Для создания различных музыкальных тонов на духовых инструментах, таких, как показанный на рисунке кларнет, музыкант начинает дуть в мундштук и одновременно с этим нажимать на рычажки клапанов, чтобы открывать те или иные отверстия в боковой стенке инструмента. Открывая отверстия, музыкант изменяет длину стоячей волны, определяемую протяженностью столба воздуха внутри инструмента, и тем самым увеличивает или уменьшает высоту тона.

Играя на таких духовых инструментах, как труба или туба, музыкант частично перекрывает проходное сечение раструба и регулирует положение клапанов, изменяя тем самым длину столба воздуха.

В тромбоне воздушный столб регулируется путем перемещения скользящего изогнутого колена. Отверстия в стенках простейших духовых инструментов, таких, как флейта и пикколо, для получения аналогичного эффекта перекрываются пальцами.

Одно из древнейших творений

Утонченная конструкция кларнета, показанного на рисунке вверху, обязана своим появлением грубым бамбуковым свирелям и примитивным флейтам, которые считаются первыми инструментами, созданными человеком на заре цивилизации. Старейшие духовые инструменты опередили струнные на несколько тысячелетий. Раструб на открытом конце кларнета делает поправку на динамическое взаимодействие звуковых волн с окружающим воздухом.

Тонкий язычок в мундштуке кларнета (рисунок вверху) колеблется при поперечном обтекании воздухом. Колебания распространяются в виде волн сжатия по трубке инструмента.

Телескопические трубки

В тромбоне скользящее изогнутое трубчатое колено (цуг) плотно прилегает к основной трубке. Перемещение телескопического цуга внутрь и наружу изменяет длину столба воздуха и, соответственно, тон звука.

Изменение тона при помощи пальцев

Когда отверстия закрыты, колеблющийся столб воздуха занимает всю длину трубки, создавая самый низкий тон.

Открытие двух отверстий приводит к укорачиванию воздушного столба и созданию более высокого тона.

Открытие большего количества отверстий еще сильнее укорачивает воздушный столб и обеспечивает дальнейшее повышение тона.

Стоячие волны в открытых трубах

В трубе, открытой с обоих концов, стоячие волны формируются так, что на каждом конце трубы находится пучность (участок с максимальной амплитудой колебаний).

Стоячие волны в закрытых трубах

В трубе с одним закрытым концом стоячие волны формируются так, что у закрытого конца расположен узел (участок с нулевой амплитудой колебаний), а у открытого - пучность.

В последние несколько лет множество людей, проживающих вблизи ветрогенераторов, утверждают, что вращающиеся лопасти вызывают у них различные заболевания. Люди жалуются на множество неприятных симптомов, начиная с головной боли и депрессии и заканчивая конъюнктивитом и носовыми кровотеченими. Действительно ли существует синдром ветрогенератора ? Или это просто еще одна мнимая болезнь, которая подогревается распространяющейся в интернете информацией?

Шум может вызвать раздражение и нарушение сна. Но сторонники синдрома ветрогенератора утверждают, что ветряные турбины несут в себе опасность для здоровья человека, связанную с низкочастотным шумом ниже порога восприятия человеческого слуха.

Синдром ветрогенератора

Синдром ветрогенератора — это клиническое наименование ряда симптомов, данное доктором, педиатром из Нью Йорка Ниной Пьерпонт (Nina Pierpont), которые наблюдаются у многих (но не всех) людей, проживающих вблизи промышленных ветровых турбин. В течение пяти лет Нина Пьерпонт обследовала людей, проживающих вблизи ветрогенераторов в США, Италии, Ирландии, Великобритании и Канаде. В 2009 году вышла ее книга «Wind Turbine Syndrome» (Синдром ветрогенератора).

Симптомы синдрома ветрогенератора, которые описывает Нина Пьерпонт:

нарушение сна;
головная боль;
шум в ушах;
давление в ушах;
головокружение;
тошнота;
визуальная размытость;
тахикардия (учащенное сердцебиение);
раздражительность;
проблемы с концентрацией и памятью;
панические приступы, связанные с ощущениями внутреннего пульсации или дрожанием, которые возникают во время бодрствования и во сне.

Она утверждает, что проблемы вызывает нарушение вестибулярной системы внутреннего уха низкочастотным шумом от турбин ветрогенераторов.

Чтобы понять, с чем связан синдром ветрогенератора, нужно сначала понять принцип работы человеческой вестибулярной системы, рецепторные клетки которой находится во внутреннем ухе. Внутреннее ухо состоит из преддверия, улитки и полукружных каналов. Овальный и круглый мешочек и полукружные каналы не относятся к органам слуха, они как раз и представляют собой вестибулярный аппарат, определяющий положение тела в пространстве, отвечающий за сохранение равновесия и регулирующий настроение и некоторые физиологические функции. Низкочастотный звук (инфразвук) мы не осознаем, но он влияет на вестибулярный аппарат. Низкочастотный шум от турбин стимулирует выработку ложных сигналов в системе внутреннего уха, которые и приводят к головокружению и тошноте, а также к проблемам с памятью, тревожности и панике.

Вестибулярный аппарат — это древняя система «управления и контроля», созданная природой, она появилась у животных еще миллионы лет назад, задолго до того, как появились первые люди. Почти идентичный аппарат есть у рыб и амфибий и множества других позвоночных. Не поэтому ли замечено, что вблизи ветряных турбин исчезают птицы, мыши, черви и другие животные. Похоже, они тоже страдают синдромом ветрогенератора.

Инфразвук, вследствие большой длины волны, свободно обходит препятствия и может распространяться на большие расстояния без значительных потерь энергии. Поэтому инфразвук можно рассматривать как фактор, загрязняющий окружающую среду. Т.е. если ветрогенераторы приводят к выработке инфразвука, то они все же не являются чистым источником энергии, поскольку загрязняют окружающую среду. А отфильтровать инфразвук намного сложнее, чем обычный звук. Устанавливаемые звуковые фильтры не позволяют его экранировать полностью.

Критика синдрома ветрогенератора

Надо отметить, что синдром ветрогенератора не признается официально. Критики Пьерпонт говорят, что написанная ею книга не рецензировалась и была издана самостоятельно. А ее выборка субъектов для исследований слишком мала и не имеет контрольной группы для сравнения. Саймон Чэпмэн, профессор в области здравоохранения, говорит, что термин «синдром ветрогенератора» появляется для распространения группами активистов, выступающих против ветропарков.

Некоторые недавние исследования объясняют синдром ветрогенератора силой внушения. Одно из исследований было опубликовано в журнале Health Psychology. В ходе проведения исследования 60 участников подвергались воздействию инфразвука и мнимого инфразвука (т.е. тишины) в течение 10 минут. До воздействия инфразвуком половине группы были продемонстрированы видеоролики, в которых описывались симптомы, появляющиеся у людей, проживающих рядом с ветрогенераторами. Люди, состоящие в этой группе, после «прослушивания» инфразвука имели большое количество жалоб на подобные симптомы вне зависимости от того, подвергались они воздействию настоящего или мнимого инфразвука.

Один из авторов исследования указывает, что «синдром ветрогенератора» является классическим случаем ноцебо-эффекта. Это злой близнец плацебо-эффекта, который вызывает отрицательную реакцию. Ноцебо эффект — это симптомы, которые возникают от негативной информации о продукте. Например, некоторые участники клинических испытаний, которых предупреждали о возможных пагубных побочных эффектах препарата, испытывали именно те побочные эффекты, даже если они на самом деле принимали пустышки.

Группа экспертов в 2009 году, спонсируемая Американской и Канадской ассоциацией ветроэнергетики, сделала вывод, что симптомы «синдрома ветрогенератора» наблюдается вообще у многих людей, подверженных стрессу, вне зависимости от того, воздействует ли на них инфразвук. Инфразвук, который производят ветрогенераторы, также производит транспорт, бытовая техника и человеческое сердце. Он не является чем-то особенным и не представляет собой фактор риска.

Однако, несмотря на критику синдрома, люди очень часто жалуются на головные боли, бессонницу, звон в ушах, которые они связывают с ветрогенераторами. Вероятно, Пьерпонт в чем-то права и люди действительно заболевают от инфразвука, не зря рядом с ветропарками исчезают животные. Может быть, некоторые люди являются сверхчувствительными к низкочастотным шумам или психологически предрасположены к реагированию на негативную информацию о ветряных турбинах. На самом деле, необходимо проведение дополнительных исследований, чтобы выявить все возможные факторы риска для здоровья человека и окружающей среды, связанные с ветряными установками.

(Просмотрели9 212 | Посмотрели сегодня 1)

Система хранения энергии рушит последние барьеры перед альтернативной энергетикой
Оконная ферма с использованием червей. «Вертикальный сад» в Первоуральске
Животный мир и человек. Где мы сейчас и куда двигаемся

Февраль 18, 2016

Мир домашних развлечений довольно разнообразен и может включать в себя: просмотр кино на хорошей домашней кинотеатральной системе; увлекательный и захватывающий игровой процесс или прослушивание музыкальных композиций. Как правило, каждый находит что-то своё в этой области, или сочетает всё сразу. Но какими бы не были цели человека по организации своего досуга и в какую бы крайность не ударялись - все эти звенья прочно связаны одним простым и понятным словом - "звук". Действительно, во всех перечисленных случаях нас будет вести за ручку звуковое сопровождение. Но вопрос этот не так прост и тривиален, особенно в тех случаях, когда появляется желание добиться качественного звучания в помещении или любых других условиях. Для этого не всегда обязательно покупать дорогостоящие hi-fi или hi-end компоненты (хотя будет весьма кстати), а бывает достаточным хорошее знание физической теории, которая способна устранить большинство проблем, возникающих у всех, кто задался целью получить озвучку высокого качества.

Далее будет рассмотрена теория звука и акустики с точки зрения физики. В данном случае я постараюсь сделать это максимально доступно для понимания любого человека, который, возможно, далёк от знания физических законов или формул, но тем не менее страстно грезит воплощением мечты создания совершенной акустической системы. Я не берусь утверждать, что для достижения хороших результатов в этой области в домашних условиях (или в автомобиле, например) необходимо знать эти теории досканально, однако понимание основ позволит избежать множество глупых и абсурдных ошибок, а так же позволит достичь максимального эффекта звучания от системы любого уровня.

Общая теория звука и музыкальная терминология

Что же такое звук ? Это ощущение, которое воспринимает слуховой орган "ухо" (само по себе явление существует и без участия «уха» в процессе, но так проще для понимания), возникающее при возбуждении барабанной перепонки звуковой волной. Ухо в данном случае выступает в роли "приёмника" звуковых волн различной частоты.
Звуковая волна же представляет собой по сути последовательный ряд уплотнений и разряжений среды (чаще всего воздушной среды в обычных условиях) различной частоты. Природа звуковых волн колебательная, вызываемая и производимая вибрацией любых тел. Возникновение и распространение классической звуковой волны возможно в трёх упругих средах: газообразных, жидких и твёрдых. При возникновении звуковой волны в одном из этих типов пространства неизбежно возникают некоторые изменения в самой среде, например, изменение плотности или давления воздуха, перемещение частиц воздушных масс и т.д.

Поскольку звуковая волна имеет колебательную природу, то у неё имеется такая характеристика, как частота. Частота измеряется в герцах (в честь немецкого физика Генриха Рудольфа Герца), и обозначает количество колебаний за период времени, равный одной секунде. Т.е. например, частота 20 Гц обозначает цикл в 20 колебаний за одну секунду. От частоты звука зависит и субъективное понятие его высоты. Чем больше звуковых колебаний совершается за секунду, тем «выше» кажется звучание. У звуковой волны так же имеется ещё одна важнейшая характеристика, имеющая название - длина волны. Длиной волны принято считать расстояние, которое проходит звук определённой частоты за период, равный одной секунде. Для примера, длина волны самого низкого звука в слышимом диапазоне для человека частотой 20 Гц составляет 16,5 метров, а длина волны самого высокого звука 20000 Гц составляет 1,7 сантиметра.

Человеческое ухо устроено таким образом, что способно воспринимать волны только в ограниченном диапазоне, примерно 20 Гц - 20000 Гц (зависит от особенностей конкретного человека, кто-то способен слышать чуть больше, кто-то меньше). Таким образом, это не означает, что звуков ниже или выше этих частот не существует, просто человеческим ухом они не воспринимаются, выходя за границу слышимого диапазона. Звук выше слышимого диапазона называется ультразвуком , звук ниже слышимого диапазона называется инфразвуком . Некоторые животные способны воспринимать ультра и инфра звуки, некоторые даже используют этот диапазон для ориентирования в пространстве (летучие мыши, дельфины). В случае, если звук проходит через среду, которая напрямую не соприкасается с органом слуха человека, то такой звук может быть не слышим или сильно ослабленным в последствии.

В музыкальной терминологии звука существуют такие важные обозначения, как октава, тон и обертон звука. Октава означает интервал, в котором соотношение частот между звуками составляет 1 к 2. Октава обычно очень хорошо различима на слух, в то время как звуки в пределах этого интервала могут быть очень похожими друг на друга. Октавой также можно назвать звук, который делает вдвое больше колебаний, чем другой звук, в одинаковый временной период. Например, частота 800 Гц, есть ни что иное, как более высокая октава 400 Гц, а частота 400 Гц в свою очередь является следующей октавой звука частотой 200 Гц. Октава в свою очередь состоит из тонов и обертонов. Переменные колебания в гармонической звуковой волне одной частоты воспринимаются человеческим ухом как музыкальный тон . Колебания высокой частоты можно интерпретировать как звуки высокого тона, колебания низкой частоты – как звуки низкого тона. Человеческое ухо способно чётко отличать звуки с разницей в один тон (в диапазоне до 4000 Гц). Несмотря на это, в музыке используется крайне малое число тонов. Объясняется это из соображений принципа гармонической созвучности, всё основано на принципе октав.

Рассмотрим теорию музыкальных тонов на примере струны, натянутой определённым образом. Такая струна, в зависимости от силы натяжения, будет иметь "настройку" на какую-то одну конкретную частоту. При воздействии на эту струну чем-либо с одной определённой силой, что вызовет её колебания, стабильно будет наблюдаться какой-то один определенный тон звука, мы услышим искомую частоту настройки. Этот звук называется основным тоном. За основной тон в музыкальной сфере официально принята частота ноты "ля" первой октавы, равная 440 Гц. Однако, большинство музыкальных инструментов никогда не воспроизводят одни чистые основные тона, их неизбежно сопровождают призвуки, именуемые обертонами . Тут уместно вспомнить важное определение музыкальной акустики, понятие тембра звука. Тембр - это особенность музыкальных звуков, которые придают музыкальным инструментам и голосам их неповторимую узнаваемую специфику звучания, даже если сравнивать звуки одинаковой высоты и громкости. Тембр каждого музыкального инструмента зависит от распределения звуковой энергии по обертонам в момент появления звука.

Обертоны формируют специфическую окраску основного тона, по которой мы легко можем определить и узнать конкретный инструмент, а так же чётко отличить его звучание от другого инструмента. Обертоны бывают двух типов: гармонические и негармонические. Гармонические обертоны по определению кратны частоте основного тона. Напротив, если обертоны не кратны и заметно отклоняются от величин, то они называются негармоническими . В музыке практически исключается оперирование некратными обертонами, поэтому термин сводится к понятию "обертон", подразумевая под собой гармонический. У некоторых инструментов, например фортепиано, основной тон даже не успевает сформироваться, за короткий промежуток происходит нарастание звуковой энергии обертонов, а затем так же стремительно происходит спад. Многие инструменты создают так называемый эффект "переходного тона", когда энергия определённых обертонов максимальна в определённый момент времени, обычно в самом начале, но потом резко меняется и переходит к другим обертонам. Частотный диапазон каждого инструмента можно рассмотреть отдельно и он обычно ограничивается частотами основных тонов, который способен воспроизводить данный конкретный инструмент.

В теории звука также присутствует такое понятие как ШУМ. Шум - это любой звук, которой создаётся совокупностью несогласованных между собой источников. Всем хорошо знаком шум листвы деревьев, колышимой ветром и т.д.

От чего зависит громкость звука? Очевидно, что подобное явление напрямую зависит от количества энергии, переносимой звуковой волной. Для определения количественных показателей громкости, существует понятие - интенсивность звука. Интенсивность звука определяется как поток энергии, прошедший через какую-то площадь пространства (например, см2) за единицу времени (например, за секунду). При обычном разговоре интенсивность составляет примерно 9 или 10 Вт/см2. Человеческое ухо способно воспринимать звуки достаточно широкого диапазона чувствительности, при этом восприимчивость частот неоднородна в пределах звукового спектра. Так наилучшим образом воспринимается диапазон частот 1000 Гц - 4000 Гц, который наиболее широко охватывает человеческую речь.

Поскольку звуки столь сильно различаются по интенсивности, удобнее рассматривать её как логарифмическую величину и измерять в децибелах (в честь шотландского учёного Александра Грэма Белла). Нижний порог слуховой чувствительности человеческого уха составляет 0 Дб, верхний 120 Дб, он же ещё называется "болевой порог". Верхняя граница чувствительности так же воспринимается человеческим ухом не одинаково, а зависит от конкретной частоты. Звуки низких частот должны обладать гораздо бОльшей интенсивностью, чем высокие, чтобы вызвать болевой порог. Например, болевой порог на низкой частоте 31,5 Гц наступает при уровне силы звука 135 дБ, когда на частоте 2000 Гц ощущение боли появится при уже при 112 дБ. Имеется также понятие звукового давления, которое фактически расширяет привычное объяснение распространение звуковой волны в воздухе. Звуковое давление - это переменное избыточное давление, возникающее в упругой среде в результате прохождения через неё звуковой волны.

Волновая природа звука

Чтобы лучше понять систему возникновения звуковой волны, представим классический динамик, находящийся в трубе, наполненной воздухом. Если динамик совершит резкое движение вперёд, то воздух, находящийся в непосредственной близости диффузора на мгновение сжимается. После этого воздух расширится, толкая тем самым сжатую воздушную область вдоль по трубе.
Вот это волновое движение и будет впоследствии звуком, когда достигнет слухового органа и "возбудит" барабанную перепонку. При возникновении звуковой волны в газе создаётся избыточное давление, избыточная плотность и происходит перемещение частиц с постоянной скоростью. Про звуковые волны важно помнить то обстоятельство, что вещество не перемещается вместе со звуковой волной, а возникает лишь временное возмущение воздушных масс.

Если представить поршень, подвешенный в свободном пространстве на пружине и совершающий повторяющиеся движения "вперёд-назад", то такие колебания будут называться гармоническими или синусоидальными (если представить волну в виде графика, то получим в этом случае чистейшую синусойду с повторяющимися спадами и подъёмами). Если представить динамик в трубе (как и в примере, описанном выше), совершающий гармонические колебания, то в момент движения динамика "вперёд" получается известный уже эффект сжатия воздуха, а при движении динамика "назад" обратный эффект разряжения. В этом случае по трубе будет распространяться волна чередующихся сжатий и разрежений. Расстояние вдоль трубы между соседними максимумами или минимумами (фазами) будет называться длиной волны . Если частицы колеблются параллельно направлению распространения волны, то волна называется продольной . Если же они колеблются перпендикулярно направлению распространения, то волна называется поперечной . Обычно звуковые волны в газах и жидкостях – продольные, в твердых же телах возможно возникновение волн обоих типов. Поперечные волны в твердых телах возникают благодаря сопротивлению к изменению формы. Основная разница между этими двумя типами волн заключается в том, что поперечная волна обладает свойством поляризации (колебания происходят в определенной плоскости), а продольная – нет.

Скорость звука

Скорость звука напрямую зависит от характеристик среды, в которой он распространяется. Она определяется (зависима) двумя свойствами среды: упругостью и плотностью материала. Скорость звука в твёрдых телах соответственно напрямую зависит от типа материала и его свойств. Скорость в газовых средах зависит только от одного типа деформации среды: сжатие-разрежение. Изменение давления в звуковой волне происходит без теплообмена с окружающими частицами и носит название адиабатическое.
Скорость звука в газе зависит в основном от температуры - возрастает при повышении температуры и падает при понижении. Так же скорость звука в газообразной среде зависит от размеров и массы самих молекул газа, - чем масса и размер частиц меньше, тем "проводимость" волны больше и больше соответственно скорость.

В жидкой и твёрдой средах принцип распространения и скорость звука аналогичны тому, как волна распространяется в воздухе: путём сжатия-разряжения. Но в данных средах, помимо той же зависимости от температуры, достаточно важное значение имеет плотность среды и её состав/структура. Чем меньше плотность вещества, тем скорость звука выше и наоборот. Зависимость же от состава среды сложнее и определяется в каждом конкретном случае с учётом расположения и взаимодействия молекул/атомов.

Скорость звука в воздухе при t, °C 20: 343 м/с
Скорость звука в дистиллированной воде при t, °C 20: 1481 м/с
Скорость звука в стали при t, °C 20: 5000 м/с

Стоячие волны и интерференция

Когда динамик создаёт звуковые волны в ограниченном пространстве неизбежно возникает эффект отражения волн от границ. В результате этого чаще всего возникает эффект интерференции - когда две или более звуковых волн накладываются друг на друга. Особыми случаями явления интерференции являются образование: 1) Биений волн или 2) Стоячих волн. Биения волн - это случай, когда происходит сложение волн с близкими частотами и амплитудой. Картина возникновения биений: когда две похожие по частоте волны накладываются друг на друга. В какой-то момент времени при таком наложении, амплитудные пики могут совпадать "по фазе", а также могут совпадать и спады по "противофазе". Именно так и характеризуются биения звука. Важно помнить, что в отличие от стоячих волн, фазовые совпадения пиков происходят не постоянно, а через какие-то временные промежутки. На слух такая картина биений различается достаточно чётко, и слышится как периодическое нарастание и убывание громкости соответственно. Механизм возникновения этого эффекта предельно прост: в момент совпадения пиков громкость нарастает, в момент совпадения спадов громкость уменьшается.

Стоячие волны возникают в случае наложения двух волн одинаковой амлитуды, фазы и частоты, когда при "встрече" таких волн одна движется в прямом, а другая – в обратном направлении. В участке пространства (где образовалась стоячая волна) возникает картина наложения двух частотных амплитуд, с чередованием максимумов (т.н. пучностей) и минимумов (т.н. узлов). При возникновении этого явления крайне важное значение имеет частота, фаза и коэффициент затухания волны в месте отражения. В отличие от бегущих волн, в стоячей волне отсутствует перенос энергии вследствие того, что образующие эту волну прямая и обратная волны переносят энергию в равных количествах и в прямом и в противоположном направлениях. Для наглядного понимания возникновения стоячей волны, представим пример из домашней акустики. Допустим, у нас есть напольные акустические системы в некотором ограниченном пространстве (комнате). Заставив их играть какую-нибудь композицию с большим количеством баса, попробуем изменить местоположение слушателя в помещении. Таким образом слушатель, попав в зону минимума (вычитания) стоячей волны ощутит эффект того, что баса стало очень мало, а если слушатель попадает в зону максимума (сложения) частот, то получается обратный эффект существенного увеличения басовой области. При этом эффект наблюдается во всех октавах базовой частоты. Например, если базовая частота составляет 440 Гц, то явление "сложения" или "вычитания" будет наблюдаться также на частотах 880 Гц, 1760 Гц, 3520 Гц и т.д.

Явление резонанса

У большинства твёрдых тел имеется собственная частота резонанса. Понять этот эффект достаточно просто на примере обычной трубы, открытой только с одного конца. Представим ситуацию, что с другого конца трубы подсоединяется динамик, который может играть какую-то одну постоянную частоту, её также впоследствии можно менять. Так вот, у трубы имеется собственная частота резонанса, говоря простым языком - это частота, на которой труба "резонирует" или издаёт свой собственный звук. Если частота динамика (в результате регулировки) совпадёт с частотой резонанса трубы, то возникнет эффект увеличения громкости в несколько раз. Это происходит потому, что громкоговоритель возбуждает колебания воздушного столба в трубе со значительной амплитудой до тех пор, пока не найдётся та самая «резонансная частота» и произойдёт эффект сложения. Возникшее явление можно описать следующим образом: труба в этом примере "помогает" динамику, резонируя на конкретной частоте, их усилия складываются и "выливаются" в слышимый громкий эффект. На примере музыкальных инструментов легко прослеживается это явление, поскольку в конструкции большинства присутствуют элементы, называемые резонаторами. Нетрудно догадаться, что служит цели усилить определённую частоту или музыкальный тон. Для примера: корпус гитары с резонатором ввиде отверстия, сопрягаемого с объёмом; Конструкция трубки у флейты (и все трубы вообще); Циллиндрическая форма корпуса барабана, который сам по себе является резонатором определённой частоты.

Частотный спектр звука и АЧХ

Поскольку на практике практически не встречаются волны одной частоты, то возникает необходимость разложения всего звукового спектра слышимого диапазона на обертоны или гармоники. Для этих целей существуют графики, которые отображают зависимость относительной энергии звуковых колебаний от частоты. Такой график называется графиком частотного спектра звука. Частотный спектр звука бывает двух типов: дискретный и непрерывный. Дискретный график спектра отображает частоты по отдельности, разделённые пустыми промежутками. В непрерывном спектре присутствуют сразу все звуковые частоты.
В случае с музыкой или акустикой чаще всего используется обычный график Амплитудно-Частотой Характеристики (сокращённо "АЧХ"). На таком графике представлена зависимость амплитуды звуковых колебаний от частоты на протяжении всего спектра частот (20 Гц - 20 кГц). Глядя на такой график легко понять, например, сильные или слабые стороны конкретного динамика или акустической системы в целом, наиболее сильные участки энергетической отдачи, частотные спады и подъёмы, затухания, а так же проследить крутизну спада.

Распространение звуковых волн, фаза и противофаза

Процесс распространения звуковых волн происходит во всех направлениях от источника. Простейший пример для понимания этого явления: камешек, брошенный в воду.
От места, куда упал камень, начинают расходиться волны по поверхности воды во всех направлениях. Однако, представим ситуацию с использованием динамика в неком объёме, допустим закрытом ящике, который подключён к усилителю и воспроизводит какой-то музыкальный сигнал. Несложно заметить (особенно при условии, если подать мощный НЧ сигнал, например бас-бочку), что динамик совершает стремительное движение "вперёд", а потом такое же стремительное движение "назад". Остаётся понять, что когда динамик совершает движение вперёд, он излучает звуковую волну, которую мы слышим впоследствии. А вот что происходит, когда динамик совершает движение назад? А происходит парадоксально тоже самое, динамик совершает тот же звук, только распространяется он в нашем примере всецело в пределах объёма ящика, не выходя за его пределы (ящик закрыт). В целом, на приведённом выше примере можно наблюдать достаточно много интересных физических явлений, наиболее значимым из которых является понятие фазы.

Звуковая волна, которую динамик, находясь в объёме, излучает в направлении слушателя - находится "в фазе". Обратная же волна, которая уходит в объём ящика, будет соответственно противофазной. Остаётся только понять, что подразумевают эти понятия? Фаза сигнала – это уровень звукового давления в текущий момент времени в какой-то точке пространства. Фазу проще всего понять на примере воспроизведения музыкального материала обычной напольной стерео-парой домашних акустических систем. Представим, что две такие напольные колонки установлены в неком помещении и играют. Обе акустические системы в этом случае воспроизводят синхронный сигнал переменного звукового давления, притом звуковое давление одной колонки складывается со звуковым давлением другой колонки. Происходит подобный эффект за счёт синхронности воспроизведения сигнала левой и правой АС соответственно, другими словами, пики и спады волн, излучаемых левыми и правыми динамиками совпадают.

А теперь представим, что давления звука по-прежнему меняются одинаковым образом (не претерпели изменений), но только теперь противоположно друг другу. Подобное может произойти, если подключить одну акустическую систему из двух в обратной полярности ("+" кабель от усилителя к "-" клемме акустической системе, и "-" кабель от усилителя к "+" клемме акустической системы). В этом случае противоположный по направлению сигнал вызовет разницу давлений, которую можно представить в виде чисел следующим образом: левая акустическая система будет создавать давление "1 Па", а правая акустическая система будет создавать давление "минус 1 Па". В результате, суммарная громкость звука в точке размещения слушателя будет равна нулю. Это явление называется противофазой. Если рассматривать пример более детально для понимания, то получается, что два динамика, играющие "в фазе" - создают одинаковые области уплотнения и разряжения воздуха, чем фактически помогают друг другу. В случае же с идеализированной противофазой, область уплотнения воздушного пространства, созданная одним динамиком, будет сопровождаться областью разряжения воздушного пространства, созданной вторым динамиком. Выглядит это примерно, как явление взаимного синхронного гашения волн. Правда, на практике падения громкости до нуля не происходит, и мы услышим сильно искажённый и ослабленный звук.

Самым доступным образом можно описать это явление так: два сигнала с одинаковыми колебаниями (частотой), но сдвинутые по времени. Ввиду этого, удобнее представить эти явления смещения на примере обычных круглых стрелочных часов. Представим, что на стене висит несколько одинаковых круглых часов. Когда секундные стрелки этих часов бегут синхронно, на одних часах 30 секунд и на других 30, то это пример сигнала, который находится в фазе. Если же секундные стрелки бегут со смещением, но скорость по-прежнему одинакова, например, на одних часах 30 секунд, а на других 24 секунды, то это и есть классический пример смещения (сдвига) по фазе. Таким же образом фаза измеряется в градусах, в пределах виртуальной окружности. В этом случае, при смещении сигналов относительно друг друга на 180 градусов (половина периода), и получается классическая противофаза. Нередко на практике возникают незначительные смещения по фазе, которые так же можно определить в градусах и успешно устранить.

Волны бывают плоские и сферические. Плоский волновой фронт распространяется только в одном направлении и редко встречается на практике. Сферический волновой фронт представляет собой волны простого типа, которые исходят из одной точки и распространяется во всех направлениях. Звуковые волны обладают свойством дифракции , т.е. способностью огибать препятствия и объекты. Степень огибания зависит от отношения длины звуковой волны к размерам препятствия или отверстия. Дифракция возникает и в случае, когда на пути звука оказывается какое-либо препятствие. В этом случае возможны два варианта развития событий: 1) Если размеры препятствия намного больше длины волны, то звук отражается или поглощается (в зависимости от степени поглощения материала, толщины препятствия и т.д.), а позади препятствия формируется зона "акустической тени". 2) Если же размеры препятствия сравнимы с длиной волны или даже меньше её, тогда звук дифрагирует в какой-то мере во всех направлениях. Если звуковая волна при движении в одной среде попадает на границу раздела с другой средой (например воздушная среда с твёрдой средой), то может возникнуть три варианта развития событий: 1) волна отразится от поверхности раздела 2) волна может пройти в другую среду без изменения направления 3) волна может пройти в другую среду с изменением направления на границе, это называется "преломление волны".

Отношением избыточного давления звуковой волны к колебательной объёмной скорости называется волновое сопротивление. Говоря простыми словами, волновым сопротивлением среды можно назвать способность поглощать звуковые волны или "сопротивляться" им. Коэффициенты отражения и прохождения напрямую зависят от соотношения волновых сопротивлений двух сред. Волновое сопротивление в газовой среде гораздо ниже, чем в воде или твёрдых телах. Поэтому если звуковая волна в воздухе падает на твердый объект или на поверхность глубокой воды, то звук либо отражается от поверхности, либо поглощается в значительной мере. Зависит это от толщины поверхности (воды или твёрдого тела), на которую падает искомая звуковая волна. При низкой толщине твёрдой или жидкой среды, звуковые волны практически полностью "проходят", и наоборот, при большой толщине среды волны чаще отражается. В случае отражения звуковых волн, происходит этот процесс по хорошо известному физическому закону: "Угол падения равен углу отражения". В этом случае, когда волна из среды с меньшей плотностью попадает на границу со средой большей плотности - происходит явление рефракции . Оно заключается в изгибе (преломлении) звуковой волны после "встречи" с препятствием, и обязательно сопровождается изменением скорости. Рефракция зависит также от температуры среды, в которой происходит отражение.

В процессе распространения звуковых волн в пространстве неизбежно происходит снижение их интенсивности, можно сказать затухание волн и ослабление звука. На практике столкнуться с подобным эффектом достаточно просто: например, если два человека встанут в поле на некотором близком расстоянии (метр и ближе) и начнут что-то говорить друг другу. Если впоследствии увеличивать расстояние между людьми (если они начнут отдаляться друг от друга), тот же самый уровень разговорной громкости будет становиться всё менее и менее слышимым. Подобный пример наглядно демонстрирует явление снижения интенсивности звуковых волн. Почему это происходит? Причиной тому различные процессы теплообмена, молекулярного взаимодействия и внутреннего трения звуковых волн. Наиболее часто на практике происходит превращение звуковой энергии в тепловую. Подобные процессы неизбежно возникают в любой из 3-ёх сред распространения звука и их можно охарактеризовать как поглощение звуковых волн .

Интенсивность и степень поглощения звуковых волн зависит от многих факторов, таких как: давление и температура среды. Также поглощение зависит от конкретной частоты звука. При распространении звуковой волны в жидкостях или газах возникает эффект трения между разными частицами, которое называется вязкостью. В результате этого трения на молекулярном уровне и происходит процесс превращения волны из звуковой в тепловую. Другими словами, чем выше теплопроводность среды, тем меньше степень поглощения волн. Поглощение звука в газовых средах зависит ещё и от давления (атмосферное давление меняется с повышением высоты относительно уровня моря). Что касательно зависимости степени поглощения от частоты звука, то принимая во внимание вышеназванные зависимости вязкости и теплопроводности, поглощение звука тем выше, чем выше его частота. Для примера, при нормальной температуре и давлении, в воздухе поглощение волны частотой 5000 Гц составляет 3 Дб/км, а поглощение волны частотой 50000 Гц составит уже 300 Дб/м.

В твёрдых средах сохраняются все вышеназванные зависимости (теплопроводность и вязкость), однако к этому добавляется ещё несколько условий. Они связаны с молекулярной структурой твёрдых материалов, которая может быть разной, со своими неоднородностями. В зависимости от этого внутреннего твёрдого молекулярного строения, поглощение звуковых волн в данном случае может быть различным, и зависит от типа конкретного материала. При прохождении звука через твёрдое тело, волна претерпевает ряд преобразований и искажений, что чаще всего приводит к рассеиванию и поглощению звуковой энергии. На молекулярном уровне может возникнуть эффект дислокаций, когда звуковая волна вызывает смещение атомных плоскостей, которые затем возвращаются в исходное положение. Либо же, движение дислокаций приводит к столкновению с перпендикулярными им дислокациями или дефектами кристаллического строения, что вызывает их торможение и как следствие некоторое поглощение звуковой волны. Однако, звуковая волна может и резонировать с данными дефектами, что приведет к искажению исходной волны. Энергия звуковой волны в момент взаимодействия с элементами молекулярной структуры материала рассеивается в результате процессов внутреннего трения.

В я постараюсь разобрать особенности слухового восприятия человека и некоторые тонкости и особенности распространения звука.

ГБОУНОШ № 000

Колпинского района

Санкт-Петербурга

Творческий проект по музыке

Тема: Создание музыкального инструмента

«Шум дождя» в русских традициях

Ещё один инструмент, пользующийся популярностью у ценителей экзотики, – джембе, западноафриканский барабан в форме кубка с открытым низом и широким верхом, обтянутым мембраной из козьей кожи. Считается, что джембе обладает тремя духами: дерева, животного и мастера. Вообще, с точки зрения физики, основа музыкального инструмента – резонатор (столб воздуха, струна, колебательный контур или что-то другое, способное запасать энергию в виде колебаний). Так инструмент может передавать самые разнообразные тончайшие вибрации, в том числе и эмоциональные. Именно поэтому говорят, что в инструменте живёт душа дерева (природы), мастера и музыканта. Запасённую положительную энергию инструмент при звучании способен отдавать окружающему миру. Сейчас джембе – один из самых популярных необычных сувениров, использующихся при оформлении интерьера в этническом стиле.

У японцев широко распространено музыкальное приспособление суйкинкуцу («пещера водяного кото»). Оно устанавливается обычно рядом с рукомойником в садах, где проходит традиционное чаепитие. Когда гости моют руки, из-под земли возникают мелодичные звуки, которые доставляют наслаждение и успокаивают, настраивая на философский лад. Секрет – в зарытом в землю и наполненном разными камешками перевёрнутом кувшине: приспособление так тонко настроено, что резонанс от попадающей на днище воды напоминает звон колокольчиков.

Ну и, конечно, нельзя не вспомнить ставшие уже привычными для нас оригинальные сувениры – музыкальные подвески (ветерок, музыка ветра), появившиеся в роли ударных музыкальных инструментов. Это связка мелких предметов, создающих перезвон при дуновении ветра. При их изготовлении используются твёрдые звонкие материалы: стекло, пластик, дерево, металл, камешки, ракушки. Звук также зависит от длины и ширины элементов. В фэн-шуй (в переводе «ветер-вода») есть целая система подбора нужного звучания для подвески. Ветерок – не только эффектный элемент декора, но и эффективное антистрессовое средство.

Современному человеку трудно оставаться в гармонии с природой, поэтому не иссякает его интерес к этнической древности. Размещение в современном интерьере эзотерических музыкальных инструментов – это возможность создать звуковые вибрации, благотворно влияющие на душу и тело, успокаивающие, подавляющие агрессию, проясняющие разум (древние не просто так считали, что звук трещотки прогоняет злых духов – он избавляет человека от злых мыслей).

Происхождение музыкального инструмента «Шум дождя» в различных литературных и Интернет-источниках трактуется по разному. Наиболее часто авторы упоминают Перу и Чили.

Палка дождя, дождевая палка, дождевая флейта, посох дождя, дерево дождя, рейнстик - всё это его названия. Нам его оставили на память древние ацтеки, с его помощью они пытались вызывать дождь в засушливую пору.

Изначально берется ствол длинного кактуса, предварительно высушенного на солнце. Иглы кактуса втыкались в ствол по спирали, а семена засыпались во внутрь. Пересыпающийся внутри ствола наполнитель издает шуршащее звучание, напоминающее шум дождя, поэтому инструмент в давние времена использовали индейцы в шаманских ритуалах.

В последствии дерево дождя продавали в Америке как сувенир, но все же звучание инструмента привлекло внимание музыкантов, и инструмент стали использовать в музыке этнического и фольклорного характера.

Играя на дереве дождя, исполнители используют несколько основных приемов игры. Чаще всего дерево дождя медленно переворачивается в вертикальной плоскости. Наполнитель при этом перемещается сквозь перегородки и издает звук похожий на шум дождя. Меняя угол наклона инструмента и скорость вращения, можно менять характер звучания, можно дерево дождя вращать только вокруг оси, можно просто встряхивать, как шейкер, и создавать ритм мелодии.

2. ЧАСТЬ

Прошли века, но технология, по которой изготавливается дерево дождя, не изменилась, правда для изготовления инструмента в ход пошли разнообразные материалы. Теперь встречается корпус, изготовленный из дерева, пластика, картона. В качестве перегородок также используют подходящие иглообразные предметы такие, как зубочистки или гвозди. В качестве наполнителя подходят не только семена кактуса, но и зерна, бисер, камешки и другие мелкие предметы, что значительно разнообразило звучание инструмента. Каждое дерево дождя звучит индивидуально, поскольку звучание находится в зависимости: какова длина корпуса, его диаметр, частота перегородок и крутизна спирали, по которой они размещены, каков объём сыпучего наполнителя и его материал.

Я живу в России, и для моего музыкального инструмента не подойдет технология изготовления из кактуса или бамбука. Также, я считаю, что украшать такой инструмент нужно символами и знаками русского происхождения. Например, очень интересной мезенской росписью, которая символична и несет в себе зашифрованный смысл о природных явлениях и мироустройстве. Вот, что мне удалось узнать:

Мезенская роспись - одна из наиболее древних русских художественных промыслов. Ею народные художники украшали большинство предметов быта, которые сопровождали человека от рождения и до глубокой старости, принося в жизнь радость и красоту. Она занимала большое место в оформлении фасадов и интерьеров изб. Как и большинство других народных промыслов, свое название эта роспись получила от местности, в которой зародилась. Река Мезень находится в Архангельской области , между двумя самыми крупными реками Северной Европы, Северной Двиной и Печорой, на границе тайги и тундры.

https://pandia.ru/text/78/108/images/image006_8.jpg" alt="Мезенская роспись. Символика узора. Элементы орнамента" width="263" height="500">

Земля. Прямая линия может означать и небесную, и земную твердь, но пусть вас не смущает эта двузначность. По расположению в композиции (верх - низ) вы всегда сможете правильно определить их значение. Во многих мифах о создании мира первый человек был сотворен из праха земного, грязи, глины. Материнство и защита, символ плодородия и хлеба насущного - вот что такое земля для человека. Графически земля часто изображается квадратом.

Вода. Не менее интересно небесное оформление. Небесные воды хранятся в нависших облаках или проливаются на землю косыми дождями, причем дожди могут быть с ветром, с градом. Орнаменты в косой полосе более всего отражают такие картины природных явлений.

Волнистые линии водной стихии во множестве присутствуют в мезенских орнаментах. Они непременно сопровождают все прямые линии орнаментов, а также являются постоянными атрибутами водоплавающих птиц.

Ветер, воздух. Многочисленные короткие штрихи во множестве разбросанные в мезенской росписи по орнаментам или рядом с главными персонажами - скорее всего означают воздух, ветер - один из первоэлементов природы. Поэтический образ ожившего духа, чье воздействие можно увидеть и услышать, но который сам остается невидимым. Ветер, воздух и дыхание тесно связаны в мистическом символизме. Бытие начинается с Духа Божия. Он как ветер носился над бездной прежде сотворения мира.

Кроме духовного аспекта этого символа, конкретные ветры часто трактуются как неистовые и непредсказуемые силы. Считалось, что демоны летают на яростных ветрах, несущих зло и болезни. Как и любая другая стихия, ветер может нести разрушение, но он также необходим людям как могучая творческая сила. Недаром мезенские мастера любят изображать обузданные стихии. Штрихи ветра у них часто “нанизаны” на скрещенные прямые линии, что очень походит на ветряную мельницу (“Пойманный ветер”, - говорят дети).

Огонь. Божественная энергия, очищение, откровение, преображение, вдохновение, честолюбие, искушение, страсть, - сильный и активный элемент, символизирующий как созидательные, так и разрушительные силы. Древние считали огонь живым существом, которое питается, растет, умирает, а затем вновь рождается - признаки, позволяющие предположить, что огонь - земное воплощение солнца, поэтому он во многом разделил солнечную символику. В изобразительном плане все, что стремится к кругу, напоминает нам солнце, огонь. Как полагает академик Б. Рыбаков, мотив спирали возник в мифологии земледельческих племен как символическое движение солнечного светила по небесному своду. В мезенской росписи спирали разбросаны повсюду: они заключены в рамки многочисленных орнаментов и в изобилии вьются вокруг небесных коней и оленей.

Спираль сама по себе несет и другие символические значения. Спиральные формы встречаются в природе очень часто, начиная от галактик и до водоворотов и смерчей, от раковин моллюсков и до рисунков на человеческих пальцах. В искусстве спираль - один из самых распространенных декоративных узоров. Многозначность символов в спиральных узорах велика, а применение их скорее непроизвольное, чем осознанное. Сжатая спиральная пружина - символ скрытой силы, клубок энергии. Спираль, сочетающая в себе форму круга и импульс движения, также является символом времени, циклических ритмов сезонов года. Двойные спирали символизируют равновесие противоположностей, гармонию (как даосский знак “инь-ян”). Противоположные силы, наглядно присутствующие в водоворотах, смерчах и языках пламени, напоминают о восходящей, нисходящей или вращающейся энергии (“коловорот”), которая управляет Космосом. Восходящая спираль - мужской знак, нисходящая - женский, что делает двойную спираль еще и символом плодовитости и деторождения.

Интересны и красивы древние знаки плодородия - символы изобилия.

Где их только не помещали, и везде они были к месту! Если жиковину (накладку на замочную скважину) такой формы повесить на двери амбара - это значит пожелать, чтобы он был полон добра. Если изобразить знак изобилия на дне ложки, значит, пожелать чтобы голода никогда не было. Если на подоле свадебных рубах - пожелать молодым большой полной семьи. Знак плодородия можно встретить на древних культовых статуэтках, изображающих молодых беременных женщин, который помещался там, где находится ребенок у будущей матери. Почти все мезенские орнаменты так или иначе связаны с темой плодородия, изобилия. Во множестве и разнообразии изображены в них распаханные поля, семена, корни, цветки, плоды. Орнамент может строиться в два ряда и тогда элементы в нем располагаются в шахматном порядке. Важным символом был ромб, наделенный множеством значений. Чаще всего ромб являлся символом плодородия, возрождения жизни, а цепочка из ромбов означала родовое древо жизни. На одной из мезенских прялок удалось рассмотреть полу стертое изображение именно такого уникального древа.

Практическая часть

Начало формы

Изготовление музыкального инструмента « Шум дождя»

disc"> высохший ствол борщевика с полым стволом длиной не менее 50 см и диаметром от 3 см. зубочистки крупы (греча, горох, пшено) плотная бумага тесьма или толстые нитки ножницы, кисти гуашь мебельный лак

План работы:

1. На некотором расстоянии от края ствола проткните его стенку зубочисткой.

2. Воткните зубочистку до упора в противоположную стенку, на небольшом расстоянии и чуть ниже воткните следующую. Они должны располагаться по спирали вдоль столба.

3. Срезаем ножницами выступающие концы зубочисток.

4. Спираль должна пройти вдоль всего столба: тогда внутри него образуется преграда, наподобие винтовой лестницы.

5. Закройте один из концов плотной бумагой и закрепите ее тесьмой или нитками.

6. Засыпьте в ствол немного крупы и, закрыв рукой не заклеенный конец, проверьте, какой получается звук. Мелкие зерна (пшено) дадут сплошной звук. Крупные (греча, горох) - более отрывистый.

7. Когда подберете звук, закройте второй конец плотной бумагой.

8. Окрасьте ствол борщевика красной гуашью, дайте высохнуть.

9. Нанесите символичные узоры дождя и солнца из мезенской росписи черной гуашью.

10. Покройте получившееся изделие мебельным прозрачным лаком, дайте высохнуть.

11. Музыкальный инструмент «Шум дождя» готов, наслаждайтесь.

Тезаурус

Ацте́ки (асте́ки ) (самоназв. mēxihcah ) - индейская народность в центральной Мексике. Численность свыше 1,5 млн. человек. Цивилизация ацтеков (XIV-XVI века) обладала богатой мифологией и культурным наследием. Столицей империи ацтеков был город Теночтитлан, расположенный на озере Тескоко (Тешкоко) (исп. Texcoco ), там, где сейчас располагается город Мехико.

Шама́н - согласно религиозным верованиям, человек, наделённый особыми способностями общаться с духами и сверхъестественными силами, входя в экстатическое состояние, а также излечивать болезни.

Транс (от фр. transir - оцепенеть) - ряд изменённых состояний сознания (ИСС), а также функциональное состояние психики, связывающее и опосредующее сознательное и бессознательное психическое функционирование человека, в котором, согласно некоторым когнитивистки-ориентированным трактовкам, изменяется степень сознательного участия в обработке информации .

Транс (англ. trance ) - это стиль электронной танцевальной музыки, который развился в 1990-е годы. Отличительными чертами стиля являются: темп от 128 до 145 ударов в минуту, наличие повторяющихся мелодий, фраз и музыкальных форм.

Вероятно, стиль произошел от слияния техно, хауса, и эмбиента. Транс получил такое название из-за повторяющегося, плавно изменяющегося баса и ритмичных мелодий, которые погружают слушателя в трансоподобное состояние. Так как большей частью транс исполняется в клубах, его можно считать формой клубной музыки. Однако, транс слишком разносторонний, разнообразный стиль музыки. Он может быть также не электронным, то есть исполненным исключительно настоящими, реальными инструментами, в реальном времени.

Мама находила для меня информацию в этих книгах.

 Введение в этническую психологию: - Санкт-Петербург, ЛКИ, 2010 г.- 160 с.

 История отечественной и мировой психологической мысли. Ценить прошлое, любить настоящее, верить в будущее: Редакторы, - Москва, Институт психологии РАН, 2010 г.- 784 с.

 Основы этнической психологии: - Москва, Речь, 2003 г.- 464 с.

 Популярная этнопсихология: -Кузничная - Москва, Харвест, 2004 г.- 384 с.