Звук
Акустика — учение о звуках, а звук — это волна, распространяющаяся в упругой среде. Звуки различаются по высоте и громкости, тембру и длительности. Звуки бывают мелодичными и визгливыми.
Есть «слышимые» и «неслышные» звуки. Все эти особенности звука и являются предметом изучения акустики.
Акустика — раздел физики, изучающий процессы возбуждения и распространения упругих волн в различных средах. Но для большинства людей привычно более узкое толкование термина «акустика» — как учения о звуках.
Да и само название «акустика» произошло от греч. akustikos — «слуховой».
В обыденном понимании звук — это то, что воспринимает человеческое ухо. В научном понимании звук — это распространяющиеся в упругой среде колебания частиц, образующих эту среду.
Органы слуха человека воспринимают колебания с частотой от 16 до 16 000 — 20 000 Гц.
Звук — это распространяющаяся в среде волна упругих деформаций. Мы слышим звуки потому, что колеблющиеся частички среды стучат по нашей барабанной перепонке, а различаем разные звуки потому, что в ухе есть специальный орган — основная перепонка, различные участки которой резонируют при разных частотах.
Способность человека воспринимать звуки — слух — позволяет ему общаться с окружающим миром. И чем тоньше слух, тем богаче информация, которую с его помощью получает человек.
Но звуки слышат не только люди, но и животные, и даже растения в той или иной степени реагируют на звуки. Диапазон частот, которые слышат животные, гораздо шире того, что воспринимают люди.
Звуки с частотой, превышающей верхнюю границу слышимого человеком диапазона, называются ультразвуком, звуки с частотой, меньшей слышимого диапазона, — инфразвуком. Инфразвук хорошо воспринимают рыбы и киты, а ультразвук — летучие мыши, дельфины и собаки.
Звуки с частотой v ~ 109 — 1013 Гц носят название «гиперзвук». Гиперзвук соответствует максимально возможной частоте vmax упругих волн в различных средах, а максимальная частота определяется минимальной длиной волны λmin и скоростью звука vЗВ:
vmax = vЗВ / λmin.
В твердых телах и жидкостях могут распространяться упругие волны, длина которых не меньше удвоенного среднего расстояния между молекулами (атомами, ионами). В газах могут распространяться упругие волны с длиной, превышающей среднюю длину свободного пробега молекул (атомов, ионов).
Используя характерные значения скорости распространения звуковых волн в различных средах, можно получить приведенные выше оценки границ гиперзвука — для газов при нормальных условиях vmax ~ 109 Гц, а для жидких и твердых тел Pmax ~ 1012 — 1013 Гц. Физических ограничений для нижней границы частоты инфразвука не существует, можно говорить об упругих волнах со сколь угодно малой частотой.
