Винахідник Томас
Едісон і його звукозаписне дітище - фонограф
Що таке звук?
Будь-яка
людина, яка
навчалась
(або вчиться) в школі, без особливих роздумів відповість на це питання так:
"Звук - це хвиля". І буде абсолютно правий. А ось при спробі пояснити, що ж із
себе представляє ця хвиля, більшість людей згадує хрестоматійний приклад з
мотузкою або хвилями на поверхні води і після цього надовго замислюються. Так
що ж представляє із себе звук?
Будь-який
предмет, що здійснює зворотно-поступальні рухи (камертон, струна рояля або
гітари, наші голосові зв'язки і т.д.), викликає в повітрі попеременное
зменшення або збільшення щільності. Рухи одних молекул повітря передаються
іншим молекулам, в результаті чого в просторі поширюються періодично
повторювані зони збільшення і зменшення щільності. Вони-то і вдають із себе
звукову хвилю. Якщо ми в якомусь місці поставимо прилад, здатний реагувати на
зміну щільності повітря, запишемо його показання протягом деякого часу і
складемо графік залежності щільності від часу, то отримаємо криву, близьку до
синусоїди, знайому нам з шкільних підручників фізики. Саме такі коливання і уловлюються
нашим вухом, в результаті чого ми отримуємо відчуття звуку.
Частота, довжина, амплітуда і фаза
звукової хвилі
Кількість
коливань повітря в секунду називається частотою звуку. Хвилі з різною частотою
сприймаються нами як звук різної висоти: хвилі з малою частотою сприймаються як
низькі, басові звуки, а хвилі з великою частотою - як високі. Частота
вимірюється в Герцах (Гц): 1 Гц = 1 коливання в секунду; або кілогерцах (кГц):
1 кГц = 1000 Гц. Більшість людей від 18 до 25 років реально здатні чути
коливання повітря з частотою від 20 до 20000 Герц (з віком верхня межа
сприйняття зменшується). Саме цей діапазон хвиль називається звуковим
діапазоном.
Частота
хвилі обернено пропорційна довжині хвилі - відрізку на осі поширення хвилі, в
якому вміщується повний цикл зміни щільності повітря. Чим більше частота звуку,
тим менше довжина хвилі і навпаки. Довжину хвилі дуже легко вирахувати за
формулою l = C / f, де C - швидкість звуку (340 м / с), а f - частота звукових
коливань. Наприклад, хвиля, що має частоту 100 Гц має довжину 340/100 = 3.4 м.
Амплітудою
звукової хвилі називається різниця між найвищим і найнижчим значенням щільності.
Взагалі, на сторінках цієї книги ми досить часто будемо зустрічатися з поняттям
амплітуди самих різних хвиль. Скрізь це поняття має одне і те ж значення:
різниця між найвищим піком і найнижчим "провалом" хвилі. На графіку
амплітуді буде відповідати різниця між найвищою і найнижчою точкою зображення
хвилі.
Поговоримо
більш детально про висоту звуку. Наші вуха влаштовані таким чином, що коли ми
чуємо два звуки, частоти яких відносяться як 2: 1, то нам здається, що ці звуки
близькі один до одного і при одночасному відтворенні вони для нас як би
зливаються. Саме на цьому ефекті заснована музична шкала висоти звуків, у якій
одна і та ж нота повторюється кожну октаву. Тобто в натуральному звукоряді
частоти однакових нот сусідніх октав співвідносяться між собою як 2: 1.
Звукорежисерам
часто доводиться переводити значення частоти в ноти і назад. Нам теж
знадобляться такі навички, наприклад, при роботі з різними пристроями
коригування звуку. Тому постарайтеся запам'ятати це співвідношення - за
допомогою нехитрої математичної операції тепер ви зможете обчислювати частоту
будь-ноти, пам'ятаючи, що нота Ля першої октави має частоту 440 Гц.
Але
крім висоти звуку ми здатні досить точно визначати положення звукового джерела
в просторі. Це означає, що звукові хвилі повинні мати властивість, на яке
реагує наш слуховий апарат.
Все
пояснюється досить просто: що наші вуха віднесені на деяку відстань один від
одного. Тобто, звук в кожне з них надходить не в один і той же час, а в різний.
За затримку влучення однієї і тієї ж звукової хвилі на барабанні перетинки ми і
визначаємо просторове положення джерела звуку (насправді є ще кілька факторів,
які допомагають визначати напрямок на звукове джерело, але ми поговоримо про
них пізніше).
Для
опису відносних тимчасових властивостей двох звукових хвиль (або різних частин
однієї хвилі) вводиться поняття фази звукової хвилі. На першому графіку
показані дві хвилі, які повністю збігаються один з одним. У цьому випадку
говорять, що хвилі перебувають у фазі. На третьому графіку в тому місці, де у
одній хвилі знаходиться область високої щільності, в іншої - область низької
щільності. У цьому випадку говорять, що хвилі перебувають в протифазі. При
цьому, якщо хвилі однакові, відбувається їх взаємне знищення (в природі це
буває вкрай рідко, частіше протифазні хвилі при накладенні сильно спотворюють
звук). Середній графік показує якесь проміжне становище. У цьому випадку
говорять, що фаза однієї хвилі зрушена щодо іншої.
З
усього вищесказаного стає зрозуміло, що наш слух при визначенні просторового
положення джерела звуку реагує саме на фазу хвилі. А по зміні фаз ми можемо
судити і про переміщення джерела звуку.
Комментариев нет:
Отправить комментарий