Человек щедро наделен природой, для того чтобы комфортно существовать и познавать окружающий мир. Он способен видеть яркие краски, слышать различные звуки, улавливать запахи и наслаждаться вкусом пищи. Одним из самых сложных органов чувств является орган слуха, благодаря которому человек общается и получает большую часть информации.
Человек обитает в постоянном мире звуков, благодаря чему получает незаменимый источник информации о мире, который его окружает. Рокот морского прибоя и гул ветра, щебетание птиц, разговоры людей и рычание животных, раскаты грома - источники звука в природе, которые помогают человеку адаптироваться в окружающих условиях.
Каким образом человек слышит?
Если рассматривать человеческое ухо изнутри, можно увидеть мембрану, которая называется барабанная перепонка. Она тянется вдоль тоннеля, ведущего внутрь уха. Вибрации воздуха, исходящие от источника звука, бьют по барабанной перепонке, заставляя ее также вибрировать. За барабанной перепонкой находится костяное пространство, заполненное тремя двигающимися косточками, которые называются молоточком, наковальней и стремечком, которые были названы так из-за своей формы. Эти косточки подхватывают вибрации от барабанной перепонки и начинают колебаться.
Откуда появляется звук?
Что является источником звука? Любое физическое тело или явление, колеблющееся со звуковой частотой, так как в окружающей среде возникают исходящие от него волны. Люди издают звуки с помощью голосовых связок. Если приложить руки к горлу во время разговора, то можно почувствовать вибрацию. Практически всегда возможно определение источников звука. Звуковые волны подобны волнам на пшеничном поле в ветреную погоду. Молекулы воздуха наталкиваются друг на друга и расходятся, а волна, проходящая сквозь воздух, является просто ритмическим сжатием и распространением потока воздушных молекул – видом вибрации. Но и другие материалы переносят звуковые волны, например, дерево, что является источником звука также. Если крикнуть с одной стороны закрытой деревянной двери, сначала будут вибрировать голосовые связки кричащего человека, они, в свою очередь, заставят вибрировать воздух. Воздух заставляет вибрировать дерево двери, а затем от двери вибрация передается в воздух и дальше, к человеку, стоящему по другую сторону двери. В пещере стены не поглощают и не передают звуки, как это делают двери. Они откидывают их рикошетом обратно, как зеркальце свет. Некоторые долины в Европе известны своим эхом. Например, один звук из охотничьего рожка может повториться 100 раз, пока, наконец, не утихнет.
Естественные источники
К естественным источникам звука причисляются жужжание пчелы или мухи, писк комара, голосовые связки человека и животных. Если приложить большую морскую ракушку к уху, можно услышать отдаленный шум, напоминающий рокот морского прибоя, недаром, возвратившись с моря, многие везут домой ракушку с живой памятью о море. Какой бы привлекательной ни казалась эта идея, шум, который слышится, ничего общего с морем не имеет. Вместо этого ухо слышит многократное эхо всех звуков снаружи раковины. К естественным источникам звука относится шелест листьев и пение птиц, журчание родника, гром во время грозы, стрекотание кузнечиков и скрип снега под ногами - перечисление природных источников звуковых волн можно продолжать бесконечно.
Механизм звуковых волн
Эхо – это звуковые волны, которые отталкиваются от гладкой поверхности и доходят до уха. Например, если крикнуть в пещере, можно на долю секунды позже услышать свой голос, который отбился от стен пещеры и возвратился назад. Таким образом действует и морская раковина. Самыми лучшими примерами источников звука будут те раковины, у которых множество пустых камер. Они напоминают комнаты в пустом доме. Стенки у раковины гладенькие, значит, звуки поблизости раковины, даже самые тихие, повторяются в камерах. Все эхо - от разговоров людей, музыки или природных звуков – превращается в рокот. К нему также может добавиться стук сердца, который подхватывает и отбивает раковина. Прекрасный эффект, образуемый множеством эхо, слышится шумом морского прибоя.
Преобразование звука
Как громко бы ни кричал человек, через 100-200 метров уже никто его не услышит, разве что будет кричать по телефону. Слово «телефон» переводится с греческого языка как «дальний звук». Во время телефонного разговора звуковые волны превращаются в электрический ток. Во время приема происходит обратный процесс. Такой ток может преодолевать любые расстояния, распространяясь в воздушной среде подобно звуковым волнам. В телефонную трубку вмонтирован микрофон, который реагирует на колебания воздуха, возникающие во время разговора. Микрофон превращает эти колебания в переменный ток. Он распространяется по проводам телефонной линии и достигает абонента на другом конце линии. Но, так как человек не ощущает колебания переменного тока, необходимо превратить их в звуковые колебания, которые можно услышать. Такую функцию выполняет небольшой громкоговоритель, вмонтированный в телефонную трубку. Электрические волны влияют на магнитное поле, изменяя его мощность. Это заставляет мембрану вибрировать, образуя звуковые волны, определяемые как голос звонящего человека.
Какие волны слышит человек?
Только волны, улавливаемые слухом человека, именуются звуковыми волнами.
Звук – это различаемые человеком механические волны определенного диапазона. Исследования доказывают, что человеческие органы слуха принимают волны диапазоном от 16 Гц до 20000 Гц. Кроме них бывают волны, частота которых ниже 16 Гц (инфразвук) и выше 20000 Гц (ультразвук). Но они в диапазон слышимости не входят и человеком не ощущаются.
На рисунке указан диапазон слышимости человека.
Инфразвук Звук Ультразвук
|________________|_______________________________|______________________
0 16–20 20000 Гц
Другие частоты различимы отдельными животными или насекомыми, среди которых рыбы, бабочки, собаки и кошки, летучие мыши, дельфины.
Как определить источник звука? Источниками являются всякие тела, создающие колебания со звуковой частотой (от 16 до 20000 Гц)
Искусственные источники
Все что создано человеком, а не природой, можно отнести к искусственным источникам звука, примеры: камертон, колокол, трамвай, радио, компьютер. Можно провести эксперимент, как создается звуковая волна. Для опыта понадобится линейка из металла, зажатая в тиски. Если воздействовать на линейку, то можно замечать колебания, но при этом звука не будет слышно. Но около линейки при этом формируется механическая волна. Диапазон колебаний линейки при этом ниже звуковой частоты, поэтому человек не слышит звука. На таком опыте в конце 19 века был изобретен прибор, называемый камертоном.
Звук образуется только при колебании тела со звуковой частотой. Расходятся волны в разные стороны. Между ухом и источником звука непременно должна находиться среда. Она может быть газом, жидкостью, твердой поверхностью, но это непременно должны быть частицы, передающие волны. Передача звуковых колебаний осуществляется только там, где есть такая среда. Если вещества нет, не будет и звука.
Условия, требуемые для получения звука
Для создания звуковой волны должны быть:
- Источник.
- Среда.
- Слуховой аппарат.
- Частота 16–20000 Гц.
- Интенсивность.
Восприятие звука – процесс субъективный, который зависит от состояния слухового органа и самочувствия человека. Микрофоны работают по такому же принципу, как и уши, только вместо барабанной перепонки в микрофоне содержится маленькая, тонкая металлическая пластинка, прикрепленная к магниту. С изменением давления воздуха на пластинку магнит покачивается, и производятся электрические колебания.
Достижения акустики
В прошлом люди сберегали звучание различными способами: на виниловых пластинках, фотокинопленках или в виде магнитных частиц на магнитной ленте. Компьютер как источник звука сохраняет информацию об уровне тока, регулярно считывает уровень напряжения и сохраняет каждое значение как число. В наше время практически все компьютеры имеют звуковую плату, что позволяет записывать и воспроизводить звуковые сообщения и музыку от внешних устройств (микрофон, магнитофон, компакт-диски) или обрабатывать цифровые звуковые данные, записанные на цифровом источнике звука, носителях информации (жесткие диски, DVD, CD, Blu-ray диски) с выводом их на динамики.
Развитие цифровой технологии не стоит на месте. Всего за 100 лет прогресс звука продвинулся от эры механической звукозаписи, начиная от музыкальных шкатулок, до эры цифровой звукозаписи. Достижения в области акустики уже сейчас потрясают.
Ученые нашли способ передавать данные с компьютера на компьютер, используя только звук. Создан акустический скальпель, способный отделять даже одну клетку, нанотехнологи уже разрабатывают способ подзарядки мобильного телефона с помощью голоса. В будущем человечество ждут невероятные открытия, в которых непосредственное участие будет принимать звук.
