Notre perception de la hauteur d'un son et de ses autres propriétés est déterminée par les caractéristiques de l'onde acoustique. Ce sont les mêmes caractéristiques qui sont inhérentes à toute onde mécanique, à savoir la période, la fréquence, l'amplitude des oscillations. Les sensations subjectives du son ne dépendent pas de la longueur et de la vitesse de l'onde. Dans l'article, nous analyserons la physique du son. Hauteur et timbre - comment sont-ils déterminés ? Pourquoi percevons-nous certains sons comme forts et d'autres comme calmes ? Les réponses à ces questions et à d'autres seront données dans l'article.
Pitch
Qu'est-ce qui détermine la hauteur ? Pour comprendre cela, faisons une expérience simple. Prenons une longue règle flexible, de préférence en aluminium.
Appuyons-le contre la table, en poussant fortement le bord. Frappons le bord libre de la règle avec votre doigt - il tremblera, mais son mouvement sera silencieux. Rapprochons maintenant la règle de nous, de sorte que sa plus petite partie dépasse du bord du comptoir. Frappons encorerègle. Son bord vibrera beaucoup plus vite et avec une amplitude moindre, et nous entendrons un son caractéristique. Nous concluons que pour que le son se produise, la fréquence d'oscillation doit être au moins une certaine valeur. La limite inférieure de la plage de fréquences audio est de 20 Hz et la limite supérieure est de 20 000 Hz.
Poursuivons l'expérience. Raccourcissez encore plus le bord libre de la règle, remettez-la en mouvement. On remarque que le son a changé, il est devenu plus aigu. Que montre l'expérience ? Il prouve la dépendance de la hauteur du son à la fréquence et à l'amplitude des oscillations de sa source.
Volume sonore
Pour étudier l'intensité sonore, nous utiliserons un diapason - un outil spécial pour étudier les propriétés du son. Il existe des diapasons avec différentes longueurs de jambes. Ils vibrent lorsqu'ils sont frappés avec un marteau. Les grands diapasons oscillent plus lentement et produisent un son grave. Les petits vibrent fréquemment et ont des hauteurs différentes.
Appuyons sur le diapason et écoutons. Le son faiblit avec le temps. Pourquoi cela arrive-t-il? Le volume du son est atténué en raison d'une diminution de l'amplitude de l'oscillation des pattes de l'appareil. Ils ne vibrent pas aussi fortement, ce qui signifie que l'amplitude des vibrations des molécules d'air diminue également. Plus il est bas, plus le son sera silencieux. Cette affirmation est vraie pour les sons de même fréquence. Il s'avère que la hauteur et le volume du son dépendent de l'amplitude de l'onde.
Perception de sons de volumes différents
D'après ce qui précède, il semble que plus le son est fort, plus nous sommes clairsnous entendons, plus les changements subtils que nous pouvons percevoir. Ce n'est pas vrai. Si le corps est amené à osciller avec une très grande amplitude, mais une basse fréquence, alors un tel son sera mal distinguable. Le fait est que dans toute la gamme d'audibilité (20-20 000 Hz), notre oreille distingue mieux les sons autour de 1 kHz. L'ouïe humaine est la plus sensible à ces fréquences. Ces sons nous semblent les plus forts. Signaux d'avertissement, les sirènes sont réglées exactement sur 1 kHz.
Niveau de volume des différents sons
Le tableau montre les sons courants et leur intensité en décibels.
| Type de bruit | Niveau de volume, dB |
| Respiration calme | 0 |
| Murmure, bruissement de feuillage | 10 |
| Tic-tac d'une horloge à 1 m | 30 |
| Conversation régulière | 45 |
| Bruit dans le magasin, conversation au bureau | 55 |
| Bruit de la rue | 60 |
| Parler fort | 65 |
| Bruit de l'imprimerie | 74 |
| Voiture | 77 |
| Autobus | 80 |
| Machines-outils d'ingénierie | 80 |
| Cri fort | 85 |
| Moto avec silencieux | 85 |
| Tour | 90 |
| Usine métallurgique | 99 |
| Orchestre, wagon de métro | 100 |
| Station de compression | 100 |
| Tronçonneuse | 105 |
| Hélicoptère | 110 |
| Tonnerre | 120 |
| Moteur à réaction | 120 |
| Rivetage, découpe de l'acier (ce volume est égal au seuil de douleur) | 130 |
| Avion au lancement | 130 |
| Lancement de fusée (provoque un choc d'obus) | 145 |
| Bruit d'un fusil de chasse de calibre moyen près de la bouche (cause des blessures) | 150 |
| Avions supersoniques (ce volume entraîne des blessures et un choc douloureux) | 160 |
Timbre
La hauteur et l'intensité du son sont déterminées, comme nous l'avons découvert, par la fréquence et l'amplitude de l'onde. Le timbre est indépendant de ces caractéristiques. Prenons deux sources sonores de même hauteur pour comprendre pourquoi elles ont un timbre différent.
Le premier instrument sera un diapason sonnant à une fréquence de 440 Hz (c'est la note de la première octave), le second - une flûte, le troisième - une guitare. Avec les instruments de musique, on reproduit la même note sur laquelle sonne le diapason. Tous les trois ont la même hauteur, mais sonnent toujours différemment, diffèrent par le timbre. Quelle est la raison? Il s'agit des vibrations de l'onde sonore. Le mouvement d'une onde acoustique de sons complexes est appelé une oscillation non harmonique. L'onde dans différentes zones oscille avec une force et une fréquence différentes. Ces harmoniques supplémentaires qui diffèrent en volume et en hauteur sont appelées harmoniques.
Ne confondez pas hauteur et timbre. La physique du son est telle que si« mixez » des sons supplémentaires, plus aigus au son principal, on obtient ce qu'on appelle un timbre. Il est déterminé par le volume et le nombre d'harmoniques. La fréquence des harmoniques est un multiple de la fréquence du ton le plus bas, c'est-à-dire qu'elle est un nombre entier de fois supérieur - 2, 3, 4, etc. Le ton le plus bas est appelé le ton principal, c'est lui qui détermine la hauteur, et les harmoniques affectent le timbre.
Certains sons ne contiennent pas du tout d'harmoniques, comme un diapason. Si vous décrivez le mouvement de son onde sonore sur un graphique, vous obtenez une onde sinusoïdale. De telles vibrations sont appelées harmoniques. Le diapason n'émet que la tonalité fondamentale. Ce son est souvent appelé ennuyeux, incolore.
Quand un son a beaucoup d'harmoniques à haute fréquence, il devient dur. Les harmoniques graves donnent au son douceur, velouté. Chaque instrument de musique, chaque voix a son propre ensemble d'harmoniques. C'est la combinaison de la tonalité fondamentale et des harmoniques qui donne un son unique, confère au son un certain timbre.
