Иван Хорбенко - Звуки в морских глубинах

Рис. 5. Изменение давления воздуха в звуковой волне .

Если образовать график изменения давления, он будет иметь вид синусоиды.

Количество звуковых волн, наблюдаемых в какой-либо точке пространства в течение одной секунды, называется частотой. Частота может быть различна. Она является одним из признаков, по которым мы отличаем один звук от другого. Чем больше частота колебаний, тем больше высота звука, т. е. звук имеет более высокий тон. Чем меньше по размерам колеблющееся тело, тем более высокий тон звука оно издает.

Коснитесь вначале тонкой струны гитары, затем толстой и вы услышите различие в тоне (высоте) звучания этих струн. Тонкая струна издаст звук более высокого тона (большей частоты), толстая струна — более низкого тона (меньшей частоты). Частота измеряется в герцах. Если, например, тело колеблется с частотой 200 колебаний в секунду, то говорят, что частота колебаний тела 200 герц.

Второй отличительный признак звуков — их интенсивность, т. е. сила звучания. Интенсивности звука соответствует ощущение громкости. Ударьте вначале слегка в медный колокол или в другой металлический висящий предмет, затем ударьте с большей силой. Вы услышите разные звуки: первый тихий, спокойный, а второй сильный, резкий, несмотря на то что по высоте тона они будут одинаковы. Интенсивность звука зависит от амплитуды, т. е. размаха колебаний источника.

Если металлическую пластину, зажатую в тиски, слегка оттянуть одним пальцем и отпустить, то она будет колебаться с определенной частотой, имея небольшую амплитуду колебаний (рис. 6, а). Если же пластину оттянуть сильно всей кистью и отпустить, то она будет колебаться с той же частотой, но амплитуда ее колебаний будет значительно больше (рис. 6, б), а следовательно, и интенсивность звука, издаваемого ею, будет тоже больше.

Третьим отличительным признаком звуков является тембр.

Рис. 6. Понятие об амплитуде колебаний: а — слабые колебания — малая амплитуда; б — сильные колебания — большая амплитуда .

Одинаковые звуки по высоте тона и по интенсивности могут звучать по-разному. Это объясняется тем, что основной звук сопровождается второстепенными звуками, которые всегда выше по частоте. Второстепенные звуки называются обертонами. Они и позволяют отличать один звук от другого, если даже эти звуки одинаковы по высоте тона. Они как бы дают определенную окраску звуку. Тембр звука определяет сложность, состав звука.

Звуковые волны можно различать также по их длине, т. е. по расстоянию между сгущениями пли разрежениями воздуха (см. рис. 5). Длина волны — величина, обратная частоте: чем больше частота, тем меньше длина волны и наоборот.

Затаив дыхание и внимательно прислушавшись вы услышите много других звуков, которых не слышали раньше. Однако есть много таких звуков, которые мы не слышим даже при большом напряжении слуха. Они называются неслышимыми звуками.

Человеческое ухо способно воспринимать звуковые колебания с частотой от 16 до 20 000 колебаний в секунду (герц). Дети воспринимают звук большей частоты — до 22 000 герц, старые люди слышат звук с частотой не выше 16 000—18 000 герц. Вне пределов человеческого слуха остаются звуки, частота которых меньше 16 герц (эти звуки называются инфразвуками ), и звуки, частота которых превышает 20 000 герц (эти звуки называются ультразвуками) .

Инфразвуки и ультразвуки как раз и относятся к неслышимым звукам.

Ультразвуки издают многие насекомые и некоторые животные. Кроме того, ультразвуки можно создать специальными устройствами, описанию которых в основном и посвящена настоящая книга.

Как было сказано, человеческое ухо различает звуки как по частоте, так и по интенсивности.

Сначала выясним, какова же допустимая разница в количестве колебаний, чтобы ухо человека отличало один звук от другого по частоте, т. е. по тону.

Для звуков с частотой 500 герц достаточно, чтобы разница в количестве колебаний двух звуков равнялась одному колебанию. В этом случае мы сможем отличать звук с частотой, например, 450 герц от звука с частотой 451 герц.

Чем больше частота звука, тем большая разница нужна в числе колебаний двух звуков, чтобы отличить один звук от другого. При частоте звука 2000 герц мы различим звуки, если разница между ними будет равна пяти колебаниям. По мере увеличения частоты эта разница будет увеличиваться.

Мы привели средние цифры, так как несмотря на то что органы слуха у всех людей устроены одинаково, способность различать звуки по тону у людей разная.

Музыканты, как правило, лучше различают звуки по тону. Некоторые опытные музыканты обладают таким природным слухом, что могут различать два тона, отличающиеся один от другого на долю одного колебания.

Еще более удивительны способности человеческого слуха, когда требуется отличить один звук от другого по интенсивности, т. е. по громкости.

Число звуков, различимых по громкости, очень зависит от частоты. Наиболее хорошо воспринимаемые звуки по частоте лучше различаются и по громкости.

При частоте 32 герца по громкости различаются три звука, при частоте 125 герц — 94 звука, а при частоте 1000 герц — 374. Но это увеличение не беспредельно. Начиная с частоты 8000 герц, число различимых звуков по громкости начинает уменьшаться, например, при частоте 16 000 герц можно различать только 16 звуков.

Человеческое ухо очень чувствительно к различным звукам и может уловить более полумиллиона звуков, отличающихся один от другого по тону и громкости, не считая различий звука по тембру.

Человек обладает еще одной замечательной способностью, он может определить направление на источник звука, используя бинауральный эффект (бинауральный означает двуухий).

Бинауральный эффект состоит в том, что оба уха человека воспринимают звук не одновременно, а со сдвигом по фазе. Если источник звука справа от нас, то к правому уху звук приходит раньше, чем к левому (рис. 7).

Рис. 7. К правому уху звук приходит раньше, чем к левому .

Если же источник звука расположен точно в прямом направлении (впереди или сзади), то к обоим ушам звук приходит одновременно и сдвига фаз не будет. Это и позволяет человеку определить, где находится источник звука.

Бинауральный эффект зависит еще и от другой причины. Если источник звука находится справа, то правым ухом человек будет слышать звук более громкий, чем левым, так как левое ухо от источника звука закрыто головой.