При вибрации какого-либо упругого тела, например, струны, в окружающем его пространстве возникают колебания, которые распространяются в пространстве, благодаря упругим свойствам среды. Эти колебания называются звуковыми волнами. Они распространяются от источника звука по всем направлениям (то есть, каждая отдельная волна представляет собой быстро расширяющуюся сферу повышенного или пониженного давления).
Если понимать слово «звук» как ощущение, то можно сказать что, звуковые волны улавливаются слуховым органом и вызывают в нем раздражение, которое передается по нервной системе в головной мозг, создавая ощущение звука. При этом некоторые диапазоны звука мы можем не слышать. Человек улавливает звук (слышит) только колебания с частотой от 16 Гц до 20 кГц (в иных источниках до 15кГц). Всё, что ниже 16Гц называют инфразвуком, а всё что выше 20кГц – ультразвуком.
В отдельном звуке человеческое восприятие выделяет четыре основных свойства – громкость, тембр, высота, и длительность.
Громкость звука определяется энергией колебательных движений, то есть амплитудой колебаний. Чем шире амплитуда колебаний, тем громче звук, и наоборот.
Высота звука определяется частотой колебаний вибрирующего тела. Чем чаще колебания, тем выше звук, и наоборот.
Тембр звука определяется формой звуковой волны и зависит от количества и силы призвуков.
Тембром называется качественная сторона звука, его окраска. Для определения особенностей тембра в музыкальной среде применяются слова из области ощущений, например, говорят: звук мягкий, резкий, густой, звенящий, певучий и т. п. Каждый инструмент или человеческий голос обладает характерным для него тембром, и даже один инструмент издавать звук различной окраски.
Различие тембров зависит от состава частичных тонов (натуральных призвуков или обертонов), которые присущи каждому источнику звука.
Длительность звука – это продолжительность колебаний источника звука. Если звучит струна, предоставленная собственной инерции, то длительность звучания пропорциональна амплитуде колебаний в начале звучания.
Инфразвук. Ультразвук. Резонанс и энергия.
Инфразвук.
Инфразвук представляет собой звуковые колебания с частотой ниже 25 Гц, которые уже не может воспринять человеческое ухо. Колебания в этом диапазоне вызываются, например, землетрясениями и распространяются в толще Земли. В воздухе инфразвуковые колебания распространяются при взрывах. Хотя ухо не воспринимает инфразвук, иногда можно ощутить волны давления, которые его сопровождают.
Ультразвук.
Ультразвук – это колебания с частотой выше 20 кГц – верхнего предела, доступного уху большинства людей. Ультразвук проходит через жидкие и твердые тела с меньшими потерями энергии, чем слышимый звук. Именно поэтому локационное оборудование работает в ультразвуковом диапазоне. Ультразвук также используется в медицине, поскольку, в отличие от рентгеновских лучей, его волны не оказывают вредного влияния на ткани. Специальное устройство, сканер, направляет волны на определенную часть тела, и они отражаются от исследуемого органа. Ультразвуковое эхо позволяет выявить трещины в сварных соединениях, в частности в трубопроводах.
Мощные ультразвуковые колебания дробят камни в почках на мелкие осколки, которые выносятся мочой. В ультразвуковых ваннах, наполненных водой, легко отмыть покрытое коркой грязи лабораторное оборудование.
Резонанс и энергия.
Если качели на детской площадке подталкивать, когда они будут в высшей точке, то амплитуда, с какой они раскачиваются, быстро возрастает. Увеличится и энергия колебаний. Тот же эффект можно обнаружить, попробовав петь в облицованной кафелем ванной. Энергия звуковых колебаний распространяется по помещению и почти целиком отражается от стен. Ноты определенной частоты будут звучать громче и дольше, чем другие. Это объясняется тем, что звучащие громко ноты совпадают по частоте с резонансной частотой воздуха в ванной комнате, т. е. тело, колеблющееся с определенной частотой, может вызывать колебания другого тела, которому свойственна эта частота.
В случае с качелями толкающий их человек становится возбуждающей силой системы. В примере с ванной возбуждающей силой является голос. В обоих случаях амплитуда и энергия колебаний быстро возрастают, когда частота возбуждающей силы совпадает с их собственной частотой. Резонанс может приносить вред (известны случаи обрушения мостов) и пользу (например, в радиотехнике).
Популярные вопросы