Как измерить высоту звука

Единицы измерения высоты звука

Как уже упоминалось, поскольку высота звука является репрезентацией частоты звуковых колебаний, как правило, используются единицы измерения частоты — Герцы (Hz), где количество Герц, это количество колебаний в секунду:

Однако, используются и альтернативные системы измерения высоты звука, основанные на физиологическом (Барки) и психофизиологическом (Мелы) механизме его восприятия.

«Критические полосы» и Барки

Критическая полоса (ее также называют полосой равной разборчивости) — это минимальная полоса частот, которая возбуждает одну и ту же часть базилярной мембраны. В частотном промежутке от 0 до 16 кГц опытным путем были определены 24 критические полосы:

0-100 Гц,
100-200 Гц,
200-300 Гц,
300- 400 Гц,
400-510 Гц,
510-630 Гц,
630-770 Гц,
770-920 Гц,
920-1080 Гц,
1080- 1270 Гц,
1270-1480 Гц,
1480-1720 Гц,
1720-2000 Гц,
2000-2320 Гц,
2320- 2700 Гц,
2700-3150 Гц,
3150-3700 Гц,
3700-4400 Гц,
4400-5300 Гц,
5300- 6400 Гц,
6400-7700 Гц,
7700-9500 Гц,
9500-12 000 Гц
12 000-15 500 Гц

Звуковой сигнал в пределах одной и той же критической полосы как бы обобщается мозгом, создавая близкие слуховые ощущения. Если же звуковой сигнал переходит из одной критической полосы в другую, то слуховые ощущения в момент перехода заметно изменяются, потому что мозг анализирует информацию, полученную из разных критических полос, раздельно. Это не значит, что два тона, попавшие в одну критическую полосу, не различимы на слух, однако, слуховые ощущения внутри одной полосы очень близки, а в разных полосах — отличаются существенно. Участки базилярной мембраны, соответствующие критическим полосам, имеют приблизительно равную длину, которая составляет 1,2 мм на полосу.

Для удобства работы с критическими полосами существует специальная единица измерения частоты — Барк . В таблице приведены критические полосы и соответствующие им параметры:

Критическая полоса (диапаз.), Гц

Ширина критической полосы, Гц

Центральная частота критической полосы, Гц

Измерение субъективного ощущения высоты и Мелы

На этой шкале равное изменение частоты в Мелах соответствует равному изменению ощущения высоты тона. Уже привычная нам шкала частот с единицей измерения “герц” такого свойства не имеет. Например, изменения частоты от 500 до 1000 Гц и от 1000 до 2000 Гц воспринимаются на слух слушателем, как неравные. В то же самое время звуковой сигнал с частотой 1000 мел кажется слушателю ровно в два раза “выше”, чем сигнал с частотой 500 мел, и в два раза “ниже”, чем сигнал с частотой 2000 мел. (Закон Вебера-Фехнера):

Итак, частотные параметры звука могут измеряться в Герцах, Мелах и Барках.

Герц — это единица измерения, которой удобно пользоваться при проведении спектрального анализа.

Мел и Барк — это психофизиологические акустические единицы измерения высоты тона, используемые в психоакустике при оценке субъективной высотой тона.

Как видно из графика, шкалы барков и мелов приблизительно совпадают, хотя некоторые расхождения наблюдаются в области средних частот:

В музыке используются другие шкалы для оценки высоты тона — музыкальные: полутоны, тоны, октавы и другие музыкальные интервалы. Следует отметить, что связь с психофизической шкалой высоты тона, построенной для чистых тонов, неоднозначна. До частоты примерно 5000 Гц увеличение высоты тона на октаву связано с удвоением частоты. Например, переход от ноты ля первой октавы к ноте ля второй октавы соответствует увеличению частоты от 440 до 880 Гц. Но выше частоты 5000 Гц это соответствие нарушается — чтобы получить ощущение увеличения высоты на октаву, надо увеличить соотношение частот почти в 10 раз, что следует иметь в виду при создании компьютерных композиций. Это дало основание некоторым ученым предложить две размерности высоты тона: психофизическую в мелах, пропорциональную в некоторых пределах логарифму частоты, установленную для чистых тонов (pitch height) и музыкальную, соответствующую названию нот (pitch chroma), которая может быть определена примерно до 5000 Гц. Следует отметить, что даже музыканты с абсолютным музыкальным слухом затрудняются в определении нот для звуков с частотой выше 5000 Гц. Это говорит о том, что механизмы восприятия высоты тона до 5000 Гц и выше — различны. (И. Алдошина)

Источник

Высота звука

Высота звука — это субъективное восприятие частоты звукового колебания, чем выше частота, тем выше звук:

Однако, поскольку сложные (т.е. практически все) звуки могут состоять из огромного количества спектральных компонентов — гармонических колебаний разной частоты, не совсем понятно, о какой именно частоте идет речь. Поэтому более корректно будет сказать, что в качестве высоты звука мы воспринимаем частоту его наиболее заметного спектрального компонента — основного тона.

При этом субъективная высота звука будет зависеть не только от частоты его основного тона, но и от соотношения интенсивности всех частотных компонентов (т.е. тембра), а также от его общей громкости — при возрастании амплитуды колебаний воспринимаемая высота звука слегка понижается.

Область восприятия звуковых колебаний

Условно считается (пренебрегая индивидуальными и групповыми особенностями), что ухо человека воспринимает колебания волн частотой от 16 до 20000 Гц (от 12-24 до 18000-20 000 Гц). Частота колебаний выше 20000 Гц относится к области ультразвуков, ниже 16 — инфразвуков. У детей верхняя граница слуха выше и достигает 22 000 Гц.

У многих животных верхняя граница слуха выше, чем у человека. Например, у собак она доходит до 38 000 Гц, у кошек — 70 000, у летучих мышей — 100000 Гц.

Основную звуковую информацию человеческий мозг получает в области частот до 4 кГц. Это оказывается вполне логичным, если учесть, что все основные жизненно необходимые человеку звуки (голоса людей, животных, шум воды, ветра и пр.) находятся именно в этой спектральной полосе. Частоты выше 4 кГц являются для человека вспомогательными, что подтверждается многими опытами. Например, можно легко убедиться в том, что человек почти не способен разобрать речь и другие природные звуки, если из этих звуков “удалить” частоты от 0 до 4 кГц, оставив только более высокие частотные составляющие. Одновременно с этим слышимость частот выше 4 кГц, как дополнение к основным частотам, создает у человека ощущение более качественного звучания. Поэтому принято считать, что низкие частоты “ответственны” за разборчивость и ясность аудиоинформации, а высокие частоты — за субъективное качество звука.

(здесь нижние частоты могут быть вообще не слышны — это связано с характеристиками акустической системы обычного компьютера.)

Восприятие инфразвука и ультразвука

Когда мы говорим диапазоне воспринимаемых частот, речь идет именно о способности слухового аппарата. Частоты ниже 20-30 Гц (инфразвук) человек также способен воспринимать, но только уже не ухом, а всем телом, как вибрации.

Источник

Высота звука

Высота звука — свойство звука, определяемое человеком на слух и зависящее в основном от его частоты, т. е. от числа колебаний среды (обычно воздуха) в секунду, которые воздействуют на барабанную перепонку. С увеличением частоты колебаний растёт высота звука. [1] В первом приближении субъективная высота звука пропорциональна логарифму частоты — согласно закону Вебера-Фехнера. Звук, обладающий определённой высотой, в музыке называется тоном. [2]

Содержание

Основные сведения

Высота звука — субъективное качество слухового ощущения, наряду с громкостью и тембром, позволяющее располагать все звуки по шкале от низких к высоким. Для чистого тона она зависит главным образом от частоты (с ростом частоты высота звука повышается), но при субъективном восприятии также и от его интенсивности — при возрастании интенсивности высота звука кажется ниже [3] . Высота звука со сложным спектральным составом зависит от распределения энергии по шкале частот.

Единицами измерения высоты звука в музыке являются тон, полутон, цент.

Также высоту звука измеряют в мелах — шкале высот, разность между которыми слушатель воспринимает как равную. Тону с частотой 1 кГц и звуковым давлением 2·10 −3 Па приписывают высоту 1000 мел; в диапазоне 20 Гц — 9000 Гц укладывается около 3000 мел. Измерение высоты произвольного звука основано на способности человека устанавливать равенство высот двух звуков или их отношение (во сколько раз один звук выше или ниже другого).

Измерение

Высота звука измеряется по относительной шкале: октавы, внутри октав — ноты. Октава — это музыкальный интервал, соответствующий отношению частот двух звуков, равному 2. (То есть для ноты с тем же названием в следующей октаве частота, выраженная в герцах, будет ровно в 2 раза выше, чем в текущей октаве).

Внутри октавы наименьший музыкальный интервал — полутон (музыкальный интервал между двумя ближайшими нотами в октаве, приблизительно соответствующий отношению частот двух звуков, равному . «Приблизительно», потому что в природе ноты внутри октавы расположены неравномерно (см. Пифагорейский строй, комма).

Соответствие нот в октавах конкретным частотам (в герцах) задаётся стандартами.

Интересные факты

Во всём диапазоне значений высот их получить можно с помощью интервалов между короткими импульсами, например одиночными отсчётами интенсивности в дискретном времени t = ndt, где dt =22,7 мкс.

Звук с кажущейся постоянно повышающейся или понижающейся высотой — один из видов акустических иллюзий — называется тоном Шепарда.

Частотные сигналы сложного спектра без основной частоты (первой гармоники в спектре) называются резидуальными. Восприятие высоты частотного сигнала совпадает с восприятием высоты резидуальной версии такого же сигнала. [4] [5]

Примечания

  1. Высота звука. Большая советская энциклопедия
  2. Тон (в музыке). Большая советская энциклопедия
  3. Olson Harry F.Music, Physics and Engineering. — Dover Publications, 1967. — P. 248–251. — ISBN 0486217698
  4. Н. В. Позин и другие. Элементы теории биологических анализаторов. сс. 150-152. Издательство Наука, Москва, 1978
  5. Резидуальные звуки

Литература

  • Газарян С. В мире музыкальных инструментов: Кн. для учащихся ст. классов. — 2-е изд. — М.: Просвещение, 1989. — 192 с.: ил.

См. также

  • Звук
  • Звук музыкальный
  • Звуковая система
  • Мел (высота звука)
  • Барк (высота звука)
  • Критическая полоса слуха
  • Пифагорейский строй
  • Комма
  • Тембр
  • Частота
  • Изменение высоты звука (англ.)

Для улучшения этой статьи по музыке желательно ? :
  • Проверить достоверность указанной в статье информации.
  • Найти и оформить в виде сносок ссылки на авторитетные источники, подтверждающие написанное.
  • Добавить иллюстрации.

Wikimedia Foundation . 2010 .

Смотреть что такое «Высота звука» в других словарях:

высота звука — форма восприятия человеком частоты колебаний звучащего тела. С ростом частоты высота звука увеличивается. * * * ВЫСОТА ЗВУКА ВЫСОТА ЗВУКА, качество звука, форма восприятия человеком частоты колебаний звучащего тела. С ростом частоты высота звука… … Энциклопедический словарь

высота звука — субъективное качество звуков, обусловленное их частотой. По частоте звуки могут определяться как низкие или высокие. Словарь практического психолога. М.: АСТ, Харвест. С. Ю. Головин. 1998. высота звука … Большая психологическая энциклопедия

ВЫСОТА ЗВУКА — качество звука, форма восприятия человеком частоты колебаний звучащего тела. С ростом частоты высота звука увеличивается … Большой Энциклопедический словарь

ВЫСОТА ЗВУКА — качество звука, определяемое человеком субъективно на слух и зависящее в осн. от частоты звука. С ростом частоты В. з. увеличивается (т. е. звук становится «выше»), с уменьшением частоты понижается. В небольших пределах В. з. изменяется также в… … Физическая энциклопедия

Высота Звука — субъективное качество звуков, обусловленное их частотой, т.е. числом колебаний в секунду. На этом основании звуки могут быть определены как низкие или высокие. В качестве единицы высоты звука выступает мел … Психологический словарь

Высота звука — характеристика слухового восприятия, позволяющая распределить звуки по шкале от низких до высоких частот. Зависит преимущественно от частоты, но также от величины звукового давления и формы волны звука … Российская энциклопедия по охране труда

высота звука — Качественная характеристика звука по частоте колебаний, определяемая органолептическим методом при помощи слуха. [ГОСТ 24415 80] Тематики пианино … Справочник технического переводчика

ВЫСОТА ЗВУКА — ВЫСОТА ЗВУКА. Субъективная характеристика восприятия звуков, определяемая их частотой (числом колебаний в единицу времени). Эта количественная характеристика слухового ощущения позволяет расположить звуки от низких к высоким. См. слух, тембр.… … Новый словарь методических терминов и понятий (теория и практика обучения языкам)

ВЫСОТА ЗВУКА — Если малыша, конечно такого, который слышал раньше, как играют на рояле, видел вблизи клавиши, попросить изобразить на инструменте птичку, то он начнет быстро перебирать клавиши на правой стороне клавиатуры, чтобы получить высокие звуки. Если же… … Музыкальный словарь

высота звука — зависит не только от частоты основного тона, но и от ряда дополнительных факторов, таких, как громкость, длительность и спектральный состав звучания. Высота звука сложного сигнала определяется самой низкой (основной) частотой, или присутствующей… … Русский индекс к Англо-русскому словарь по музыкальной терминологии

Источник

Высота звука

Эта статья о физическом термине. О музыкальном звуке см. отдельную статью

Высота звука — свойство звука, определяемое человеком на слух и зависящее в основном от частоты звука, то есть от числа колебаний среды (обычно воздуха) в секунду, которые воздействуют на барабанную перепонку человека. С увеличением частоты колебаний растёт высота звука [1] . В первом приближении субъективная высота звука пропорциональна логарифму частоты — согласно закону Вебера-Фехнера.

Содержание

Основные сведения

Высота звука — субъективное качество слухового ощущения человека, наряду с громкостью и тембром, позволяющее располагать все звуки по шкале от низких к высоким. Для чистого тона (т. е. для гармонических колебаний) она зависит главным образом от частоты (с ростом частоты высота звука повышается), но при субъективном восприятии — также и от его интенсивности — при возрастании интенсивности высота звука кажется ниже [2] . Высота звука со сложным спектральным составом зависит от распределения энергии по шкале частот.

Высоту звука измеряют в мелах — шкале высот, разность между которыми слушатель воспринимает как равную. Тону с частотой 1 кГц и звуковым давлением 2·10 −3 Па ( 40 дБ ) приписывают высоту 1000 мел ; в диапазоне 20 Гц — 9000 Гц укладывается около 3000 мел . Для удобства использования была также введена еще одна субъективная единица измерения высоты звука — барк. 1 барк = 100 мел.

Измерение высоты произвольного звука основано на способности человека устанавливать равенство высот двух звуков или их отношение (во сколько раз один звук выше или ниже другого).

Интересные факты

Во всём диапазоне значений высот их получить можно с помощью интервалов между короткими импульсами, например, одиночными отсчётами интенсивности в дискретном времени t = n·dt , где dt = 5,2 мкс , что соответствует частоте дискретизации 192 000 Гц . Воздействие на слуховую систему дискретное, а восприятие высоты непрерывное.

В любом тональном звуке можно понижать его высоту путём уменьшения усиления либо в чётных, либо в нечётных периодах. При усилении, равном нулю, высота звука понизится в два раза. Для дальнейшего понижения высоты можно увеличивать интервал между периодами.

Менять высоту звука в широких пределах можно различными интервалами между моментами изменения фаз давления колеблющегося воздуха, то есть между пиками временной функции сигнала.

Звук с кажущейся постоянно повышающейся или понижающейся высотой — один из видов акустических иллюзий — называется тоном Шепарда.

Частотные сигналы сложного спектра без основной частоты (первой гармоники в спектре) называются резидуальными. Восприятие высоты частотного сигнала совпадает с восприятием высоты резидуальной версии такого же сигнала [3] [4] .

Источник

Высота звука, его тембр и громкость

Высота звука — это его свойство, которое определяется частотой волны. Громкость напрямую связана с амплитудой и интенсивностью акустической волны. Тембр зависит от частоты и от интенсивности. В статье мы подробно рассмотрим все свойства звука: высоту, громкость, тембр. Узнаем, звуки каких частот воспринимает наше ухо, и что такое порог слышимости. Разберемся, почему при одной и той же высоте они имеют разную тембровую окраску.

Высота звука

Низкие звуки генерируют тела, которые колеблются с низкой частотой. Высокие получаются от высокочастотной вибрации. Примером, демонстрирующим зависимость высоты звука от частоты, является флексатон. Это музыкальный инструмент, который состоит из металлической рамки и прикрепленной к ее основанию гибкой пластинки. Пластинку отгибают пальцем, и получается звук. Чем быстрее она дрожит, тем выше тон.

Способность человека воспринимать определенные частоты ограничена диапазоном слышимости. Вот его границы: от 20 герц (Гц) до 20 000 Гц. Все, что выше, называется ультразвуком, ниже — инфразвуком. Диапазон зависит от возраста и индивидуальных особенностей восприятия, поэтому его границы могут незначительно сужаться и расширяться.

Громкость

Еще одно свойство звука — это громкость. Если мы ударим молоточком по камертону, то мелодия со временем, конечно, будет затихать. Как при этом ведут себя ножки камертона? Амплитуда их уменьшается, такие колебания называются затухающими. Значит, громкость как-то связана с амплитудой. Будет точнее, если сказать, что громкость зависит от энергии, которую переносит акустическая волна. Физика звука такова, что упругая волна благодаря обладанию энергией заставляет нашу барабанную перепонку колебаться и воспринимать шум. Энергию акустической волны можно охарактеризовать с помощью физической величины — интенсивности.

Интенсивность

Интенсивность волны (I) определяет громкость. Громкие звуки обладают большей интенсивностью, тихие — меньшей. Интенсивность некоторых настолько мала, что мы их едва слышим. Наименьшая, которую мы можем воспринять, — это порог слышимости. Обозначим интенсивность, соответствующую порогу, как I0. Она равняется 10 -12 Вт/м 2 . Это интенсивность самого тихого звука, которую воспринимает наше ухо. Если он становится все громче и громче, то мы уже не столько слышим звук, сколько ощущаем боль в ушах. Такая интенсивность соответствует болевому порогу (I=1 Вт/м 2 ).

Звук — это ощущение, которое обладает такой закономерностью. Увеличим на генераторе частот интенсивность в 10 раз, а потом еще в 10 раз. При каждом изменении будет ощущение, что громкость возросла на одно и то же число.

Чтобы охарактеризовать громкость звука, физики ввели величину уровня громкости (β, дБ). Порогу слышимости I0 соответствует уровень громкости в 0 децибел. 10 I0 — соответствует 10 дБ. Интенсивности в 100 порогов слышимости 100 I0 соответствует 20 дБ, в 1000 — 30 дБ. Если уровень громкости повысился на 10 децибел, это значит, что интенсивность звуковой волны возросла в 10 раз.

Тембр

Воспроизведем несколько звуков, высота которых одинакова, но сами они имеют разный тембр. Ударим молоточком по камертону частотой 440 Гц и возьмем на гитаре ноту «ля». Оба инструмента звучат примерно на одинаковой частоте, но их сложно перепутать. Почему так?

Чтобы исследовать эти звуки, воспользуемся микрофоном и компьютером. На компьютере установлена программа, которая передает сигнал от микрофона и рисует траекторию движения волны.

На графике видно гармонические колебания, которые создает камертон. Осциллограмма показывает, как со снижением громкости уменьшается амплитуда колебаний. Программа позволяет увидеть, какие частоты присутствуют в этом звуке.

Извлечем с помощью гитарной струны ноту «ля». График демонстрирует, что частота звуковой волны (высота звука) та же самая, но форма колебаний отличается. Видны искажения гармонической формы, особенно, когда звук громкий.

По мере того, как он становится тише, колебания приближаются к гармоническим. Пока струна еще звучит звонко, получаются периодические колебания, но они отнюдь не гармонические. В звуке гитары, в отличие от камертона, содержится целый набор частот. Более высокие призвуки называются обертонами. Тембр определяется их количеством и интенсивностью. Если воспроизвести перед микрофоном звук «ш-ш-ш», получатся не гармонические, а хаотические колебания.

Источник

Поделиться с друзьями
Моя стройка
Adblock
detector