Wysokość i głośność dźwięku

około 12 minut
W tej lekcji1/9

Naciągnij mocniej strunę gitary — dźwięk będzie wyższy. Szarpnij ją mocniej — dźwięk będzie głośniejszy. To dwie zupełnie różne rzeczy i dziś nauczysz się ich nie mylić.

Wysokość dźwięku = częstotliwość

Struna drga. Częstotliwość mówi, ile pełnych drgań wykonuje w ciągu 1 sekundy. Jednostką jest herc (Hz): 1 Hz = jedno drganie na sekundę.

dźwięk wysoki — fale krótsze
Ten sam odcinek: u góry dźwięk niski — dwa długie drgania; u dołu dźwięk wysoki — pięć krótkich drgań

Głośność = amplituda

Amplituda to największe wychylenie drgającej struny od położenia równowagi. Im mocniej szarpniesz strunę, tym dalej się wychyla — i tym więcej energii niesie fala.

amplitudadługość fali λ
Ten sam dźwięk zagrany głośniej: drgań jest tyle samo co w górnej fali z poprzedniego rysunku (dwa), ale grzbiety są dwa razy wyższe — rośnie sama amplituda

Zadanie: która z dwóch strun brzmi wyżej?

  1. 1

    Pierwsza struna wykonuje jedno pełne drganie w 0,004 s, druga w 0,002 s. Czas jednego drgania to okres T.

    T1=0,004 s,T2=0,002 sT_1 = 0{,}004\text{ s}, \quad T_2 = 0{,}002\text{ s}
  2. 2

    O wysokości decyduje częstotliwość, więc z okresu przechodzimy na liczbę drgań w sekundzie. Okres podstawiamy w sekundach, a wynik wychodzi w hercach.

    f=1Tf = \frac{1}{T}
  3. 3

    Liczymy obie częstotliwości.

    f1=10,004 s=250 Hz,f2=10,002 s=500 Hzf_1 = \frac{1}{0{,}004\text{ s}} = 250\text{ Hz}, \quad f_2 = \frac{1}{0{,}002\text{ s}} = 500\text{ Hz}
  4. 4

    Druga struna drga dwa razy częściej, więc to ona daje dźwięk wyższy. O głośności ten rachunek nie mówi nic — do tego potrzebna byłaby amplituda.

    f2=500 Hz>f1=250 Hzf_2 = 500\text{ Hz} > f_1 = 250\text{ Hz}
Wszystkie kroki za Tobą!

Wszystkie 4 kroków odsłonięte.

Twoja kolej

Śpiewaczka bierze wyższy dźwięk, ale śpiewa równie cicho jak przed chwilą. Co zmieniło się w fali jej głosu?

Pułapka! Wysoki dźwięk to nie to samo co głośny

To najczęstszy błąd w całym dziale. W potocznym języku mówimy „podgłośnij” i „weź wyżej” prawie zamiennie — w fizyce to dwie niezależne cechy dźwięku:

Co słyszy człowiek, a czego nie

  1. 1

    Ludzkie ucho odbiera drgania tylko w pewnym zakresie częstotliwości. To zakres słyszalny — jego granice są umowne i u każdego człowieka wypadają trochę inaczej.

    20 Hzf20000 Hz20\text{ Hz} \le f \le 20\,000\text{ Hz}
  2. 2

    Poniżej 20 Hz są infradźwięki. Nie słyszymy ich, choć potrafią być bardzo głośne — wytwarzają je na przykład trzęsienia ziemi.

    f<20 Hzf < 20\text{ Hz}
  3. 3

    Powyżej 20 000 Hz są ultradźwięki — używa ich nietoperz i aparat USG. Jednym i drugim zajmiemy się w całej następnej lekcji.

    f>20000 Hzf > 20\,000\text{ Hz}
  4. 4

    Uwaga: infradźwięk o dużej amplitudzie i tak pozostaje niesłyszalny. Głośność nie przesuwa granic słyszenia — decyduje częstotliwość.

    f=12 Hznie slyszymyf = 12\text{ Hz} \Rightarrow \text{nie slyszymy}
Wszystkie kroki za Tobą!

Wszystkie 4 kroków odsłonięte.

Twoja kolej

Gitarzysta szarpie tę samą strunę dwa razy mocniej niż przed chwilą. Jak zmieni się jej dźwięk?

Ściąga do zapamiętania

Od czego zależy wysokość, a od czego głośność dźwięku?

Wysokość zależy od CZĘSTOTLIWOŚCI f (w hercach): większa częstotliwość = wyższy dźwięk. Głośność zależy od AMPLITUDY drgań (mierzymy ją w decybelach): większa amplituda = głośniejszy dźwięk. To cechy niezależne — bywa dźwięk cichy i wysoki oraz głośny i niski. Okres i częstotliwość wiąże wzór f = 1/T (T w sekundach, f w hercach). Człowiek słyszy od 20 Hz do 20 000 Hz — to granice umowne, u każdego trochę inne; niżej są infradźwięki, wyżej ultradźwięki.

Sprawdź się!

Odpowiedziano na 0 z 5 pytań

Skróty klawiszowe quizu: klawisze od 1 do 4 wybierają odpowiedź, Enter sprawdza, a po sprawdzeniu przechodzi do następnego pytania. Każdy przycisk możesz też wybrać Tabem i Spacją.

1

Rysunek pokazuje dwie fale dźwiękowe zarejestrowane na tym samym odcinku. Która z nich to dźwięk WYŻSZY?

dolna fala
Dwie fale dźwiękowe na tym samym odcinku: górna i dolna
2

Dwie struny drgają z tą samą częstotliwością 300 Hz, ale pierwsza ma dwa razy większą amplitudę. Czym różnią się ich dźwięki?

3

Wzmacniacz sprawia, że ten sam akord na gitarze brzmi o 30 dB głośniej. Co zmieniło się w fali dźwiękowej?

4

Komar piszczy cicho dźwiękiem o częstotliwości 600 Hz, a silnik ciężarówki huczy głośno dźwiękiem o częstotliwości 80 Hz. Który dźwięk jest WYŻSZY?

5

Bardzo głośna fala o częstotliwości 12 Hz to:

Następny temat
Ultradźwięki i infradźwięki