A könyv - hang és hallás -
A hangok világában élünk.
Bárhol is vagyunk, függetlenül attól, hogy mit csinálunk, mindenütt különböző hangokat kísérünk. Minden egyes mozgásunk hangot okoz - zörgés, zörgés, nyikorgás, kopogás. Igaz, megszokjuk a közönséges hangokat, és gyakran nem veszik észre őket. Tehát néha nem hallja, hogy egy óra ketyeg egymás mellett, és amikor a villamos "mozgásban van", "az autó fülei" is hiányzik a fülek. Nem csak ezekre az ismerős hangokra koncentrálunk, és gyakran előfordul, hogy csak hirtelen hallgatólagos figyelem érkezik a korábban hallott hangokra.
A hang észleléséhez az embernek van a legfinomabb eszköze - a fül. A fül különböző hangokat érzékel. Meg tudja különböztetni a sok hangot, amelyek egyszerre csak azoknak szólnak, amelyek érdekesek. Nagyon gyakran hallatszanak a cselekedeteinkben hallási érzéssel. A hangok gyakran ismerik fel a különböző tárgyakat, és meghatározzák, hol vannak. A hallás segít abban, hogy megtalálja az utat egy sötét éjszakán vagy egy vastag ködben. A motor zajának vezetője úgy ítéli meg, hogy használható. A dolgozó a fülhöz irányítja a gépet. A hangot bármelyikünk meghatározza, amikor a vízforraló víz forrni kezd. Hangosan nem csak ismerős embert ismerhet meg, de gyakran meghatározza a hangulatát, és valójában ehhez a fülnek érzékenynek kell lennie a legkisebb hangzásokra. És milyen felbecsülhetetlen szolgáltatást nyújtanak egy cserkésznek! Az ellenség helyének zónájába való bejutásakor csak egy hangból csak sok értékes információt gyűjthet össze. De egy gondatlan cserkész számára a hangzás árulkodó szerepet játszhat. A száraz bütykök csattogása, a támadó puskák kopogása kő vagy kemény földön és más véletlenszerűen előidézett hangok észlelik a titok helyét.
Némi hangképzés után megtanulhat különbséget tenni az ellenséges repülőgépek és a tartályok között, és bizonyos esetekben még meghatározhatja típusát és hozzávetőleges mennyiségét is.
A hallás nagy szerepet játszik az állatok életében. Segíti az állatokat és madarakat a zsákmány nyomon követésében, figyelmezteti őket a közvetlen veszélyre.
Hogyan alakul ki és terjed a hang? Hogy van a fülünk rendezve és milyen hangokat hallhat? Meg tudja-e magyarázni, miért zúgolódott a szél a vezetékekben és zajt kavargott az erdőben? Mindig jobb, ha a szél hangját hallja, mint a szél?
Ezek és sok más kérdés, amelyekre az olvasó megtalálja a választ a könyvünkben.
I. A hang születése
1. Különleges mozgás
A hangjelenségeket nem lehet megérteni, anélkül, hogy világos elképzelése lenne a hangnak. Először is, nézzük meg, hogyan keletkezik és terjed.
Húzza vissza, majd engedje el a balalaika vagy a gitár szálát. A szöveg megváltozik, és hang hallható. Ha megérinti az ujjával, érezni fogja a húr rezgését. Tartsd ujjadat a sztringen - a sztring rezgései megszűnnek, és velük együtt a hang eltűnik. A csengő akkor is megáll, ha megérinti. Ez azt jelenti, hogy csak a vibráló testek adnak hangot.
De mi az oszcilláció?
Nézd meg, hogyan mozog az inga a faliórán. Mindig jobbra és balra mozog (1. ábra). Miután elérte a szélsőséget, például a megfelelő helyzetben, a pendulum egy pillanatra leáll, majd balra megy. Sebessége addig nő, amíg el nem éri a középső pozíciót. Ezután az inga mozgása lelassul, és a bal szélső pozícióban újra megáll. A következő pillanatban az inga újra elindul - most jobbra. Az inga swingjének fele, vagy az átlagos pozíciótól az egyik szélsőségig terjedő távolság az oszcilláció amplitúdójának nevezzük.
Mint az inga óra, minden felfüggesztett terhelés ugyanazt a mozgást eredményezheti. Ilyen mozgással gyakran találkozunk a természetben, és oszcilláló mozgalomnak hívjuk.
Ha a levegő nem tudta ellenállni az inga, és nem volt súrlódása a felfüggesztés helyén, elegendő lenne egy ilyen ingát egyszerre lökni, és örökre habozni fog. De a természetben ez nem történik meg. A súrlódás lassítja az inga sebességét, az extrém pozíciók közötti távolság fokozatosan csökken, és előbb vagy utóbb a inga leáll.
Most, készíts egy ilyen kísérletet. Húzza meg az acél vonalzó egyik végét az aljzatba, a másik pedig oldalra hajlítsa és engedje el. A vonalzó kezd oszcillálni (2. ábra). Ez hangot ad, amely egy zümmögő hanghoz hasonlít. Miért csendben ingadozik az inga, és az uralkodó oszcillációi zúgnak? Kiderült, hogy jelentős különbség van ezek között az ingadozások között. Az uralkodó egy másodperc alatt sokkal ingadozást okoz, mint egy inga. A másodpercenkénti oszcillációk számát gyakoriságnak nevezzük. Így a vonalzó oszcillációs frekvenciája nagyobb, mint az inga oszcillációs frekvenciája. Hangot hallunk, amikor az uralkodó oszcillál, mert magasabb frekvencián ingadozik.
Ábra. 2 Az uralkodó, aki egy vice-ben szorul, tétova, hangot ad
Sok példa van, amikor szilárd testek haboznak, hangzanak.
És hangzik folyadék és gáz?
Igen, tudják. Ehhez meg kell tennünk őket habozva. A sípok, a szirénák, a sípok és a zenei szélhangszerek hangjai nem más, mint a gázok vagy gőzök vibrációs mozgásának eredménye. Amikor hallható az esőcsepp, amely egy pocsolya, a vízcsúszás vagy a hullámcsapás során fellépő víz zaját, a vibráló folyadék által okozott hangot hallja.
Természetes, hogy felteszik a kérdést: mi az, ami ingadozik, amikor egy személy beszél vagy énekel? Kiderül, hogy a hang két izom-elasztikus membrán - a hangkábelek rezgéseiből ered. A légzésgát felső részében - a gégen (3. ábra).
Ábra. 3. A hangeszköz eszközének sémája
Amikor belélegezzük, a hangszalagok úgy nyúlnak ki, hogy háromszög alakúak legyenek, és a levegő szabadon átjut a tüdőbe és a tüdőbe. Amikor hangot adunk, a speciális izmok összekapcsolják az elasztikus énekkordokat, és a rés keskeny lesz. A levegő mozgása most nehéz, és a légrétegek kiáramlása kezd oszcillálni. Itt és ott van egy hang. A beszédünkkel kapcsolatos mindenféle hangvétel már létrejött - a gégen keresztül a szájon és orrán keresztül.
Tehát a hangok a testek vibrációs mozgása által születnek. Azonban nem minden rezgés hangot kíséri. A test a fül által érzékelt hangot produkál, csak akkor, ha egy másodpercen belül legalább 16 és legfeljebb 20 000 alkalommal ingadozik. Azonban helytelen lenne azt gondolni, hogy egy olyan test, amely frekvenciával oszcillál, mondjuk 10 vagy 30 000-szer másodpercenként, nem hangzik. A lassan oszcilláló inga is hangzik, mint a testek hangja és százezer rezgés / másodperc. Csak ezeket a hangokat nem halljuk. A 16-nál kisebb frekvenciájú hangokat infravörösnek nevezik, és több mint 20 000 - ultrahangos frekvenciával. Ebben a könyvben elsősorban a hallható hangokról beszélünk.
Mi a különbség a különböző frekvenciájú hangok között? Készíts egy ilyen egyszerű élményt. Vegyünk egy közönséges fűrészt és egy vékony táblát. Csúsztassa lassan a fűrész fogait (4. meghallgatják az egyéni ütéseket - az asztal ütődése a fogakkal szemben. Töltsön el egy kicsit gyorsabban, és alacsony, vastag hangot hall. Minél gyorsabban vezet a deszka a harcokon, annál nagyobb a hang. Ne felejtse el, hogy az elektromos fűrészlap átszúrja mikor levágja a rönköt. Mindez meggyõzi minket arról, hogy annál nagyobb a frekvencia, vagyis annál több rezgés másodpercenként a test által, annál magasabb a hang, amit termel.
Ábra. 4. Tapasztalat a fűrészek és plakkok hangzásának megszerzésében
Érdekes megjegyezni, hogy amikor egy bizonyos magasság hangja előfordul, teljesen közömbös, hogy melyik test oszcillál, és mi okozza a rezgéseket. Bármely test, amely például másodpercenként 500-szor oszcillál, mindig ugyanolyan hangot ad, akár egy gitárhúr, harang vagy síp. És fordítva, ha halljuk az adott magasság hangját, akkor magabiztosan mondhatjuk: a hangzó test másodpercenként 500-szor oszcillál. Így a test rezgési frekvenciája a hang magasságából határozható meg.
Ez a minta gyakran segít az életben. Például, ha folyadékot öntünk a sötét ételekbe, akkor meghatároztuk a hang magasságát, amikor feltöltöttük.
Amikor az autó egy szintes úton halad, a futó motor zümmögése egy magasságban van; Ha az úton emelkedik, a motor csökkenti a fordulatszámot, a gép lelassul, és a dallam más lesz, alacsonyabb. Hallgatva ezeket a hangokat, a sofőr időben bekapcsolja a sebességszabályozót. A motor ismét növeli a sebességet, és a zümmögés magassága közelebb áll az előzőhöz.
A hang magassága könnyen meghatározható, vajon megy-e egy nehéz tartály dízelmotorral vagy egy benzinmotorral ellátott könnyű tartályban. Az utóbbi hangja, mint általában, magasabb.
Hogyan jut el valami a fülünkhöz tartozó hang?
3. Hanghullámok
Dobjon egy kő a vízbe. A felszínén azonnal keringenek a körkörös hullámok, amelyek távolabb és messzebb vannak attól a helytől, ahol a kő esik. Első pillantásra úgy tűnik, hogy a hullám mellett a víz külön részecskéi is elhagyták. De ha a víz felszínén fényt kapsz, láthatod, hogy a szelet csak felfelé és lefelé mozog; pontosan megismétli a környező víz részecskék mozgását. Amikor a hullám eltalálja, a szelet felfelé emelkedik - a gerincre; A hullám elhaladt - és a szelet újra visszatér az eredeti helyére. Nem mozog a hullám mozgásának irányában, nem követi a hullámot. Ezért a hullámot alkotó vízpartikulák nem mennek vele, de csak ingadoznak felfelé és lefelé.
Az 1. ábrán. Az 5. ábra azt mutatja be, hogy a részecskék egymás után oszcilláló mozgásba jönnek és hullámot képeznek.
A hang terjedése összehasonlítható a hullámok víz feletti terjedésével. A vízbe dobott kő helyett egy hullámzó test van, és a víz-levegő felülete helyett.
Ábra. 5. A víz hullámának ábrázolása. A nyilak jelzik az egyes vízrészecskék mozgásának irányát
Hagyja, hogy a hangforrás tuning villa legyen. Ez egy kis acél hajlított rúd, amelynek lábát a kanyarban (6. ábra). A tuning villát gyakran hangszerhangok hangolásakor használják. A tuningvilla kismértékű fújása megnehezíti. Az ütközés utáni első pillanatban a tuning villa ága eltérően mondja jobbra; miközben a jobb és a mellette lévő levegő részecskékre tolódik. Ezután egy kis helyet a tuning villa közelében, a levegő kondenzálódik. De ebben az állapotban a levegő részecskék nem maradhatnak. Megpróbálják eloszlatni, szomszédaikat jobbra nyomják, és a megvastagodás nagyon gyorsan átjut az egyik rétegről a másikra. De a tuning villa ága nem marad egyedül. A következő pillanatban már balra fordul, és a levegő részecskéit a bal oldalon. És a jobb oldalon a levegő szétszóródik. Ez a ritkítás, mint a kondenzáció, gyorsan jelenteni fog minden légrétegnek.
A következő lengésnél ugyanaz a minta ismétlődik. Így a tuning villás ág minden egyes rezgése egy kondenzációt és egy ritkítást eredményez a levegőben. Az ilyen kondenzációk és ritkafrakciók váltakozása hanghullám. Mi teszi a hangvilla rezgések annyi különálló kondenzációs - „bordák” és a ritkítás - „árkok” elküldi a levegőben. Amikor egy ilyen hullám eléri a fület, úgy érezzük, hogy egy hang.
Azonban a víz és a hanghullámok között jelentős különbség van. A vízhullámok keringenek és csak a felszínen terjednek. A hanghullámok kitölti az egész teret a hangzó test körül. Továbbá, egy víz hullám oszcilláció egyedi részecskék felfelé és lefelé az egész irányt a hullám és a hanghullám a részecskék előre-hátra oszcillálni mentén a hullám. Ezért a víz felszínén lévő hullámokat keresztirányú hullámoknak nevezik, és a hanghullámokat hosszanti hullámoknak nevezik.
De bármi is legyen a hullám, az oszcilláló mozgásban résztvevõ részecskék soha nem mozognak a hullámmal. És maga a hullám csak a mozgás egyik rezgő részecskeből a másikba történő átvitelét jelenti.
Ennek megértéséhez a dominócsontok még jobban segítenek. Mindegyiket egymás mellé helyezzük, nem messze egymástól, és nyomja az első csontot (7. ábra). Leesik, elviszi a második csontot, a második - a harmadik, és így tovább. Rövidesen az összes csont fog hazudni. Mindegyikük a helyén maradt, és csak a mozgalmat továbbították a sorozat egészében.
Ábra. 7. A dominócskák leeső csövei hasonlítanak egy hanghullám terjedéséhez
Hasonlóképpen, a szája, a beszélő személy a rezgő levegő részecskék nem repülnek fülébe a hallgatót, és a mozgás átvitelre csak alkotó részecskék külön kondenzációs és ritkítás.
Tüzérségi lövések, amelyeket sok kilométeres távolságban hallunk, az egyes légi részecskék vibrációs mozgása miatt is.
A hang átvitelének távolsága egy bizonyos munka költségét igényli. Végül is, annak érdekében, hogy hanghullám keletkezzen, szükséges a légi részecskék lengése. Azonban a hullámhullám részecskék ingadozásának ingadozása elhanyagolható. A nyomás keletkezik a helyeken sűrítésére hullám nem haladja meg, még a legerősebb hang 0, 5 g négyzetcentiméterenként és egy gyenge hang nyomása sokkal kisebb, mint a nyomás által kifejtett szúnyog, összezsugorodott emberi fej! Ezért nyilvánvaló, hogy a hanghullám létrehozására irányuló munka nagyon kicsi. Ha egy millió ember ugyanabban az időben beszélt egy fél órát, a teljes energia a hanghullámok által termelt millió szavazatot, akkor csak annyi, hogy forrni egy csésze vízzel!
Az olvasó megkérdezheti: miért kell sok munkát költenünk ahhoz, hogy hangot kapjunk? Próbálj egy kicsit fújni a sípban - látni fogod, hogy a megszállás nem könnyű. Szirénákban és hódítókban gyakran használják a sűrített levegőt vagy a gőzt többnyire a légköri nyomásnál nagyobb nyomással. És az ilyen nagy energiafelhasználás ellenére a kapott hang viszonylag kis távolságon belül terjed.
Kiderül, hogy minden hangforrásban csak a munka egy kis része kerül a hang energiájába.
Ha minden energiáját sípol és a sziréna költöttek csak létrehozni hangzik, hogy lennének hallott száz kilométerre! A legtöbb hangszer a játék során felhasznált energiának nem több, mint egy ezredmásodpercében hangos energiává alakul. Egy beszélgető vagy énekes ember csak a teljes munka 100 százaléka hangenergiájává változik. A fennmaradó 99 rész eltűnik, főleg a hőenergia mellett.