История. Звук

Теперь перейдём к истории звука.

Звуки начали изучать ещё в далёкой древности. Первые на­блюдения по акустике были проведены в VI веке до нашей эры. Пифагор установил связь между высотой тона и длиной струны или трубы издающей звук.

В IV в. до н.э. Аристотель первый правильно представил, как распространяется звук в воздухе. Он сказал, что звучащее тело вызывает сжатие и разрежение воздуха и объяснил эхо отражением звука от препятствий.

В XV веке Леонардо да Винчи сформулировал принцип незави­симости звуковых волн от различных источников.

В 1660 году в опытах Роберта Бойля было доказано, что воздух является проводником звука (в вакууме звук не распро­страняется).

Ньютон дал первый расчет длины волны звука и пришел к выводу: для любой открытой трубы длина волны испускаемого звука равна удвоенной длине трубы.

К математиче­скому рассмотрению задачи о колеблющейся струне в 1715 г. приступил английский математик Брук Тейлор. Но наиболее существенный вклад внес Эйлер. Он создал полную теориию колебаний струны. В частности, из теории Эйлера вытекало, что скорость распространения волны по струне не зависит от длины волны возбуждаемого звука.

Фактическое объяснение эха также принадлежит Хладни, по крайней мере в существенных частях. Ему мы обязаны и новым экспериментальным определением верхней границы слышимости звука, равной 20 000 колебаний в секунду. Эти измерения, многократно повторяемые физиками до сих пор, весьма субъективны и зависят от интен­сивности и характера звука. Но особенно известны опыты Хладни в 1787 году по исследованию колебаний пластин, при которых образуются красивые "акустические фигуры", носящие названия фигур Хладни и получающиеся, если посыпать колеблющуюся пластинку песком.

Также, в 1787 году Хладни, основоположник экспериментальной аку­стики открыл продольные колебания струн, пластин, камертонов и колоколов. Он первый достаточно точно измерил скорость распространения звуковых волн в различных газах. Доказал, что в твёрдых телах звук распространяется не мгновенно, а с конечной скоростью, и в 1796 году определил скорость звуковых волн в твёрдых телах по отношению звука в воздухе.

В 1800 году английский учёный Томас Юнг открыл явление интерференции звука и установил принцип суперпозиции волн: в линейных средах волны распространяются независимо друг от друга, то есть волна не изменяет свойства среды, и другая волна распространяется так, будто первой волны нет. Это позволяет вычислять итоговую волну как сумму всех волн, распространяющихся в данной среде.

В 1877 году американский учёный Томас Алва Эдисон изобрёл устройство для записи и воспроизведения звука, который потом сам же в 1889 году усовершенствовал. Изобретённый им способ звукозаписи получил название «механический».

Подробнее.... Звук

Звук - это волна. Но и свет - это волна, и рентгеновские лучи тоже. Их отличает частота!  Частота - число колебаний за единицу времени. Еденицы измерения звуковых волн – герцы (Гц).Как любую мех волну звук можно характеризовать амплитудой, частотой, длиной волны, скоростью распространения. С объективными характеристиками звука можно сопоставить субъективные ощущения наблюдателя. Так, амплитуда звуковой волны определяет громкость звука, частота - высоту звука, наличие в звуковых колебаниях волн с кратными частотами - тембор звука.

Звук является не просто волной, которую, скажем, нам может выдать любой звуковой генератор. Как правило, звук представляет собой сложный сигнал, который является следствием наложения сразу нескольких волн с разными частотами. Этот набор называется аккустическим спектром. Спектр - это то, какие частоты в себя включает звук. Эти частоты различаются количеством герц . Если в каком-то звуке присутствуют колебания всех частот в определённом диапазоне, например от 10-100 Гц, то такой спектр называется сплошным. В природе таких звуков не бывает. Если спектр звука состоит из колебаний всего нескольких частот (обертонов) из данного диапазона, то он называется линейчатым. Такой звук воспринимается с более-менее определённой высотой. Такой звук принято называть тональным.

Высота звука определяется наименьшей частотой спектра. Она называется основной в данном спектре.

Окраску звука, его тембр, определяет интенсивность обертонов. Мы отличаем ноту взятую на скрипке от ноты, взятой на фортепиано. Дело именно в обертонах - частотах, которые сопровождают основную частоту и располагаются близко к ней. Большое значение имеет также их интенсивность.

Ещё одним важным свойством звука является его скорость.

В воздухе при норм атм давлении и температуре звук распространяется со скоростью 340 м/с. Чем выше упругость среды, тем больше скорость: в каучуке- 50, в воздухе- 330, в воде- 1450, а в стали - 5000 метров в секунду.

Если звук распространяется в среде от 2-х источников с одинаковыми частотами, то наблюдается явление интерференции звуковых волн . Интерференция звука- это сложение в пространстве двух или нескольких звуковых волн, при котором в разных точках получается усиление или ослабление амплитуды результирующей волны. Т.е. усиление или ослабление звука.

Энергия, которую несут в себе звуковые волны очень мала. Если предположить, что стакан с водой полностью поглощает падающую на него энергию звуковой волны с уровнем громкости в 70 дБ, то для того, чтобы нагреть воды от комнатной температуры до кипения в этом стакане, потребуется порядка 200000 лет! Диапазон звуковых частот (те волны, которые мы слышим) лежит в пределах приблизительно от 16 Гц до 20 кГц. Волны с частотой менее 16 Гц называются инфразвуком, а с частотой более 20 кГц – ультразвуком.

Инфразвук определённой частоты может вызывать у человека тревожность и беспокойство, головную боль, снижать внимание и работоспособность, даже нарушать функцию вестибулярного аппарата и вызывать кровотечение из носа и ушей. Инфразвук частотой 7 Гц смертелен. Из-за слабого поглощения в толще Земли и её атмосфере инфразвук используется для предсказаний цунами, огромных морских волн, вызванных землетрясениями в море.

По мнению выдающегося физика и биолога Г. Гельмгольца человеческий слух не реагирует на акустические колебания звуковых волн, с частотой менее 20 Гц. Но с точки зрения современной биологии под инфразвуком, вероятнее всего, надо полагать колебания частотой ниже 50 Гц. Это связано с тем, что расшифрованный Б.Я. Фрайманом механизм действия инфразвука на организм действителен для частот свыше 20 Гц, а как показали эксперименты с инфразвуковым генератором, типа <труба>, подавляющее число современных людей не слышат акустические колебания частотой ниже 40 Гц.

Ультразвук же имеет такие свойства, как высокая проводимость, интенсивная энергетика. Его применяют для гидролокации, дефектоскопии, мед диагностики…

Это основные понятия касательно явления звук, известные почти всем, кто изучал физику в школе. но существуют интересные факты, которые скрыты глубже. такие как инфразвуковые аномалии.