Радуга Звуков

Об акустике простыми словами. Что такое звук? Часть 1

Об акустике простыми словами. Что такое звук?

Предлагаем вашему вниманию цикл материалов «Об акустике простыми словами». Автор статей Ульрих Воогдт много лет преподавал в Любекской академии акустики. Его лекции и практические занятия пользовались большой популярностью у слушателей. Также он является автором известного в Германии учебника по отопластике.

Посредством наших пяти сенсорных чувств мы можем видеть, слышать, осязать, обонять и ощущать на вкус – то есть воспринимать множество самых разных вещей. Является ли песня звуком? Без сомнения, да. Но только в том случае, если она доносится до нас в виде набора звуков. Однако не каждый звук мы можем услышать. Например, вы когда-нибудь слышали пение китов? «Нет», – ответит подавляющее большинство. И это будет правдой, так как эти морские млекопитающие поют на такой высоте тона, которую мы, обычные люди, услышать не можем. Мы не слышим и не воспринимаемый человеческими ушами ультразвук, которым пользуются в ночной тьме для локализации летучие мыши. Очень низкие частоты мы также не в силах услышать. Почему?

Известно, что по сути слух есть восприятие звуковых частот. Мы воспринимаем звуковой раздражитель, если он содержит те частоты и интенсивности, которые находятся в области нашего восприятия. Молодые люди с идеальным слухом воспринимают частоты примерно от 16 до 20 000 Гц. (Гц = один Герц = одно колебание в секунду = 1/с; единица измерения названа в честь немецкого физика Генриха Герца.) Однако к интенсивности мы вернемся чуть позже, а сейчас продолжим. Итак, звук раздражает слуховой орган и почти всегда попадает по воздуху к барабанной перепонке. Звук также может раздражать кожу, приводить в колебания череп и внутренние органы. При этом мы не слышим его или по крайней мере воспринимаем его иначе. Наверняка некоторые из вас хоть раз стояли на дискотеке перед большими сабвуферами и ощущали, как только что выпитая кола бултыхается в желудке.
 
Теперь выясним, как возникает звук, каким образом он распространяется через пространство и как он воспринимается ухом, раз мы уже знаем, что же такое звук. Для этого нам потребуется немного поработать. Но, как говорится, без труда не вытащишь и рыбку из пруда. Кроме того, при необходимости мы коснемся вопроса восприятия акустических раздражителей, которое специалисты называют термином «психоакустика».

Когда вокруг очень-очень тихо, мы, собственно говоря, ничего не слышим. А если вокруг настолько громко, что даже стены трясутся? Попробуйте положить ладонь на звуковую колонку. Вы сможете ощутить колебания очень низких тонов, а в некоторых экстремальных случаях даже увидеть колебания ее корпуса. То есть звук представляет собой не что иное, как передачу механических колебаний из одного места в другое, например, от мембраны колонки на барабанную перепонку или от корпуса колонки к ладони. Для такой передачи требуется среда, проводящая колебания. Это может быть воздух, вода, дерево, камень и даже кость. Хорошо известно, что любая среда начинает более или менее ощутимо колебаться при соответствующем механическом возбуждении. Форма колеблющегося тела, характеристики участвующей в этом среды, частоты и интенсивности возбуждения, то есть сила возбуждения, становятся решающими факторами возникающего рисунка колебаний и его распространения в окружающей среде.

Во время своих лекций в Академии я всегда задавал вопрос слушателям: что произойдет, если вы слегка ударите ложкой по пудингу из желе? Ответ: он начнет колебаться. Но что еще начнет колебаться вместе с десертом? Варианты ответов могут быть самыми разными: тарелка, ложка, окружающий воздух, стол, пол, а также окна, двери и весь дом в целом. Колеблется весь город, вся страна и даже Земля! Вы в это не верите? Нет? Но это действительно так! Будет колебаться все, что только может колебаться. А что же не колеблется? Луна. А почему? Потому что передача механических колебаний в отсутствие колеблющейся среды физически невозможна. В вакууме нет ничего, что могло бы механически колебаться. Поэтому космическое пространство очень-очень тихое. Даже взрыв сверхновой звезды протекает полностью беззвучно.

Рисунок 1

Если осторожно ударить ложкой по пудингу из желе, начнет колебаться не только сам пудинг, но и все окружение.


Колеблется и барабанная перепонка, потому что колеблется воздух в слуховом проходе. Если звук достаточно громкий, начинают колебаться слуховые косточки и, наконец, чуткие волосковые сенсорные клетки во внутреннем ухе. Именно там колебания преобразуются в электрические нервные сигналы, и вы сможете воспринять колебания пудинга из желе в качестве звука. Таким образом, восприятие звука, то есть внешних механических колебаний, всего лишь возможность нашего сознания вступить в контакт с окружением. При помощи чувства слуха мы узнаем, какие акустические события происходят там, снаружи, за пределами нашего мозга. Мы получаем информацию из окружающей среды: речь, пение, музыку, предостерегающие сигналы и множество акустических помех, таких, например, как бурчание и шипение, журчание и шуршание, гул и грохот. Диапазон звуков и их информационное содержание необычайно огромны. Но акустический контакт с окружающим миром не является улицей с односторонним движением: мы тоже отдаем информацию нашему окружению при помощи речи, пения или свиста.

В конечном счете все акустические сигналы представляют собой всего лишь колебания среды как в истории с пудингом. Когда мы говорим, поем или свистим мы модулируем поток воздуха, который с шумом выдыхаем. Эта модуляция изменяет давление воздуха в ритме колебания, которое мы называем частотой. Возможность передачи акустических колебаний и люди, и животные используют как средство коммуникации. Каждый знает, насколько важна эта коммуникация: вот почему слабослышащим людям нужны слуховые аппараты, усиливающие звук.
 
К счастью, мы слышим звук не на очень большом расстоянии. Потому что в противном случае нам везде было бы невыносимо громко и мы бы не смогли понимать даже собственные слова. Звук распространяется в пространстве из своего источника – из исходного места колебаний – по всем возможным направлениям. Чем дальше человек удаляется от единственного источника сигнала, тем тише становится звук. На пути звука встречаются потери, вызываемые трением, поскольку колеблющиеся частички среды соприкасаются друг с другом, выделяя небольшое количество тепла. Звуковая энергия постепенно распределяется в пространстве и с каждой секундой становится все слабее. Таким образом, интенсивность звука по мере его удаления от источника звука становится все меньше до тех пор, пока человек уже не может ничего услышать – и это хорошо. Многие животные, например собаки, продолжают слышать очень тихие звуки, которые мы не воспринимаем. В какой-то момент звук становится настолько тихим, что его не способен идентифицировать самый чуткий микрофон. Кроме того, он заглушается другими окружающими звуками. Если мы хотим пообщаться с собеседниками на большом расстоянии, то можно использовать рупор, мегафон, рожок или трубку, но лучше всего справится с этой задачей телефон. Проводной или сотовый – не важно, потому как оба они могут передавать электромагнитные колебания на теоретически бесконечное расстояние.

Рисунок 2

Иногда это просто счастье, что звук слышен только на небольшом расстоянии.


Итак:
  • Звук – распространение механических колебаний.
  • Распространение звука происходит в колеблющейся среде.
  • Чаще всего звук распространяется в пространстве.
  • Слышимый звук – звук, громкость и частоту которого можем воспринимать мы, люди.
  • Интенсивность звука – сила звуковых колебаний в определенном месте.
  • Частота звука описывает число колебаний в единицу времени в Гц или 1/с.


Ульрих Воогдт,
преподаватель Любекской академии акустики слуховых аппаратов

Журнал «Hörakustik» № 2 за 2017 год



Возврат к списку

Ангарск
82 квартал, д. 2, офис 1
+7 (3955) 52-19-98
+7 (950) 060-07-20
Архангельск
Троицкий пр-т, д. 158
+7 (8182) 27-54-69
+7 (911) 875-25-38
Астрахань
ул. Ленина/ Дарвина, д. 52/2, литер А, помещение 09
+7 (8512) 52-28-90
Барнаул
Ул. Шевченко, д.52а (пр-т Ленина, д. 56)
+7 (3852) 39-03-09
+7 (3852) 36-77-00
Белгород
Проспект Богдана Хмельницкого, д. 77
+7 (4722) 33-05-36
Братск
Центральный жилой район, ул. Мира, 42
+7 (3953) 41-11-42
Владивосток
Океанский пр-т, 76
+7 (423) 242-19-20
Владимир
Владимир, ул. Б. Московская, д. 10, офисы №4 и №5, торгово-офисный центр «Лайн»
+7 (4922) 32-30-38
+7 (915) 792-46-25
Волгоград
Ул. Невская, д.11а, офис № 19
+7 (8442) 37-37-09
Вологда
ул. Ленинградская, д. 40
+7 (8172) 21-02-92
Воронеж
Коминтерновский р-н, Московский пр-т, д. 80
+7 (473) 22-47-966
Горно-Алтайск
Коммунистический пр-т, 51
+7( 38822) 2-23-10
+7 (913) 693-50-40
Екатеринбург
пр-т Ленина, 10
+7 (343) 379-05-10
Иваново
ул. Любимова, д.3
+7 (915) 820-14-55
+7 (4932) 50-14-55
Ижевск
ул. Ленина, д.79
+7 (3412) 68-66-45
+7 (3412) 56-93-30
+7 (919) 916-93-30
Иркутск
ул. Дзержинского, д. 25, офис 204
+7 (3952) 29-11-94
+7 (914) 895-01-19
Казань
ул. Рустема Яхина, д. 4
+7 (843) 528-09-26
+7 (843) 250-31-36
Калининград
ул. 9 Апреля, д.7
+7 (4012) 33-92-78 (предв. запись)
+7 (906) 218-68-98
Калуга
ул. Суворова, д. 142а
+7 (4842) 777-101
Кемерово
пр-т Ленина, д. 107
+7 (3842) 56-19-22
Киров
ул. Карла Маркса, 62
+7 (8332) 37-37-73
Кострома
ул. Советская, д. 117
+7 (4942) 46-64-87
+7 (930) 386-64-87
Краснодар
ул. Постовая, 18 литер А
+7 (861) 267-20-36
+7 (988) 243-05-11
Красноярск
ул. Партизана Железняка, д. 3-Б
+7 (391) 220-15-63
Курган
ул. Станционная, д. 41
8 (3522) 43-34-60
Курск
ул. Радищева, д. 25
+7 (4712) 70-12-13
+7 (919) 170-38-09
Липецк
ул. Московская, д. 91
+7 (4742) 31-48-38
+7 (960) 152-30-06
Магадан
проспект Карла Маркса, д. 49
+7 (4132) 21-11-66
Мурманск
ул. Привокзальная, д. 10
+7 (8152) 45-31-77
Набережные Челны
Проспект Сююмбике д.17 пом. 181 (41/03)
+7 (8552) 92-32-38
Нижнекамск
ул. Корабельная, д. 27
+7 (8555) 32-33-53
Нижний Новгород
ул. Бекетова, д. 21/16
+7 (831) 435-12-88
Нижний Тагил
ул. Папанина 21
+7 (912) 229-09-54
Новокузнецк
Октябрьский Проспект, д.7
+7 (3843) 70-11-08
Новороссийск
ул. Советов, д. 48
+7 (8617) 64-57-47
+7 (918) 470-07-69
Новосибирск
ул. Челюскинцев, д. 30
+7 (383) 347-36-06
Обнинск
ул. Курчатова, д. 19а
+7 (903) 816-95-50
Омск
пр-т Карла Маркса, д. 49
+7 (3812) 46-85-16
Орел
ул. Комсомольская, д. 126, лит. Г
+7 (4862) 71-49-79
Оренбург
ул. Кобозева, д. 25 а, каб. №2.
+7 (3532) 77-80-71
Орск
ул. Краматорская, д. 52
+7 (3537) 34-03-53
Пенза
ул. Суворова, д. 139
+7 (8412) 54-14-15
Петрозаводск
пр-т Ленина, д. 21,офис № 108
+7 (963) 744-70-13
+7 (8142) 78-37-29
Петропавловск-Камчатский
ул. Ленинградская, д. 100
+7 (4152) 43-39-08
+7 (914) 991-32-93
Псков
г. Псков, ул. Советская, д. 64
+7 (8112) 68-20-24
Ростов-на-Дону
Проспект Михаила Нагибина, д.37
+7 (863) 294-98-80
+7 (863) 22-72-072
Рязань
ул. Соборная, д.13
+7 (4912) 994-944
+7 (4912) 28-44-58
Самара
Пр. Масленникова, д. 6
+7 (846) 263-39-18
+7 (846) 263-53-75
Саранск
Проспект Ленина, д. 32
+7 (8342) 47-26-74
Саратов
пр.50-лет Октября, д. 110-А, корп. 1-Б
+7 (8452) 35-46-34
Симферополь
проспект Победы, д. 54
8 (3652) 57-39-34
8 (978) 980-02-16
Смоленск
Гагарина пр., д. 27
+7 (4812) 62-32-50
Сочи
ул. Красноармейская, д.15
+7 (8622) 54-12-38
+7 (988) 163-01-40
Ставрополь
ул. Семашко, д. 1
+7 (8652) 75-54-24
+7 (8652) 29-53-15
Старый Оскол
м-н Королёва, 32в
+7 (4725) 42-06-12
Стерлитамак
ул. Коммунистическая, д. 15.
+7 (3473) 22-29-93
Сыктывкар
ул. Советская, д. 10
+7 (8212) 24-50-75
Тамбов
ул. Московская, д. 29
+7 (4752) 79-67-99
Тверь
Петербургское шоссе, д. 34
+7 (4822) 70-32-90
Тольятти
ул. Максима Горького, д. 61
+7 (8482) 25-18-29
Томск
Проспект Фрунзе, дом 25
+7 (3822) 530-535
Тула
ул. Мира, д. 29
+7 (4872) 35-97-77;
+7 (915) 691-67-77
Тюмень
ул. 50 лет Октября, д. 54/2
+7 (3452) 54-62-50
Улан-Удэ
ул. Кирова, д. 31
+7 (3012) 37-90-98
Ульяновск
ул. Кирова, д.2, каб. 430
+7 (8422) 32-04-45
Уфа
Октябрьский район, ул. Ростовская, д. 3
+7 (347) 248-53-90
Хабаровск
ул. Ленинградская, д. 36, пом. 1
+7 (4212) 30-03-04
Ханты-Мансийск
ул. Калинина, д. 26
+7 (3467) 33-58-03
Чебоксары
ул. Гагарина д. 7
+7 (8352) 56-06-09
Череповец
ул. М. Горького, д. 43
+7 (8202) 58-73-73
Чита
ул. Коханского, 14
+7 (3022) 28-37-77
Юрга
ул. Ленинградская, д. 27
+7 (38451) 5-06-82
Якутск
ул. Ярославского, д. 24
+7 (4112) 43-50-45
Ярославль
ул. Ушинского, д. 8
+7 (4852) 72-07-26
+7 (980) 707-33-88