Persepsi kita tentang nada suara dan sifat lainnya ditentukan oleh karakteristik gelombang akustik. Ini adalah karakteristik yang sama yang melekat pada setiap gelombang mekanik, yaitu periode, frekuensi, amplitudo osilasi. Sensasi subjektif suara tidak bergantung pada panjang dan kecepatan gelombang. Dalam artikel ini kita akan menganalisis fisika suara. Pitch dan timbre - bagaimana cara menentukannya? Mengapa kita menganggap beberapa suara keras dan yang lain tenang? Jawaban atas pertanyaan ini dan pertanyaan lainnya akan diberikan di artikel.
Lagu
Apa yang menentukan ketinggian? Untuk memahaminya, mari kita lakukan eksperimen sederhana. Mari kita ambil penggaris panjang yang fleksibel, sebaiknya aluminium.
Mari kita tekan ke meja, mendorong tepi dengan kuat. Mari kita pukul tepi bebas penggaris dengan jari Anda - itu akan bergetar, tetapi gerakannya akan diam. Sekarang mari kita pindahkan penggaris lebih dekat ke kita, sehingga bagian yang lebih kecil menonjol di luar tepi meja. Ayo pukul lagipenggaris. Tepinya akan bergetar lebih cepat dan dengan amplitudo yang lebih kecil, dan kita akan mendengar suara yang khas. Kami menyimpulkan bahwa agar suara terjadi, frekuensi osilasi harus setidaknya nilai tertentu. Batas bawah rentang frekuensi audio adalah 20 Hz, dan batas atas adalah 20.000 Hz.
Mari kita lanjutkan percobaan. Persingkat tepi penggaris yang bebas lebih jauh lagi, gerakkan lagi. Terlihat bahwa suaranya telah berubah, menjadi lebih tinggi. Apa yang ditunjukkan oleh eksperimen itu? Dia membuktikan ketergantungan nada suara pada frekuensi dan amplitudo osilasi sumbernya.
Volume suara
Untuk mempelajari kenyaringan, kita akan menggunakan garpu tala - alat khusus untuk mempelajari sifat-sifat suara. Ada garpu tala dengan panjang kaki yang berbeda. Mereka bergetar ketika dipukul dengan palu. Garpu tala besar berosilasi lebih lambat dan menghasilkan suara rendah. Yang kecil sering bergetar dan berbeda nadanya.
Ayo tekan garpu tala dan dengarkan. Suara melemah seiring waktu. Mengapa ini terjadi? Volume suara dilemahkan karena penurunan amplitudo osilasi kaki perangkat. Mereka tidak bergetar begitu kuat, yang berarti bahwa amplitudo getaran molekul udara juga berkurang. Semakin rendah, semakin tenang suaranya. Pernyataan ini berlaku untuk bunyi dengan frekuensi yang sama. Ternyata tinggi nada dan volume suara bergantung pada amplitudo gelombang.
Persepsi suara dari volume yang berbeda
Dari atas, tampaknya semakin keras suaranya, semakin jelas kitakita dengar, semakin halus perubahan yang bisa kita rasakan. Ini tidak benar. Jika tubuh dibuat berosilasi dengan amplitudo yang sangat besar, tetapi frekuensinya rendah, maka suara seperti itu akan sulit dibedakan. Faktanya adalah bahwa di seluruh rentang audibilitas (20-20 ribu Hz), telinga kita paling baik membedakan suara sekitar 1 kHz. Pendengaran manusia paling sensitif terhadap frekuensi ini. Suara seperti itu bagi kita tampaknya paling keras. Sinyal peringatan, sirene disetel tepat ke 1 kHz.
Tingkat volume suara yang berbeda
Tabel menunjukkan suara umum dan kenyaringannya dalam desibel.
| Jenis kebisingan | Tingkat volume, dB |
| Bernafas tenang | 0 |
| Berbisik, gemerisik dedaunan | 10 |
| Jam terus berdetak 1 m | 30 |
| Percakapan biasa | 45 |
| Kebisingan di toko, percakapan di kantor | 55 |
| Suara jalanan | 60 |
| Bicara keras | 65 |
| Kebisingan Toko Cetak | 74 |
| Mobil | 77 |
| Bus | 80 |
| Teknik mesin perkakas | 80 |
| jeritan keras | 85 |
| Sepeda motor dengan peredam | 85 |
| Bubut | 90 |
| Tanaman metalurgi | 99 |
| Orkestra, kereta bawah tanah | 100 |
| Stasiun kompresor | 100 |
| Gergaji | 105 |
| Helikopter | 110 |
| Guntur | 120 |
| Mesin jet | 120 |
| Memukau, memotong baja (volume ini sama dengan ambang nyeri) | 130 |
| Pesawat saat peluncuran | 130 |
| Peluncuran roket (menyebabkan shell shock) | 145 |
| Suara senapan kaliber sedang di dekat moncong (menyebabkan cedera) | 150 |
| Pesawat supersonik (volume ini menyebabkan cedera dan syok nyeri) | 160 |
Timbre
Nada dan kenyaringan suara ditentukan, seperti yang kita ketahui, oleh frekuensi dan amplitudo gelombang. Timbre tidak tergantung pada karakteristik ini. Mari kita ambil dua sumber suara dengan nada yang sama untuk memahami mengapa mereka memiliki timbre yang berbeda.
Instrumen pertama adalah garpu tala yang dibunyikan pada frekuensi 440 Hz (ini adalah nada untuk oktaf pertama), yang kedua - seruling, yang ketiga - gitar. Dengan alat musik, kami mereproduksi nada yang sama dengan bunyi garpu tala. Ketiganya memiliki nada yang sama, tetapi tetap terdengar berbeda, berbeda dalam timbre. Apa alasannya? Ini semua tentang getaran gelombang suara. Gerakan yang dihasilkan oleh gelombang akustik dari suara yang kompleks disebut osilasi non-harmonik. Gelombang di daerah yang berbeda berosilasi dengan kekuatan dan frekuensi yang berbeda. Nada tambahan yang berbeda dalam volume dan nada ini disebut nada tambahan.
Jangan bingung nada dan timbre. Fisika suara sedemikian rupa sehingga jika"campur" tambahan, yang lebih tinggi ke suara utama, kami mendapatkan apa yang disebut timbre. Itu ditentukan oleh volume dan jumlah nada. Frekuensi nada tambahan adalah kelipatan dari frekuensi nada terendah, yaitu bilangan bulat beberapa kali lebih besar - 2, 3, 4, dll. Nada terendah disebut nada utama, yang menentukan nada, dan overtone mempengaruhi timbre.
Ada suara yang tidak mengandung nada sama sekali, seperti garpu tala. Jika Anda menggambarkan pergerakan gelombang suaranya pada grafik, Anda mendapatkan gelombang sinus. Getaran seperti itu disebut harmonik. Garpu tala hanya mengeluarkan nada dasar. Suara ini sering disebut membosankan, tidak berwarna.
Ketika sebuah suara memiliki banyak nada frekuensi tinggi, itu menjadi keras. Nada rendah memberikan kelembutan suara, lembut. Setiap alat musik, suara memiliki nada sendiri. Ini adalah kombinasi nada dasar dan nada tambahan yang memberikan suara yang unik, melengkapi suara dengan timbre tertentu.
