La nostra percezione dell' altezza di un suono e delle sue altre proprietà è determinata dalle caratteristiche dell'onda acustica. Queste sono le stesse caratteristiche inerenti a qualsiasi onda meccanica, ovvero il periodo, la frequenza, l'ampiezza delle oscillazioni. Le sensazioni soggettive del suono non dipendono dalla lunghezza e dalla velocità dell'onda. Nell'articolo analizzeremo la fisica del suono. Altezza e timbro: come vengono determinati? Perché percepiamo alcuni suoni come forti e altri come bassi? Le risposte a queste e ad altre domande saranno fornite nell'articolo.
Pitch
Cosa determina l' altezza? Per capirlo, facciamo un semplice esperimento. Prendiamo un righello lungo flessibile, preferibilmente in alluminio.
Premiamolo sul tavolo, spingendo con forza il bordo. Colpiamo il bordo libero del righello con il dito: tremerà, ma il suo movimento sarà silenzioso. Ora spostiamo il righello più vicino a noi, in modo che la sua parte più piccola sporga oltre il bordo del piano di lavoro. Colpiamo di nuovorighello. Il suo bordo vibrerà molto più velocemente e con un'ampiezza minore e sentiremo un suono caratteristico. Concludiamo che affinché il suono si produca, la frequenza di oscillazione deve essere almeno un certo valore. Il limite inferiore della gamma di frequenza audio è 20 Hz e il limite superiore è 20.000 Hz.
Continuiamo l'esperimento. Accorcia ancora di più il bordo libero del righello, mettilo in movimento di nuovo. È evidente che il suono è cambiato, è diventato più alto. Cosa mostra l'esperimento? Dimostra la dipendenza dell' altezza del suono dalla frequenza e dall'ampiezza delle oscillazioni della sua sorgente.
Volume del suono
Per studiare il volume, useremo un diapason, uno strumento speciale per studiare le proprietà del suono. Ci sono diapason con diverse lunghezze delle gambe. Vibrano quando vengono colpiti con un martello. I grandi diapason oscillano più lentamente e producono un suono basso. Quelli piccoli vibrano frequentemente e differiscono nell'intonazione.
Suoniamo il diapason e ascoltiamo. Il suono si attenua nel tempo. Perché sta succedendo? Il volume del suono è attenuato a causa di una diminuzione dell'ampiezza dell'oscillazione delle gambe del dispositivo. Non vibrano così fortemente, il che significa che anche l'ampiezza delle vibrazioni delle molecole d'aria diminuisce. Più è basso, più silenzioso sarà il suono. Questa affermazione è vera per i suoni della stessa frequenza. Si scopre che sia l' altezza che il volume del suono dipendono dall'ampiezza dell'onda.
Percezione di suoni di diverso volume
Da quanto sopra, sembra che più forte è il suono, più chiari siamo noisentiamo, i cambiamenti più sottili che possiamo percepire. Questo non è vero. Se il corpo viene fatto oscillare con un'ampiezza molto grande, ma una bassa frequenza, un tale suono sarà scarsamente distinguibile. Il fatto è che nell'intera gamma di udibilità (20-20 mila Hz), il nostro orecchio distingue meglio i suoni intorno a 1 kHz. L'udito umano è più sensibile a queste frequenze. Tali suoni ci sembrano i più forti. Segnali di avvertimento, le sirene sono sintonizzate esattamente su 1 kHz.
Livello del volume di suoni diversi
La tabella mostra i suoni comuni e il loro volume in decibel.
| Tipo di rumore | Livello volume, dB |
| Respiro calmo | 0 |
| Sussurro, fruscio di fogliame | 10 |
| Ticchettio di un orologio a 1 m di distanza | 30 |
| Conversazione regolare | 45 |
| Rumore in negozio, conversazione in ufficio | 55 |
| Suono della strada | 60 |
| Parlare ad alto volume | 65 |
| Rumore del negozio di stampa | 74 |
| Auto | 77 |
| Autobus | 80 |
| Macchine utensili per l'ingegneria | 80 |
| Urlo forte | 85 |
| Moto con silenziatore | 85 |
| Tornio | 90 |
| Impianto metallurgico | 99 |
| Orchestra, vagone della metropolitana | 100 |
| Stazione compressore | 100 |
| Motosega | 105 |
| Elicottero | 110 |
| Tuono | 120 |
| Motore a reazione | 120 |
| Rivettatura, taglio dell'acciaio (questo volume è uguale alla soglia del dolore) | 130 |
| Aereo al lancio | 130 |
| Lancio di un razzo (causa shock da proiettile) | 145 |
| Suono di un fucile di medio calibro vicino alla volata (provoca lesioni) | 150 |
| Aereo supersonico (questo volume provoca lesioni e shock da dolore) | 160 |
Timbro
L' altezza e il volume del suono sono determinati, come abbiamo scoperto, dalla frequenza e dall'ampiezza dell'onda. Il timbro è indipendente da queste caratteristiche. Prendiamo due sorgenti sonore della stessa altezza per capire perché hanno un timbro diverso.
Il primo strumento sarà un diapason che suona ad una frequenza di 440 Hz (questa è la nota per la prima ottava), il secondo - un flauto, il terzo - una chitarra. Con gli strumenti musicali riproduciamo la stessa nota su cui suona il diapason. Tutti e tre hanno la stessa altezza, ma suonano comunque in modo diverso, differiscono nel timbro. Qual è il motivo? Riguarda le vibrazioni dell'onda sonora. Il movimento che fa un'onda acustica di suoni complessi è chiamato oscillazione non armonica. L'onda in diverse aree oscilla con diversa forza e frequenza. Questi armonici aggiuntivi che differiscono per volume e altezza sono chiamati armonici.
Non confondere tono e timbro. La fisica del suono è tale che se"mescola" quelli più alti e più alti al suono principale, otteniamo quello che viene chiamato un timbro. È determinato dal volume e dal numero di armoniche. La frequenza degli armonici è un multiplo della frequenza del tono più basso, cioè è un numero intero di volte maggiore - 2, 3, 4, ecc. Il tono più basso è chiamato tono principale, è esso che determina l' altezza, e gli armonici influiscono sul timbro.
Ci sono suoni che non contengono affatto armoniche, come un diapason. Se descrivi il movimento della sua onda sonora su un grafico, ottieni un'onda sinusoidale. Tali vibrazioni sono chiamate armoniche. Il diapason emette solo il tono fondamentale. Questo suono è spesso chiamato noioso, incolore.
Quando un suono ha molte sfumature ad alta frequenza, diventa duro. Le sfumature basse conferiscono al suono morbidezza, vellutato. Ogni strumento musicale, voce ha il proprio insieme di sfumature. È la combinazione del tono fondamentale e degli armonici che dà un suono unico, dota il suono di un certo timbro.
