Naša percepcija visine zvuka i njegovih drugih svojstava određena je karakteristikama akustičnog vala. To su iste karakteristike koje su svojstvene svakom mehaničkom valu, a to su period, frekvencija, amplituda oscilacija. Subjektivni osjećaji zvuka ne ovise o duljini i brzini vala. U članku ćemo analizirati fiziku zvuka. Visina i tembar - kako se određuju? Zašto neke zvukove percipiramo kao glasne, a druge kao tihe? Odgovori na ova i druga pitanja bit će dati u članku.
Pitch
Što određuje visinu? Da bismo to razumjeli, napravimo jednostavan eksperiment. Uzmimo fleksibilno dugačko ravnalo, po mogućnosti aluminijsko.
Pritisnimo ga na stol, snažno gurajući rub. Udarimo prstom po slobodnom rubu ravnala - ono će zadrhtati, ali će njegovo kretanje biti tiho. Sada pomaknimo ravnalo bliže sebi, tako da njegov manji dio viri izvan ruba radne ploče. Udarimo opetvladar. Njegov rub će vibrirati puno brže i manjom amplitudom, a čut ćemo karakterističan zvuk. Zaključujemo da da bi se zvuk pojavio, frekvencija titranja mora biti barem određena vrijednost. Donja granica audio frekvencijskog raspona je 20 Hz, a gornja granica je 20 000 Hz.
Nastavimo eksperiment. Još više skratite slobodni rub ravnala, ponovno ga pokrenite. Primjetno je da se zvuk promijenio, postao je viši. Što pokazuje eksperiment? On dokazuje ovisnost visine zvuka o frekvenciji i amplitudi oscilacija njegovog izvora.
Jačina zvuka
Za proučavanje glasnoće koristit ćemo vilicu za podešavanje - poseban alat za proučavanje svojstava zvuka. Postoje tuning vilice s različitim duljinama nogu. Vibriraju kada se udare čekićem. Velike vilice za podešavanje osciliraju sporije i proizvode tihi zvuk. Mali često vibriraju i razlikuju se po visini.
Udarimo vilicu za podešavanje i slušajmo. Zvuk s vremenom slabi. Zašto se ovo događa? Glasnoća zvuka je oslabljena zbog smanjenja amplitude titranja nogu uređaja. Ne vibriraju tako jako, što znači da se smanjuje i amplituda vibracija molekula zraka. Što je niže, zvuk će biti tiši. Ova izjava vrijedi za zvukove iste frekvencije. Ispada da i visina i glasnoća zvuka ovise o amplitudi vala.
Percepcija zvukova različite jačine
Iz gore navedenog, čini se da što je zvuk glasniji, to smo jasnijičujemo, suptilnije promjene možemo uočiti. Ovo nije istina. Ako je tijelo napravljeno da oscilira s vrlo velikom amplitudom, ali niskom frekvencijom, tada će se takav zvuk slabo razlikovati. Činjenica je da u cijelom rasponu čujnosti (20-20 tisuća Hz) naše uho najbolje razlikuje zvukove oko 1 kHz. Ljudski sluh je najosjetljiviji na te frekvencije. Takvi nam se zvukovi čine najglasnijim. Signali upozorenja, sirene su podešene točno na 1 kHz.
Razina glasnoće različitih zvukova
Tablica prikazuje uobičajene zvukove i njihovu glasnoću u decibelima.
| Vrsta buke | Razina glasnoće, dB |
| Smireno disanje | 0 |
| Šapat, šuštanje lišća | 10 |
| Otkucavanje sata udaljenog 1 m | 30 |
| Redovni razgovor | 45 |
| Buka u trgovini, razgovor u uredu | 55 |
| Zvuk ulice | 60 |
| glasni razgovor | 65 |
| Buka tiskare | 74 |
| Auto | 77 |
| Autobus | 80 |
| Alatni stroj za inženjering | 80 |
| glasan vrisak | 85 |
| Motocikl s prigušivačem | 85 |
| Strog | 90 |
| Metalurški pogon | 99 |
| Orkestar, vagon podzemne željeznice | 100 |
| Kompresorska stanica | 100 |
| Motorna pila | 105 |
| Helikopter | 110 |
| Thunder | 120 |
| mlazni motor | 120 |
| Zakivanje, rezanje čelika (ovaj volumen je jednak pragu boli) | 130 |
| Zrakoplov na lansiranju | 130 |
| lansiranje rakete (izaziva šok granatom) | 145 |
| Zvuk puške srednjeg kalibra blizu njuške (uzrokuje ozljedu) | 150 |
| Supersonični zrakoplov (ovaj volumen dovodi do ozljeda i šoka boli) | 160 |
Timbre
Visina i glasnoća zvuka određuju se, kako smo doznali, frekvencijom i amplitudom vala. Timbar je neovisan o ovim karakteristikama. Uzmimo dva izvora zvuka iste visine da shvatimo zašto imaju različitu boju.
Prvi instrument će biti vilica za podešavanje frekvencije od 440 Hz (ovo je nota za prvu oktavu), drugi - flauta, treći - gitara. Glazbenim instrumentima reproduciramo istu notu na kojoj zvuči vilica za melodiju. Sva tri imaju isti ton, ali ipak različito zvuče, razlikuju se po tembru. Koji je razlog? Sve se radi o vibracijama zvučnog vala. Kretanje koje stvara akustični val složenih zvukova naziva se neharmonično titranje. Val u različitim područjima oscilira različitom snagom i frekvencijom. Ovi dodatni prizvuci koji se razlikuju po glasnoći i visini nazivaju se prizvuci.
Ne brkajte visinu i tembar. Fizika zvuka je takva da ako“miksati” dodatne, više one s glavnim zvukom, dobivamo ono što se zove timbar. Određuje se glasnoćom i brojem prizvuka. Frekvencija prizvuka je višekratnik frekvencije najnižeg tona, tj. cijeli je broj puta veći - 2, 3, 4, itd. Najniži ton se zove glavni ton, on određuje visinu tona., a prizvuci utječu na tembar.
Postoje zvukovi koji uopće ne sadrže prizvuke, kao što je vilica za podešavanje. Ako na grafikonu prikažete kretanje njegovog zvučnog vala, dobit ćete sinusni val. Takve vibracije nazivaju se harmonijskim. Vilica za ugađanje emitira samo temeljni ton. Ovaj zvuk se često naziva dosadnim, bezbojnim.
Kada zvuk ima puno visokofrekventnih prizvuka, postaje oštar. Niski prizvuci daju zvuku mekoću, baršunast. Svaki glazbeni instrument, glas ima svoj skup prizvuka. Kombinacija temeljnog tona i prizvuka daje jedinstven zvuk, daje zvuk određenom tembrom.
