Фізика (поглиблений рівень). 9 клас. Засєкіна

§ 25. Акустичні та фізіологічні характеристики звуку

Ви дізнаєтесь

• Як людина сприймає різні звуки

Пригадайте

• У яких межах лежить значення частоти звукових коливань

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).

Мал. 173. Шкала частоти коливань звукових хвиль

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).

Мал. 174. Висота звуку визначається частотою звукової хвилі

З амплітудою звукових коливань пов’язана інша фізіологічна характеристика, яку називають гучністю звуку. Що більшою є амплітуда коливань, то гучніший звук (мал. 175).

Мал. 175. Гучність звуку визначається амплітудою звукової хвилі

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.

Мал. 176. Межі сприйняття людиною звуків різної гучності й частоти

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 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).

Мал. 177. Сприйняття звуку від рухомого джерела

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?