Распространение звука

Жужжание пчелы, звон колокольчика, свист локомотива — все это хорошо знакомые нам звуки. Изучая их, мы обнаруживаем, что источником звука всегда является колеблющееся тело. Крылья пчелы быстро движутся взад и вперед; металл колокольчика колеблется; пар в свистке пульсирует. Колебания ножек звучащего камертона можно обнаружить, прикоснувшись им к поверхности воды: вода будет разбрызгиваться (рис. 1).

При движении вперед ножка колеблющегося камертона сжимает воздух перед собой, и образовавшееся повышение давления быстро распространяется в окружающей среде. При обратном движении ножки происходит разрежение воздуха, распространяющееся в среде вслед за сгущением. Эти сгущения и разрежения образуют звуковую волну, которая, воздействуя на барабанную перепонку уха, вызывает у нас слуховое ощущение. На рис. 2 показана схема возникновения сгущений и разрежений воздуха при движениях ножек камертона. Кружки изображают малые объемы воздуха; пружинки — конечно, фиктивные — соответствуют упругости воздуха. По мере прохождения звуковой волны каждая частица воздуха, двигаясь взад и вперед, совершает простое гармоническое колебание, подобное движению чечевицы маятника, с той разницей, что движение частицы происходит гораздо быстрее и с очень малыми перемещениями.

Отметим еще некоторые подробности. Частицы воздуха не отбрасываются от камертона, но каждая из них совершает колебания около некоторого, среднего положения, с размахом примерно в 1/50 мм для звуков средней силы. Сжатия и разрежения в звуковых волнах также чрезвычайно малы, составляя примерно одну миллионную атмосферного давления. Несмотря на малость этих изменений давления, ухо обнаруживает их; это показывает, с одной стороны, насколько чувствительны органы слуха и, с другой стороны, насколько трудно снизить энергию посторонних шумов в помещениях до такой степени, при которой она уже не мешает слушателям.