Урок физики «Высота и тембр звука. Громкость звука». 9-й класс

Для решения проблемы вначале вспомните, что собой представляет звук?

Выберите верное утверждение, что является условиями возбуждения звуковой волны:

А: наличие источника колебаний

Б: наличие упругой среды

В: наличие газовой среды

Перечислите основные физические характеристики колебания.

Механические колебания, каких частот называют звуковыми и почему?

200 – 200 000 Гц

3. Формирование новых понятий и способов действий:

Звук порождается колеблющимся телом (Демонстрация: звук колеблющегося камертона).

Какой орган воспринимает звуковые колебания?

Чтобы происходили колебания в наушниках, необходимо узнать физические свойства звука. Вы знаете, звуки бывают приятные или неприятные, звонкие и глухие, громкие и еле слышные.

Звуки, издаваемые камертоном или другими гармонически колеблющимися телами, называют музыкальными. Гармонические колебания являются самым простым видом колебаний. Звук камертона называют чистым тоном, он совершает колебания одной частоты. Шумы отличаются от музыкальных звуков тем, что им не соответствует определённая частота колебаний. Шум – это смесь беспорядочно чередующихся звуков с самыми разными частотами. Мы на слух различаем низкий голос (бас) и высокий (сопрано).

Как вы думаете, от какой характеристики звуковой волны зависит высота звука?

Опыты показывают, что высота звука определяется частотой звуковой волны: чем больше частота волны, тем звук выше. К примеру, в телефоне для воспроизведения человеческой речи используется частотный диапазон 300 – 2000 Гц.

Перед вами таблица диапазонов частот, соответствующих голосу певца:

У какого голоса высота звука самая низкая? (музыкальный пример.)

У какого голоса высота звука самая высокая? (музыкальный пример)

С какой частотой звуковой волны может петь тенор? (музыкальный пример тенора)

Но как мы отличаем голоса людей с одинаковой высотой звука? Звучание даже одной и той же ноты в исполнении различных музыкальных инструментов или голоса отличает тембр. Любой источник звука (за небольшим исключением, например, камертон) совершает сложные негармонические (несинусоидальные) колебания. Если подключить микрофон к компьютеру и пропеть песенку, то на экране программы для записи появится сложная кривая.

Составляющая большего периода (соответственно наименьшей частоты) называется основным тоном. Высота сложного звука определяется, именно выстой его основного тона. Остальные составляющие сложного звука называются обертонами (у них высота тона больше, чем у основного тона). Набор всех этих составляющих и составляет тембр звука. Тембр звука определяет его окраску. Чем больше обертонов, тем насыщеннее, красивее нам кажется звук. Чарующий серебристый оттенок голосов хороших певцов обусловлен как раз высокими обертонами.

Меняя силу удара по камертону молоточком, мы будем слышать звуки, отличающиеся по громкости. Заметим, что, чем сильнее мы ударяем, тем больше амплитуда колебаний ножек камертона (бусинки у камертона). При увеличении амплитуды колебаний звучащего тела увеличивается и амплитуда колебаний в звуковой волне. Громкость звука определяется, в основном, амплитудой звуковой волны.

Воспринимаемая ухом громкость зависит еще и от частоты звуковой волны, потому, что ухо более чувствительно к одним частотам и менее чувствительно – к другим.

Минимальное изменение давления, которое может зафиксировать человеческое ухо, определяет порог слышимости. Максимальное изменение давления, которое еще в состоянии фиксировать ухо, определяет болевой порог. Единицей измерения громкости является децибел (дБ).

Какое название вы дадите таблице?

Каково минимальное значение громкости в таблице? Назовите ещё звуки с таким же уровнем громкости.

Каково максимальное значение громкости в данной таблице? Громкость, равную 120 дБ, называют болевым порогом. А при длительном воздействии такого звука происходит необратимое ухудшение слуха: человек перестает слышать тихие звуки: шепот, шелест листьев. Поэтом если вы слушаете музыку в наушниках, вы должны понимать, что долго и громко слушать нельзя. Как и пользоваться некачественными наушниками. Или долго слушать музыку с максимальной громкостью.

Три источника издают звуки с различными характеристиками. Установите соответствия утверждений из левого столбца с их графиками в правом столбце:

Применение знаний и формирование умений:

Обратитесь к тексту. Дайте статье название. Выполните самостоятельно задания.

Оказывается, что выбрать наушники, которые удовлетворят ваши запросы, это целая наука! Чтобы выполнить эту задачу, необходимо подобрать наушники по следующим параметрам. Во-первых, частотная характеристика. У хороших наушников этот диапазон составляет 16 Гц – 20 кГц. Чем диапазон уже, тем большая часть частот “исчезнет” из композиции. Как правило, особо важную роль играет нижний предел частотного диапазона. Басы находятся именно на нижней планке частот. Если вы особо ревностно относитесь к качеству звука, то лучше выбрать наушники с повышенным качеством звучания – модель с большим диаметром мембраны. Несмотря ни на что, почти никакие наушники – “вкладыши” с размером мембраны 9 – 12 мм не способны состязаться в чистоте звука с накладными наушниками, имеющими диаметр мембраны 30 мм и выше, что позволяет им значительно расширить частотный диапазон и улучшить качество звучания. Во-вторых, это чувствительность, влияющая на громкость звука в наушниках. Хорошо, чтобы наушники обеспечивали чувствительность не ниже 100 – 120 дБ. Третья характеристика – импеданс (сопротивление). Чем ниже сопротивление проводника, тем больший ток будет протекать через ваши наушники, тем громче они звучат. Для музыкального плеера либо мобильного телефона нужно выбрать наушники с импедансом 16 – 64 Ом. Есть еще ряд характеристик, которые имеют отношение к уже дизайну: форма, тип дужки, цвет. Наушники могут быть проводными и беспроводными. Выбор остается за только вами!

1. Заполните таблицу.

2. Наушники, с каким размером диаметра мембраны способны дать более качественный звук? Почему? Какой вид наушников нравится именно вам? Почему?

3. Как вы думаете, стоит ли покупать наушники с верхним пределом частотной характеристики 25 кГц? Почему?

Перед вами витрина магазина. Оцените товар, выберите для себя наушники. Выбор обоснуйте с физической точки зрения.