Nossa percepção do tom de um som e suas outras propriedades é determinada pelas características da onda acústica. Estas são as mesmas características inerentes a qualquer onda mecânica, nomeadamente o período, a frequência, a amplitude das oscilações. As sensações subjetivas do som não dependem do comprimento e da velocidade da onda. No artigo vamos analisar a física do som. Afinação e timbre - como são determinados? Por que percebemos alguns sons como altos e outros como silenciosos? As respostas para essas e outras perguntas serão dadas no artigo.
Pitch
O que determina a altura? Para entender isso, vamos fazer um experimento simples. Vamos pegar uma régua longa flexível, de preferência de alumínio.
Vamos pressioná-lo contra a mesa, empurrando a borda com força. Vamos bater na borda livre da régua com o dedo - ela tremerá, mas seu movimento será silencioso. Agora vamos mover a régua para mais perto de nós, de modo que sua parte menor se projete além da borda da bancada. Vamos bater de novorégua. Sua borda vibrará muito mais rápido e com menor amplitude, e ouviremos um som característico. Concluímos que para que o som ocorra, a frequência de oscilação deve ser pelo menos um determinado valor. O limite inferior da faixa de frequência de áudio é 20 Hz e o limite superior é 20.000 Hz.
Vamos continuar a experiência. Encurte ainda mais a borda livre da régua, coloque-a em movimento novamente. É perceptível que o som mudou, ficou mais alto. O que o experimento mostra? Ele prova a dependência da altura do som com a frequência e amplitude das oscilações de sua fonte.
Volume do som
Para estudar a sonoridade, usaremos um diapasão - uma ferramenta especial para estudar as propriedades do som. Existem diapasões com diferentes comprimentos de perna. Eles vibram quando atingidos com um martelo. Diapasões grandes oscilam mais lentamente e produzem um som baixo. Os pequenos vibram com frequência e diferem no tom.
Vamos bater no diapasão e ouvir. O som enfraquece com o tempo. Por que isso está acontecendo? O volume do som é atenuado devido a uma diminuição na amplitude da oscilação das pernas do dispositivo. Eles não vibram tão fortemente, o que significa que a amplitude das vibrações das moléculas de ar também diminui. Quanto mais baixo, mais baixo será o som. Esta afirmação é verdadeira para sons da mesma frequência. Acontece que tanto o tom quanto o volume do som dependem da amplitude da onda.
Percepção de sons de diferentes volumes
Do exposto, parece que quanto mais alto o som, mais claroouvimos, mais mudanças sutis podemos perceber. Isso não é verdade. Se o corpo oscilar com uma amplitude muito grande, mas uma frequência baixa, esse som será pouco distinguível. O fato é que em toda a faixa de audibilidade (20-20 mil Hz), nosso ouvido distingue melhor sons em torno de 1 kHz. A audição humana é mais sensível a essas frequências. Tais sons parecem-nos os mais altos. Sinais de alerta, as sirenes são sintonizadas exatamente em 1 kHz.
Nível de volume de sons diferentes
A tabela mostra sons comuns e sua intensidade em decibéis.
| Tipo de ruído | Nível de volume, dB |
| Respiração calma | 0 |
| Sussurro, farfalhar de folhagem | 10 |
| Ciclo de um relógio a 1 m de distância | 30 |
| Conversa normal | 45 |
| Barulho na loja, conversa no escritório | 55 |
| Som da rua | 60 |
| Falar alto | 65 |
| Ruído da loja de impressão | 74 |
| Carro | 77 |
| Ônibus | 80 |
| Máquina ferramenta de engenharia | 80 |
| Grito alto | 85 |
| Moto com silenciador | 85 |
| Torno | 90 |
| Planta Metalúrgica | 99 |
| Orquestra, vagão do metrô | 100 |
| Estação do compressor | 100 |
| Serra | 105 |
| Helicóptero | 110 |
| Trovão | 120 |
| Motor a jato | 120 |
| Rebitagem, corte de aço (este volume é igual ao limiar de dor) | 130 |
| Avião no lançamento | 130 |
| Lançamento de foguete (causa choque de projétil) | 145 |
| Som de uma espingarda de médio calibre perto do cano (causando ferimentos) | 150 |
| Aeronave supersônica (este volume leva a lesões e choque de dor) | 160 |
Timbre
O tom e o volume do som são determinados, como descobrimos, pela frequência e amplitude da onda. O timbre é independente dessas características. Vamos pegar duas fontes de som do mesmo tom para entender por que elas têm um timbre diferente.
O primeiro instrumento será um diapasão soando na frequência de 440 Hz (esta é a nota para a primeira oitava), o segundo - uma flauta, o terceiro - um violão. Com instrumentos musicais, reproduzimos a mesma nota em que soa o diapasão. Todos os três têm o mesmo tom, mas ainda soam diferentes, diferem no timbre. Qual é a razão? É tudo sobre as vibrações da onda sonora. O movimento que uma onda acústica de sons complexos faz é chamado de oscilação não harmônica. A onda em diferentes áreas oscila com força e frequência diferentes. Esses harmônicos adicionais que diferem em volume e afinação são chamados de harmônicos.
Não confunda altura e timbre. A física do som é tal que se“mix” adicionais, mais altos ao som principal, obtemos o que é chamado de timbre. É determinado pelo volume e o número de sobretons. A frequência dos sobretons é um múltiplo da frequência do tom mais baixo, ou seja, é um número inteiro de vezes maior - 2, 3, 4, etc. O tom mais baixo é chamado de tom principal, é ele que determina o tom, e os harmônicos afetam o timbre.
Existem sons que não contêm harmônicos, como um diapasão. Se você representar o movimento de sua onda sonora em um gráfico, obterá uma onda senoidal. Tais vibrações são chamadas de harmônicas. O diapasão emite apenas o tom fundamental. Este som é frequentemente chamado de chato, incolor.
Quando um som tem muitos sobretons de alta frequência, fica áspero. Os tons baixos conferem ao som suavidade, aveludada. Cada instrumento musical, voz tem seu próprio conjunto de harmônicos. É a combinação do tom fundamental e dos harmônicos que dá um som único, confere ao som um certo timbre.
