Valët e zërit dhe karakteristikat e tyre. Valët e zërit rreth nesh

Rreth nesh ka shumë njerëz Burimet e zërit: instrumentet muzikore dhe teknike, kordat vokale të njeriut, valët e detit, era dhe të tjera. Tingulli ose, me fjalë të tjera, valët e zërit- këto janë dridhje mekanike të mediumit me frekuenca 16 Hz – 20 kHz(shih § 11-a).

Le të shqyrtojmë përvojën. Duke e vendosur orën e ziles në një bllok nën zilen e pompës së ajrit, do të vërejmë se tik-taku do të bëhet më i qetë, por do të jetë ende i dëgjueshëm. Pasi të kemi nxjerrë ajrin nga poshtë ziles, ne nuk do të dëgjojmë fare tingullin. Ky eksperiment konfirmon se zëri udhëton nëpër ajër dhe nuk udhëton në vakum.

Shpejtësia e zërit në ajër është relativisht e lartë: varion nga 300 m/s në –50°C deri në 360 m/s në +50°C. Kjo është 1.5 herë më e shpejtë se shpejtësia e avionëve të pasagjerëve. Tingulli udhëton shumë më shpejt në lëngje, madje edhe më shpejt në trupat e ngurtë. Në një hekurudhë çeliku, për shembull, shpejtësia e zërit është » 5000 m/s.

Hidhni një sy grafikëve të luhatjeve të presionit të ajrit në gojën e një personi që këndon tingujt "A" dhe "O". Siç mund ta shihni, dridhjet janë komplekse, të përbëra nga disa dridhje të mbivendosura mbi njëra-tjetrën. Në të njëjtën kohë, është qartë e dukshme luhatjet kryesore, frekuenca e së cilës është pothuajse e pavarur nga tingulli i folur. Për një zë mashkullor kjo është afërsisht 200 Hz, për një zë femër - 300 Hz.

l max = 360 m/s: 200 Hz » 2 m, l min = 300 m/s: 300 Hz » 1 m.

Pra, gjatësia e valës së zërit varet nga temperatura e ajrit dhe frekuenca themelore e zërit. Duke kujtuar njohuritë tona për difraksionin, do të kuptojmë pse zërat e njerëzve mund të dëgjohen në pyll, edhe nëse ato janë të bllokuara nga pemët: tingujt me gjatësi vale 1-2 m lehtë përkulen rreth trungjeve të pemëve, diametri i të cilëve është më pak se një metër.

Le të bëjmë një eksperiment që konfirmon se burimet e zërit janë me të vërtetë trupa lëkundës.

Le të marrim pajisjen pirun– një llastiqe metalike e montuar në një kuti pa mur të përparmë për rrezatim më të mirë të valëve të zërit. Nëse goditni skajet e llastikut të një piruni akordues me një çekiç, ai do të prodhojë një tingull "të pastër" të quajtur ton muzikor(për shembull, shënimi "A" i oktavës së parë me një frekuencë prej 440 Hz). Le të lëvizim një pirun akordues tingëllues drejt një topi të lehtë në një fije, dhe ai menjëherë do të kërcejë anash. Kjo ndodh pikërisht për shkak të dridhjeve të shpeshta të skajeve të llastikut të pirunit akordues.

Arsyet nga të cilat varet shpeshtësia e dridhjeve të një trupi janë elasticiteti dhe madhësia e tij. Sa më e madhe të jetë madhësia e trupit, aq më e ulët është frekuenca. Prandaj, për shembull, elefantët me korda vokale të mëdha lëshojnë tinguj me frekuencë të ulët (bas), dhe minjtë, kordat vokale të të cilëve janë shumë më të vogla, lëshojnë tinguj me frekuencë të lartë (kërritje).

Jo vetëm se si do të tingëllojë trupi, por edhe mënyra se si do të kapë tingujt dhe do t'u përgjigjet atyre varet nga elasticiteti dhe madhësia. Fenomeni i rritjes së mprehtë të amplitudës së lëkundjeve kur frekuenca e një ndikimi të jashtëm përkon me frekuencën natyrore të trupit quhet rezonancë (lat. “arsyeshëm” - përgjigjem). Le të bëjmë një eksperiment për të vëzhguar rezonancën.

Le të vendosim dy pirunë identikë akordues krah për krah, duke i kthyer drejt njëri-tjetrit në ato anët e kutive ku nuk ka mure. Le të godasim pirunin e majtë të akordimit me një çekiç. Në një sekondë do ta mbysim me duar. Do të dëgjojmë zhurmën e akordimit të dytë, të cilin nuk e goditëm. Ata thonë se akordimi i duhur rezonon, d.m.th., ai kap energjinë e valëve të zërit nga piruni i akordimit të majtë, si rezultat i së cilës rrit amplituda e vibrimeve të veta.

Tingulli shkaktohet nga dridhjet mekanike në media dhe trupa elastikë, frekuencat e të cilave shtrihen në intervalin nga 20 Hz deri në 20 kHz dhe të cilat veshi i njeriut mund t'i perceptojë.

Prandaj, kjo dridhje mekanike me frekuencat e treguara quhet tingull dhe akustik. Dridhjet mekanike të padëgjueshme me frekuenca nën diapazonin e zërit quhen infrasonike, dhe me frekuenca mbi diapazonin e zërit quhen tejzanor.

Nëse një trup kumbues, për shembull një zile elektrike, vendoset nën zilen e një pompe ajri, atëherë ndërsa ajri pompohet, tingulli do të bëhet gjithnjë e më i dobët dhe më në fund do të ndalet plotësisht. Transmetimi i dridhjeve nga trupi tingëllues ndodh përmes ajrit. Le të theksojmë se gjatë lëkundjeve të tij, trupi tingëllues ngjesh në mënyrë alternative ajrin ngjitur me sipërfaqen e trupit dhe, përkundrazi, krijon një vakum në këtë shtresë. Kështu, përhapja e zërit në ajër fillon me luhatjet në densitetin e ajrit në sipërfaqen e trupit vibrues.

Toni muzikor. Vëllimi dhe lartësia

Tingulli që dëgjojmë kur burimi i tij kryen një lëkundje harmonike quhet ton muzikor ose shkurt ton.

Në çdo ton muzikor mund të dallojmë dy cilësi nga veshi: vëllimi dhe lartësia.

Vëzhgimet më të thjeshta na bindin se tonet e çdo lartësie të caktuar përcaktohen nga amplituda e dridhjeve. Tingulli i një piruni akordues zbehet gradualisht pasi e godet. Kjo ndodh së bashku me amortizimin e lëkundjeve, d.m.th. me një ulje të amplitudës së tyre. Duke e goditur më fort akorduesin, d.m.th. Duke i dhënë dridhjeve një amplitudë më të madhe, do të dëgjojmë një tingull më të fortë sesa me një goditje të dobët. E njëjta gjë mund të vërehet me një varg dhe në përgjithësi me çdo burim tingulli.

Nëse marrim disa pirunë akordimi të madhësive të ndryshme, nuk do të jetë e vështirë t'i rregullojmë ato me vesh në mënyrë që të rritet hapi. Kështu, ato do të rregullohen në madhësi: piruni më i madh akordues jep tingullin më të ulët, më i vogli jep tingullin më të lartë. Kështu, lartësia e një toni përcaktohet nga frekuenca e dridhjeve. Sa më e lartë të jetë frekuenca dhe, për rrjedhojë, sa më e shkurtër të jetë periudha e lëkundjes, aq më i lartë është tingulli që dëgjojmë.

Rezonanca akustike

Fenomenet e rezonancës mund të vërehen në dridhjet mekanike të çdo frekuence, veçanërisht në dridhjet e zërit.

Le të vendosim dy pirunë identikë akordues pranë njëri-tjetrit, me vrimat e kutive në të cilat janë montuar përballë njëra-tjetrës. Kutitë janë të nevojshme sepse ato përforcojnë zhurmën e pirunëve akordues. Kjo ndodh për shkak të rezonancës midis pirunit të akordimit dhe kolonave të ajrit të mbyllura në kuti; prandaj kutitë quhen rezonatorë ose kuti rezonante.

Le të godasim një nga pirunët e akordimit dhe më pas ta mbysim me gishta. Do të dëgjojmë se si tingëllon piruni i dytë akordues.

Le të marrim dy pirunë të ndryshëm akordimi, d.m.th. me hapa të ndryshëm dhe përsëritni eksperimentin. Tani secili prej pirunëve akordues nuk do t'i përgjigjet më zërit të një piruni tjetër akordues.

Nuk është e vështirë të shpjegohet ky rezultat. Dridhjet e një piruni akordues veprojnë nëpër ajër me njëfarë force në pirunin e dytë akordues, duke e bërë atë të kryejë dridhjet e tij të detyruara. Meqenëse piruni akordues 1 kryen një lëkundje harmonike, forca që vepron në pirunin akordues 2 do të ndryshojë sipas ligjit të lëkundjes harmonike me frekuencën e pirunit akordues 1. Nëse frekuenca e forcës është e ndryshme, atëherë lëkundjet e detyruara do të jenë aq të dobëta se nuk do t'i dëgjojmë.

Zhurmat

Ne dëgjojmë një tingull (notë) muzikor kur dridhja është periodike. Për shembull, ky lloj tingulli prodhohet nga një varg pianoje. Nëse goditni disa çelësa në të njëjtën kohë, d.m.th. bëni disa nota të tingëllojnë, atëherë ndjesia e tingullit muzikor do të mbetet, por dallimi midis notave bashkëtingëllore (të këndshme për veshin) dhe notave disonante (të pakëndshme) do të shfaqet qartë. Rezulton se ato nota, periodat e të cilave janë në raport me numra të vegjël, janë bashkëtingëllore. Për shembull, bashkëtingëllimi merret me një raport periodik prej 2:3 (e pesta), 3:4 (kuanta), 4:5 (e treta kryesore), etj. Nëse periodat lidhen si numra të mëdhenj, për shembull 19:23, atëherë rezultati është disonancë - një tingull muzikor, por i pakëndshëm. Ne do të largohemi edhe më shumë nga periodiciteti i lëkundjeve nëse goditim shumë çelësa në të njëjtën kohë. Tingulli tashmë do të jetë i ngjashëm me zhurmën.

Zhurma karakterizohet nga një jo-periodicitet i fortë i formës së lëkundjes: ose është një lëkundje e gjatë, por në formë shumë komplekse (fërshëllimë, kërcitje), ose emetime individuale (klikime, trokitje). Nga ky këndvështrim, zhurmat duhet të përfshijnë edhe tingujt e shprehur me bashkëtingëllore (fërshëllimë, labiale etj.).

Në të gjitha rastet, dridhjet e zhurmës përbëhen nga një numër i madh dridhjesh harmonike me frekuenca të ndryshme.

Kështu, spektri i një vibrimi harmonik përbëhet nga një frekuencë e vetme. Për një lëkundje periodike, spektri përbëhet nga një grup frekuencash - kryesore dhe shumëfishat e tij. Në bashkëtingëlloret bashkëtingëllore kemi një spektër të përbërë nga disa grupe të tilla frekuencash, ku kryesoret lidhen si numra të plotë të vegjël. Në bashkëtingëllimet disonante, frekuencat themelore nuk janë më në marrëdhënie kaq të thjeshta. Sa më shumë frekuenca të ndryshme të ketë në spektër, aq më shumë i afrohemi zhurmës. Zhurmat tipike kanë spektra në të cilat ka jashtëzakonisht shumë frekuenca.

Me ndihmën e këtij video mësimi mund të studioni temën “Burimet e tingullit. Dridhjet e zërit. Pika, timbri, vëllimi." Në këtë mësim do të mësoni se çfarë është tingulli. Ne do të shqyrtojmë gjithashtu diapazonin e dridhjeve të zërit të perceptuara nga dëgjimi i njeriut. Le të përcaktojmë se cili mund të jetë burimi i zërit dhe cilat kushte janë të nevojshme për shfaqjen e tij. Ne gjithashtu do të studiojmë karakteristika të tilla të tingullit si lartësia, timbri dhe vëllimi.

Tema e mësimit i kushtohet burimeve të zërit dhe dridhjeve të zërit. Ne gjithashtu do të flasim për karakteristikat e zërit - lartësinë, vëllimin dhe timbrin. Para se të flasim për tingullin, për valët zanore, le të kujtojmë se valët mekanike përhapen në media elastike. Pjesa e valëve mekanike gjatësore që perceptohet nga organet e dëgjimit të njeriut quhet tingull, valë zanore. Tingulli janë valët mekanike të perceptuara nga organet e dëgjimit të njeriut që shkaktojnë ndjesi zëri .

Eksperimentet tregojnë se veshi i njeriut dhe organet e dëgjimit të njeriut perceptojnë dridhjet me frekuenca nga 16 Hz deri në 20,000 Hz. Është ky diapazon që ne e quajmë zë. Sigurisht, ka valë frekuenca e të cilave është më pak se 16 Hz (infratinguj) dhe më shumë se 20,000 Hz (ultratinguj). Por ky varg, këto seksione nuk perceptohen nga veshi i njeriut.

Oriz. 1. Gama e dëgjimit të veshit të njeriut

Siç thamë, zonat e infratingullit dhe ultratingullit nuk perceptohen nga organet e dëgjimit të njeriut. Edhe pse ato mund të perceptohen, për shembull, nga disa kafshë dhe insekte.

Cfare ndodhi ? Burimet e zërit mund të jenë çdo trup që dridhet në një frekuencë zëri (nga 16 në 20,000 Hz)

Oriz. 2. Një vizore lëkundëse e mbërthyer në një ves mund të jetë një burim tingulli.

Le t'i drejtohemi përvojës dhe të shohim se si formohet një valë zanore. Për ta bërë këtë, ne kemi nevojë për një sundimtar metalik, të cilin do ta kapim në një ves. Tani, kur veprojmë mbi vizoren, do të jemi në gjendje të vëzhgojmë dridhjet, por nuk do të dëgjojmë asnjë zë. E megjithatë një valë mekanike krijohet rreth sundimtarit. Ju lutemi vini re se kur sunduesi zhvendoset në njërën anë, këtu formohet një vulë ajri. Në drejtimin tjetër ka edhe një vulë. Ndërmjet këtyre vulave formohet vakum ajri. Vala gjatësore - kjo është një valë zanore e përbërë nga ngjeshjet dhe rrallimi i ajrit. Frekuenca e lëkundjes së vizores në këtë rast është më e vogël se frekuenca e zërit, kështu që ne nuk e dëgjojmë këtë valë, këtë tingull. Bazuar në përvojën që sapo kemi vërejtur, në fund të shekullit të 18-të, u krijua një pajisje e quajtur pirun akordimi.

Oriz. 3. Përhapja e valëve gjatësore të zërit nga një pirun akordimi

Siç e kemi parë, tingulli shfaqet si rezultat i dridhjeve të një trupi me një frekuencë zëri. Valët e zërit përhapen në të gjitha drejtimet. Duhet të ketë një medium ndërmjet aparatit të dëgjimit të njeriut dhe burimit të valëve të zërit. Ky medium mund të jetë i gaztë, i lëngshëm ose i ngurtë, por duhet të jetë grimca të afta për të transmetuar dridhje. Procesi i transmetimit të valëve të zërit duhet domosdoshmërisht të ndodhë aty ku ka materie. Nëse nuk ka substancë, ne nuk do të dëgjojmë asnjë zë.

Që zëri të ekzistojë ju duhet:

1. Burimi i zërit

2. E mërkurë

3. Aparat dëgjimi

4. Frekuenca 16-20000Hz

5. Intensiteti

Tani le të kalojmë në diskutimin e karakteristikave të tingullit. E para është katran. Lartësia e zërit - karakteristikë që përcaktohet nga frekuenca e lëkundjeve. Sa më e lartë të jetë frekuenca e trupit që prodhon dridhje, aq më i lartë do të jetë zëri. Le të shohim përsëri sundimtarin e mbajtur në një ves. Siç kemi thënë tashmë, ne pamë dridhje, por nuk dëgjuam asnjë zë. Nëse tani e bëjmë gjatësinë e vizores më të shkurtër, do ta dëgjojmë tingullin, por do të jetë shumë më e vështirë të shohim dridhjet. Shikoni vijën. Nëse veprojmë tani, nuk do të dëgjojmë asnjë tingull, por do të vëzhgojmë dridhjet. Nëse e shkurtojmë vizoren, do të dëgjojmë një tingull të një lartësie të caktuar. Ne mund ta bëjmë gjatësinë e vizores edhe më të shkurtër, atëherë do të dëgjojmë një tingull edhe më të lartë (frekuencë). Ne mund të vëzhgojmë të njëjtën gjë me pirunët akordues. Nëse marrim një pirun të madh sintonizues (i quajtur edhe pirun demonstrues) dhe goditim këmbët e një piruni të tillë akordues, ne mund të vëzhgojmë dridhjen, por nuk do ta dëgjojmë tingullin. Nëse marrim një pirun tjetër akordues, atëherë kur ta godasim do të dëgjojmë një tingull të caktuar. Dhe akorduesi tjetër, një pirun i vërtetë akordues, i cili përdoret për të akorduar instrumentet muzikore. Bën një tingull që korrespondon me notën A, ose, siç thonë ata, 440 Hz.

Karakteristika tjetër është timbri i tingullit. Timbër quhet ngjyra e zërit. Si mund të ilustrohet kjo karakteristikë? Timbri është ndryshimi midis dy tingujve identikë të realizuar nga instrumente të ndryshme muzikore. Ju të gjithë e dini se ne kemi vetëm shtatë shënime. Nëse dëgjojmë të njëjtën notë A të luajtur në violinë dhe në piano, mund t'i dallojmë ato. Ne mund të dallojmë menjëherë se cili instrument e ka krijuar këtë tingull. Është kjo veçori - ngjyra e tingullit - që karakterizon timbrin. Duhet thënë se timbri varet nga dridhjet e zërit që riprodhohen, përveç tonit themelor. Fakti është se dridhjet arbitrare të zërit janë mjaft komplekse. Ato përbëhen nga një grup dridhjesh individuale, thonë ata spektri i vibrimit. Është riprodhimi i dridhjeve (overtoneve) shtesë që karakterizon bukurinë e tingullit të një zëri ose instrumenti të caktuar. Timbërështë një nga manifestimet kryesore dhe më të ndritshme të zërit.

Një karakteristikë tjetër është vëllimi. Vëllimi i zërit varet nga amplituda e dridhjeve. Le të hedhim një vështrim dhe të sigurohemi që zhurma të jetë e lidhur me amplituda e dridhjeve. Pra, le të marrim një pirun akordimi. Le të bëjmë sa më poshtë: nëse e goditni dobët pirunin e akordimit, amplituda e dridhjeve do të jetë e vogël dhe zëri do të jetë i qetë. Nëse tani e goditni më fort pirunin e akordimit, tingulli do të jetë shumë më i fortë. Kjo për faktin se amplituda e lëkundjeve do të jetë shumë më e madhe. Perceptimi i zërit është një gjë subjektive, varet se çfarë lloj aparati dëgjimi përdoret dhe si ndihet një person.

Lista e literaturës shtesë:

A është tingulli kaq i njohur për ju? // Kuantike. - 1992. - Nr 8. - F. 40-41. Kikoin A.K. Rreth tingujve muzikorë dhe burimeve të tyre // Kuantike. - 1985. - Nr 9. - F. 26-28. Libër mësimi i fizikës fillore. Ed. G.S. Landsberg. T. 3. - M., 1974.

Para se të kuptoni se cilat burime tingulli ekzistojnë, mendoni se çfarë është tingulli? Ne e dimë se drita është rrezatim. Duke reflektuar nga objektet, ky rrezatim arrin në sytë tanë dhe ne mund ta shohim atë. Shija dhe aroma janë grimca të vogla të trupave që perceptohen nga receptorët tanë përkatës. Çfarë lloj kafshe është ky tingull?

Tingujt transmetohen përmes ajrit

Me siguri e keni parë se si luhet kitara. Ndoshta ju mund ta bëni këtë vetë. Një tjetër gjë e rëndësishme është tingulli që bëjnë telat në kitarë kur i shkulni ato. Kjo është e drejtë. Por nëse mund të vendosni një kitarë në një vakum dhe të këpusni telat, do të habiteni shumë që kitara nuk do të bënte asnjë tingull.

Eksperimente të tilla u kryen me një shumëllojshmëri të gjerë trupash dhe rezultati ishte gjithmonë i njëjtë: asnjë zë nuk mund të dëgjohej në hapësirën pa ajër. Përfundimi logjik vijon se zëri transmetohet përmes ajrit. Prandaj, zëri është diçka që u ndodh grimcave të ajrit dhe trupave që prodhojnë zë.

Burimet e tingullit - trupa lëkundës

Me tutje. Si rezultat i një shumëllojshmërie të gjerë eksperimentesh të shumta, u arrit të vërtetohej se tingulli lind për shkak të dridhjeve të trupave. Burimet e zërit janë trupat që dridhen. Këto dridhje transmetohen nga molekulat e ajrit dhe veshi ynë, duke i perceptuar këto dridhje, i interpreton ato në ndjesi tingulli që ne kuptojmë.

Nuk është e vështirë të kontrollosh. Merrni një gotë ose gotë kristali dhe vendoseni në tavolinë. Prekni lehtë me një lugë metalike. Do të dëgjoni një tingull të gjatë të hollë. Tani prekni gotën me dorën tuaj dhe prekni përsëri. Tingulli do të ndryshojë dhe do të bëhet shumë më i shkurtër.

Tani lërini disa njerëz të mbështjellin duart rreth gotës sa më plotësisht të jetë e mundur, së bashku me kërcellin, duke u përpjekur të mos lënë një zonë të vetme të lirë, përveç një vendi shumë të vogël për goditjen me lugë. Goditi përsëri gotën. Ju vështirë se do të dëgjoni ndonjë tingull, dhe ai që do të jetë do të jetë i dobët dhe shumë i shkurtër. Çfarë do të thotë kjo?

Në rastin e parë, pas goditjes, xhami u lëkund lirshëm, dridhjet e tij u transmetuan përmes ajrit dhe arritën në veshët tanë. Në rastin e dytë, shumica e dridhjeve u përthithën nga dora jonë, dhe tingulli u bë shumë më i shkurtër ndërsa dridhjet e trupit zvogëloheshin. Në rastin e tretë, pothuajse të gjitha dridhjet e trupit u zhytën menjëherë nga duart e të gjithë pjesëmarrësve dhe trupi mezi u dridh, dhe për këtë arsye nuk bëri pothuajse asnjë tingull.

E njëjta gjë vlen edhe për të gjitha eksperimentet e tjera që mund të mendoni dhe kryeni. Dridhjet e trupave, të transmetuara në molekulat e ajrit, do të perceptohen nga veshët tanë dhe do të interpretohen nga truri.

Dridhjet e zërit të frekuencave të ndryshme

Pra, tingulli është dridhje. Burimet e zërit transmetojnë dridhjet e zërit përmes ajrit tek ne. Pse atëherë nuk i dëgjojmë të gjitha dridhjet e të gjitha objekteve? Sepse vibrimet vijnë në frekuenca të ndryshme.

Tingulli i perceptuar nga veshi i njeriut është dridhje zanore me një frekuencë prej afërsisht 16 Hz deri në 20 kHz. Fëmijët dëgjojnë tinguj të frekuencave më të larta se të rriturit, dhe diapazoni i perceptimit të krijesave të ndryshme të gjalla në përgjithësi ndryshon shumë.

Veshët janë një instrument shumë i hollë dhe delikat që na e ka dhënë natyra, ndaj duhet të kujdesemi për të, pasi nuk ka asnjë zëvendësues apo analog në trupin e njeriut.