коливань. Звукова хвиля збуджується коливанням ніжок камертона.

Рівень інтенсивності звуку визначають за шкалою, одиницею якої є бел (Б). 1 Б — найслабший звук, який сприймає людське вухо. Ця одиниця названа в честь винахідника телефону Олександра Белла. У фізиці й техніці рівень інтенсивності зручніше вимірювати в децибелах (дБ).

Поїзд метро створює звук, рівень інтенсивності якого становить 100 дБ, потужні підсилювачі — 120 дБ, а реактивний літак — 150 дБ. Тим, хто працює в умовах шуму понад 100 дБ, слід користуватися навушниками.

Фізичним параметрам звуку відповідають певні суб’єктивні характеристики, пов’язані з конкретною людиною. Це зумовлено тим, що сприймання звуку — процес не лише фізичний, а й фізіологічний. Вухо відчуває звукові коливання певної частоти та інтенсивності по-різному, залежно від індивідуальних особливостей людини.

Основними фізіологічними характеристиками звуку є гучність, висота тону й тембр. Чим сильніший удар молоточка по камертону, тим голосніше він звучить. А потужний удар викликає коливання великої амплітуди. Отже, гучність будь-якого звуку залежить від амплітуди коливань.

Гучність (рівень чутності) визначається як інтенсивністю звуку (амплітудою коливань), так і різною чутливістю людського вуха. Найбільшу чутливість воно має в діапазоні частот від 1000 до 5000 Гц.

Зі збільшенням інтенсивності в 10 разів рівень гучності підвищується на 10 дБ. Наприклад, звук 50 дБ виявляється в 100 разів інтенсивнішим звуку 30 дБ.

Висота тону — це суб’єктивна характеристика якості звуку. Вона залежить від частоти звукових коливань. Чим більша частота коливань, тим вищий тон.

Музичні звуки, що мають однакову частоту й гучність, відрізняються специфічним відтінком. Музиканти цю особливу якість звуку називають тембром. За тембром легко відрізнити звуки скрипки та рояля, флейти й гітари, голоси людей.

Шум відрізняється від музичного звуку тим, що йому не відповідає певна частота коливань і, отже, висота тону. У шумі наявні коливання будь-яких частот (рис. 23.3).

Рис. 23.3. Музичні звуки і шуми

Із розвитком промисловості й сучасного швидкісного транспорту виникла нова проблема — «шумове забруднення» середовища. Шум, особливо великої інтенсивності не просто набридає й стомлює — він негативно впливає на здоров’я (рис. 23.4).

Інтенсивність шуму (дБ)

Рис. 23.4. Джерела шуму та їх вплив на організм людини

Саме тому в містах заборонено користуватися автомобільними сигналами, над ними не здійснюються польоти літаків тощо. Боротися з шумами можна й за допомогою технічних пристроїв. Наприклад, автомобілі, трактори й мотоцикли оснащені глушниками. На шляху вихлопних газів споруджують складний металевий лабіринт із перетинками й отворами, у якому звукова хвиля втрачає енергію.

ВІДБИВАННЯ ЗВУКУ. ЛУНА. Звук, поширюючись у будь-якому середовищі, доходить до перешкоди й майже повністю відбивається. Оскільки звукова хвиля є поздовжньою, то, передаючись від одного шару молекул повітря до іншого, згущення досягає перешкоди й, одержавши поштовх, утворює зворотну хвилю (рис. 23.5).

Рис. 23.5. Відбивання звуку

Плоскі тверді поверхні відбивають близько 95 % звуку (наприклад, товста гранітна плита — 99 %), а частина енергії звукової хвилі витрачається на нагрівання перешкоди.

Цікаво, що людське вухо здатне сприймати відбитий звук окремо від початкового лише тоді, коли проміжок часу між ними не менше 1 с. Відомо, що таке звукове явище називається луною.

Луна — звук, що надходить до джерела, відбившись від перешкоди.

Звукові хвилі відбиваються від різних перешкод, навіть хмар. Луну можна почути в горах, великих пустих приміщеннях, на маршових майданчиках тощо. Багаторазова луна виникає тоді, коли звукові хвилі послідовно відбиваються від кількох перешкод.

Властивість відбиватися від дзеркальних поверхонь покладено в основу підсилювача звуку. У рупорі (конусоподібній трубі круглого або прямокутного перерізу) хвилі не розсіюються, а утворюють вузькоспрямований пучок, збільшуючи гучність звуку (рис. 23.6).

Рис. 23.6. Поширення звукових хвиль у рупорі

На виникнення луни впливають відстань між джерелом звуку й перешкодою, її розміри, форма поверхні та речовина, з якої вона утворена.

Явища відбивання й поглинання звукових хвиль відіграють особливу роль під час поширення звуків у замкнених приміщеннях. У процесі проєктування аудиторій, концертних залів, театрів важливо враховувати можливість багаторазових відбиттів звукових хвиль від стін, стелі тощо. Нині розвивається особлива галузь техніки — архітектурна акустика.

! Головне в цьому параграфі

Чистий музичний звук можна одержати за допомогою камертона.

Шуму не відповідає певна частота коливань і, отже, висота звуку.

До фізичних параметрів звуку належать частота та інтенсивність, його фізіологічними характеристиками є висота, гучність і тембр.

Гучність (рівень чутності) визначається як інтенсивністю звуку (амплітудою коливань), так і різною чутливістю людського вуха. Найбільшу чутливість воно має в діапазоні частот від 1000 до 5000 Гц.

Висота тону — це суб’єктивна характеристика якості звуку. Вона залежить від частоти звукових коливань. Чим більша частота коливань, тим вищий тон.

За тембром легко відрізнити звуки скрипки й роялю, флейти й гітари, голоси людей.

Луна — звук, що надходить до джерела, відбившись від перешкоди.

? Запитання для самоперевірки

1. Назвіть основні характеристики звуку.
2. Який діапазон звукових частот сприймає вухо людини?
3. Як залежить висота звуку від частоти?
4. Від чого залежить гучність звуку?
5. Що таке музичний звук?
6. Чим шум відрізняється від музичного звуку?
7. Охарактеризуйте джерела шуму та їхній вплив на організм людини.
8. Що таке луна?

Вправа до § 23

1 (п). Чому продавець під час продажу порцелянового або скляного посуду, легенько постукує по ньому?
2 (п). Назвіть пристрої й інструменти, що породжують музичні звуки та шуми.
3 (п). Чому телеграфні стовпи «гудуть» у вітряну погоду?
4 (с). Водії оцінюють тиск повітря у балоні колеса автомашини за звуком, який виникає під час удару по балону металевим предметом. Як залежить звук від тиску повітря в балоні?
5 (с). Вузли стоячої хвилі, створеної камертоном у повітрі, розташовані один від одного на відстані 40 см. Визначте частоту коливань, якщо швидкість звуку в повітрі становить 340 м/с.
6 (д). Через який час людина почує луну, якщо відстань до перешкоди 170 м, а швидкість звуку в повітрі дорівнює 340 м/с?
7 (в). Звукові коливання поширюються у воді із швидкістю 1480 м/с, а в повітрі — 340 м/с. У скільки разів зміниться довжина звукової хвилі під час переходу звуку з повітря у воду?

Зміст