2. Звук — это волны
Вспомним волны на море.
Одна за другой набегают зеленоватые волны на берег. Кажется, будто к берегу беспрерывно движется масса воды. Но так ли это? Ведь тогда вода должна была бы вскоре залить весь берег.
Бросим в волнующееся море несколько щепок и посмотрим, куда они поплывут. Мы увидим, что щепки то опускаются, то поднимаются на волнах, но остаются почти на одном месте. Значит, вода не переносится вместе с волнами к берегу, как это кажется на первый взгляд, а остаётся на месте. Каждая частица воды лишь двигается всё время вверх и вниз. Такое колебание частичек воды и есть водяные волны.
Волны на воде легко получить. Опустите, например, в воду палку одним концом и начните качать её. На поверхности воды появятся волны, которые побегут от палки во все стороны.
Волны существуют не только на воде. Есть они и в воздухе. Только мы не можем их видеть, как видим волны на поверхности воды.
Возьмите гитару и резко дёрните у неё басовую струну. Если затем внимательно присмотреться к этой струне, то нетрудно заметить, что она дрожит — колеблется. Колебание струны передаётся воздуху, и в воздухе возникают невидимые воздушные волны — так же, как от колеблющейся в воде палки образуются водяные волны. Невидимые воздушные волны и есть звук.
Звуковые воздушные волны распространяются в воздухе со скоростью приблизительно 340 метров в секунду. Встречая на своём пути какую-либо твёрдую преграду, они заставляют её колебаться так же, как водяные волны заставляют качаться, например, доску, опущенную одним концом в воду.
Вот почему колебания мембраны фонографа (а значит, и иглы) волнообразны.
Записанный таким образом на валик фонографа звук нетрудно воспроизвести вновь. Для этого металлическую иглу устанавливают в начале оловянной канавки (на которой уже лежит «отпечаток» звука) и вращают валик. Игла следует по канавке и в точности повторяет все те движения иглы, благодаря которым образовалась волнистость канавки. Колебания иглы передаются мембране фонографа, на которой она укреплена. Мембрана приходит в движение и, как поршень, начинает качать воздух, заключённый в рупоре. В рупоре снова образуются воздушные волны. Они расходятся в воздухе и, попадая в наше ухо, заставляют колебаться так называемую барабанную перепонку. Наш организм воспринимает это колебание как звук.
Наблюдая волнение на море, мы видим, что волны бывают разной высоты и расстояние между гребнями волн также неодинаково. Если качать в воде палкой часто, то на поверхности воды появятся мелкие волны. Расстояние от гребня до гребня у таких волн мало (это расстояние называется длиной волны). Если же палку качать медленно, то по воде побегут длинные волны с большим расстоянием от гребня до гребня.
Если вы понаблюдаете, стоя на одном месте, как часто проходят одна за другой водяные волны, то легко увидите, что чем длиннее волны, тем меньшее число волн пройдёт около вас за одну секунду.
Так же различны и волны в воздухе. Струна, совершающая малое число колебаний в секунду, вызывает в воздухе волны большей длины, чем струна, совершающая частые колебания. От частоты колебаний зависит высота звука: чем больше число колебаний в секунду, тем выше — «тоньше» — звук.
Не все волны, существующие в воздухе, наше ухо воспринимает как звук. Струна, совершающая 30 колебаний в секунду, вызывает в воздухе волны длиной около 11 метров. Это «нижний» предел колебаний воздуха, который человеческое ухо улавливает как звук. Меньшее число колебаний воздуха ухо, как правило, уже не слышит. Существует также верхний предел звуковых колебаний.
Самое большое число колебаний в секунду, которое человеческое ухо воспринимает как звук, не одинаково для различных людей. Некоторые хорошо слышат звук, состоящий из 16 тысяч колебаний в секунду, что соответствует волнам длиной около 21 мм. Но у большинства людей пределом является примерно 10–12 тысяч колебаний в секунду.
