Полезно знать Звук Генерация звука

Генерация звука

Звуки отличаются не только громкостью и высотой тона и тембром. Мужской голос характеризуется низким тоном, чем женский, а звуки скрипки и флейты выше, чем контрабаса или валторны. Что же такое высота тона и тембр звучания?

Мнение о том, что высота тона зависит от частоты, впервые высказал Галилео Галилей. Он создавал музыкальные звуки, быстро проводя маленьким ножиком по ребру пиастры - мелкой монеты. Лезвие ножа скакало по зубчиках монеты и она звенела. Звук был не тем выше, чем быстрее двигалось лезвие.

 


Через много лет после смерти Галилея в июле 1681 Роберт Гук демонстрировал медные колесики, которые имели пропорциональное число зубцов и были насажены на общую ось. Эти колесики быстро вращались. А когда к ним по очереди подносили кусочек плотного картона, то возникали очень похожее на звуки музыкальных инструментов. Чем быстрее оборачивались колесики, тем добытый звук был высшего тона.

Нам теперь нет никакой необходимости изготавливать медные колесики и заставлять их бить. Все звуковые явления, на исследование которых в прошлом ученые тратили много времени, мы можем создать в течение нескольких часов электрическим путем.

Возьмем два транзистора разной проводимости, например МП37Б и МП42Б, конденсатор 0,05 мкФ, резистор 39 кОм, головку динамического громкоговорителя (любую) и батарейку от карманного фонарика 3336Л. Составим схему показную сверху, соединив между собой концы соответствующих деталей. Можно даже не паять, а просто тщательно скрутить провода. Проверим, нет какой-либо ошибки и нажмем кнопку К1. Услышим легкое жужжание, словно шмель перелетает с цветка на цветок. Увеличим емкость конденсатора С1 в раз, и схема загудит, как паровоз. Заменим снова конденсатор, теперь уже на 5 мкФ. Генератор начнет строчить, как пулемет.

Соединив последовательно с головкой громкоговорителя светодиод АЛ, можно заметить, что он загорается в такт постукиванию громкоговорителя. Подсчитав количество вспышек, за минуту, вы увидите, что частота колебаний очень низка и не превышает 2-3 Гц что хорошо для диджея на корпоративе.

Но мы не можем слышать как звук такие низкочастотные колебания, скажете вы.

Конечно, не можем. Мы и не слышим их! Подобно тому, как, ударяя молотком по железу, мы слышим не колебания молотка, а звук, возникающий при ударе, так и в генераторе мы слышим те удары, которые возникают в громкоговорители при быстром включении и выключении тока. Продолжим опыты с генератором. Заменим резистор R1 двумя соединенными последовательно - переменным резистором 100 кОм и постоянным резистором 2 кОм. Это позволит изменять производимую частоту генератора. Вращая ось переменного резистора, можно заметить, как постепенно учащаются вспышки светодиода, и одновременно ускоряется «вибрация» громкоговорителя. Начиная с определенного момента, вспышки становятся незаметными, зато мы видим равномерное слабое свечение. А постукивание громкоговорителя сливаются в один протяжный звук - гудение. Заменив конденсатор С1 так, чтобы его емкость составляла 0,3-0,5 мкФ, можно настолько повысить частоту, опять возникнет жужжание шмеля или и писк комара. Простая электронная схема, умещается на ладони, дает нам возможность прийти к тому же выводу, что и Галилей - высоту тона музыкальных звуков определяется их частотой.

Другой важной характеристикой звука является его тембр или частотный состав. Именно благодаря тембру мы распознаем голоса разных людей и звучание отдельных музыкальных инструментов. Каждый музыкальный инструмент, кроме основного (самого низкого по частоте) тона, излучает также более высокие тона, которые называют обертонами. Частоты обертонов выше частоты основного тона в целое число раз. Количество обертонов и соотношения их амплитуд и предоставляют звукам тех характерных оттенков, которые позволяют различать музыкальные инструменты, голоса певцов, язык наших знакомых и т.д.

Простые звуки, т.е. такие, которые не имеют обертонов, почти не встречаются в природе. Музыка, пение, речь - все это сложные звуки. Даже такой примерный инструмент, как камертон, который применяется для настройки музыкальных инструментов, не всегда излучает простой тон. Кстати, очень громкий звук простого тона также вызывает ощущение сложного, поскольку создает обертоны в самом ухе.

колебание различных звуков

Рис. 1.Сложение первого и второго обертонов (пунктир) и образование сложного результативного вибрирования (сплошная линия).



Обертоны добавляются к основному тону, и форма колебаний музыкального инструмента становится несинусоидальных (рис. 1). Наблюдать форму колебаний различных звуков можно на экране электронно-лучевой трубки осциллоскопа, если подать на его вход пойманы микрофоном сигналы. На каждой станции юных техников вам покажут подобные сигналы, и вы увидите, как быстро меняется форма звуковых колебаний любой мелодии.

Интересная статья? Поделись ей с другими:

Форма обратной связи

...