Ирина Минакова
Исследовательская деятельность «Что такое звук, скажи?»

Направление : исследовательская деятельность .

Тема :

«Что такое звук , скажи ?»

1. Возрастная группа : подготовительный к школе возраст.

2. Участники : дети, воспитатели, родители воспитанников.

3. Продолжительность исследовательской деятельности : один месяц.

4. Актуальность :

В повседневной жизни мы окружены звуками и шумами . Они помогают понять все, что происходит вокруг нас. Звуки может издавать любой предмет, природный объект или человек. Если положить руку на горло, сказать что-нибудь, то почувствуешь, как вибрируют голосовые связки.

Бесконечно разнообразный мир звуков вызывает у детей живой интерес, любознательность и много вопросов. Каким образом мы воспринимаем звуки ? Что требуется для распространения звука ? Где прячется звук ? Эти и другие вопросы о звуках и послужили поводом для более полного изучения данной темы. Экспериментирование со звуками для детей подготовительной группы.

Множество опытов, экспериментирования, исследований , которые легко можно поставить дома и в детском саду открывают секреты происхождения звуков .

5. Новизна :

Благодаря проведенным опытам, дети узнали, как мы слышим звуки . Познакомились со строением уха. Ушная раковина направляет звуковые волны в ухо . Звуки проходят через трубочку, называемую слуховым каналом, к барабанной перепонке.

Звуки заставляют барабанную перепонку и молоточек в среднем ухе колебаться. Молоточек, наковальня и стремечко усиливают эти колебания и проводят звуки к улитке , где нервные клетки преобразуют колебания в сообщения, которые отправляются в мозг. А уже мозг распознает, что именно мы слышим.

6. Описание практической значимости :

Наше исследование нам помогает узнать , что звук можно не только услышать, но и увидеть, и почувствовать. В конце проекта мы задали детям вопрос : «Пригодятся ли им секреты происхождения звуков ?» Ответы детей были однозначно : да. Ведь очень важно слышать и различать разные звуки , чтобы слышать пение птиц, шелест листьев, шум воды, а так же, чтобы научиться : правильно читать и писать. Так же мы узнали, почему у мужчин голос толстый, грубый, а у женщин наоборот тонкий, нежный.

Так что же такое звук ?

Большинство звуков , которые мы слышим, на самом деле являются движением воздуха. Каждый звук происходит от колебания чего-либо. Эти колебания заставляют вибрировать воздух, а вибрация воздуха доносит звук .

7. Цель ребенка (или детей) : Хотим узнать : откуда берется звук ?

8. Цель воспитателей : развитие познавательной активности детей в процессе исследовательской деятельности различных звуков .

9. Задачи для ребенка :

Позволить ребенку моделировать в сознании картину мира, основанную на собственных наблюдениях и опытах.

Вызвать у детей интерес к окружающему миру, развивать мыслительную деятельность

Стимулировать познавательную активность и любознательность ребенка, умение устанавливать взаимосвязи между различными явлениями.

10. Задачи для воспитателей :

Закреплять представления детей о понятии «звук » .

Сформировать представление о характеристике звука – громкости , тембра, длительности.

Развивать умение сравнивать различные звуки , определять их источники, зависимость звучащих предметов от их размера.

Подводить к пониманию причин возникновения звуков – распространения звуковых волн .

Выявить причины усиления ослабления звука

Развивать слуховое внимание, фонематический слух.

11. Проблема : когда учили стихотворение о звуке , у детей возникли вопросы : «Что такое звук ? Откуда берется звук ?»

Что такое звук ? Скажи !

Постучи и пошурши,

Покричи и позвени,

Звук , попробуй, догони!

Даже если подойдешь

Очень осторожно,

Не увидишь, не найдешь,

А услышать можно.

11. Реализация :

Наше исследование проходило в три этапа.

I. Определение уровня сформированности представлений детей : о звуке ,

использование звуков , о слухе и способов его сохранения.

Проведение элементарных опытов;

Попытка определить, какой предмет издает звук и из чего он сделан ;

Определение происхождения звука и различие музыкальных и шумовых

звуков ;

Распознавание звуков окружающего мира .

II. Проведение опытов с музыкальными инструментами.

Знакомство с высокими и низкими звуками ;

Определение зависимости звучащих предметов от их размеров;

Знакомство с характеристикой звука – громкость , тембр, длительность.

III. Причина возникновения звука – распространение звуков волн ,

усиление и ослабление звука .

В течение месяца мы проводили разные опыты, эксперименты, исследования и убедились , что звук можно не только услышать, но и увидеть, почувствовать. Родители принимали активное участие в детском саду и дома, приносили разную литературу с опытами, пополнив новым материалом нашу исследовательскую деятельность .

12. Гипотеза : звук нельзя увидеть и почувствовать.

Все слышали поговорку : «Лучше один раз увидеть, чем сто раз услышать» . Но что делать ребятам, которые хотят узнать о том, что нельзя увидеть, потрогать? Чтобы ответить на эти вопросы, мы провели несколько интересных экспериментов и узнали, как образуются и передаются по воздуху звуки .

Исследование № 1

«Увидеть звук »

Конечно, невозможно увидеть звук , когда он распространяется по воздуху. Но этот эксперимент даст возможность увидеть вибрации, которые и есть звук .

Материал : рабочая поверхность, шарик, ножницы, стакан, скотч, сахар или соль.

Осторожно отрезать и выбросить горлышко шарика.

Накрыть шариком верх стакана. Натянуть его, как тугую кожу на барабане.

Скотчем приклеить шарик к стакану, чтобы его края не двигались.

Поставить стакан на стол и насыпать несколько песчинок соли (сахара) на шарик.

Наклониться к стакану так, чтобы он находился на расстоянии 10 см от лица, и громко сказать : «М-м-м-м!» . Попробовать произнести это низким голосом и высоким голосом.

Вывод : Звук состоит из звуковых волн – вибраций , которые проходят по воздуху. Вибрации распространяются от источника воздуха во всех направлениях. Когда вибрации в воздухе сталкиваются с каким-то препятствием, они заставляют вибрировать и его тоже. Когда звуковые волны из нашего рта достигают натянутого шарика, они заставляют его вибрировать. Это можно заметить по тому, как подпрыгивают крупинки сахара или соли.

Исследование № 2

«Музыкальная шкатулка» .

Гитара и скрипка – струнные инструменты. С помощью этого эксперимента мы сможем разобраться, как струны производят звуки .

Материал : рабочая поверхность, коробка из-под обуви с крышкой, ножницы, большие резинки, толстая ручка, 2 карандаша одинаковой толщины.

Вырезать круглое отверстие диаметром 15 см ближе к одному концу крышки коробки. Накрыть коробку крышкой.

Натянуть несколько резинок на коробку по всей длине, так, чтобы они проходили через центр отверстия в крышке.

Подложить карандаши под резинки с каждой стороны коробки. Карандаши должны приподнимать резинки прямо над отверстием в крышке.

Подергать за струны-резинки, чтобы добиться звука . Перебирать их с усилием, чтобы звук становился громче , и чуть нежнее, чтобы звук был тише .

Вывод : резинки действуют, как струны на гитаре. Когда их перебираешь, они начинают вибрировать. Это заставляет вибрировать воздух вокруг струн, и мы воспринимаем эти вибрации как звуки . Чем сильнее пощипываем струны, тем сильнее получаются вибрации. Более сильные вибрации дают более сильные звуковые волны , которые звучат громче. Коробка помогает сделать звук громче , так как звук , попадая в коробку, отражается от ее стенок и выходит наружу усиленным.

Исследование № 3

«Почувствуй звук » .

Кларнет, труба, флейта – это духовые инструменты, в которые нужно дуть, чтобы получить звук . С помощью этого эксперимента мы сможем звук почувствовать .

Материал : лист бумаги.

Лист бумаги свернуть в трубочку.

Произнести громко звук : «А-а-а-а» , затем звук произнести тише .

Вывод : чем сильнее движение воздуха в трубочке и громче звук , тем мы сильнее ощущаем вибрацию бумаги в наших руках. Звуковые волны , распространяются от источника воздуха во всех направлениях и, встречая преграду, заставляют стенки трубочки дрожать.

Исследование № 4

«Еще немного музыки»

Этот эксперимент поможет тебе понять, как работают духовые инструменты. И что звуки бывают высокие и низкие.

Материал : рабочая поверхность, кусок картона 10*10 см, двусторонний скотч, 20 соломинок для коктейля, ножницы.

Приклеить две полоски двустороннего скотча поперек куска картона с противоположных сторон.

Прижать соломинки рядом друг с другом к скотчу. Концы соломинок должны быть выровнены за краями картона.

Отрезать основания соломинок по диагонали. Отрезать их так, чтобы первая соломинка была 10 см, а последняя осталась целой.

Поднеси получившийся инструмент к губам. Подуй в соломинки, чтобы произвести звук .

Вывод : короткие соломинки дают более высокие звуки , чем длинные. Соломинки работают, как трубы. Когда дуешь через верхние части, движущийся воздух создает вибрации, которые проходят вверх и вниз сквозь соломинку. Короткие соломинки производят более высокие ноты, потому что скорость вибраций зависит от длины трубы – чем труба короче, тем быстрее вибрации.

13. Результат : мы убедились, что звук можно не только услышать, но и увидеть, почувствовать. Определили характеристику звука : громкость, тембр, длительность; причины возникновения звуков и их источники .

Литературные источники :

1. Окружающий мир. Первый учебник вашего малыша / Г. П. Шалаева. - М.: Филологическое общество СЛОВО : Издательство Эксмо, 2003.-174 с., илл.

2. Научные опыты для детей / Пер. с англ. А. О. Ковалевой. -М.: Эксмо,2015.-96 с.

Обычно родители говорят, что ребёнок не выговаривает некоторые буквы! К сожалению, родители не всегда понимают разницу между такими понятиями, как «звук» и «буква». Эти термины смешивать нельзя!

Звук – это минимальная, нечленимая единица речевого потока, воспринимаемая ухом. В русском языке различают 42 звука речи.

Буквы – это графические знаки, с помощью которых звуки речи обозначаются при письме. Всего 33 буквы.

Звуки мы произносим и слышим, буквы – видим и пишем .

Для родителей детей младшего и среднего дошкольного возраста достаточно , если малыш запомнит, что буква обозначает звук «Р» и выучит ее, как «Р», а не «эр», «Л», а не «эль», «Ш», а не «ша» и т.д.

Родителям, детей старшего дошкольного возраста и первоклассников, о звуках и буквах нужно знать намного больше.

Звуки делятся на гласные и согласные.

Гласные звуки – при их произнесении воздух во рту проходит свободно, не встречая преград. В русском языке 10 гласных букв (а, у, о, э, ы, е, ё. я, ю, и). Гласных звуков всего 6 – [а], [о], [у], [и], [ы], [э]. Дело в том, что гласные буквы е, ё. ю, я в некоторых позициях обозначают 2 звука:

ё - [й"о], е - [й"э], ю - [й"у], я - [й"а].

Гласные звуки обозначаются кружочком красного цвета. Гласные звуки не бывают ни твёрдыми и мягкими, ни звонкими и глухими Гласный звук может быть ударным или безударным. Гласные образуют слог. В слове столько слогов, сколько гласных.

Согласные звуки – при их произнесении воздух во рту встречает преграды, образуемые языком, зубами или губами.

Согласные звуки бывают :

- твёрдые – произносятся твёрдо. Обозначаются кружком синего цвета. Например: [п], [к], [д] и т.д.;

- мягкие – произносятся мягко. Обозначаются кружком зелёного цвета.

Например: [п"]= (пь), [к"]= (кь), [д"]= (дь).

Большинство согласных звуков имеют пару по твёрдости-мягкости. Например: [б]– [б"], [т] – [т"], [л] – [л"] и т.д.

Но есть согласные звуки, которые не имеют пары по твёрдости-мягкости. Они либо всегда твёрдые, либо всегда мягкие:

- всегда твёрдые согласные – [ш], [ж], [ц];

- всегда мягкие согласные – [ч"], [щ"], [й"];

- звонкие согласные – произносятся с участием голоса.

Например: [л], [р],.[д], [м] и др. Для определения звонкости надо приложить руку к «горлышку» и послушать, есть ли «звоночек».

- глухие согласные – произносятся без участия голоса.

Например: [ф], [х] [с], [п] и т.д.

Но есть согласные звуки, которые не имеют пары по звонкости – глухости. Они либо всегда глухие, либо всегда звонкие:

- всегда звонкие – [й], [л], [л"], [м], [м"], [н], [н"], [р], [р"];

- всегда глухие – [х], [х"], [ц], [ч"], [щ"].

Необходимо четко знать и различать звуки и буквы!

Как известно, существует устная и письменная речь: письменную речь мы пишем и читаем, а устную произносим и слышим. Звучащие слова состоят из звуков речи, которые принято делить на гласные и согласные.

Гласные звуки

Гласные звуки отличаются от согласных тем, что они произносятся исключительно с помощью голоса, тогда как при произношении согласных возникают различные шумы.

Школьникам достаточно помнить основных 6 гласных звуков: [а], [э], [о], [и], [у], [ы]. Для обозначения их в русском языке существует 10 букв: а, е, ё, и, о, у, ы, э, ю, я. Функция гласных звуков – сделать речь звучной и плавной. Именно гласные можно петь.

Еще одна важная функция — гласные звуки бывают слогообразующими, то есть главными звуками в слоге.

Образование гласных звуков

При произнесении гласных звуков выдыхаемый воздух проходит через речевой аппарат, не встречая преград. Однако это не значит, что рот и губы никак не участвуют в процессе произношения. В зависимости от того, какой звук мы хотим произнести, мы создаем во рту резонаторную полость различной формы, приподнимая язык, сдвигая его к зубам, открывая рот более или менее широко и складывая губы определенным образом. Например, произнося звук [у], мы вытягиваем трубочкой вперед губы, от их формы гласный звук приобретает специфическое звучание.

Ученые разработали обширную классификацию гласных звуков. В нее входят такие понятия, как ряд, подъем, лабиализация. Однако принципы классификации, принятой у лингвистов, не годятся для средней школы: они требуют детального знакомства с процессом артикуляции. Поэтому в школе рассматривают гласные звуки только с точки зрения их ударности.

Ударение

Выполняя фонетический разбор, ученик должен определить ударный или безударный гласный в этом слове.

Гласные звуки в русском языке могут произноситься более сильно, громко и ясно. Тогда мы говорим, что такой звук ударный. Под ударением – сильная позиция для гласного звука, поэтому безударные гласные мы проверяем именно ударением.

Большинство слов в русском языке имеют одно ударение. Однако существуют безударные слова. В основном это односложные предлоги, союзы и частицы. Бывает, что предлог «перетягивает» на себя ударение с существительного, например «пО лесу».

Встречаются и слова с двумя ударениями. Это длинные сложные слова, которые трудно произнести на одном дыхании, например «сельскохозяйственный», «паровозоремонтный» и т. д.

Безударная позиция

Гласный звук звучит кратко, слабо, он сам на себя не похож. Безударные гласные часто можно спутать с другими. Например, первый гласный звук в слове «рябина» звучит настолько неясно, что трудно определить, надо ли писать «е», «и» или «я».

Ученые заметили, что в абсолютном начале слова безударный гласный звучит более ясно, чем в середине слова. Но все равно его лучше проверить.

Произношение гласных звуков

В разных областях нашей страны люди, для которых русский язык родной, часто несколько по-разному произносят гласные в одних и тех же словах. Например, в некоторых областях «окают» — произносят звук, близкий к «о», в безударной позиции там, где он пишется. Однако такое произношение не считается нормативным.

Актеры Малого театра во время спектакля используют произношение, которое считалось нормативным около века назад; за счет этого их речь очень разборчива, прекрасно понятна даже на задних рядах.

Фонетический разбор гласного звука

При фонетическим разборе в большинстве случаев достаточно указать, является ли гласный звук ударным или безударным.

Гласный звук не может иметь никаких других характеристик, он не бывает ни звонким, ни мягким, ни парным или непарным. Иногда просят еще писать «йотированный» про звуки, обозначаемые буквами Е, Ё, Ю, Я.

Необходимо помнить, что звуков «е», «ё», «ю», «я» в русском языке не существует. Эти буквы обозначают

• два звука [йа], [йэ], [йо], [йу] в абсолютном начале слова, после гласной или после твердого и мягкого знака;
• один звук [э] [о] [у] [а] после согласной.

Эта информация представлена в таблице.

Какие звуки обозначают Е, Ё, Ю, Я?

В начале слова	После гласной	После Ъ и Ь	После согласного
[йа], [йэ], [йо], [йу]

Звук, в широком смысле - колебательное движение частиц упругой среды,распространяющееся в виде волн в газообразной, жидкой или твёрдой средах в узком смысле - явление, субъективно воспринимаемое специальным органом чувств человека и животных. Человек слышит З. с частотой от 16гц до 20 000гц. Физическое понятие о З. охватывает как слышимые, так и неслышимые звуки. З. с частотой ниже 16гц называется инфразвуком, выше 20 000 гц - ультразвуком; самые высокочастотные упругие волны в диапазоне от 10 9 до 10 12 -10 13 гц относят к гиперзвуку. Область инфразвуковых частот снизу практически не ограничена - в природе встречаются инфразвуковые колебания с частотой в десятые и сотые долигц. Частотный диапазон гиперзвуковых волн сверху ограничивается физическими факторами, характеризующими атомное и молекулярное строение среды: длина упругой волны должна быть значительно больше длины свободного пробега молекул в газах и больше межатомных расстоянии в жидкостях и в твёрдых телах. Поэтому в воздухе не может распространяться гиперзвук с частотой 10 9 гц и выше, а в твёрдых телах - с частотой более 1012-10 13 гц.

Основные характеристики звука. Важной характеристикой З. является его спектр, получаемый в результате разложения З. на простые гармонические колебания (т. н. частотный звука анализ). Спектр бывает сплошной, когда энергия звуковых колебаний непрерывно распределена в более или менее широкой области частот, и линейчатый, когда имеется совокупность дискретных (прерывных) частотных составляющих. З. со сплошным спектром воспринимается как шум, например шелест деревьев под ветром, звуки работающих механизмов. Линейчатым спектром с кратными частотами обладают музыкальные З. (основная частота определяет при этом воспринимаемую на слух высоту звука, а набор гармонических составляющих - тембр звука. В спектре З. речи имеются форманты - устойчивые группы частотных составляющих, соответствующие определённым фонетическим элементам. Энергетической характеристикой звуковых колебаний является интенсивность звука - энергия, переносимая звуковой волной через единицу поверхности, перпендикулярную направлению распространения волны, в единицу времени. Интенсивность З. зависит от амплитуды звукового давления, а также от свойств самой среды и от формы волны. Субъективной характеристикой З., связанной с его интенсивностью, является громкость звука, зависящая от частоты. Наибольшей чувствительностью человеческое ухо обладает в области частот 1-5кгц. В этой области порог слышимости, т. е. интенсивность самых слабых слышимых звуков, по порядку величины равна 10 -12 вм/м 2 , а соответствующее звуковое давление - 10 -5 н/м 2 . Верхняя по интенсивности граница области воспринимаемых человеческим ухом З. характеризуется порогом болевого ощущения, слабо зависящим от частоты в слышимом диапазоне и равным примерно 1вм/м 2 . В ультразвуковой технике достигаются значительно большие интенсивности (до 10 4 квм/м 2 ).

Источники звука - любые явления, вызывающие местное изменение давления или механическое напряжение. Широко распространены источники З. в виде колеблющихся твёрдых тел (например, диффузоры громкоговорителей и мембраны телефонов, струны и деки музыкальных инструментов; в ультразвуковом диапазоне частот - пластинки и стержни из пьезоэлектрических материалов или магнитострикционных материалов). Источниками З. могут служить и колебания ограниченных объёмов самой среды (например, в органных трубах, духовых музыкальных инструментах, свистках и т.п.). Сложной колебательной системой является голосовой аппарат человека и животных. Возбуждение колебаний источников З. может производиться ударом или щипком (колокола, струны); в них может поддерживаться режим автоколебаний за счёт, например, потока воздуха (духовые инструменты). Обширный класс источников З. - электроакустические преобразователи, в которых механические колебания создаются путём преобразования колебаний электрического тока той же частоты. В природе З. возбуждается при обтекании твёрдых тел потоком воздуха за счёт образования и отрыва вихрей, например при обдувании ветром проводов, труб, гребней морских волн. З. низких и инфранизких частот возникает при взрывах, обвалах. Многообразны источники акустических шумов, к которым относятся применяемые в технике машины и механизмы, газовые и водяные струи. Исследованию источников промышленных, транспортных шумов и шумов аэродинамического происхождения уделяется большое внимание ввиду их вредного действия на человеческий организм и техническое оборудование.

Приёмники звука служат для восприятия звуковой энергии и преобразования её в др. формы. К приёмникам З. относится, в частности, слуховой аппарат человека и животных. В технике для приёма З. применяются главным образом электроакустические преобразователи: в воздухе - микрофоны, в воде - гидрофоны и в земной коре - геофоны. Наряду с такими преобразователями, воспроизводящими временную зависимость звукового сигнала, существуют приёмники, измеряющие усреднённые по времени характеристики звуковой волны, например диск Рэлея, радиометр.

Распространение звуковых волн характеризуется в первую очередь скоростью звука. В газообразных и жидких средах распространяются продольные волны (направление колебательного движения частиц совпадает с направлением распространения волны), скорость которых определяется сжимаемостью среды и её плотностью. Скорость З. в сухом воздухе при температуре 0?С составляет 330 м/сек, в пресной воде при 17?С - 1430 м/сек. В твёрдых телах, кроме продольных, могут распространяться поперечные волны, с направлением колебаний, перпендикулярным распространению волны, а также поверхностные волны (Рэлея волны). Для большинства металлов скорость продольных волн лежит в пределах от 4000м/сек до 7000м/сек, а поперечных - от 2000м/сек до 3500м/сек.

При распространении волн большой амплитуды (см. Нелинейная акустика)фаза сжатия распространяется с большей скоростью, чем фаза разрежения, благодаря чему синусоидальная форма волны постепенно искажается и звуковая волна превращается в ударную волну. В ряде случаев наблюдается дисперсия звука, т. е. зависимость скорости распространения от частоты. Дисперсия З. приводит к изменению формы сложных акустических сигналов, включающих ряд гармонических составляющих, в частности - к искажению звуковых импульсов. При распространении звуковых волн имеют место обычные для всех типов волн явления интерференции и дифракции. В случае, когда размер препятствий и неоднородностей в среде велик по сравнению с длиной волны, распространение звука подчиняется обычным законам отражения и преломления волн и может рассматриваться с позиций геометрической акустики.

При распространении звуковой волны в заданном направлении происходит постепенное её затухание, т. е. уменьшение интенсивности и амплитуды. Знание законов затухания практически важно для определения предельной дальности распространения звукового сигнала. Затухание обусловливается рядом факторов, которые проявляются в той или иной степени в зависимости от характеристик самого звука (и в первую очередь, его частоты) и от свойств среды. Все эти факторы можно подразделить на две большие группы. В первую входят факторы, связанные с законами волнового распространения в среде. Так, при распространении в неограниченной среде З. от источника конечных размеров интенсивность его убывает обратно пропорционально квадрату расстояния. Неоднородность свойств среды вызывает рассеяние звуковой волны по различным направлениям, приводящее к ослаблению её в первоначальном направлении, например рассеяние З. на пузырьках в воде, на взволнованной поверхности моря, в турбулентной атмосфере (см. Турбулентность), рассеяние высокочастотного ультразвука в поликристаллических металлах, на дислокациях в кристаллах. На распространение З. в атмосфере и в море влияет распределение температуры и давления, силы и скорости ветра. Эти факторы вызывают искривление звуковых лучей, т. е. рефракцию З., которая объясняет, в частности, тот факт, что по ветру З. слышен дальше, чем против ветра. Распределение скорости З. с глубиной в океане объясняет наличие т. н. подводного звукового канала, в котором наблюдается сверхдальнее распространение З., например З. взрыва распространяется в таком канале на расстояние более 5000 км.

Вторая группа факторов, определяющих затухание З., связана с физическими процессами в веществе - необратимым переходом звуковой энергии в др. формы (главным образом в тепло), т. е. с поглощением звука, обусловленным вязкостью и теплопроводностью среды ("классическое поглощение"), а также переходом звуковой энергии в энергию внутримолекулярных процессов (молекулярное или релаксационное поглощение). Поглощение З. заметно возрастает с частотой. Поэтому высокочастотный ультразвук и гиперзвук распространяются, как правило, лишь на очень малые расстояния, часто всего на несколько см. В атмосфере, в водной среде и в земной коре дальше всего распространяются инфразвуковые волны, отличающиеся малым поглощением и слабо рассеиваемые. На высоких ультразвуковых и гиперзвуковых частотах в твёрдом теле возникает дополнительное поглощение, обусловленное взаимодействием волны с тепловыми колебаниями кристаллической решётки, с электронами и со световыми волнами. Это взаимодействие при определённых условиях может вызвать и "отрицательное поглощение", т. е. усиление звуковой волны.

Значение звуковых волн, а следовательно, и их изучение, которым занимается акустика, чрезвычайно велико. С давних пор З. служит средством связи и сигнализации. Изучение всех его характеристик позволяет разработать более совершенные системы передачи информации, повысить дальность систем сигнализации, создать более совершенные музыкальные инструменты. Звуковые волны являются практически единственным видом сигналов, распространяющихся в водной среде, где они служат для целей подводной связи, навигации, локации (см. Гидроакустика). Низкочастотный звук является инструментом исследования земной коры. Практическое применение ультразвука создало целую отрасль современной техники - ультразвуковую технику. Ультразвук используется как для контрольно-измерительных целей (в частности, в дефектоскопии), так и для активного воздействия на вещество (ультразвуковая очистка, механическая обработка, сварка и т.п.). Высокочастотные звуковые волны и особенно гиперзвук служат важнейшим средством исследований в физике твёрдого тела.

Уровень интенсивности силы звука

Пользуясь определениями бела идецибела, можно сформулировать определение принятому в акустике основному понятию −«уровень интенсивности (силы) звука - L » в дБ и записать его условную формулу (28):(28)

В математическом виде формула (28) с учётом пропорциональности (21) примет вид формулы (29): (29)Уровень интенсивности (силы) звука - L (дБ ) является отвлечённым понятием, которым пользуются в практических расчетах вместо конкретного физического понятия − интенсивность (сила) звука. В то же время с его помощью можно объяснить многие противоречия между объективными и субъективными оценками звука. С учётом тождества (11) в мировой практике принято следующее определение этого понятия:

Уровень интенсивности (силы) звука, выраженный в децибелах, представляет собой двадцатикратный логарифм отношения абсолютной величины давления звука р к базисной величине звукового давления р0 = 2 10-5 Н/м2 стандартного тона частотойf = 1000 Гц на пороге слышимости ЭИЗ = 10-12Вт/м2 установленного международным соглашением. Очень важно понимать, что уровень интенсивности (силы) звука - это не физическое, а чисто математическое понятие.

Понимание того, что уровень интенсивности (силы) звука не физическое, а чисто математическое понятие очень важно для понимания многих «тайн акустики».

В статье вы узнаете, что такое звук, каков его смертельный уровень громкости, а также скорость в воздухе и других средах. Также поговорим про частоту, кодирование и качество звука.

Еще рассмотрим дискретизацию, форматы и мощность звука. Но сначала дадим определение музыки, как упорядоченному звуку — противоположность неупорядоченному хаотическому, который мы воспринимаем, как шум.

— это звуковые волны, которые образуются в результате колебаний и изменения атмосферы, а также объектов вокруг нас.

Даже при разговоре вы слышите своего собеседника потому, что он воздействует на воздух. Также, когда вы играете на музыкальном инструменте, бьете ли вы по барабану или дергаете струну, вы производите этим колебания определенной частоты, которой в окружающем воздухе производит звуковые волны.

Звуковые волны бывают упорядоченные и хаотические . Когда они упорядоченные и периодические (повторяются через какой-то промежуток времени), мы слышим определенную частоту или высоту звука.

То есть мы можем определить частоту, как количество повторения события в заданный промежуток времени. Таким образом, когда звуковые волны хаотичны, мы воспринимаем их как шум .

Но когда волны упорядочены и периодически повторяются, то мы можем измерить их количеством повторяющихся циклов в секунду.

Частота дискретизации звука

Частота дискретизации звука — это количество измерений уровня сигнала за 1 секунду. Герц (Гц) или Hertz (Hz) — это научная единица измерения, определяющая количество повторений какого-то события в секунду. Эту единицу мы будем использовать!

Частота дискретизации звука

Наверное, вы очень часто видели такую аббревиатуру — Гц или Hz. Например, в плагинах эквалайзеров. В них единицами измерения являются герцы и килогерцы (то есть 1000 Гц).

Обычно человек слышит звуковые волны от 20 Гц до 20 000 Гц (или 20 кГц). Все, что меньше 20 Гц — это инфразвук . Все, что больше 20 кГц — это ультразвук .

Давайте я открою плагин эквалайзера и покажу вам как это выглядит. Вам, наверное, знакомы эти цифры.

Частоты звука

С помощью эквалайзера вы можете ослаблять или усиливать определенные частоты в пределах слышимого человеком диапазона.

Небольшой пример!

Здесь у меня запись звуковой волны, которая была сгенерирована на частоте 1000 Гц (или 1 кГц). Если увеличить масштаб и посмотреть на ее форму, то мы увидим, что она правильная и повторяющиеся (периодическая).

Повторяющиеся (периодическая) звуковая волна

В одной секунде здесь происходит тысяча повторяющихся циклов. Для сравнения, давайте посмотрим на звуковую волну, которую мы воспринимаем как шум.

Неупорядоченный звук

Тут нет какой-то конкретной повторяющейся частоты. Также нет определенного тона или высоты. Звуковая волна не упорядочена. Если мы взглянем на форму этой волны, то увидим, что в ней нет ничего повторяющегося или периодического.

Давайте перейдем в более насыщенную часть волны. Мы увеличиваем масштаб и видим, что она не постоянная.

Неупорядоченная волна при масштабировании

Из-за отсутствия цикличности мы не в состоянии услышать какую-то определенную частоту в этой волне. Поэтому мы воспринимаем ее как шум.

Смертельный уровень звука

Хочу немного упомянуть про смертельный уровень звука для человека. Он берет свое начало от 180 дБ и выше.

Стоит сразу сказать, что по нормативным нормам, безопасным уровнем громкости шума считается не более 55 дБ (децибел) днем и 40 дБ ночью. Даже при длительном воздействии на слух, этот уровень не нанесет вреда.

Уровни громкости звука
(дБ)	Определение	Источник
0	Совсем не лышно
5	Почти не слышно
10	Почти не слышно	Тихий шелест листьев
15	Еле слышно	Шелест листвы
20 — 25	Едва слышно	Шепот человека на расстоянии 1 метр
30	Тихо	Тиканье настенных часов (допустимый максимум по нормам для жилых помещений ночью с 23 до 7 часов )
35	Довольно слышно	Приглушенный разговор
40	Довольно слышно	Обычная речь (норма для жилых помещений днем с 7 до 23 часов )
45	Довольно слышно	Разговор
50	Отчетливо слышно	Пишущая машинка
55	Отчетливо слышно	Разговор (европейская норма для офисных помещений класса А )
60		(норма для контор )
65	Громкий разговор (1м)
70	Громкие разговоры (1м)
75	Крик и смех (1м)
80	Очень шумно	Крик, мотоцикл с глушителем
85	Очень шумно	Громкий крик, мотоцикл с глушителем
90	Очень шумно	Громкие крики, грузовой железнодорожный вагон (7м)
95	Очень шумно	Вагон метро (в 7 метрах снаружи или внутри вагона)
100	Крайне шумно	Оркестр, гром (по европейским нормам, это максимально допустимое звуковое давление для наушников )
105	Крайне шумно	В старых самолетах
110	Крайне шумно	Вертолет
115	Крайне шумно	Пескоструйный аппарат (1м)
120-125	Почти невыносимо	Отбойный молоток
130	Болевой порог	Самолет на старте
135 — 140	Контузия	Взлетающий реактивный самолет
145	Контузия	Старт ракеты
150 — 155	Контузия, травмы
160	Шок, травма	Ударная волна от сверхзвукового самолета
165+	Разрыв барабанных перепонок и легких
180+	Смерть

Скорость звука в км в час и метры в секунду

Скорость звука — это скорость распространения волн в среде. Ниже даю таблицу скоростей распространения в различных средах.

Скорость звука в воздухе намного меньше чем в твердых средах. А скорость звука в воде намного выше, чем в воздухе. Составляет она 1430 м/с. В итоге, распространение идет быстрее и слышимость намного дальше.

Мощность звука — это энергия, которая передается звуковой волной через рассматриваемую поверхность за единицу времени. Измеряется в (Вт). Бывает мгновенное значение и среднее (за период времени).

Давайте продолжим работать с определениями из раздела теория музыки!

Высота и нота

Высота — это музыкальный термин, который обозначает почти тоже самое, что и частота. Исключение составляет то, что она не имеет единицы измерения. Вместо того чтобы определять звук количеством циклов в секунду в диапазоне 20 — 20 000 Гц, мы обозначаем определенные значения частот латинскими буквами.

Музыкальные инструменты производят периодические звуковые волны правильной формы, которые мы называем тонами или нотами.

То есть другими словами, нота — это своего рода моментальный снимок периодической звуковой волны определенной частоты. Высота этой ноты говорит нам о том, насколько нота высока или низка по своему звучанию. При этом более низкие ноты имеют более длинные волны. А высокие, более короткие.

Давайте посмотрим на звуковую волну в 1 кГц. Сейчас я увеличу масштаб, и вы увидите каково расстояние между циклами.

Звуковая волна в 1 кГц

Теперь давайте взглянем на волну в 500 Гц. Тут частота в 2 раза меньше и расстояние между циклами больше.

Звуковая волна в 500 Гц

Теперь возьмем волну в 80 Гц. Тут будет еще шире и высота намного ниже.

Звук в 80 Гц

Мы видим взаимосвязь между высотой звука и формой его волны.

Каждая музыкальная нота основана на одной основополагающей частоте (основном тоне). Но помимо тона в музыке состоит и из дополнительных резонансных частот или обертонов.

Давайте я покажу вам еще один пример!

Ниже волна в 440 Гц. Это стандарт в мире музыке для настройки инструментов. Соответствует он ноте ля.

Чистая звуковая волна в 440 Гц

Мы слышим только основной тон (чистую звуковую волну). Если увеличить масштаб, то увидим, что она периодическая.

А теперь давайте посмотрим на волну той же частоты, но сыгранную на пианино.

Периодический звук пианино

Посмотрите, она тоже периодическая. Но в ней есть небольшие дополнения и нюансы. Все они в совокупности и дают нам понятие о том, как звучит пианино. Но помимо этого, обертона обуславливают и тот факт, что одни ноты будут иметь большее сродство к данной ноте чем другие.

Для примера можно сыграть туже ноту, но на октаву выше. По звучанию будет совсем иначе. Однако она будет родственной предыдущей ноте. То есть это та же нота, только сыгранная на октаву выше.

Такая родственная связь двух нот в разных октавах обусловлена наличием обертонов. Они постоянно присутствуют и определяют насколько близко или отдаленно определенные ноты связаны друг с другом.

Традиционной нотации высота ноты обуславливает ее расположение на нотном стане или на нотоносце.