Trăim într-o lume de sunete.
Oriunde suntem, indiferent de ceea ce facem, suntem însoțiți pretutindeni printr-o varietate de sunete. Fiecare dintre mișcările noastre provoacă un sunet - rușine, rușine, scârțâie, ciocnire. Adevărat, ne obișnuim cu sunete obișnuite și de multe ori nu le observăm. Deci, uneori, o persoană nu aude cum un ceas se bate unul lângă celălalt, și când tramvaiul se mișcă "urechile unei mașini", chiar și dor de urechi. Nu ne concentrăm doar pe aceste sunete familiare și se întâmplă adesea că numai o tăcere bruscă ne atrage atenția asupra sunetelor care au scăpat anterior în auz.
Pentru percepția sunetelor, o persoană are cel mai bun aparat - urechea. Urechea poate percepe o varietate de sunete. Se poate distinge de multele sunete care sună simultan doar pe cele care ne interesează. Foarte des suntem ghidați în acțiunile noastre prin senzații auditive. Prin sunete, oamenii adesea recunosc diverse obiecte și determină unde sunt. Audierea vă ajută să găsiți o cale într-o noapte întunecată sau într-o ceață groasă. Conducătorul zgomotului motorului își apreciază funcționalitatea. Lucrătorul controlează utilajul cu urechea. Oricare dintre noi prin sunet va determina când boilerul începe să fiarbă apă. Prin voce, nu poți cunoaște numai o persoană cunoscută, dar deseori îi stabilești starea de spirit, și de fapt, urechea ar trebui să fie sensibilă la cele mai mici nuanțe ale sunetelor. Și ce serviciu neprețuit este oferit unui căutător! Intrând în zona locului inamicului, el poate uneori să adune o mulțime de informații valoroase doar dintr-un singur sunet. Dar pentru un detectiv neatent, sunetul poate juca un rol inselator. Crăparea unui pământ uscat, baterea unei puști de asalt pe o piatră sau un pământ dur și alte sunete generate aleatoriu pot detecta locația secretului.
După o antrenament solidă, puteți învăța să distingeți între avioanele inamice și tancurile și, în unele cazuri, chiar să determinați tipul și cantitatea lor aproximativă.
Audierea joacă un rol imens în viața animalelor. El ajută animalele și păsările să-și urmărească prada, avertizează-le asupra pericolului iminent.
Cum apare și se răspândește sunetul? Cum este urechea noastră aranjată și ce sunete poate auzi? Puteți explica de ce vântul suflă firele și face un zgomot în pădure? Este întotdeauna mai bine să auziți sunetul în vânt decât în vânt?
Aceste și multe alte întrebări cititorul va găsi răspunsuri în cartea noastră.
I. Nașterea sunetului
1. Mișcarea unui tip special
Nu puteți înțelege fenomenele de sunet fără a avea o idee clară asupra sunetului. Mai întâi de toate, să vedem cum apare și se răspândește.
Trageți înapoi, apoi eliberați șirul unei balalaika sau chitară. Șirul se va schimba și veți auzi un sunet. Veți simți vibrațiile șirului dacă îl atingeți cu degetul. Țineți degetul pe șir - vibrațiile șirului vor înceta, iar cu ele sunetul va dispărea. Clopotul se va opri, de asemenea, dacă este atins. Înseamnă că numai corpurile vibratoare produc sunet.
Dar care este oscilația?
Uită-te la modul în care pendulul se mișcă pe ceasul de perete. El întotdeauna se leagă spre dreapta și spre stânga (Figura 1). După ce a ajuns la extrema, de exemplu, poziția corectă, pendulul se oprește pentru un moment și apoi merge spre stânga. Viteza sa crește până când ajunge în poziția de mijloc. Apoi, mișcarea pendulului începe să încetinească, iar în poziția extremă stângă se oprește din nou. În momentul în care pendulul începe să se miște din nou - acum spre dreapta. Jumătate din leagănul pendulului sau distanța de la poziția sa medie la unul dintre cele extreme, se numește amplitudinea oscilației.
Ca un ceas de pendul, orice încărcătură suspendată poate face aceeași mișcare. Cu o astfel de mișcare, adesea ne întâlnim în natură și o numim mișcare oscilantă.
Dacă aerul nu a rezistat pendulului și nu a existat nici o fricțiune în locul suspensiei sale, atunci ar fi suficient să se împingă o dată un astfel de pendul și el va ezita pentru totdeauna. Dar în natură nu se întâmplă. Fricțiunea încetinește viteza pendulului, distanța dintre pozițiile sale extreme scade treptat și mai devreme sau mai târziu pendulul se oprește.
Faceți un astfel de experiment. Strângeți un capăt al riglei de oțel în viciu, iar cealaltă, îndoiți-vă lateral și eliberați-l. Ruleta va începe să oscileze (Figura 2). Acest lucru produce un sunet asemănător cu un sunet bâzâit. De ce pendulul oscilează în tăcere și oscilațiile conducătorului sunt însoțite de un buzzing? Se pare că există o diferență semnificativă între aceste fluctuații. Rulerul într-o secundă face mult mai multe fluctuații decât un pendul. Numărul de oscilații pe secundă se numește frecvența. Astfel, frecvența de oscilație a riglei este mai mare decât frecvența de oscilație a pendulului. Am auzit un sunet atunci când rigla oscilează, deoarece oscilează la o frecvență mai mare.
Fig. 2 Domnitorul, stors într-un viciu, ezită, dă naștere unui sunet
Există o mulțime de exemple atunci când corpurile solide, ezită, sună.
Și pot suna lichide și gaze?
Da, pot. Pentru a face acest lucru, trebuie să le facem să ezite. Sunetele de fluiere, sirene, fluiere și instrumente muzicale nu sunt altceva decât rezultatul mișcării vibraționale a gazelor sau a vaporilor. Când auzi bătaia picăturilor de ploaie pe piscina, sunetul apei care curge în jos un jgheab, sau valuri stropire, acest lucru este - sunetele cauzate de fluctuante lichid.
Este firesc să întrebăm: ce fluctuează atunci când o persoană vorbește sau cântă? Se pare că vocea provine din vibrația a două membrane elastice musculare - corzile vocale. Acestea se află în partea superioară a gâtului respirator - în laringe (figura 3).
Fig. 3. Schema dispozitivului dispozitivului vocal
Când respirăm, corzile vocale sunt întinse astfel încât să formeze o deschizătură triunghiulară, iar aerul trece liber prin el în plămâni și din plămâni. Când facem un sunet, mușchii speciali trag împreună corzile vocale elastice, iar decalajul devine îngust. Mișcarea aerului este acum dificilă, iar când respirația membranelor începe să oscileze. Aici și acolo există un sunet. Toate varietățile de sunete ale discursului nostru sunt create mai departe - pe calea de la laringel prin gură și nas.
Deci, sunetul se naște prin mișcarea vibrațională a corpurilor. Cu toate acestea, nu toate vibrațiile sunt însoțite de sunet. Organismul produce un sunet perceput de ureche, numai dacă fluctuează nu mai puțin de 16 și nu mai mult de 20.000 de ori într-o secundă. Cu toate acestea, ar fi greșit să credem că un organism care oscilează cu o frecvență, să zicem, de 10 sau 30.000 de ori pe secundă, nu sună. Un pendul oscilant lent, de asemenea, sună ca sunetul corpurilor și cu o sută de mii de vibrații pe secundă. Numai noi nu auzim aceste sunete. Sunetele cu o frecvență mai mică de 16 se numesc infrasunete și cu o frecvență de peste 20 000 de ecografe. În această carte vom vorbi în principal despre sunetele audibile.
Care este diferența dintre sunetele care au frecvențe diferite? Faceți o experiență simplă. Luați un ferăstrău obișnuit și o placă subțire. Glisați încet pe dinții ferăstrăului (figura 4); veți auzi bătăi individuale - loviturile bordului împotriva dinților. Petreceti putin mai repede si veti auzi un sunet slab si gros. Cu cât este mai rapid să conduci un panou pe cavități, cu atât vor fi mai mari sunetele. Amintiți-vă cum pânza de ferăstrău electric străpunge atunci când taie un jurnal. Toate acestea ne convinge că, cu cât frecvența este mai mare, adică cu cât mai multe vibrații pe secundă produce corpul, cu atât este mai mare sunetul pe care îl produce.
Fig. 4. Experiență în obținerea sunetului cu ajutorul unui ferăstrău și a plăcii
Este interesant de observat că, atunci când apare un sunet cu o anumită înălțime, este complet indiferent la care corpul oscilează și care provoacă oscilațiile. Orice organism care oscilează, de exemplu, de 500 de ori pe secundă, va da întotdeauna un sunet de aceeași înălțime, indiferent dacă este vorba de șir de chitară, clopot sau fluier. Și viceversa, dacă auzim sunetul unei anumite înălțimi, atunci putem spune cu încredere: corpul sonor oscilează de 500 de ori pe secundă. Astfel, frecvența de vibrație a corpului poate fi determinată de la înălțimea sunetului.
Acest tipar ne ajută adesea în viață. De exemplu, prin turnarea lichidului în vasele întunecate, determinăm înălțimea sunetului când este umplut.
Când mașina se deplasează pe un drum de nivel, zgomotul motorului de rulare are o înălțime; În cazul în care există o creștere, motorul reduce numărul de rotații, mașina încetinește, iar zgomotul devine diferit, mai mic. Ascultând aceste sunete, șoferul comută în mod regulat regulatorul de viteză. Motorul crește din nou viteza, iar înălțimea zgomotului se apropie de cea anterioară.
Înălțimea sunetului poate fi determinată cu ușurință dacă merge un rezervor greu cu motor diesel sau un rezervor de lumină echipat cu un motor pe benzină. Sunetul celor din urmă, de regulă, este mai mare.
Cum sună sunetul care ajunge la ureche undeva?
3. Undele sonore
Aruncă o piatră în apă. Pe suprafața sa circulă imediat valuri circulare, care merg mai departe și mai departe de locul unde piatra cade. La prima vedere se pare că, împreună cu valul, particule separate de apă, de asemenea, pleacă. Dar dacă arunci un cip de lumină pe suprafața apei, puteți vedea că brăzdarul doar leagă în sus și în jos; repetă exact mișcarea particulelor de apă din jur. Când valul lovește, țesătura se ridică în sus - pe creastă; Valul a trecut - iar praful se întoarce din nou în locul său original. Nu se mișcă în direcția mișcării valului, nu urmărește valul. Prin urmare, particulele de apă care formează valul nu merg cu ea, ci fluctuează doar în sus și în jos.
În Fig. 5 arată cum particulele, unul după altul, intră în mișcare oscilantă, formând un val.
Propagarea sunetului poate fi comparată cu propagarea valurilor peste apă. În loc de o piatră aruncată în apă, există un corp oscilant și în loc de o suprafață de apă - aer.
Fig. 5. Reprezentarea schematică a undelor de apă. Săgețile indică direcția de mișcare a particulelor individuale de apă
Lăsați sursa de sunet să fie o furculiță de tuning. Aceasta este o bară mică din oțel curbată, cu un picior pe cot (Figura 6). Furca de tuning este adesea folosită la reglarea instrumentelor muzicale. O lovitură ușoară a furcii de tuning poate face să sune. În prima clipă după impact, ramura furcii de tuning deviază, spre exemplu, spre dreapta; în timp ce împinge în partea dreaptă și adiacente particulele de aer. Apoi, într-un spațiu mic, lângă furca de tuning, aerul va fi condensat. Dar, în această stare, particulele de aer nu pot rămâne. Încercând să se disperseze, își vor presa vecinii la dreapta, iar îngroșarea se va transfera foarte rapid dintr-un strat de aer în altul. Dar ramura furcii de tuning nu va fi lăsată singură. În următorul moment, se va deplasa deja spre stânga și se vor împinge particulele de aer din partea stângă. Și în dreapta, aerul va fi acum rar. Această scurgere, la fel ca și condensarea, va fi raportată repede la toate straturile de aer.
Următorul leagăn va repeta același model. Astfel, fiecare ramură de oscilație va furculiță în aer o concentrare și o adâncitură. Alternanța de îngroșare și de subțiere, și există un val de sunet. Ceea ce face oscilațiile diapazon, ca multe condensările separate - „crestele“ și rarefierea - „depresiunile“ îl trimite la aer. Atunci când acest val ajunge la ureche, iar noi o percepem ca un sunet.
Cu toate acestea, între valurile de apă și sunet există o diferență semnificativă. valuri de apa propaga circumferential și numai la suprafață. Undele sonore sunt, de asemenea, umplut tot spațiul din jurul corpului de sondare. Mai mult decât atât, într-o apă oscilații val sunt particule individuale în sus și în jos peste direcția undei și undei sonore din particulele oscilează înainte și înapoi de-a lungul val. Deci, valurile de pe suprafața apei sunt numite transversal, și audio - longitudinale.
Dar indiferent de unde valul, particulele materiei care participă la mișcarea oscilantă nu se mișcă niciodată cu valul. Și valul în sine este doar transferul mișcării de la o particulă vibrantă la alta.
Pentru a înțelege acest lucru, oasele de domino vor ajuta chiar mai bine. Puneți-le pe rând într-un rând, nu departe unul de celălalt, și împingeți primul os (Figura 7). În cădere, ea va duce al doilea os, al doilea - al treilea, și așa mai departe. Într-un timp scurt, toate oasele vor minți. Fiecare dintre ei a rămas în locul său și numai mișcarea a fost transmisă în întreaga serie.
Fig. 7. Oasele căzute ale domino-urilor seamănă cu propagarea unui val sonor
De asemenea, gura persoanei care vorbește particulele de aer vibratoare nu zboară în urechile ascultătorului, iar mișcarea este transmisă numai particulele care formează condens și rarefierea separat.
Fotografiile de artilerie pe care le auzim la distanțe de mai mulți kilometri și datorită mișcărilor vibraționale ale particulelor individuale de aer.
transmiterea sunetului pe o distanță necesită cheltuielile unui anumit lucru. La urma urmelor, căci era un val de sunet, este necesar să se agită particulele de aer. Cu toate acestea, domeniul de aplicare al oscilațiilor particulelor în unda acustică este neglijabilă. Presiunea care este generat în locuri îngroșarea val nu depășește, chiar și în cel mai puternic sunet 0, 5 grame pe centimetru pătrat, și într-o presiune acustică slabă este mult mai mică decât presiunea exercitată de țânțar, cap uman zbârcite! Prin urmare, este clar că lucrarea cheltuit în crearea unui val de sunet este foarte mic. Dacă un milion de oameni în același timp, a vorbit timp de o jumătate de oră, întreaga energie a undelor sonore produse de un milion de voturi, ar fi suficient doar pentru a fierbe o cana de apa!
Cititorul poate întreba: de ce, atunci, trebuie să petreceți o grămadă de muncă pentru a obține sunet? Încercați să aruncați o privire în fluier - veți vedea că ocupația nu este atât de ușoară. În sirene și hoiters, aerul comprimat sau aburul cu o presiune de câteva ori mai mare decât presiunea atmosferică este adesea folosită. Și, în ciuda unei astfel de cheltuieli mari de energie, sunetul rezultat se răspândește pe o distanță relativ mică.
Se pare că, în toate sursele de sunet, doar o mică parte din munca petrecută merge în energia sunetului.
Dacă întreaga energie a coarnei și a sirenelor ar fi fost cheltuite doar pentru a face sunete, acestea ar fi auzite de sute de kilometri! Cele mai multe instrumente muzicale transformă în energie sonoră nu mai mult de o mie de energie consumată în timpul jocului. O persoană la conversație sau cântărire se transformă în energie sonoră doar o sută parte din lucrarea făcută. Restul de 99 de părți dispar, trecând mai ales la energia termică.