Характеристики звуку: гучність, висота та тембр

Звуки різняться на слух гучністю і висотою. Про звуки різної гучності кажуть, що один звук гучніший за інший не в стільки разів, а на стільки одиниць. Одиницею гучності звуку є один децибел – 1 дБ (1/10 частка бела). Цю одиницю названо на честь американського вченого Александера Грейама Белла винахідника телефону та слухового апарата для глухих.

  Так, гучність звуку шелесту листя або звук наручного годинника становить 10 дБ, шепоту – 20 дБ, звуку настінного годинника – 30 дБ, тиха розмова – 40 дБ, тиха вулиця – 50 дБ, звичайна розмова – 60 дБ, вуличного шуму – 70 дБ. Небезпечним для здоров’я людини є звук у 80 дБ.  Шум гучністю 130 дБ відчувається шкірою і викликає больові відчуття. У ковальському цеху гучність звуку становить 100 дБ, гучна музика – 110 дБ, сирена – 130 дБ, звук реактивний літака – 150 дБ. Смертельним рівнем для людини є 180 дБ, а шумова зброя має гучність 200 дБ.

Чому звуки є різними за гучністю? Це залежить від амплітуди (розмаху) коливань звукової хвилі. Якщо звук сильніший, то більшою буде й амплітуда коливань у звуковій хвилі. Однак слід мати на увазі, що гучність звуку залежить і від його частоти. Може виявитися, що звук більшої інтенсивності однієї частоти сприймається нами як менш гучний, ніж звук малої інтенсивності іншої частоти.

Найбільш «гучними» у світі тваринами є кити. Вони можуть створювати звуки, які чути в океанських водах на сотні кілометрів.

  Сприймаючи музикальні звуки, людина розрізняє їх за висотою. З'ясуємо, з чим пов'язана висота звуку. Якщо натягувати струну гітари або скрипки, висота звуку при цьому збільшуватиметься. Значить, висота звуку залежить від частоти коливання тіла. Більш високому звукові відповідає більша частота коливань.

  Коливання високої частоти сприймаються як звуки високого тону, звуки низької частоти – як звуки низького. Натягуючи струну гітари, ми збільшуємо частоту її вільних коливань, а отже, робимо звук більш високим. Діапазон звукових коливань, який відповідає зміні частоти коливань у два рази, називають октавою. Наприклад, тон «ля» першої октави відповідає частоті 440 Гц, тон «ля» другої октави – частоті 880 Гц.

    Голос людини – це коливання її голосових зв'язок. У дітей голосові зв'язки коливаються з більшою частотою, ніж у дорослих, тому дитячі голоси вищі. Є люди, які вміють вдало змінювати частоту коливань своїх голосових зв'язок. Так, актори це роблять з великим успіхом. Змінюючи частоту коливань своїх голосових зв'язок, вони розмовляють різними голосами.

  Звукові коливання на слух мають ще одну якість, крім гучності та висоти, а саме: специфічний відтінок, який називають тембром. За різним тембром ми легко розпізнаємо звук голосу різних людей, свист, звучання різних музичних інструментів тощо, хоч би ці звуки і мали однакову висоту і гучність. Наприклад, якщо на фортепіано, а потім на гітарі беруть ноту однакової гучності й однієї висоти (припустимо, «до» першої октави), то дістають звуки, які істотно відрізнятимуться. Ми ніколи не сплутаємо звук фортепіано і гітари. Відрізнити звук одного інструмента від іншого нам допомагає тембр звуку. За тембром ми можемо пізнавати голоси різних людей. З чим пов'язаний тембр звуку, з якою особливістю коливань?

Якщо за допомогою техніки порівняти звукові коливання, створювані роялем і гітарою, причому для тієї самої ноти, тобто для звуку однієї висоти, видно, що вони дуже відрізняються за своїм гармонічним складом. Обидві звуки складаються з однакових гармонічних коливань (тонів), але в кожному з них ці тони мають різні амплітуди і фази. Найнижчий тон у складному музикальному звукові називають основним, він має таку само частоту, як і складний звук. Решта простих тонів що мають удвічі, втричі, вчетверо і т. д. більші частоти називають вищими гармонічними тонами, або обертонами.

Якість звуку визначається наявністю обертонів – їх кількістю і відносними амплітудами. В різних музичних інструментах відносні амплітуди різних обертонів виявляються неоднаковими. Саме це надає звукові кожного інструмента характерної для нього якості, або тембру. Чим більше в звуковому коливанні обертонів тим багатший тембр звуку.