Havaintomme äänen korkeudesta ja sen muista ominaisuuksista määräytyy akustisen aallon ominaisuuksien mukaan. Nämä ovat samat ominaisuudet, jotka ovat luontaisia kaikille mekaanisille aalloille, nimittäin värähtelyjen jakso, taajuus, amplitudi. Äänen subjektiiviset tuntemukset eivät riipu aallon pituudesta ja nopeudesta. Artikkelissa analysoimme äänen fysiikkaa. Äänenkorkeus ja sointi – miten ne määritetään? Miksi pidämme jotkin äänet kovilla ja toiset hiljaisina? Vastaukset näihin ja muihin kysymyksiin annetaan artikkelissa.
Pitch
Mikä määrittää korkeuden? Tämän ymmärtämiseksi tehdään yksinkertainen kokeilu. Otetaan joustava pitkä viivain, mieluiten alumiinia.
Painataan se pöytää vasten työntämällä reunaa voimakkaasti. Isketään sormella viivaimen vapaata reunaa - se tärisee, mutta sen liike on äänetön. Siirretään nyt viivain lähemmäs meitä, jotta sen pienempi osa työntyy työtason reunan yli. Taas isketäänviivotin. Sen reuna värisee paljon nopeammin ja pienemmällä amplitudilla, ja kuulemme ominaisen äänen. Päättelemme, että äänen esiintyminen edellyttää värähtelytaajuuden olevan vähintään tietty arvo. Äänen taajuusalueen alaraja on 20 Hz ja yläraja 20 000 Hz.
Jatketaan kokeilua. Lyhennä viivaimen vapaata reunaa vielä enemmän, laita se taas liikkeelle. On havaittavissa, että ääni on muuttunut, se on tullut korkeammaksi. Mitä kokeilu osoittaa? Hän todistaa äänen korkeuden riippuvuuden sen lähteen värähtelyjen taajuudesta ja amplitudista.
Äänenvoimakkuus
Tutkimaan äänenvoimakkuutta käytämme äänihaarukkaa - erikoistyökalua äänen ominaisuuksien tutkimiseen. Äänityshaarukoita on eri pituuksilla. Ne tärisevät, kun niitä lyödään vasaralla. Suuret äänihaarukat värähtelevät hitaammin ja tuottavat matalan äänen. Pienet värisevät usein ja eroavat äänenkorkeudeltaan.
Painataan äänihaarukkaa ja kuunnellaan. Ääni heikkenee ajan myötä. Miksi tämä tapahtuu? Äänen voimakkuus vaimenee laitteen jalkojen värähtelyn amplitudin pienenemisen vuoksi. Ne eivät värähtele niin voimakkaasti, mikä tarkoittaa, että myös ilmamolekyylien värähtelyjen amplitudi pienenee. Mitä matalampi se on, sitä hiljaisempi ääni on. Tämä väite pätee saman taajuuden äänille. Osoittautuu, että sekä äänen korkeus että äänenvoimakkuus riippuvat aallon amplitudista.
Eriäänisten äänien havaitseminen
Yllä olevan perusteella näyttää siltä, että mitä kovempi ääni, sitä selkeämpi mekuulemme, sitä hienovaraisempia muutoksia voimme havaita. Tämä ei ole totta. Jos keho saatetaan värähtelemään erittäin suurella amplitudilla, mutta matalalla taajuudella, tällainen ääni on huonosti erotettavissa. Tosiasia on, että koko kuuluvuusalueella (20-20 tuhatta Hz) korvamme erottaa parhaiten äänet noin 1 kHz. Ihmisen kuulo on herkin näille taajuuksille. Tällaiset äänet tuntuvat meistä voimakkaimmilta. Varoitussignaalit, sireenit on viritetty täsmälleen 1 kHz.
Eri äänten äänenvoimakkuus
Taulukko näyttää yleiset äänet ja niiden voimakkuuden desibeleinä.
| Melun tyyppi | Äänenvoimakkuus, dB |
| Rauhallinen hengitys | 0 |
| Kuiskaus, lehtien kahina | 10 |
| Kellon tikitys 1 metrin päässä | 30 |
| Tavallinen keskustelu | 45 |
| Melua kaupassa, keskustelua toimistossa | 55 |
| Katuääni | 60 |
| Äärimmäistä puhetta | 65 |
| Painotalomelu | 74 |
| Auto | 77 |
| Bussi | 80 |
| Insinöörityöstökone | 80 |
| Kova huuto | 85 |
| Moottoripyörä äänenvaimentimella | 85 |
| Sorvi | 90 |
| Metallurginen tehdas | 99 |
| Orkesteri, metroauto | 100 |
| Kompressoriasema | 100 |
| Mottorisaha | 105 |
| Helikopteri | 110 |
| Ukkonen | 120 |
| Suihkumoottori | 120 |
| Teräksen niittaus, leikkaus (tämä tilavuus on sama kuin kipukynnys) | 130 |
| Lentokone laukaisussa | 130 |
| Raketin laukaisu (aiheuttaa kuorishokin) | 145 |
| Keskikaliiperisen haulikon ääni lähellä kuonoa (aiheuttaa vamman) | 150 |
| Superäänilentokone (tämä määrä johtaa loukkaantumiseen ja kipushokkiin) | 160 |
Sävy
Äänen korkeus ja voimakkuus määräytyvät, kuten havaitsimme, aallon taajuuden ja amplitudin mukaan. Sävy on riippumaton näistä ominaisuuksista. Otetaan kaksi saman äänenkorkeuden äänilähdettä ymmärtääksemme, miksi niillä on erilainen sointi.
Ensimmäinen soitin on äänihaarukka, joka soi taajuudella 440 Hz (tämä on ensimmäisen oktaavin sävel), toinen - huilu, kolmas - kitara. Soittimilla toistamme saman sävelen, josta äänihaarukka soi. Kaikilla kolmella on sama sävelkorkeus, mutta silti ne kuulostavat erilaisilta, eroavat sointiltaan. Mikä on syy? Kyse on ääniaallon värähtelyistä. Monimutkaisten äänten akustisen aallon aiheuttamaa liikettä kutsutaan ei-harmoniseksi värähtelyksi. A alto eri alueilla värähtelee eri vahvuudella ja taajuudella. Näitä ylimääräisiä ylisävyjä, jotka eroavat äänenvoimakkuudesta ja sävelkorkeudesta, kutsutaan ylisävyiksi.
Älä sekoita sävelkorkeutta ja sointia. Äänen fysiikka on sellainen, että jos"sekoita" pääsoundiin lisää, korkeampia, saadaan niin sanottu sointi. Sen määrää äänenvoimakkuus ja ylisävyjen määrä. Yläsävelten taajuus on alimman äänen taajuuden kerrannainen, eli se on kokonaisluku kertaa suurempi - 2, 3, 4 jne. Alinta ääntä kutsutaan pääsävyksi, se määrää äänenkorkeuden, ja ylisävyt vaikuttavat sointiin.
On ääniä, jotka eivät sisällä lainkaan ylisävyjä, kuten äänihaarukka. Jos kuvaat sen ääniaallon liikettä kaaviossa, saat siniaallon. Tällaisia värähtelyjä kutsutaan harmonisiksi. Äänityshaarukka lähettää vain perusäänen. Tätä ääntä kutsutaan usein tylsäksi, värittömäksi.
Kun äänessä on paljon korkeataajuisia ylisävyjä, se muuttuu ankaraksi. Matalat ylisävyt antavat äänelle pehmeyden, samettisen. Jokaisella soittimella, äänellä on omat ylisävynsä. Se on perus- ja ylisävyjen yhdistelmä, joka antaa ainutlaatuisen äänen, antaa äänelle tietyn sointisävyn.
