Физика звука

Мир изобилует звуками, варьирующимися от еле слышного рокота до пронзительного визга. Тихий или громкий, успокаивающий или раздражающий, звук дает людям бесценные сведения о среде их обитания. Звук обязан своему существованию волнам, создаваемым едва различимыми колебаниями тел, таких, как натянутая кожаная мембрана барабана, вибрирующая после удара.

Эти волны распространяются в воздухе, других газах, жидкостях и твердых телах. Когда звуковые волны достигают уха человека, они воспринимаются по-разному, в соответствии с их характеристиками.

Ключевым фактором является частота, определяемая как скорость, с которой следующие друг за другом гребни или впадины серии волн проходят через фиксированную точку в пространстве. Единицей измерения частоты является герц — один волновой цикл в секунду. Человек может слышать звуки в диапазоне от 20 до 20 000 герц. Частота волны определяет тон звука: если частота колебаний мала, то звук будет низкого тона; если частота колебаний велика, — высокого. Ученые измеряют силу звука, зависящую от энергии звуковой волны, при помощи стандартной единицы, называющейся децибелом. Обычный разговор соответствует примерно 60 децибелам, а реактивный двигатель— от 140 до 160. Звуки, превышающие 120 децибел, могут вызывать повреждение барабанных перепонок, а в ряде случаев и общую потерю слуха.

Каждый из инструментов, показанных на рисунке сверху, имеет свой собственный характерный тембр, или «окраску» звука. Ударяя по поверхности инструмента, вдувая воздух в мундштук, перебирая струны или водя по ним смычком, музыканты создают звуковые волны различных тонов, складывающиеся в музыкальное произведение.