Частота, амплитуда и фаза звуковой волны

Частота, амплитуда и фаза звуковой волны

Количество колебаний воздуха в секунду называется частотой звука. Волны с разной частотой воспринимаются нами как звук разной высоты: волны с малой частотой воспринимаются как низкие, а волны с большой частотой – как высокие. Частота измеряется в герцах (Гц): 1 Гц = 1 колебание в секунду; или килогерцах (кГц): 1кГц = 1000 Гц. Наше ухо слышит звуки различной частоты – от 20 (нижняя граница слуха) до 20 тысяч Гц (верхняя граница). Именно этот диапазон волн называется звуковым диапазоном. Инфразвуки и ультразвуки человек не слышит. Однако человек к инфразвукам достаточно восприимчив. Частота в 6 Гц может вызвать у нас ощущение усталости, тоски, морскую болезнь. Инфразвук в 7 Гц особо опасен: смерть наступает от внезапной остановки сердца. Определенные низкочастотные звуки, действуя на слуховые анализаторы мозга, даже могут «убеждать» человека бросить курить, спокойно спать, соблюдать диету, быстро читать, усваивать иностранные языки, преодолевать стрессы и испытывать нежные чувства.

А вот звуки в ультразвуковых диапазонах человек не различает. Хотя собакам доступны частоты до 60 кГц, а кошкам – и того больше. Но в нашем голосе есть звуки частотой до 130–140 кГц. Зачем? Скорее всего, ультразвук, как и инфразвук, придает голосу эмоциональную окраску. Иными словами, если мы не распознаем многие звуки, которыми обмениваются животные, из этого еще не следует, что они не действуют на нас и через них мы не связаны с природой. Они проникают в наше подсознание и вызывают необъяснимым образом различные эмоции.

Некоторые исследования показывают, что ухо способно регистрировать звук с частотами и выше 20 кГц, но в слуховой системе стоит «блокировка», и такие звуки в чистом виде не воспринимаются. То есть мозг способен обрабатывать неслышимые ультразвуковые составляющие, если они являются гармониками высокого порядка слышимых звуков. Для ученых пока не ясно, потерял ли человек способность слышать чистый ультразвук вследствие урбанизации или эта способность остается неразвитой в силу ненадобности. Интересно, что способность слышать ультразвук спасла от уничтожения некоторые племена во время страшного цунами в 2004 г. в Юго-восточной Азии. Они услышали звук и покинули берег за несколько часов до катастрофы.

Частота волны обратно пропорциональна длине волны – отрезку на оси распространения волны, в котором умещается полный цикл изменения плотности воздуха. Чем больше частота звука, тем меньше длина волны и наоборот.

Амплитудой звуковой волны называется разница между самым высоким и самым низким значением плотности. Наши уши устроены таким образом, что когда мы слышим два звука, частоты которых относятся как 2: 1, то нам кажется, что эти звуки близки друг к другу и при одновременном воспроизведении они для нас как бы сливаются. Именно на этом эффекте основана музыкальная шкала высоты звуков, у которой одна и та же нота повторяется в каждой октаве. То есть в натуральном звукоряде частоты одинаковых нот соседних октав соотносятся между собой как 2: 1.