Visina, glasnoća i ton

Naša percepcija visine tona i njegovih drugih svojstava određena je karakteristikama akustičnog vala. To su iste karakteristike svojstvene bilo kojem mehaničkom valu, naime razdoblje, frekvencija, amplituda oscilacija. Subjektivni osjećaji ne ovise o duljini i brzini vala o zvuku. U članku ćemo analizirati fiziku zvuka. Visina i timbar — kako se određuju? Zašto neke zvukove doživljavamo glasnim, a druge tihim? Odgovori na ova i druga pitanja bit će dati u članku.

Visina tona

Što određuje visinu? Da bismo to riješili, provest ćemo jednostavan eksperiment. Uzmimo fleksibilno dugo ravnalo, po mogućnosti aluminij.

Pritisnemo ga na stol, snažno gurajući RUB. Udarimo prstom po slobodnom rubu ravnala — drhtat će, ali njegovo će kretanje biti tiho. Sada pomaknite ravnalo bliže sebi, tako da manji dio strši izvan ruba radne površine. Ponovno pogodite ravnalo. Njegov rub vibrira mnogo brže i s manjom amplitudom, a mi ćemo čuti karakterističan zvuk. Zaključujemo: da bi se stvorio zvuk, frekvencija oscilacija mora biti najmanje određena vrijednost. Donja granica raspon zvuka frekvencije su 20 Hz, a gornja 20 000 Hz.

Nastavimo iskustvo. Još više skratimo slobodni rub ravnala, ponovno ga pokrenemo. Primjetno je da se zvuk promijenio, postao veći. O čemu svjedoči eksperiment? Dokazuje ovisnost visine tona o frekvenciji i amplitudi oscilacija njegovog izvora.

Glasnoća zvuka

Za proučavanje glasnoće upotrijebit ćemo vilicu za ugađanje-poseban alat za proučavanje svojstava zvuka. Postoje vilice s različitim duljinama nogu. Vibriraju ako udarite čekićem u uređaj. Velike vilice sporije osciliraju i proizvode tihi zvuk. Mali često vibriraju i razlikuju se po visini.

Udarimo u vilicu i slušamo. Zvuk s vremenom slabi. Zašto se to događa? Glasnoća zvuka se smanjuje zbog smanjenja amplitude oscilacije nogu uređaja. Ne vibriraju toliko, što znači da se smanjuje i amplituda vibracija molekula zraka. Što je niži, zvuk je tiši. Ova izjava vrijedi za zvukove iste frekvencije. Ispada da i visina i glasnoća zvuka ovise o amplitudi vala.

Percepcija zvukova različite glasnoće

Iz navedenog se stječe dojam da što je zvuk glasniji, to ga jasnije čujemo, suptilnije promjene možemo uhvatiti. Nije. Ako prisilite tijelo da oscilira s vrlo velikom amplitudom, ali malom frekvencijom, tada će takav zvuk biti teško razlikovati. Činjenica je da u cijelom rasponu sluha (20-20 tisuća. Hz) naše uho najbolje od svega razlikuje zvukove oko 1 kHz. Sluh osobe najosjetljiviji je na ove frekvencije. Takvi nam se zvukovi čine najglasnijima. Signali upozorenja, sirene su konfigurirane točno na 1 kHz.

Razina glasnoće različitih zvukova

Tablica prikazuje uobičajene zvukove i njihovu glasnoću u decibelima.

Timbar

Visina i glasnoća zvuka određuju se, kako smo saznali, frekvencijom i amplitudom vala. Timbar je neovisan o tim karakteristikama. Uzmimo dva izvora zvuka iste visine da bismo razumjeli, zašto su imaju drugačiji ton.

Prvi instrument bit će vilica koja zvuči na frekvenciji od 440 Hz (ovo je nota a prve oktave), drugi će biti flauta, treći će biti gitara. Glazbenim instrumentima reproduciramo istu notu na kojoj zvuči vilica. Sva tri imaju istu visinu, ali i dalje zvuče drugačije, razlikuju se u tonu. Što je uzrok? Sve je u značajkama oscilacija zvučnog vala. Pokret koji čini akustični val složenih zvukova naziva se neharmonična oscilacija. Val u različitim dijelovima oscilira s različitim jačinama i frekvencijama. Ovi dodatni prizori, koji se razlikuju u glasnoći i visini, nazivaju se prizvuci.

Nemojte brkati visinu i ton. Fizika zvuka je takva da ako" pomiješate " dodatni, viši zvuk s glavnim zvukom, dobivamo ono što se naziva timbrom. Određuje se glasnoćom i brojem prizvuka. Frekvencija prizvuka je višestruka frekvencija najnižeg tona, t. e. cijeli je broj puta veći — 2, 3, 4 itd. d. Najniži ton naziva se glavnim tonom, on je taj koji određuje visinu, a prizvuci utječu na boju tembra.

Postoje zvukovi koji uopće ne sadrže prizvuke, poput vilice za ugađanje. Ako na grafikonu prikažete kretanje njegovog zvučnog vala, dobit ćete sinusni val. Takve vibracije nazivaju se harmonijskim. Vilica za ugađanje proizvodi samo osnovni ton. Takav se zvuk često naziva dosadnim, bezbojnim.

Kad u zvuku ima puno visokofrekventnih prizvuka, on je oštar. Niski prizvuci daju zvuku mekoću, baršunastost. Svaki glazbeni instrument, glas ima svoj set prizvuka. Kombinacija glavnog tona i prizvuka daje jedinstven zvuk, daje zvuk određenom bojom tembra.