Звук

Звук – це форма енергії. Звукові хвилі являють собою коливання частинок повітря або іншого середовища. Звук може передаватися тільки в середовищі – повітрі, воді, склі. У вакуумі, де середовища немає, немає і звуків. Перетворений в інші форми енергії, наприклад в електрику або радіохвилі (див. статтю “Радіо”), звук може бути записаний і переданий на далекі відстані.

Звукові хвилі

Коли тіла коливаються і викликають коливання навколишнього повітря або іншого середовища, вони видають звуки. При цьому частки середовища коливаються взад-вперед, утворюючи хвилю, що проходить в середовищі. Звук – це поздовжні хвилі. Частинки середовища коливаються взад-вперед, а не вгору-вниз, як у поперечних хвилях. Хвилі зображують за допомогою діаграм, на яких вказують частоту хвиль (кількість хвиль за секунду) і їх амплітуду (силу хвиль). Високі звуки, такі, як спів птахів, – це високочастотні волниВисокіе звуки – це високочастотні хвилі, низькі звуки – це низькочастотні хвилі. Звук частоти більше 20 000 Гц називають ультразвуковим. Чим більше амплітуда хвилі, тим голосніше звук. У міру видалення від джерела звуку амплітуда падає і звук стихає. Високі звуки, такі, як спів птахів, – це високочастотні хвилі. Низькі звуки, наприклад рев двигуна, – це низькочастотні хвилі.

У різних середовищах звукові хвилі поширюються з різними швидкостями. При 20 ° С в сухому повітрі швидкість звуку становить 343 м / с. Надзвукова швидкість – це швидкість вище швидкості звуку. Коли літак виходить на надзвукову швидкість, виникає звуковий удар. Надзвукові швидкості вимірюються в махах: I Мах дорівнює швидкості звуку. «Конкорд» літає зі швидкістю більше 2 Махов – удвічі швидше звуку. З усіх тварин найгучніші звуки може видавати синій кітЛетя з надзвуковою швидкістю, літак обганяє поширювані їм звукові хвилі. Тиск позаду літака наростає, і виникає ударна хвиля, що викликає звуковий удар.

Шум – це неприємний звук. Вимірюється рівень шуму в децибелах (дБ). Шум понад 120 дБ може викликати біль. При падінні листа звук в 10 дБ, а при зльоті літака – 110 дБ. З усіх тварин найгучніші звуки може видавати синій кит – 188 дБ. Його можна почути за 850 кілометрів.

Ехо і ехолокація

Ехо – це вторинний звук, який ми чуємо відразу після первинного. Він викликаний віддзеркаленням звукової хвилі від поверхні. Ехолокація – це спосіб визначити місцезнаходження об’єкта, вимірюючи час, за який ультразвукові хвилі дісталися до нього і повернулися назад. Ехолокатори вимірюють морську глибину, шукають на дні океану затонулі об’єкти, стежать за зграями риб. Акустична система посилає до дна ультразвук (дуже високий звук), а комп’ютер заміряє час його повернення. Деякі тварини, наприклад кажани і дельфіни, орієнтуються і шукають здобич за допомогою ехолокації. Дельфін видає більше 700 ультра звукових клацань на секунду. З їх допомогою він знаходить здобич.
Це використовується так само для вивчення процесів всередині організму, зокрема, для стеження за розвитком зародки в утробі. Коли звук переходить з одного середовища в іншу, частина його повертається назад у вигляді луни, за допомогою якого комп’ютер будує «ехокартіну».

Музичні інструменти

Звучання всіх музичних інструментів засновано на коливаннях повітря. Але роблять це вони по-різному. На звук впливають також форма інструменту і матеріал, з якого він зроблений. У деяких інструментів корпус резонує (коливається з тією ж частотою, що і повітря), і тоді виходить особливо гучний і глибокий звук. У струнних інструментів струни вібрують при торканні. Чим струна товщі, довше і слабкіше натягнута, тим нижче звук. При закриванні отвори духового інструменту акустична колона подовжується, що знижує тон звуку. Ми натискаємо на клавішу піаніно, важіль б’є по струні, і вона починає вібрувати. Струни різної довжини видають різні звуки. Коливання шкіри барабана викликають це і посилюються всередині корпусу. Багато інструменти виробляють складні звуки, до складу яких входять більш високі звуки меншою гучності, які називаються гармоніками. Вони надають кожному інструменту особливий тембр.

Синтезатор – це інструмент, в електронній пам’яті якого зберігаються характеристики звуків, записані двійковим кодом. Електричні імпульси, що представляють той чи інший звук, перетворюються в електричний струм і надсилаються до гучномовця. У синтезаторі зберігаються записані двійковим кодом звуки багатьох різних інструментів. Навіть кроки чи собачий гавкіт можна записати двійковим кодом і відтворити на синтезаторі.

Мікрофони і гучномовці

Мікрофон перетворює звук в електричний струм. Сила струму міняється залежно від характеру звуку. Гучномовець перетворює електричний струм назад в звук. У мікрофоні є тонка металева пластинка – діафрагма, прикріплена до дротяної спіралі, що знаходиться між полюсами магніту. Звукова хвиля змушує діафрагму вібрувати з відповідною звуку частотою. Завдяки діафрагмі починає вібрувати спіраль, і по дроту (адже вона рухається між полюсами магніту) біжить струм. Сила виникає в мікрофоні струму залежить від амплітуди і частоти звукових хвиль. Цей струм можна потім направити до гучномовця, використовувати для запису звуку на касеті або послати по телефонних дротах. У телефонній трубці є мікрофон, що перетворює звук в електричний струм, який або йде по проводах до іншого телефону, або перетвориться в радіохвилі і передається на супутник. У трубці є також вбудований гучномовець.

Перший грамофон був створений в 1895 році. Канавки на поверхні пластинки викликали вібрацію голки, і виникали звукові хвилі, які потім посилювалися рупором. У гучномовці маються магніт і електромагніт (залізний сердечник обмотаний дротом). Коли по дроті йде струм. виникає магнітне поле. Дріт з’єднана з діафрагмою конічної форми. Коли викликаний звуковими хвилями електричний струм проходить по дроту, магнітне поле дроту і магніту змушують вібрувати дріт і діафрагму. Що знаходиться перед діафрагмою повітря вібрує з частотою початкового звуку.

Магнітофон

Магнітний запис являє собою набір намагнічених ділянок в шарі заліза або оксиду хрому, нанесеному на пластикову стрічку. Записуюча головка – це електромагніт, металевий сердечник, обмотаний дротом. Він намагнічується при проходженні електричного струму по дроті. Магнітний запис па стрічці створюється переміщеним магнітним полем записуючої головки. При цьому на стрічці виникають намагнічені ділянки, які і містять інформацію про звук. Магнітну запис з стрічки зчитує головка відтворення. У ній виникає змінний електричний струм, який в гучномовці перетвориться в звук.

Компакт-диски

На поверхні компакт-диска (CD) звукові хвилі (та інша інформація) записуються двійковим кодом у вигляді маленьких заглиблень – ямок і плоских ділянок – майданчиків. У CD-плеєрі лазерний промінь проходить але поверхні диски. У ямках світло розсіюється, а від майданчиків відбивається і потрапляє ні світлочутливий детектор. При потраплянні світла в детекторі виникає струм. Так читається двійковий запис звуків. Електричні імпульси, виникають при зчитуванні двійкового коду, в гучномовці перетворюються в звук.

ПОДІЛИТИСЯ:

Дивіться також:
Конденсатор: визначення