1.1. Источники звука и среда распространения, без этого никак не обойтись

Что такое звук? Точного ответа не существует. Различные науки и тео- рии претендуют на то, что именно они обладают всей полнотой зна- ний об этом, да и вообще обо всем остальном на свете. Физики говорят одно, музыканты другое, поэты третье, а тибетские монахи молчат или мычат что-то непонятное. Хорошо бы привести мнения всех людей о том, что такое звук. Но здесь мы можем попасть в ситуацию, когда длина носа китайского императора определялась на основе усреднен- ной фантазии всех китайцев, которые видели императора с его носом лишь на гравюрах. Статистическая выборка потрясающая, хотя резуль- тат никуда не годится. Поэтому ограничимся пока взглядом физиков. Ведь, как известно, науки делятся на две категории: физику и коллек- ционирование марок. Потом, постепенно подключим взгляды биоло- гов, медиков, музыкантов и историков. Потом.

Звук — это то, что мы слышим. Физики говорят, что звук образует- ся тогда, когда что-то колеблется, какое-нибудь тело. Когда что-то ме- няет свою форму. Так как мы, люди, живем в воздушной среде, самые распространенные звуки для нас те, что распространяются в воздухе, газовой среде.

Так уж сложилось, что способность слышать звуки является для людей одним из шести способов чувствовать что-либо. Слух для лю- дей играл и играет важную роль. Человек слышит грохот обвала, вой гиены, ругань соседа, свист пули. Вся эта поступающая информация увеличивает шансы человека на выживание. А без устной речи не воз- никло бы и всей современной цивилизации.

Итак, мы все поняли, что звук — это очень важно. Для живых су- ществ, по крайней мере.

1.2. Что такое звук с точки зрения физики?

Звук — волна, распространяющаяся в среде. Газообразной, жидкой или твердой. Волны видели все. Волны на море, волны в океане, волны в за- ливе, волна, бегущая по веревке, если ее предварительно по-особенно- му дернуть, и т.д. Такие же волны распространяются и в воздухе. Для

волн на воде средой является вода, точнее — видимая граница воды и воздуха. Нам кажется, что частички воды колеблются по вертикали

1

.

Поперечная волна. Такого типа волны бегут по натянутой веревке, струне и т.д.

Частички воздуха, рождая звук, тоже колеблются. Но воздух про- зрачен, и мы не видим его колебаний. Зато наше ухо может восприни- мать колебания плотности и изменение давления воздуха.

К изменению плотности воздуха, то есть к возникновению звука, приводит любое движение твердого тела. Это могут быть движущийся паровоз, колебание голосовых связок, натянутой струны и пр.

Продольная звуковая волна, распространяющаяся в воздухе

Однако не все волны одинаковы. Важно, с какой частотой колеб- лется струна, сколько колебаний в секунду она совершает. Если с вы- сокой частотой — мы слышим высокий звук, а с низкой — низкий звук. Звук может быть громче или тише. На языке физики это означает, что частота и интенсивность (амплитуда) звуковой волны может быть раз- ной, больше или меньше. Если амплитуда больше — звук громче, если меньше — звук тише. Это интуитивно понятно. Дальше будет хуже. Но я буду стараться.

Казалось бы, все звуковые волны должны быть одинаковыми. Иногда так действительно кажется, особенно когда слушаешь радио в машине: не только все звуковые волны одинаковы — все песни одинаковы, все ма- шины одинаковы, все люди одинаковы. Но если отвлечься от этих раз- мышлений, то понимаешь, что звуковые волны все-таки разные. Звуки скрипки, орга

́

на или автомобильного мотора в Большом зале Московской консерватории совсем не похожи на звуки скрипки, орга

́

на и мотора ску- тера, если ты плаваешь с маской и трубкой в Красном море, а органист или скрипач сидит на дне. Так же как и любые другие звуки. В чем же тут

1

Точнее, не по вертикали, а совершая круговые движения. 

дело? Думается, не только и не столько в устройстве двигателя внутрен- него сгорания.

С точки зрения физики, за распространение волн в среде отвечают два фактора — инерция и упругость. Если среда более плотная и бо- лее упругая, то скорость звука в ней повышается, а длина волны при аналогичной частоте — увеличивается. Еще одним важным элементом среды является ее способность рассеивать энергию волны. Если бы зву- ки с расстоянием не затухали, то атмосфера была бы наполнена гига- нтским количеством разнообразных звуков, что рождало бы безумную какофонию.

Затухание звука в воздухе происходит по двум причинам. Во-пер- вых, энергия волны, распространяющаяся в трехмерном пространстве во все стороны, падает пропорционально квадрату расстояния от ис- точника звука. Постепенно энергия колебания частиц воздуха стано- вится такой малой, что не различается на фоне теплового движения молекул. Во-вторых, важным фактором уменьшения (диссипации) энергии звука является рассеивание звука на неоднородностях сре- ды — частичках пыли, комарах, меняющейся плотности воздуха из- за разницы температур, влажности и т.д. Известно, что звук в ясную, сухую, безветренную погоду распространяется совсем по-другому, чем в пасмурную, дождливую, ветреную и мерзкую, когда и звуки-то слу- шать никакие не хочется. Например, все мы плавали на лодочке в пар- ке. Прекрасная погода, солнышко, тихо, у нас благостное настроение. Со всех сторон доносятся шепот, невнятное бормотание и всхлипы влюбленных, которые могут плавать на лодочке даже достаточно да- леко от вас. Но слышали ли вы подобные звуки, если идет проливной дождь, сыро, холодно, на лодочке кататься совсем не хочется, а надо?! Нет, не слышали.

То, что для распространения звука нужна среда, было совсем не очевидно нашим предшественникам. Известны опыты А. Кирхера и О. Гюкке, которые помещали звонок под колпак, а из-под колпака выкачивали воздух. В результате они сделали вывод, что для распро- странения звука воздух не нужен. Однако гораздо позже было доказа- но, что в этих опытах звук распространялся через подставку под зво- нок, а уже через нее — в окружающее пространство, воздух.

Звук в воздушной среде, представляющий собой колебания плот- ности газа, чередующиеся уплотнения и разрежения, достигает бара- банной перепонки, заставляя ее колебаться чисто механически, как маленький барабан. Далее, через цепь механических, электрических, химических приспособлений, таких как стремечко, улитка, нервные клетки, нейросеть, звук (голос, музыка) воспринимается человеком как образ. Но звук поступает в слуховой аппарат человека не только через барабанную перепонку. Через колебания костей черепа он попа-

дает непосредственно в среднее ухо и в искаженном виде добавляется к звуку, проходящему через барабанную перепонку. Вот почему вос- приятие собственного голоса «напрямую» в голове сильно отличается от записанного через внешний микрофон. Более того, свой голос в за- писи воспринимается человеком как «противный».

Также не всегда человек предпочитает воспринимать звук только через воздушную среду. Якуты, бушмены и железнодорожники спят, прикладываясь ухом к земле (к рельсу), чтобы заранее обнаружить приближающиеся стада оленей, бизонов и паровозов. Отдельные ры- баки берут в зубы конец толстого деревянного шершавого весла, опу- щенного в воду, чтобы слышать звуки подводного мира.

Известно, что скрипачи и настройщики, у которых с возрастом снижается слух, дотрагиваются зубами до вибрирующего смычка или другого твердого предмета, прислоненного к резонатору инструмента, для того чтобы лучше слышать музыкальный звук.

Про Бетховена, пожалуй, говорить не будем, все о нем слышали. Был он глухим начиная с какого-то времени, а музыку писал замеча- тельную.