Электроника шаг за шагом [Практическая энциклопедия юного радиолюбителя]

Т-94. В процессе колебаний струна излучает звуковые волны. Вы тронули гитарную струну, она пришла в движение, увлекла за собой окружающий воздух и во все стороны от струны пошли звуковые волны. Их рождение в самом упрощенном виде можно представить себе так. Двигаясь вперед, струна сжимает впереди себя воздух, создает повышенное давление. Разумеется, область с повышенным давлением не может оставаться изолированной, давление передается соседним участкам, и от струны катится вал сжатого воздуха (Р-63).

Р-63

Через какое-то время струна пойдет обратно, начнет возвращаться к «линии покоя», и в том месте, где она только что сжимала воздух, появится область разрежения, область несколько пониженного давления. Область пониженного давления также не остается изолированной, и вслед за валом сжатия в пространство уходит вал разрежения. А поскольку струна совершает колебания, непрерывно меняет свое направление, движется туда-обратно, то волны сжатия и разрежения будут уходить от струны одна за другой. Такие волны сжатия и разрежения в воздухе или в другой среде — это как раз и есть звук.

Т-95. Основные характеристики звука: период, частота, скорость, звуковое давление, сила звука. Попробуем поставить на пути звуковой волны измеритель давления — манометр. Причем отрегулируем его так, чтобы прибор показывал только изменение давления по сравнению с атмосферным. Это значит, что при нормальном атмосферном давлении манометр будет показывать нуль, при некотором сжатии воздуха стрелка прибора пойдет вправо, при разрежении — влево (Р-63;1). А под действием звуковой волны стрелка будет все время отклоняться от нуля то влево, то вправо. Если бы мы успевали следить за всеми движениями стрелки и построили бы график звукового давления, то он оказался бы точной копией графика свободных колебаний струны. А разве могло быть иначе? Звуковая волна рождена колеблющейся струной, поэтому изменение давления в любой точке, куда приходит звук, в точности повторяет все действия струны по сжатию и разрежению воздуха.

Это позволяет прежде всего ввести такую характеристику звука, как частота — число полных циклов (периодов) изменения звукового давления в единицу времени.

Частота звука, естественно, равна частоте свободных колебаний создавшей его струны. Если струна каждую секунду посылает в пространство 10 «сгустков» сжатия, то через любую точку пространства каждую секунду пройдет именно 10 таких «сгустков».

Другая характеристика звука — скорость распространения — не требует, по-видимому, особых пояснений. Нужно лишь отметить, что в воздухе скорость звука при 0 °C — около 330 м/сек, что с повышением температуры она несколько повышается и что в других средах скорость звука может быть во много раз больше или меньше, чем в воздухе (Р-63;6).

Зная скорость звука и его частоту, можно найти еще одну характеристику — длину звуковой волны. Длина волны — это то расстояние, которое волна успевает пройти за время одного полного периода колебаний. Так, например, при частоте 1 Гц, то есть при периоде 1 сек, длина волны составит в воздухе 330 м, в воде — около полутора километров, в стали — 5 километров, в резине — всего 50 метров. С увеличением частоты длина волны, конечно, уменьшается: чем меньше длится период, тем меньше расстояние успеет пройти волна (Р-63;3,4).

Звуковые волны иногда сравнивают с волнами на поверхности воды — гребень морской волны чем-то похож на область сжатого воздуха, впадина — на область разрежения. Когда говорят о длине морской волны, то обычно имеют в виду расстояние между двумя ее соседними гребнями, и по аналогии можно сказать, что длина звуковой волны — расстояние между двумя соседними точками наибольшего сжатия. У этого определения нет никакого противоречия с предыдущим — чем выше частота звука, тем чаще одна за другой следуют области сжатия и тем, естественно, меньше расстояние между двумя такими соседними областями.