Naše zaznavanje višine zvoka in njegovih drugih lastnosti določajo značilnosti akustičnega vala. To so enake značilnosti, ki so lastne vsakemu mehanskemu valu, in sicer obdobje, frekvenca, amplituda nihanja. Subjektivni občutki zvoka niso odvisni od dolžine in hitrosti valovanja. V članku bomo analizirali fiziko zvoka. Višina in tember - kako sta določena? Zakaj nekatere zvoke zaznavamo kot glasne, druge pa kot tihe? Odgovori na ta in druga vprašanja bodo podani v članku.
Pitch
Kaj določa višino? Da bi to razumeli, naredimo preprost poskus. Vzemimo fleksibilno dolgo ravnilo, po možnosti aluminijasto.
Pritisnimo ga k mizi in močno potisnemo rob. S prstom udarimo po prostem robu ravnila - trepetalo bo, a njegovo gibanje bo tiho. Zdaj pa ravnilo premaknemo bližje k sebi, tako da njegov manjši del štrli čez rob pulta. Udarimo še enkratvladar. Njegov rob bo vibriral veliko hitreje in z manjšo amplitudo, zaslišali bomo značilen zvok. Sklepamo, da mora biti za nastanek zvoka frekvenca nihanja vsaj določena vrednost. Spodnja meja zvočnega frekvenčnega območja je 20 Hz, zgornja pa 20.000 Hz.
Nadaljujmo s poskusom. Prosti rob ravnila še bolj skrajšajte, ponovno ga zaženite. Opaziti je, da se je zvok spremenil, postal je višji. Kaj pokaže eksperiment? Dokazuje odvisnost višine zvoka od frekvence in amplitude nihanja njegovega vira.
Glasnost zvoka
Za preučevanje glasnosti bomo uporabili uglaste vilice - posebno orodje za preučevanje lastnosti zvoka. Obstajajo vilice za uglaševanje z različnimi dolžinami nog. Ob udarcu s kladivom vibrirajo. Velike uglaste vilice nihajo počasneje in oddajajo nizek zvok. Majhni pogosto vibrirajo in se razlikujejo po višini.
Udarimo vilice za uglasitev in poslušajmo. Zvok sčasoma oslabi. Zakaj se to dogaja? Glasnost zvoka se zmanjša zaradi zmanjšanja amplitude nihanja nog naprave. Ne vibrirajo tako močno, kar pomeni, da se zmanjša tudi amplituda tresljajev molekul zraka. Nižje kot je, tišji bo zvok. Ta izjava velja za zvoke iste frekvence. Izkazalo se je, da sta tako višina kot glasnost zvoka odvisna od amplitude vala.
Zaznavanje zvokov različnih glasnosti
Iz zgornjega se zdi, da glasnejši kot je zvok, jasneje smoslišimo, bolj subtilne spremembe lahko zaznamo. To ni res. Če telo niha z zelo veliko amplitudo, a nizko frekvenco, bo tak zvok slabo razločen. Dejstvo je, da naše uho v celotnem območju slišnosti (20-20 tisoč Hz) najbolje loči zvoke okoli 1 kHz. Človeški sluh je najbolj občutljiv na te frekvence. Takšni zvoki se nam zdijo najglasnejši. Opozorilni signali, sirene so nastavljene natančno na 1 kHz.
Raven glasnosti različnih zvokov
Tabela prikazuje pogoste zvoke in njihovo glasnost v decibelih.
| Vrsta hrupa | Raven glasnosti, dB |
| Umirjeno dihanje | 0 |
| Šepet, šelestenje listja | 10 |
| Tekkanje ure 1 m stran | 30 |
| Reden pogovor | 45 |
| Hrup v trgovini, pogovor v pisarni | 55 |
| Zvok ulice | 60 |
| glasno govorjenje | 65 |
| Tisk Shop Noise | 74 |
| avto | 77 |
| avtobus | 80 |
| inženirski strojni stroj | 80 |
| glasen krik | 85 |
| Motocikel z dušilcem zvoka | 85 |
| Stružnica | 90 |
| Metalurški obrat | 99 |
| Orkester, vagon podzemne železnice | 100 |
| Kompresorska postaja | 100 |
| motorna žaga | 105 |
| Helikopter | 110 |
| Thunder | 120 |
| reaktivni motor | 120 |
| Kovanje, rezanje jekla (ta prostornina je enaka pragu bolečine) | 130 |
| Letalo ob izstrelitvi | 130 |
| Izstrelitev rakete (povzroča udarni udar) | 145 |
| Zvok puške srednjega kalibra blizu gobca (povzroča poškodbe) | 150 |
| Nadzvočno letalo (ta prostornina vodi do poškodb in bolečinskega šoka) | 160 |
Timbre
Višina in glasnost zvoka sta, kot smo ugotovili, določeni s frekvenco in amplitudo vala. Zvok je neodvisen od teh lastnosti. Vzemimo dva zvočna vira iste višine, da razumemo, zakaj imata različen tember.
Prvi inštrument bo uglaste vilice, ki zveni na frekvenci 440 Hz (to je nota za prvo oktavo), drugi - flavta, tretji - kitara. Z glasbili reproduciramo isto noto, na kateri zveni uglasto vilica. Vsi trije imajo enako višino, a vseeno zvenijo različno, se razlikujejo po tembru. Kakšen je razlog? Gre za vibracije zvočnega vala. Gibanje, ki ga naredi akustični val kompleksnih zvokov, se imenuje neharmonično nihanje. Val na različnih območjih niha z različno močjo in frekvenco. Ti dodatni prizvoki, ki se razlikujejo po glasnosti in višini, se imenujejo prizvoki.
Ne zamenjujte višine in tembra. Fizika zvoka je taka, da če"zmešaj" dodatne, višje z glavnim zvokom, dobimo tako imenovani tember. Določena je z glasnostjo in številom prizvokov. Frekvenca nadtonov je večkratnik frekvence najnižjega tona, torej je celo število krat večje - 2, 3, 4 itd. Najnižji ton se imenuje glavni ton, ki določa višino, prizvoki pa vplivajo na tembre.
Obstajajo zvoki, ki sploh ne vsebujejo prizvokov, na primer uglaste vilice. Če na grafu prikažete gibanje njegovega zvočnega vala, dobite sinusni val. Takšne vibracije imenujemo harmonične. Uglaste vilice oddajajo samo osnovni ton. Ta zvok se pogosto imenuje dolgočasen, brezbarven.
Ko ima zvok veliko visokofrekvenčnih prizvokov, postane oster. Nizki toni dajejo zvoku mehkobo, žametnost. Vsako glasbilo, glas ima svoj nabor prizvokov. Kombinacija temeljnega tona in prizvokov daje edinstven zvok, podari zvoku določen tembre.
