Mūsų suvokimą apie garso aukštį ir kitas jo savybes lemia akustinės bangos charakteristikos. Tai yra tos pačios charakteristikos, kurios būdingos bet kuriai mechaninei bangai, būtent svyravimų periodas, dažnis, amplitudė. Subjektyvūs garso pojūčiai nepriklauso nuo bangos ilgio ir greičio. Straipsnyje analizuosime garso fiziką. Aukštis ir tembras – kaip jie nustatomi? Kodėl vienus garsus suvokiame kaip garsius, o kitus – kaip tylius? Atsakymai į šiuos ir kitus klausimus bus pateikti straipsnyje.
Pitch
Kas lemia ūgį? Norėdami tai suprasti, atlikime paprastą eksperimentą. Paimkime lanksčią ilgą liniuotę, geriausia aliuminio.
Prispauskite jį prie stalo stipriai spausdami kraštą. Pataikykime pirštu į laisvą liniuotės kraštą – ji drebės, bet jos judėjimas bus tylus. Dabar perkelkime liniuotę arčiau savęs, kad mažesnė jos dalis išsikištų už stalviršio krašto. Pataikykim dar kartąvaldovas. Jo kraštas vibruos daug greičiau ir mažesne amplitude, o mes išgirsime būdingą garsą. Darome išvadą, kad tam, kad atsirastų garsas, virpesių dažnis turi būti bent tam tikras dydis. Apatinė garso dažnių diapazono riba yra 20 Hz, o viršutinė riba yra 20 000 Hz.
Tęskime eksperimentą. Dar labiau sutrumpinkite laisvą liniuotės kraštą, vėl įjunkite. Pastebima, kad garsas pasikeitė, tapo aukštesnis. Ką parodo eksperimentas? Jis įrodo garso aukščio priklausomybę nuo jo š altinio virpesių dažnio ir amplitudės.
Garso garsumas
Garsumui tirti naudosime kamertoną – specialų įrankį garso savybėms tirti. Yra kamertonų su skirtingo ilgio kojomis. Smogiant plaktuku jie vibruoja. Didelės kamertono virpesiai svyruoja lėčiau ir skleidžia žemą garsą. Mažieji vibruoja dažnai ir skiriasi aukštu.
Paspauskite kamertoną ir klausykime. Laikui bėgant garsas silpnėja. Kodėl tai vyksta? Garso garsumas susilpnėja dėl prietaiso kojų virpesių amplitudės sumažėjimo. Jie nevibruoja taip stipriai, vadinasi, mažėja ir oro molekulių virpesių amplitudė. Kuo jis žemesnis, tuo tylesnis bus garsas. Šis teiginys galioja to paties dažnio garsams. Pasirodo, nuo bangos amplitudės priklauso ir garso aukštis, ir garsumas.
Įvairių garsų garsų suvokimas
Iš to, kas išdėstyta aukščiau, atrodo, kad kuo garsesnis, tuo mums aiškesnisgirdime, tuo subtilesnius pokyčius galime suvokti. Tai netiesa. Jei kūnas priverstas svyruoti labai didele amplitude, bet žemu dažniu, tai toks garsas bus prastai atskiriamas. Faktas yra tas, kad visame girdimumo diapazone (20-20 tūkst. Hz) mūsų ausis geriausiai skiria garsus, kurių dažnis yra apie 1 kHz. Žmogaus klausa yra jautriausia šiems dažniams. Tokie garsai mums atrodo patys garsiausi. Įspėjamieji signalai, sirenos sureguliuotos tiksliai 1 kHz.
Įvairių garsų garsumo lygis
Lentelėje rodomi įprasti garsai ir jų garsumas decibelais.
| Triukšmo tipas | Garsumo lygis, dB |
| Ramus kvėpavimas | 0 |
| Šnabždesys, lapijos ošimas | 10 |
| Laikrodžio tiksėjimas už 1 m | 30 |
| Įprastas pokalbis | 45 |
| Triukšmas parduotuvėje, pokalbis biure | 55 |
| Gatvės garsas | 60 |
| Garsus pokalbis | 65 |
| Spaustuvės triukšmas | 74 |
| Automobilis | 77 |
| Autobusas | 80 |
| Inžinerijos staklės | 80 |
| Garsus riksmas | 85 |
| Motociklas su duslintuvu | 85 |
| Tekinimo staklės | 90 |
| Metalurgijos gamykla | 99 |
| Orkestras, metro vagonas | 100 |
| Kompresoriaus stotis | 100 |
| Grandininis pjūklas | 105 |
| Sraigtasparnis | 110 |
| Perkūnas | 120 |
| Reaktyvinis variklis | 120 |
| Plieno kniedijimas, pjovimas (šis tūris lygus skausmo slenksčiui) | 130 |
| Lėktuvas paleidžiamas | 130 |
| Raketos paleidimas (sukelia šoką) | 145 |
| Vidutinio kalibro graižtvinio šautuvo garsas šalia snukio (susižeidžia) | 150 |
| Viršgarsinis orlaivis (dėl to galima susižaloti ir patirti skausmo šoką) | 160 |
Tembras
Kaip išsiaiškinome, garso aukštį ir garsumą lemia bangos dažnis ir amplitudė. Tembras nepriklauso nuo šių savybių. Paimkime du vienodo aukščio garso š altinius, kad suprastume, kodėl jų tembras skiriasi.
Pirmasis instrumentas bus kamertonas, skambantis 440 Hz dažniu (tai pirmos oktavos nata), antrasis – fleita, trečias – gitara. Muzikos instrumentais atkuriame tą pačią natą, kurioje skamba kamertonas. Visi trys vienodo tono, bet vis tiek skamba skirtingai, skiriasi tembru. Kokia priežastis? Tai viskas apie garso bangos virpesius. Judėjimas, kurį sukelia sudėtingų garsų akustinė banga, vadinamas neharmoniniu svyravimu. Įvairiose srityse banga svyruoja skirtingu stiprumu ir dažniu. Šie papildomi obertonai, kurių garsumas ir aukštis skiriasi, vadinami obertonais.
Nepainiokite aukščio ir tembro. Garso fizika tokia, kad jeiPrie pagrindinio garso „primaišome“papildomus, aukštesnius, gauname vadinamąjį tembrą. Jį lemia garsumas ir obertonų skaičius. Obertonų dažnis yra žemiausio tono dažnio kartotinis, t.y. sveikasis skaičius kartų didesnis – 2, 3, 4 ir tt Žemiausias tonas vadinamas pagrindiniu tonu, būtent jis lemia aukštį, o obertonai turi įtakos tembrui.
Yra garsų, kuriuose visiškai nėra obertonų, pavyzdžiui, kamertonas. Jei pavaizduosite jos garso bangos judėjimą grafike, gausite sinusinę bangą. Tokios vibracijos vadinamos harmoninėmis. Kamtonas skleidžia tik pagrindinį toną. Šis garsas dažnai vadinamas nuobodžiu, bespalviu.
Kai garsas turi daug aukšto dažnio atspalvių, jis tampa atšiaurus. Žemi obertonai suteikia skambesiui švelnumo, aksominio. Kiekvienas muzikos instrumentas, balsas turi savo obertonų rinkinį. Būtent pagrindinio tono ir obertonų derinys suteikia unikalų skambesį, suteikia skambesiui tam tikrą tembrą.
