ЗВУК

Материал из Юнциклопедии
Перейти к: навигация, поиск

Мир наполнен самыми разнообразными звуками: тиканье часов и гул моторов, шелест листьев и завывание ветра, пение птиц и голоса людей. О том, как рождаются звуки и что они собой представляют, люди начали догадываться очень давно. Замечали, к примеру, что звук создают вибрирующие в воздухе тела. Еще древнегреческий философ и ученый-энциклопедист Аристотель, исходя из наблюдений, верно объяснял природу звука, полагая, что звучащее тело создает попеременное сжатие и разрежение воздуха. Так, колеблющаяся струна то уплотняет, то разрежает воздух, а благодаря упругости воздуха эти чередующиеся воздействия передаются дальше в пространство — от слоя к слою, возникают упругие волны. Достигая нашего уха, они воздействуют на барабанные перепонки и вызывают ощущение звука.

На слух человек воспринимает упругие волны, имеющие частоту в пределах примерно от 16 Гц до 20 кГц (1 Гц — 1 колебание в секунду). В соответствии с этим упругие волны в любой среде, частоты которых лежат в указанных пределах, называют звуковыми волнами или просто звуком. В воздухе при температуре 0° С и нормальном давлении звук распространяется со скоростью 330 м/с, в морской воде — около 1500 м/с, в некоторых металлах скорость звука достигает 7000 м/с. Упругие волны с частотой меньше 16 Гц называют инфразвуком, а волны, частота которых превышает 20 кГц, — ультразвуком.

Источником звука в газах и жидкостях могут быть не только вибрирующие тела. Например, свистят в полете пуля и стрела, завывает ветер. И рев турбореактивного самолета складывается не только из шума работающих агрегатов — вентилятора, компрессора, турбины, камеры сгорания и т. д., но также из шума реактивной струи, вихревых, турбулентных потоков воздуха, возникающих при обтекании самолета на больших скоростях (см. Турбулентность). Стремительно несущееся в воздухе или в воде тело как бы разрывает обтекающий его поток, периодически порождает в среде области разрежения и сжатия. В результате возникают звуковые волны.

Звук может распространяться в виде продольных и поперечных волн. В газообразной и жидкой среде возникают только продольные волны, когда колебательное движение частиц происходит лишь в том направлении, в каком распространяется волна. В твердых телах помимо продольных возникают также и поперечные волны, когда частицы среды колеблются в направлениях, перпендикулярных к направлению распространения волны. Так, ударяя по струне перпендикулярно ее направлению, мы заставляем бежать волну вдоль струны.

Звуковые волны несут с собой энергию, которую сообщает им источник звука. Величину кинетической энергии, протекающей за одну секунду черед один квадратный сантиметр поверхности, перпендикулярной направлению распространения волны, вычислил русский ученый Н. А. Умов. Эту величину назвали потоком энергии. Она выражает меру интенсивности, или, как говорят, силы звук а. Чтобы вызывать звуковое ощущение, волна должна обладать некоторой минимальной интенсивностью. Величину ее называют порогом слышимости. Для разных людей порог слышимости неодинаков: как правило, с возрастом он увеличивается. Кроме того, человеческое ухо неодинаково восприимчиво к звукам разной частоты. Наиболее чувствительно оно к частотам от 1000 до 4000 Гц. При очень большой интенсивности волны перестают восприниматься как звук, вызывая в ушах ощущение давящей боли. Величину интенсивности звуковых волн, при которой это происходит, называют порогом болевого ощущения.

Слушая радио или магнитофон, интенсивность звука мы обычно оцениваем по громкости. Но количественно это не одно и то же. Субъективно оцениваемая громкость возрастает гораздо медленнее действительной интенсивности звука. При росте интенсивности в геометрической прогрессии громкость возрастает приблизительно в арифметической прогрессии. Поэтому уровень громкости звука определяют как логарифм отношения интенсивности данного звука к интенсивности принятой за единичную, исходную. Громкость зву-к а измеряют в белах или в единицах, на порядок меньших, — децибелах. Энергия, которую переносят обычно звуковые волны, очень мала. Подсчитано, например, что если бы стакан с водой полностью поглощал всю падающую на него энергию звуковой волны с уровнем громкости в 70 децибел (уровень громкой речи) и был бы полностью теплоизолирован от окружающей среды (что, конечно, не совместимо с его облучением звуковыми волнами), то для того, чтобы нагреть воду от комнатной температуры до кипения, потребуется время порядка тридцати тысяч лет.

Важны в учении о звуке также понятия тона и тембра звука. Всякий реальный звук, будь то голос человека или игра музыкального инструмента, — это не простое гармоническое колебание, а своеобразная смесь многих гармонических колебаний с определенным набором частот. То из них, которое имеет наиболее низкую частоту, называют основным тоном, другие — обертонами. Разное количество обертонов, присущих тому или иному звуку, придает ему особую окраску — тембр. Отличие одного тембра от другого обусловлено не только числом, но и интенсивностью обертонов, сопровождающих звучание основного тона. По тембру мы легко отличаем звуки скрипки и рояля, гитары и флейты, узнаем голоса знакомых людей.