Высота звука и её восприятие человеком, высокий и низкий звук

Природа звука и его восприятие человеком

Вибрация струны гитары и возникновение звуковой волны

Звук, по своей природе, является физическим явлением, представляющим собой невидимые волны, возникающие и распространяющиеся в воздухе, в результате вибрации какого-либо предмета. Органы слуха человека регистрируют звук и его физические характеристики и передают данную информацию мозгу. Мозг человека обрабатывает полученную информацию и формирует в нашем сознании понимание данного физического явления. Поэтому, говоря о высоте звука, нужно учесть не только его физическую природу, но и его восприятие человеком. Узнайте подробнее о том, что такое звук и как человек воспринимает звук.

Частота колебаний воздуха

Когда человек задевает струну гитары, она начинает вибрировать, совершая движения вперед-назад, вместе со струной начинают колебаться вперед-назад и группы молекул воздуха, находящиеся рядом с ней. Так возникает звуковая волна. Частота колебаний - это количество колебаний звуковой волны за одну секунду. Частота колебаний это информация о том, как часто колеблются звуковые волны.

В связи с частотой колебаний рассматривается понятие длины звуковой волны - это расстояние, которое звуковая волна проходит за время одного полного колебания. Длина звуковой волны обратно пропорциональна частоте колебаний. Таким образом, чем выше частота звука, тем короче длина звуковой волны.

Частота колебаний - это количество колебаний звуковой волны за одну секунду.

Что такое высота звука, высокие и низкие звуки

Частота колебаний звука воспринимается человеком как высота звука и это полностью заслуга нашего мозга. Сами по себе колебания воздуха не имеют высоты или тона. В физическом мире воздух просто колеблется с разной скоростью, а в нашем сознании мы воспринимаем это как звук разной высоты.

Высота звука - это результат восприятия нашим мозгом частоты звуковых колебаний: если колебания быстрые (высокая частота) - мы слышим высокий звук, если колебания медленные (низкая частота) - мы слышим низкий звук.

В книге "На музыке. Наука о человеческой одержимости звуком", говорится, чтовысота звука - феномен полностью психологический, т.е. во внешнем мире он не существует, а есть только в нашем восприятии.

Какие звуки мы называем высокими, а какие низкими? Высокий звук - это звук с высокой частотой (короткие звуковые волны), он звучит тонко, звонко, остро. Низкий звук - это звук с низкой частотой (длинные звуковые волны), он звучит глухо, глубоко, тяжело.

ПРИМЕРЫ. Мужской голос более низкий, чем женский голос. Звук грома - это низкий звук, а звук скрипки - высокий.

Почему мужской голос ниже, чем женский? Это объясняется тем, что у мужчин голосовые связки длиннее и толще, а гортань больше, в результате, голосовые связки мужчин колеблются медленнее, чем у женщин. Более медленное колебание голосовых связок вызывает низкочастотные колебания воздуха, что воспринимается нами как более низкая высота звука.

Измерение частоты и высоты звука

Камертон производит чистый звук одной частоты

Частота звука измеряется в герцах (Гц) и показывает, сколько колебаний звуковая волна совершает за одну секунду. Например, частота 20 Гц означает, что звуковая волна создаёт 20 циклов колебаний давления в секунду.

Поскольку высота звука - это интерпретация нашим мозгом частоты колебаний, то измерить высоту звука саму по себе мы не можем. Мы можем получить представление о высоте звука через измерение частоты колебаний. Чем больше частота, тем более высокий звук рождается в нашем сознании, чем меньше частота колебаний, тем более низкий звук мы слышим.

Инфразвук и ультразвук

Синие киты издают инфразвуки для общения, распространяющиеся на расстояние тысяч километров, эти звуки человек не может слышать

Органы слуха человека могут улавливать звуки только определенного диапазона частот. В зависимости от индивидуальных особенностей, возраста, болезней и других причин, этот диапазон может быть разным. В среднем, воспринимаемый нами звук, находится в диапазоне от 20 Гц до 20'000 Герц (20'000 Герц = 20 Килогерц).

Если частота звуковой волны менее 20 Гц или более 20'000 Гц, то такой звук мы не слышим. Звук с частотой ниже 20 Гц называется "Инфразвук", а звук выше 20'000 Гц называется "Ультразвук".

Инфразвук - звук с частотой менее 20 Гц. Ультразвук - звук с частотой более 20'000 Гц. Человек не может слышать ультразвук и инфразвук.

ПРИМЕРЫ. Инфразвуки и ультразвуки издают разные животные. Например, синий кит в океане издаёт инфразвуки в диапазоне от 1 до 20 Гц. Согласно исследованию, опубликованному в журнале Акустического общества Америки, звуки, издаваемые китами, могут пройти расстояние более 1'500 километров.
Летучие мыши издают ультразвуки для ориентировки в темноте, охоты и общения, частота их ультразвуковых сигналов может превышать 100'000 Герц.

Спектр частот и тембр

Звуки, которые распространяются от какого-либо источника обычно представляют собой сложные звуковые волны с разными частотами и амплитудами. Например, если мы ударим по струне гитары, то струна будет колебаться на нескольких разных частотах одновременно, в результате этого, колебания воздуха будет происходить также на разных частотах. Самый низкий звук (с наименьшим числом колебаний в секунду) называют основной частотой звука, а дополнительные составляющие звука на частотах, отличных от основной, называются обертонами. Обертоны основного звука музыкального инструмента обычно находятся в математической зависимости друг от друга, кратны друг другу и порождают таким образом гармонический звук.

Спектр частот можно представить себе в виде линий разных размеров и цветов

У каждого инструмента свой уникальный тембр или набор обертонов, он зависит от формы, материала и способа извлечения звука

Форма, размер и материал, из которого создан музыкальный инструмент, влияет на то, какие частоты будут присутствовать в звуке, извлекаемом данным инструментом. Голосовые связки, полость рта и носа также влияют на то, какие частоты будут присутствовать в издаваемом человеком звуке. Кроме этого, на спектр частот влияют способ извлечения звука и изменение звука во времени. Итак, спектр частот — это набор всех частот, которые составляют звук, включая основную и дополнительные частоты, обертоны. Спектр частот делает звук уникальным и влияет на то, как человек его воспринимает. То, как наш слух и мозг воспринимают спектр частот, называется тембром или окраской звука. Тембр позволяет нам различать звуки разных музыкальных инструментов, голосов или других источников, даже если они издают один и тот же тон. Таким образом, тембр - это субъективное ощущение звучания, которое формируется на основе спектра частот и его изменений во времени. Благодаря этому, мы можем различать речь разных людей, понимать кто сейчас говорит или понимать какой музыкальный инструмент издаёт тот или иной звук.

Спектр частот — это набор всех частот, которые составляют звук, включая основную и дополнительные частоты, обертоны.

Тембр или окраска звука - это субъективное ощущение звучания, которое формируется на основе спектра частот и его изменений во времени.

О других характеристиках звука, таких, как громкость, Вы можете узнать из таблицы характеристик звука.

Заключение

Частота звуковых колебаний и высота звука - это основа для понимания того, как мы слышим окружающий мир, включая инструментальную музыку. От медленных, низкочастотных инфразвуков до быстрых, высокочастотных ультразвуков, всё это колебания воздуха, которые по-разному воспринимаются нашим слухом. Хотя человек может слышать только ограниченный диапазон звуков, примерно от 20 до 20'000 герц, многие животные и устройства выходят за эти пределы, используя инфра- или ультразвук для общения и навигации.

Однако звук, это не только частота и высота. Его характер, окраску и узнаваемость определяет спектр частот, из которых он состоит. Тембр позволяет нам отличать один голос от другого, узнавать музыкальные инструменты и чувствовать эмоции в речи. Наше восприятие звука - это результат сложной работы физики, биологии и психики. Понимание этих явлений помогает глубже осознать, насколько богат и разнообразен мир звуков, который окружает нас.

Высота звука: мужской голос обычно имеет более низкую высоту, а женский — более высокую