La nostra percepció del to d'un so i les seves altres propietats està determinada per les característiques de l'ona acústica. Aquestes són les mateixes característiques que són inherents a qualsevol ona mecànica, és a dir, el període, la freqüència i l'amplitud de les oscil·lacions. Les sensacions subjectives del so no depenen de la longitud i la velocitat de l'ona. En l'article analitzarem la física del so. Altura i timbre: com es determinen? Per què percebem uns sons com a forts i altres com a tranquils? Les respostes a aquestes i altres preguntes es donaran a l'article.
Pitch
Què determina l'alçada? Per entendre-ho, fem un experiment senzill. Agafem un regle llarg flexible, preferiblement d'alumini.
Premem-lo a la taula, empenyent la vora amb força. Anem a colpejar la vora lliure del regle amb el dit: tremolarà, però el seu moviment serà silenciós. Ara anem a moure el regle més a prop nostre, de manera que la seva part més petita sobresurti més enllà de la vora de la taula. Tornem a colpejarregle. La seva vora vibrarà molt més ràpid i amb una amplitud menor, i escoltarem un so característic. Arribem a la conclusió que perquè el so es produeixi, la freqüència d'oscil·lació ha de ser almenys un valor determinat. El límit inferior de l'interval de freqüència d'àudio és de 20 Hz i el límit superior és de 20.000 Hz.
Continuem l'experiment. Escurceu encara més la vora lliure del regle, torneu-lo a posar en moviment. Es nota que el so ha canviat, s'ha fet més alt. Què mostra l'experiment? Demostra la dependència del to del so de la freqüència i l'amplitud de les oscil·lacions de la seva font.
Volum del so
Per estudiar la sonoritat, utilitzarem un diapasó, una eina especial per estudiar les propietats del so. Hi ha diapasons amb diferents longituds de cames. Vibren quan es colpeja amb un martell. Els grans diapasons oscil·len més lentament i produeixen un so baix. Els petits vibren amb freqüència i difereixen en to.
Toquem el diapasó i escoltem. El so es debilita amb el temps. Per què passa això? El volum del so s'atenua a causa d'una disminució de l'amplitud de l'oscil·lació de les cames del dispositiu. No vibren amb tanta força, la qual cosa significa que l'amplitud de les vibracions de les molècules d'aire també disminueix. Com més baix sigui, més silenciós serà el so. Aquesta afirmació és certa per als sons de la mateixa freqüència. Resulta que tant el to com el volum del so depenen de l'amplitud de l'ona.
Percepció de sons de diferents volums
A partir de l'anterior, sembla que com més fort és el so, més clar tenimescoltem, més canvis subtils podem percebre. Això no és cert. Si es fa que el cos oscil·li amb una amplitud molt gran, però amb una freqüència baixa, llavors aquest so serà poc distingible. El fet és que en tot el rang d'audibilitat (20-20 mil Hz), la nostra oïda distingeix millor els sons al voltant d'1 kHz. L'oïda humana és la més sensible a aquestes freqüències. Aquests sons ens semblen els més forts. Senyals d'advertència, les sirenes estan sintonitzades exactament a 1 kHz.
Nivell de volum de diferents sons
La taula mostra els sons habituals i la seva intensitat en decibels.
| Tipus de soroll | Nivell de volum, dB |
| Respiració tranquil·la | 0 |
| Xuxiueig, cruixent de fulles | 10 |
| Marc d'un rellotge a 1 m de distància | 30 |
| Conversa habitual | 45 |
| Soroll a la botiga, conversa a l'oficina | 55 |
| So del carrer | 60 |
| Parla forta | 65 |
| Soroll de la impremta | 74 |
| Cotxe | 77 |
| Autobús | 80 |
| Màquina-eina d'enginyeria | 80 |
| Crids fort | 85 |
| Moto amb silenciador | 85 |
| Torn | 90 |
| Planta metal·lúrgica | 99 |
| Orquestra, vagó de metro | 100 |
| Estació de compressor | 100 |
| Motoserra | 105 |
| Helicòpter | 110 |
| Thunder | 120 |
| Motor a reacció | 120 |
| Reblat, tall d'acer (aquest volum és igual al llindar del dolor) | 130 |
| Avió al llançament | 130 |
| Llançament de coets (provoca un xoc d'obustos) | 145 |
| So d'una escopeta de calibre mitjà a prop de la boca (provoca ferides) | 150 |
| Aeronau supersònica (aquest volum provoca lesions i xoc de dolor) | 160 |
Timbre
El to i la intensitat del so estan determinats, com vam descobrir, per la freqüència i l'amplitud de l'ona. El timbre és independent d'aquestes característiques. Prenem dues fonts sonores del mateix to per entendre per què tenen un timbre diferent.
El primer instrument serà un diapasó que sonarà a una freqüència de 440 Hz (aquesta és la nota de la primera octava), el segon - una flauta, el tercer - una guitarra. Amb els instruments musicals reproduïm la mateixa nota en què sona el diapasó. Tots tres tenen el mateix to, però encara sonen diferents, difereixen en timbre. Quin és el motiu? Es tracta de les vibracions de l'ona sonora. El moviment que fa una ona acústica de sons complexos s'anomena oscil·lació no harmònica. L'ona en diferents zones oscil·la amb força i freqüència diferent. Aquests armònics addicionals que difereixen en volum i to s'anomenen armònics.
No confongueu el to i el timbre. La física del so és tal que si"barrejar" d' altres addicionals, més alts al so principal, obtenim el que s'anomena timbre. Està determinat pel volum i el nombre d'armònics. La freqüència dels armònics és múltiple de la freqüència del to més baix, és a dir, és un nombre enter de vegades més gran - 2, 3, 4, etc. El to més baix s'anomena to principal, és el que determina el to., i els armònics afecten el timbre.
Hi ha sons que no contenen gens armònics, com ara un diapasó. Si representeu el moviment de la seva ona sonora en un gràfic, obteniu una ona sinusoïdal. Aquestes vibracions s'anomenen harmòniques. El diapasó només emet el to fonamental. Aquest so sovint s'anomena avorrit, incolor.
Quan un so té molts matisos d' alta freqüència, es torna dur. Els tons baixos donen al so suavitat, vellutat. Cada instrument musical, veu té el seu propi conjunt de matisos. És la combinació del to fonamental i els armònics que dóna un so únic, dota el so d'un cert timbre.
