Джерела звуку. звукові коливання

Людина живе в світі звуків. Звук для людини є джерелом інформації. Він застерігає людей про небезпеку. Звук у вигляді музики, співу птахів приносить нам задоволення. Нам приємно слухати людину з приємним голосом. Звуки важливі не тільки для людини, але і для тварин, яким хороше уловлювання звуку допомагає вижити.

Звук - це механічні пружні хвилі, що поширюються в газах, рідинах, твердих тілах, які невидимі, але сприймаються людським вухом (хвиля впливає на барабанну перетинку вуха). Звукова хвиля є поздовжньої хвилею стиснення і розрідження.

Причина звуку - вібрація (коливання) тел, хоча ці коливання часто непомітні для нашого ока.

КАМЕРТОН - це U-образна металева пластина, кінці якої можуть коливатися після удару по ній. Друкований камертоном звук дуже слабкий і його чутно лише на невеликій відстані. Резонатор - дерев'яний ящик, на якому можна закріпити камертон, служить для посилення звуку. Випромінювання звуку при цьому відбувається не тільки з камертона, але і з поверхні резонатора. Однак тривалість звучання камертона на резонаторі буде менше, ніж без нього.

Якщо створити вакуум, то чи будемо ми розрізняти звуки? Роберт Бойль в 1660 році помістив годинник в скляну посудину. Відкачавши повітря, він не почув звуку. Досвід доводить, що для поширення звуку необхідне середовище.

Звук може також поширяться в рідкій і твердій середовищі. Під водою добре чути удари каменів. Покладемо годинник на один кінець дерев'яної дошки. Приклавши вухо до іншого кінця, можна ясно почути цокання годинника.

Джерело звуку - це обов'язково коливаються тіла. Наприклад, струна на гітарі в звичайному стані не звучить, але варто нам змусити її робити коливальні рухи, як виникає звукова хвиля.

Однак досвід показує, що не всяке тіло, що коливається є джерелом звуку. Наприклад, не видає звук грузик, підвішений на нитці. Джерела звуку - фізичні тіла, які коливаються, тобто тремтять або вібрують з частотою від 16 до 20000 разів в секунду. Такі хвилі називаються звуковими. Вібруючий тіло може бути твердим, наприклад, струна або земна кора, газоподібним, наприклад, струмінь повітря в духових музичних інструментах або рідким, наприклад, хвилі на воді.

Коливання з частотою менше 16 Гц називається інфразвуком. Коливання з частотою більше 20000 Гц називаються ультразвуком.

Звукова хвиля (звукові коливання) - це що передаються в просторі механічні коливання молекул речовини (наприклад, повітря). Давайте уявимо собі, яким чином відбувається поширення звукових хвиль в просторі. В результаті якихось збурень (наприклад, в результаті коливань дифузора гучномовця або гітарної струни), що викликають рух і коливання повітря в певній точці простору, виникає перепад тиску в цьому місці, так як повітря в процесі руху стискається, в результаті чого виникає надлишковий тиск , що штовхає навколишні шари повітря. Ці шари стискаються, що в свою чергу знову створює надлишковий тиск, що впливає на сусідні шари повітря. Так, як би по ланцюжку, відбувається передача початкового обурення в просторі з однієї точки в іншу. Цей процес описує механізм поширення в просторі звукової хвилі. Тіло, що створює обурення (коливання) повітря, називають джерелом звуку.

Звичне для всіх нас поняття «звук» означає всього лише сприймається слуховим апаратом людини набір звукових коливань. Про те, які коливання людина сприймає, а які ні, ми поговоримо пізніше.

Характеристики звуку.

Звукові коливання, а також взагалі всі коливання, як відомо з фізики, характеризуються амплітудою (інтенсивністю), частотою і фазою.

Звукова хвиля може проходити найрізноманітніші відстані. Гарматна стрілянина чути на 10-15 км, іржання коней і гавкіт собак - на 2-3 км, а шепіт всього на кілька метрів. Ці звуки передаються по повітрю. Але провідником звуку може бути не тільки повітря.

Приклавши вухо до рейок, можна почути шум поїзда, що наближається значно раніше і на більшій відстані. Значить метал проводить звук швидше і краще, ніж повітря. Вода теж добре проводить звук. Пірнувши у воду, можна чітко чути, як стукають один об одного каміння, як шумить під час прибою галька.

Властивість води - добре проводити звук - широко використовується для розвідки в море під час війни, а також для вимірювання морських глибин.

Необхідна умова поширення звукових хвиль - наявність матеріального середовища. У вакуумі звукові хвилі не поширюються, так як там немає частинок, що передають взаємодію від джерела коливань.

Тому на Місяці через відсутність атмосфери панує повна тиша. Навіть падіння метеорита на її поверхню не чути спостерігачеві.

Відносно звукових хвиль дуже важливо згадати таку характеристику, як швидкість поширення.

У кожному середовищі звук поширюється з різною швидкістю.

Швидкість звуку в повітрі - приблизно 340 м / с.

Швидкість звуку в воді - 1500 м / с.

Швидкість звуку в металах, в стали - 5000 м / с.

У теплому повітрі швидкість звуку більше, ніж в холодному, що призводить до зміни напрямку поширення звуку.

Висота, тембр і гучність звуку

Звуки бувають різними. Для характеристики звуку вводять спеціальні величини: гучність, висота і тембр звуку.

Гучність звуку залежить від амплітуди коливань: чим більше амплітуда коливань, тим голосніше звук. Крім того, сприйняття гучності звуку нашим вухом залежить від частоти коливань в звукової хвилі. Більш високочастотні хвилі сприймаються як більш гучні.

За одиницю гучності звуку прийнятий 1 Бел (на честь Олександра Грехема Белла, винахідника телефону). Гучність звуку дорівнює 1 Б, якщо його потужність в 10 разів більше порога чутності.

На практиці гучність вимірюють в децибелах (дБ).

1 дБ = 0,1Б. 10 дБ - шепіт; 20-30 дБ - норма шуму в житлових приміщеннях;

50 дБ - розмова середньої гучності;

70 дБ - шум друкарської машинки;

80 дБ - шум працюючого двигуна вантажного автомобіля;

120 дБ - шум працюючого трактора на відстані 1 м

130 дБ - поріг больового відчуття.

Звук гучністю понад 180 дБ може навіть викликати розрив барабанної перетинки.

Частота зв уковой хвилі визначає висоту тону. Чим більше частота коливань джерела звуку, тим вище видається їм звук. Людські голоси по висоті ділять на кілька діапазонів.

Звуки від різні х джерел являє собою сукупність гармонійних коливань різних частот. Складова наиболь шего періоду (найменшою частоти) називається основним тоном. Решта складових звуку - обертонами. Набір цих складових створює забарвлення ку, тембр звуку. Сукупність обертонів в голосах різних людей хоч трохи, але відрізняється, це і визначає тембр конкретно го голосу.

Згідно з легендою, Піфаго р всі музичні звуки розташував в ряд, розбивши цей ряд на частини - октави, - а

октаву - на 12 частин (7 основних то новий і 5 півтонів). Всього налічується 10 октав, зазвичай при виконанні музичних творів використовуються 7-8 октав. Звуки частотою більше 3000 Гц в якості музичних тонів не використовуються, вони занадто різкі і пронизливі.