Звук

Определение "Звук" в словаре Брокгауза и Ефрона

Звук
Звук
— учение о З. — акустика (см.). Мы отличаем шум от тона. Притом еще всякий З. характеризируется высотою, силою и оттенком. Каков бы ни был источник З., можно различными приемами не только доказать, что звучащее тело находится в состоянии колебательного движения, но и определить число колебаний его в одну секунду. Это можно сделать: 1) графическим способом, сосчитав число зигзагов, образованных на поверхности вращающегося цилиндра в известный промежуток времени каким-либо легким острием, прикрепленным к звучащему телу; 2) акустическим способом, при помощи так называемой сирены Каньяра-Латура, зубчатого колеса Савара, монохорда, сонометра Шейблера и т. п.; 3) оптическим способом Лиссажу, манометрическими огоньками Кёнига и т. д. Высота З. зависит от числа колебаний. Пределы слышимых колебаний для различных лиц и условий неодинаковы. Самым низшим З. соответствуют числа колебаний от 10 до 28 в 1 секунду, а самым высоким — от 30000 до 40000. Интервал, соответствующий двум тонам, из которых один обладает числом колебаний в 2 раза большим, нежели другой, называется октавой; отношения же между числами колебаний 3:2, 4:3, 5:4, 6:5 соответствуют последовательно интервалам квинте, кварте, большой и малой терциям. Трезвучие мажорного аккорда (см.) состоит из примы 1, большой терции 5/4 и квинты 3/2; минорный аккорд составляют интервалы 1, 6/5 и 3/2. Интервалы мажорной гаммы (см.): 1 9/8 5/4 4/3 8/5 5/3 15/8 2. Интервалы минорной гаммы: 1 9/8 6/5 4/3 3/2 8/5 9/5 2. Тоны, числа колебаний которых по отношению к некоторому основному тону 1 образуют последовательно ряд 2, 3, 4, 5 и т. д., называются высшими гармоническими тонами (или обертонами) относительно основного тона.

Оттенок З., или тембр, зависит именно от того, что во всяком З. вообще основной тон сопровождается в большем или меньшем числе высшими гармоническими тонами. Так, звучащая струна колеблется не только просто целиком, но и каждая ее часть в большей или меньшей степени колеблется отдельно, усложняя, таким образом, общую форму колебания струны, от чего, следовательно, и должен зависеть оттенок З. Эти сложные колебания струны можно наблюдать и изучать при помощи вибрационного микроскопа Гельмгольца. От числа и силы высших тонов, примешанных к основному тону, зависят и гласные З. (см.) человеческого голоса.

Сила З. в данном месте есть количество звуковой энергии, проходящей в единицу времени через единицу площади, перпендикулярной к направлению распространения З. На основании этого определения можно вывести формулу:

E = 2 π ² ρωα ²N²

в которой ρ есть плотность среды, ω — скорость распространения З., α — амплитуда колебаний, N — число колебаний в 1 секунду. Отсюда следует, что при постоянном N сила З. пропорциональна квадрату амплитуды колебаний и произведению из плотности среды на скорость распространения в ней З. Кроме того, сила З. обратно пропорциональна квадратам расстояний данного места от источника З. Некоторая часть З. энергии должна также тратиться в среде на внутреннее трение и преобразовываться в теплоту. Что звукопроводность различных тел неодинакова, можно убедиться простыми опытами. В пустом (безвоздушном) пространстве З. вовсе не распространяется. В водороде — весьма слабо. Жидкости и твердые тела гораздо лучше проводят З., нежели газы. К лучшим проводникам З. принадлежат стекло, сталь, дерево. Между металлами худший проводник — свинец. Дерево значительно лучше проводит З. вдоль волокон, нежели поперек их. Мягкая резина, сердцевина бузины относятся к самым худым проводникам З. Опытами доказано, что можно считать звукопроводность (подобно электропроводности) прямо пропорциональною площади поперечного сечения тела и обратно пропорциональною длине его.

Скорость З. в свободном воздухе на основании более точных наблюдений равняется 332,5 метрам при 0°. Вычисление дает то же самое из формулы:

(где p — упругость, D — плотность воздуха и k = C₁/C₂ = 1,4 есть отношение теплоемкостей воздуха при постоянном давлении и при постоянном объеме. Затем g — ускорение тяжести, d — плотность ртути, α — коэффициент расширения воздуха, t — температура, δ — плотность сухого воздуха при 0° и 76 с. м. давления, f — упругость водяных паров в воздухе и h — барометрическая высота). С повышением температуры скорость З. возрастает. Она не зависит ни от высоты, ни от силы З. Скорость З. в трубах меньше, чем в свободном воздухе, в особенности в трубах или каналах малого поперечника. Скорость З. в воде, по опытам Колладона и Штурма, 1435 м. при +8°. В твердых телах, хорошо проводящих З., скорость З. еще значительнее. Так, в стекле, алюминии, стали — ок. 5200 м; в чугуне 4300 м, в меди 3750 м; в свинце же гораздо меньше, именно 1200 м. В каучуке (резине) — изоляторе З. — скорость З. раз в 10 меньше, нежели в воздухе. В дереве, вообще, скорость З. почти такая же, как и в металлах, притом она больше по направлению волокон (фибр). Так, напр., в ели скорость З. вдоль волокон в 2,2 раза больше, чем поперек; в сосне — в 1,6 раза больше, в дубе — в 1,36 раза.

Звуковые волны, составляющие последовательные сгущения и разрежения среды, встречая на пути своего распространения другую среду, частью от нее отражаются, частью же входят в нее, преломляются в ней (т. е. изменяют направление распространения). Эхо и резонанс представляют случаи отражения З. Есть возможность прямым опытом убедиться, что законы отражения З. тождественны с законами отражения света (при помощи вогнутых зеркал Пикте, а также и прибора Котрейля с чувствительным пламенем). Преломление З. можно наблюдать при помощи или чечевицы Зондгауса, наполненной углекислым газом, или призмы Гаеха (Hajech), наполняемой различными газами, или сетчатой чечевицы, в которой заключается пух, вата, волос или какие-либо стружки. Источником З. в таких опытах могут служить карманные часы или свисток; в последнем случае фокус, т. е. место, в которое собираются чечевицей звуковые лучи, может быть найден посредством чувствительного пламени.

Интерференцией З. называется явление усиления или ослабления З. при одновременном существовании двух тонов одинаковой высоты. В случае же двух тонов, близких друг другу по высоте, получается явление дрожания или биения звука. Если звуковые волны налагаются так, что как сгущения, так и разрежения отдельно между собою совпадают, то происходит усиление З. Обратно, если сгущение одной волны совпадает с разрежением другой, то получается ослабление З. В частном случае, когда волны распространяются по двум взаимно противоположным направлениям (напр. вследствие отражения, как в органных трубах) получаются так назыв. стоячие волны (см. Волны); в местах, где фазы колебаний одинаковы, образуются пучности, а там, где фазы противоположны, — узлы. Пучности отстоят от узлов на 1/4 длины волны. Самый простой способ наблюдать интерференцию З. — держа камертон вблизи уха, поворачивать его, тогда заметны будут усиления и ослабления З.

Комбинационные тоны по условиям возникновения сходны с явлением дрожания З. Они происходят при одновременном звучании двух тонов различной высоты. Их два рода: разностные, открытые Тартини, и суммовые, открытые Гельмгольцем. Разностные тоны сильнее суммовых. Число колебаний разностного комб. тона равно разности чисел колебаний совместных тонов. Объяснение сводится к дрожаниям З., быстро чередующимся и дающим впечатление определенного тона, если интервал между совместными, притом сильными З. довольно значителен. Но Гельмгольц на основании существования и суммовых тонов дает другое объяснение. Он принимает именно, что комб. тоны обусловливаются основными тонами такой большой силы, а следов., и амплитуды, к которым уже неприменимы простые обыкновенные законы. Следовательно, пертурбациями колебательных движений и вызываются комб. тоны. При больших амплитудах приходится уже вводить в расчет зависимость упругой силы не только от первой степени, но и от второй степени перемещения; при этом вычисление действительно показывает, что в результате является новая система простых колебательных движений, соответствующих разностным и суммовым комб. тонам. В музыке комбин. тоны имеют значение по отношению к аккордам. В мажорном аккорде 1, ⁵/₄, ³/₂, 2 комб. тоны (разностные) суть ¹/₄, ¹/₂, ³/₄, 1, т. е. двойные и простые нижние октавы основного тона, затем октавы квинты и самый основной тон. Следовательно, комб. тоны усиливают только тоны самого аккорда. В минорном аккорде 1, ⁶/₅, ³/₂, 2 комб. тоны ¹/₅, ³/₁₀, ¹/₂, ⁴/₅, 1. Здесь уже получается, между прочим, двойная нижняя октава большой терции, нарушающая частью чистоту созвучия, вследствие чего минорный аккорд носит характер некоторой нерешительности и беспокойства.

Созвучность, консонанс и диссонанс (см.) интервалов и аккордов обусловливается еще высшими гармоническими тонами и происходящими от них более или менее быстрыми дрожаниями. Если дрожания или очень редки, или очень часты, то, подобно мерцанию света, они не производят неприятного ощущения. Если же дрожания повторяются от 20 до 40 в секунду, то они очень неприятны.

Высота З. меняется для наблюдателя во время изменения расстояния между ним и звучащим телом. При уменьшении расстояния З. повышается, при увеличении — понижается. Факт известен давно. Объяснил же его впервые Допплер. Если наблюдатель будет приближаться к звучащему телу, то в его ухо будет попадать в единицу времени большее число колебаний, нежели в том случае, когда он остается на месте, и З. ему будет казаться повышенным. При удалении — обратно. Если скорость движения наблюдателя и, а скорость З. v, то число колебаний в 1" N'=(±u+v)/ λ =N(1±u/v). Когда источник З. перемещается, а наблюдатель в покое, тогда N'=Nv/(v±u).

Относительно законов колебаний звучащих тел (струн, стержней, пластинок и т. д.) см. Колебания звуч. тел. К тем руководствам по З., которые указаны в статье "Акустика", следует прибавить прекрасный и полный курс акустики проф. Н. П. Слугинова, 1894 г. Следует упомянуть также, что лекции о звуке Тиндаля и Блацерна переведены на русский, язык.

Н. Гезехус.