Властивості звуку
Основні фізичні характеристики звуку -частота та інтенсивність коливань. Вони впливають на слухове сприйняття людей.
Періодом коливання називається час, протягом якого відбувається одне повне коливання. Можна привести в приклад маятник, що коливається, коли він з крайнього лівого положення переміщається в крайнє праве і повертається назад у вихідне положення.
Частота коливань – це кількість повних коливань (періодів) за секунду. Цю одиницю називають герцем (Гц). Чим більша частота коливань, тим вищий звук ми чуємо, тобто звук має вищий тон. Відповідно до прийнятої міжнародної системи одиниць, 1000 Гц називається кілогерцем (кГц), а 1.000.000 – мегагерцем (МГц).
Розподіл за частотами: чутні звуки – не більше 15Гц-20кГц, інфразвуки – нижче 15Гц; ультразвуки – не більше 1,5·104 – 109 Гц; гіперзвуки - не більше 109 – 1013Гц.
Вухо людини найбільш чутливе до звуків із частотою від 2000 до 5000 кГц. Найбільша гострота слуху спостерігається у віці 15-20 років. З віком слух погіршується.
З періодом та частотою коливань пов'язане поняття про довжину хвилі. Довжиною звукової хвилі називається відстань між двома послідовними згущення або розрідження середовища. На прикладі хвиль, що розповсюджуються на поверхні води, - це відстань між двома гребенями.
Звуки розрізняються також за тембром. Основний тон звуку супроводжується другорядними тонами, які завжди вищі за частотою (обертона). Тембр – якісна характеристика звуку. Чим більше обертонів накладається на основний тон, тим соковитіший звук у музичному відношенні.
Друга основна характеристика – амплітуда коливань. Це найбільше відхилення від рівноваги при гармонійних коливаннях. На прикладі змаятником – максимальне відхилення їх у крайнє ліве становище, чи крайнє праве становище. Амплітуда коливань визначає інтенсивність (силу) звуку.
Сила звуку, або його інтенсивність, визначається кількістю акустичної енергії, що протікає за секунду через площу один квадратний сантиметр. Отже, інтенсивність акустичних хвиль залежить від величини акустичного тиску, створюваного джерелом у середовищі.
З інтенсивністю звуку своєю чергою пов'язана гучність. Чим більша інтенсивність звуку, тим голосніше. Однак ці поняття не є рівнозначними. Гучність – це міра сили слухового відчуття, викликаного звуком. Звук однакової інтенсивності може створювати у різних людей неоднакове за своєю гучністю слухове сприйняття. Кожна людина має свій порог чутності.
Звуки дуже великої інтенсивності людина перестає чути і сприймає їх як відчуття тиску і болю. Таку силу звуку називають порогом болючого відчуття.
Звуки – наші постійні супутники. Вони по-різному впливають на людину: радують і дратують, заспокоюють та лякають своєю несподіванкою. У давнину звук здавався людям дивовижним, таємничим породженням надприродних сил. Вони вірили, що звуки можуть приборкувати диких тварин, зрушувати скелі та гори, перегороджувати шлях воді, викликати дощ, творити інші чудеса.
Жерці Стародавнього Єгипту, помітивши дивовижний вплив музики на людину, використовували її у своїх цілях. Жодне свято не обходилося без ритуальних піснеспівів. Пізніше музика прийшла до християнських храмів.
Давні індійці раніше за інших оволоділи високою музичною культурою. Вони розробили і широко використовували нотну грамоту задовго до того, як вона з'явилася вЄвропі. Їхня музична гама також складалася з семи нот, але назви у них були інші: "са", "ре", "га", "ма", "па", "дха", "ні". Вважалося, що кожна з них відображає певний духовний стан: "са" і "ма" спокій і умиротворення, "га" і "дха" урочистість, "ре" гнів, "па" радість, "ні" сум.
Зрозуміти і вивчити звук люди прагнули з давніх-давен. Грецький вчений та філософ Піфагор, який жив дві з половиною тисячі років тому, ставив різні досліди зі звуками. Він уперше довів, що низькі тони в музичних інструментах притаманні довгим струнам. При укороченні струни у двоє звук її підвищиться на цілу октаву. Відкриття Піфагора започаткувало науку про акустику. Перші звукові прилади були створені в театрах Стародавньої Греції та Риму: актори вставляли у свої маски маленькі рупори для посилення звуку. Відомо також застосування звукових приладів у єгипетських храмах, де були «шепотіли» статуї богів.
Виявлення Піфагором і його учням гармонійні поєднання звуків лягли в основу пізніших уявлення про так звану гармонію Всесвіту. Згідно з цим уявленням небесні тіла та планети розташовані відносно один одного відповідно до музичних інтервалів та випромінюють «музику сфер». Вважалося, наприклад, що Сатурн видає найнижчі звуки, звуки Юпітера можна порівняти з басом, Меркурія-фальцетом, Марсас тенором, Земліс контральто, Венерис сопрано. Ця теорія мала довге життя. Її визнали навіть в епоху Відродження, коли вже були отримані перші наукові відомості про природу і рух планет. Відлуння цієї теорії можна виявити в працях великого Кеплера, який відкрив закон руху планет і відіграв величезну роль у розвитку фізики та астрономії.