Колебания и волны. Оптика. Атомная и ядерная физика
жүктеу/скачать 6,71 Mb. Pdf көрінісі
|
| § 21. Тембр. К тем же заключениям, что и в предыдущем
параграфе, можно прийти, пользуясь не камертонами, а упро- щенной сиреной — вращающимся диском с отверстиями, через которые продувается струя воздуха (рис. 35). Повышая напор струи воздуха, мы усиливаем колебания плотности воздуха по- зади отверстий. При этом звук, сохраняя одну и ту же высоту, делается громче. Ускоряя вращение диска, мы уменьшаем период прерываний воздушной струи. Вместе с тем звук, не меняясь по громкости, повышается. Можно также сделать в диске два или более рядов отверстий с разным количеством отверстий в каждом ряду. Продувание воздуха через каждый из рядов дает тем более высокий звук, чем больше отверстий в этом ряду, т. е. чем короче период прерываний. Но, взяв в качестве источника звука сирену, мы получаем хотя и периодическое, но уже негармоническое колебание: плот- ность воздуха в прерывистой струе меняется резкими толчками. Наряду с этим и звук сирены, хотя и является музыкальным, но совсем не похож на тон камертона. Можно подобрать высоту звука сирены такой же, как и у какого-либо из камертонов, т. е., как говорят, заставить сирену звучать в унисон с камер- тоном. Можно при этом и громкость звука сделать одинаковой. Тем не менее мы легко отличим звук камертона от звука сирены. Таким образом, если колебание не является гармоническим, то на слух оно имеет еще одно качество, кроме высоты и громко- сти, а именно — с п е ц и ф и ч е с к и й о т т е н о к, называемый
лоса, свист, звучание струны рояля, скрипичной струны, звук флейты, гармонии и т. д., хотя бы все эти звуки имели одну и ту же высоту и громкость. По тембру же мы можем узнать голоса разных людей. С чем же связан тембр звука, с какой особенностью коле- баний? На рис. 38 показаны осциллограммы звуковых колебаний, создаваемых роялем и кларнетом, причем для одной и той же ноты, т. е. для звука одной и той же высоты, соответствующей периоду 0,01 с. Осциллограммы показывают, что период обоих колебаний одинаков, но они сильно отличаются друг от друга по ф о р м е и, следовательно, различаются, как мы знаем (§ 17), своим гармоническим составом. Оба звука состоят из одних 54 Гл. II. Звуковые колебания и тех же гармонических колебаний (тонов), но в каждом из них эти тоны — основной и его обертоны — представлены с разными амплитудами и фазами. Вопрос заключается, таким образом, в том, что же именно создает ощущение того или иного тембра: амплитуды ли гармо- ник, или их фазы, или и то и другое вместе. Рис. 38. Осциллограммы звуков рояля и кларнета Исследование этого вопроса показало, что для нашего уха су- щественны только ч а с т ´ о т ы и а м п л и т у д ы т о н о в, в х о- д я щ и х в с о с т а в з в у к а, т. е. тембр звука определяется его гармоническим спектром. Сдвиги отдельных тонов по вре- мени, другими словами, и з м е н е н и я ф а з тонов, никак не воспринимаются на слух, хотя и могут очень сильно менять фор- му результирующего колебания. Таким образом, о д и н и т о т ж е з в у к может восприниматься при очень р а з л и ч н ы х формах колебания. Важно только, чтобы сохранялся с п е к т р, т. е. частоты и амплитуды составляющих тонов. На рис. 39 изображены спектры тех звуков, осцилограммы которых показаны на рис. 38. Так как высоты звуков одинаковы, то и частоты тонов — основного и обертонов — одни и те же. Однако амплитуды отдельных гармоник в каждом спектре силь- но различаются. В звуке рояля заметны гармоники до 18-й, Гл. II. Звуковые колебания 55 причем 15-я и 16-я практически отсутствуют, в то время как у кларнета налицо гармоники лишь до 12-й и отсутствуют вторая и четвертая гармоники. Рис. 39. Спектры звуков рояля и кларнета
жүктеу/скачать 6,71 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|