|
Пожалуй, одна из самых хрупких и сложных систем в организме человека – слуховая. Около 20 процентов людей воспринимают информацию на слух гораздо лучше, чем при визуальном ее поступлении. Радио, аудиоплеер, телефон, лекция, беседа, будильник – эти понятия без слова «звук» стали бы пустым звуком или изменились бы до неузнаваемости.
Люди, лишенные способности воспринимать звук, признаются обществом инвалидами.
В чем же суть явления, служащего объектом восприятия одним из чувств человека – слухом? Поначалу жестко определим: звук – это колебания среды. Из этого, как минимум, следует: нет среды – нет звука. Космонавты в открытом космосе, лишенные радиосвязи, находясь в нескольких сантиметрах друг от друга, могут сколько угодно кричать что-то друг другу, видя лишь движенье губ в кромешной тишине. И лишь соприкасаясь смотровыми стеклами скафандров, теоретически они смогут услышать друг друга.
Говоря о звуке просто, можно представить его в виде уплотнения среды, перемещающегося прямолинейно в направлении прочь от источника колебаний. Второе сравнение – морская волна. Подобно звуку, волну можно рассмотреть как некоторое «уплотнение» среды, перемещающееся в пространстве с определенной скоростью. Так же, как и звук, морская волна теряет свою «уплотненность» с расстоянием, постепенно угасая. Угасание звука намного интенсивнее, чем у морской волны. Оно обратно пропорционально квадрату расстояния от источника звука.
Скорость распространения звука в газах зависит от природы газа, плотности среды, температуры и статического атмосферного давления. Для жидких и газообразных сред – в основном от природы среды. Так, в воздухе эта величина составляет от 330 до 345 м/с при изменении температуры от 0 до 20 градусов по Цельсию, в воде – около 1 500 м/с, в стали – 6 000 м/с. Рекордсменом по скорости распространения звука является металлический бериллий – 12 500 м/с.
Сравним все эти скорости со скоростью света и заметим, что они ничтожно малы. В вакууме скорость света составляет около 300 000 000 м/с. Становится понятным, отчего взрыв, произошедший вдалеке от нас, слышен не сразу. Приблизительно каждые 330 метров от нас до источника звука добавляют 1 секунду к разнице между картинкой визуальной и звуковой. То же относится и к вспышке молнии. Засекая время от момента вспышки до первых звуков раската, вы с легкостью определите, на каком расстоянии от вас она произошла. Просто разделите количество секунд на три – и получите расстояние до ближайшей к вам точки вспышки в километрах.
Рассмотрим механизм возникновения звуковых волн и их распространения в пространстве. Представьте себе динамик с колеблющейся мембраной. Наверняка, каждый из вас видел дрожание этой мембраны. Каждое движение мембраны по направлению к нам создает уплотнение воздуха, последующее движение мембраны от нас создает разрежение в воздухе. Частота такого «дрожания» определяет частоту (высоту) звука, а амплитуда дрожания мембраны, т.е., расстояние, на которое она смещается – громкость звука. Последовательность таких уплотнений-разрежений передвигается со скоростью, указанной выше, к нашему уху. Следует отметить, что скорость звука не зависит от его частоты.
Интересной особенностью звука является изменение его частоты в случае, когда источник движется с постоянной скоростью. Звук сирены приближающейся пожарной машины, движущейся по направлению к нам, выше, чем у стоящей на месте, а от удаляющейся – соответственно ниже. Прочтя рассуждения ниже, можно представить себе причину такого явления.
Для тех, кто любит визуализировать все, с чем сталкивается, изобразим звук графически. Система координат: амплитуда (вертикальная ось, ордината) – время (горизонтальная ось, абсцисса). Под амплитудой можно понимать:
а) положение колеблющейся мембраны динамика относительно положения покоя, когда она не издает никаких звуков (это определение амплитуды, близкое к реальности, введем для облегчения понимания);
б) значение избыточного (недостаточного) давления, создаваемого мембраной в среде в результате своих колебаний (более точное определение). В этом случае мы подбираемся к общепринятому термину звуковое давление.
|
