ЗВУК

ЗВУК, распространяющиеся в виде волн колебательные движения материальной среды; такого рода движения, достигая уха, создают внем раздражение.являющееся причиной слухового ощущения (см. также Акустика). Чтобы в среде мог возникнуть 3., в ней должно существовать тело, совершающее периодические движения, к-рое служило бы источником волн. Если все точки материальной среды, в к-рой возбуждены колебания, связаны между собой, то колебания передаются от точки к точке, и каждая из них приходит в самостоятельные колебания; при этом колебания каждой точки среды запаздывают по фазе сравнительно с колебаниями источника тем более, чем дальше эта точка отстоит от источника. Распространяющиеся в среде колебательные движения называются волнами. Частота колебаний определяет высоту тона, к-рый тем ниже, чем меньше эта частота. Звуки, воспринимаемые ухом, обычно являются сложными 3., составленными из наиболее интенсивного колебанияопределенной частоты, обусловливающего основной тон, и ряда колебаний с частотами, кратными частоте основного тона. Тоны с частотами, кратными основной, называются обертонами; от присутствия тех или иных обертонов и их относительной интенсивности зависит тембр 3. Комплекс 3., меняющихся по интенсивности, высоте и тембру, является шумом.— Скорость 3. Расстояние, на к-рое звуковые волны распространяются за 1 сек., есть скорость 3. (с). Очевидно с=Я/. (Величины скорости 3.—см. Акустика.) Т. к. причиной передачи колебаний в среде являются упругие силы между ее частицами, то распространение 3. возможно лишь в упругой среде. Скорость 3. определяется отношением упругости среды к ее плотности. В твердых телах, обладающих как упругостью формы, так и упругостью объема, возможны волны продольные, поперечные и крутильные; скорость их несколько различна. В жидкостях и газах, обладающих лишь объемной упругостью, возможны только продольные колебания, в результате чего при прохождении волн в жидкой или газообразной среде возникают периодич. сгущения и разрежения. Скорость звука, распространяющегося но ветру, больше, а против ветра—меньше нормальной. Чрезмерно большие скорости наблюдаются при распространении очень сильных звук, импульсов (взрывныеволны); 56 S                                                                                           ЗВУК в трубках наблюдались скорости импульсов до 14.000 м/сек. Однако чрезмерно большие скорости наблюдаются лишь вблизи самого источника (очаг взрыва, дуло орудия),-— с расстоянием скорость падает до нормального значения. Сила звука есть количество энергии, переносимой распространяющимися колебаниями через 1 см² площади в 1 сек.; поэтому сила 3. измеряется в эрг/см ^s/^ceK- От измеренной так. обр. объективной силы 3. следует отличать силу 3., воспринимаемую субъективно, именуемую громкостью, к-рая показывает, каково отношение данной объективной силы 3. к силе 3. на пороге слышимости. Сила 3. зависит от амплитуды колебаний. Абсолютное измерение силы 3. можно производить посредством диска Ре-лея—легкого кружка, подвешенного на тонкой нити так, чтобы его плоскость составляла 45° с направлением волн: чем сильнее 3., тем больше угол поворота диска, стремящегося стать перпендикулярно направлению 3. Можно вести измерения силы 3. по величине давления, оказываемого звуковыми волнами на препятствие. Кроме других методов нередко применяется микрофонный конденсатор; в нем очень тонкая металлическая мембрана служит одной из обкладок конденсатора с изолирующим воздушным слоем в несколько десятых мм. К обкладкам конденсатора приложена разность потенциалов в несколько сот вольт; когда легкая мембрана под действием звуковых волн начинает колебаться, то благодаря периодическим изменениям емкости конденсатора в контуре, куда входит конденсатор, создается переменная электродвижущая сила;измеряя эту электродвижущую силу после усиления ее катодным усилителем, можно определить силу 3'. Для субъективного измерения шумов Баркгаузен (Barkhausen) сконструировал прибор, в к-ром 3. зуммера (электромагнит с жужжащей пружинкой-якорем) может измеримым образом ослабляться. Для измерения силы 3. устанавливается: такая громкость зуммера, которая кажется одинаковой со звуком, слышимым другим ухом. Форма звуковой волны и поглощение 3. В зависимости от того, что представляет источник 3. (точка, колеблющаяся линия или плоскость), распространяющиеся от него волны являются сферическими , цилиндрическими или плоскими. В сферических волнах сила 3. убывает по закону J = ^, в цилиндрических—по закону J = ■-*, в плоских она остается неизменной. Однако так происходит лишь при отсутствии поглощения звуковой энергии средой. В действительности благодаря внутреннему трению и теплопроводности среды звуковая энергия поглощается тем сильнее, чем короче длина звуковой волны.—Поглощение звуковых волн в воде гораздо меньше, чем в воздухе. Это дает основание к замене в навигационном деле воздушной сигнализации подводной. Отсюда явствует также, что существуют предельные, наиболее короткие волны, к-рые могут распространяться, не будучи еще поглощенными на очень близ- ких расстояниях. Наиболее короткие волны, наблюдавшиеся в воздухе, имеют длину волны около 0,2 мм при частоте 1.500.000 (Pierce; 1925). Столь короткие волны не могут конечно восприниматься ухом и носят название ультразвуковых волн. Для их создания пользуются пиезо-электрическими свойствами кварца. Пластинка пиезо-кварца служит изолирующим слоем конденсатора, к обкладкам к-рого подводится быстро-переменное напряжение. Под влиянием переменного электрического поля пиезо-кварц периодически сжимается и расширяется; его механические вибрации особенно сильны, когда частота переменного электрического поля одинакова с собственной частотой кварцевой пластинки, обусловленной ее геометрическими размерами (электромеханический резонанс). Подбирая размеры кварца и частоту тока, можно при достаточной мощности получить очень интенсивные звуковые волны. Короткие волны представляют то преимущество, что они могут быть направлены в определенную сторону—пучком, поэтому ими пользуются, по почину Ланжевена (Langevin), в подводной сигнализации. Вуд (R. Wood; 1927) обнаружил интересные биологические действия этих волн: рука, подвергнутая действию мощных коротких волн (в воде), чувствует боль, парамеции под их действием теряют способность двигаться и умирают; красные кровяные тельца, находящиеся в физиол. растворе, быстро разрушаются; мелкие рыбы и лягушки умирают через одну-две минуты; мыши менее чувствительны к действию ультразвуковых волн и лишь теряют способность двигаться;под действием коротких волн создаются очень стойкие эмульсии, и т. п. Когда в воздухе (или другой среде) колебания одновременно создаются несколькими источниками, то движения каждой отдельной частицы являются результатом сложения нескольких колебаний, и вся картина распространения волн соответственно изменяется. Результаты сложения волн (интерференция) могут быть бесконечно разнообразны. Особенный интерес представляют случаи сложения колебаний одинакового периода и равной амплитуды,распространяющихся в одном направлении: при равенстве фаз колебания происходят с удвоенной амплитудой, при противоположных фазах они взаимно уничтожаются. В результате сложения волн одинаковых периодов и амплитуд, идущих навстречу друг другу (как бывает при сложении поступательно движущихся и отраженных волн), возникают стоячие волны; в них среда делится на участки с наибольшими амплитудами (пучности), отделенные друг от друга местами, где колебания вовсе не совершаются (узлы). Расстояние между соседними узлами, или пучностями, равно - . Стоячими волнами пользуются для измерения скорости 3. При сложении двух колебаний с близкими периодами возникают периодические увеличения и уменьшения амплитуды—биения. Число биений в секунду равно разности частот /_г и /₂ слагающиеся 3. Биения очень легко обнаруживаются ухом, и по ним, имея один источник опре- деленного числа колебаний, можно с большой точностью определять частоту звука. Переход 3. из одной среды в ДРУ^ГУ^Ю- Когда звуковые волны переходят в другую среду с иной скоростью распространения, то на границе происходит отражение и преломление 3. по законам оптических явлений. Поэтому 3., распространяющийся в свободной атмосфере, испытывает разные отклонения от прямой, смотря по тому, повышается или понижается t° с высотой. Когда 3. переходит из среды, где скорость его меньше (напр. воздух), в среду, где скорость больше (напр. вода), то возмоншо явление полного внутреннего отражения, аналогичного оптическому. Из одной среды в другую 3. передается тем лучше (т. е. тем меньше количество отраженной энергии), чем ближе «акустические жесткости» сред (акустической жесткостью среды называется произведение из плотности среды на скорость звука в ней). В целях звуковой изоляции применяют многослойные экраны из слоев со значительно различающимися акустическими жесткостями. При распространении в закрытом помещении (аудитории, театры и т. п.) 3. может испытывать многократные отражения от стен и потолка, вследствие чего 3., раздавшийся в помещении, длится нек-рое время, пока не ослабеет до значения силы 3. при пороге слышимости (реверберация 3.—см. Аудитория). При таком «набегании» 3. речь и музыка становятся неразборчивыми. Однако в залах, лишенных реверберации, музыкальные 3. оказываются некрасивыми—сухими: для музыки и речи существует оптимум реверберации: для больших зал—около 1,6 сек., для малых помещений—меньший. Источники 3. Употребляемые источники 3. можно классифицировать как по их размерам—имеющие одно измерение (струна, стержень, длинная труба), два измерения (мембрана, перепонка) и три измерения (кубический резонатор),—так и по способу возбуждения, к-рое может быть механичес-ким(удар, трение, вдувание), магнитным (телефон), электрическим (электростатические громкоговорители), тепловым (термофон). Наиболее чистые тоны доставляются к а-мертонами, к-рые поэтому-применяются как эталоны 3. определенной высоты. При колебаниях в камертоне получается ряд узловых точек, вследствие чего образуются обертоны, слабые сравнительно с основным тоном и не гармонические относительно него: частоты основного тона и обертонов камертона относятся, как 1:6,2:18,3: : 35:58 (Auerbach). Источником 3., особенно удобным для измерения чувствительности уха, является термофон, состоящий из очень тонкого металлического листочка, по к-рому одновременно проходят постоянный н переменный токи. Периодические нагревания, создаваемые переменным током, возбуждают расширения и сжатия воздуха, воспринимаемые как 3. Зная объем каморы термофона, t° листка и частоту тока, можно измерить силу 3. в абсолютной мере.— В качестве приемников 3. обычно применяются мембраны, к-рые могут быть или закрепленными по краям или движущи- бвб мися целиком (как поршень). В приемнике 3. наиболее интенсивные колебания возникают тогда, когда частота приходящих колебаний одинакова с частотой собственных колебаний мембраны или другого приемного приспособления (резонанс); однако когда требуется, чтобы приемник одинаково улавливал колебания всех частот (как это напр. необходимо в микрофоне), то резонансные явления должны быть выражены как можно менее. Вообще приемники 3. могут реагировать или на смещение колеблющихся частиц (приемники смещений) или на изменения давлений (приемники давлений). Чтобы сам приемник своим обратным (излучающим) действием не искажал звукового поля, размеры его должны быть возможно малыми. Комбинационные тоны. Одновременное существование нескольких сильных 3. (с большими амплитудами) сопровождается образованием добавочных 3.—комбинационных тонов. Гельмгольц показал, что комбинационные тоны создаются также при несимметричных колебаниях тела. Этим объясняется возникновение субъективных обертонов,обусловленное несимметричным строением барабанной перепонки. Всякий сильный тон (даже с чистыми синусоидальными колебаниями) также сопровождается комбинационными тонами: поэтому сильный тон не может быть чистым. Это обстоятельство важно для громкого воспроизведения 3. (в громкоговорителях). Комбинационные тоны играют важную роль в восприятии 3.: если искусственно исключить основной тон речи (или другого 3.), то он вновь возникает в виде суммового тона обертонов, входящих в состав 3. голоса. Поэтому исключение основного тона (и близких к нему обертонов) мало искажает тембр голоса и мало сказывается на разборчивости речи, тогда как исключение верхних обертонов, несмотря на их малую энергию, сильно ухудшает разборчивость. При одновременном звучании нескольких тонов (аккорд) создаются биения между основными тонами, их обертонами и сопровождающими их комбинационными тонами. Многие и частые биения, как выяснил Гельмгольц, являются причиной диссонанса созвучия; чем менее число тонов, дающих биения, тем более консонирующим оказывается созвучие.—3 а п и с ь 3. В целях анализа 3. прибегают к записи звуковых волн, что может выполняться разными способами. Обычно это достигается регистрацией колебаний мембраны, приводимой в движение переменами давления в среде. Подвергая получаемые таким образом кривые анализу, можно установить наличие и относительную интенсивность всех входящих в состав 3. обертонов. Результаты анализа обычно выражают в виде т. н. акустических спектров, где высотами вертикальных отрезков характеризуются интенсивности, а их положениями—частоты _ входящих в состав 3. обертонов. Лит.: Белявский А., Теория звука в приложении к музыке, М.—Л., 1925; Брэгг У., Мир звука, М.—Л., 1927; Н е м и р о в с к и й Л., Акустика физическая, физиологическая и музыкальная, М.—П., 1923; Тин даль Д., Звук, Москва, 1922; X в о л ь с о н О., Курс физики, т. II, Берлин, 1923; Budde Е., Mathematische Theorie der Gehors-cnipl'mdung (Hndb, d. biologischen Arbeitsmethoden, 56S hrsg. v. E. Abderhalden, Abt. V, Т. 7, II. i, В.— Wien, 1920); Handbuch. der Physik, hrsg. v. H. Geigcr u, K. Scheel, B. VIII—Akustik, В., 1927; Richardson E., Sound, L., 1926.                            П. Беликов.

• ЗВУКОПРОВОДНОСТЬ, свойство тел служить передаточной средой для акустических волн. Помимо ослабления звука с расстоянием вследствие распределения энергии по возрастающей поверхности, сила звука, проходящего через среду, уменьшается вследствие превращения энергии звуковых ...
• ЗДОРОВЬЕ, понятие, обычно противопоставляемое болезни (см.) и, так же как последнее, являющееся относительным. Здоровым принято считать человека, не обнаруживающего каких-либо явных физ. или псих. дефектов в окружающей его данной конкретной ...
• ЗДРАВООХРАНЕНИЕ. I. Основные принципы организации здравоохранения. Здравоохранение—система мероприя-тий, направленных к поддержанию здоровья и трудоспособности населения. В понятие У. входят все мероприятия по оздоровлению среды (физической и социальной), напр.: ...
• ЗЕВОТА, особое дыхательное движение, к-poe состоит в глубокой инспирации при открытом рте, зеве и голосовой щели. Вдыхание сопровождается при этом характерным звуком,производимым вибрацией голосовых связок. 3.—явление физиологическое, но может иметь ...
• ЗЕЙДЛИЦКИЙ ПОРОШОК, Pulvis aero-phorus laxans, слабительный шипучий порошок (был официнален по Ф III, ФУ1, но в ФУП не внесен). На один прием берут: Сегнетовой соли 7,5, двууглекислой соды 2,5 и винной ...