Звук

В широком смысле — колебательное движение частиц упругой среды, распространяющееся в виде волн в газообразной, жидкой или твёрдой средах (см. также Упругие волны) в узком смысле — явление, субъективно воспринимаемое специальным органом чувств человека и животных. Человек слышит З. с частотой от 16 гц до 20 000 гц. Физическое понятие о З. охватывает как слышимые, так и неслышимые звуки. З. с частотой ниже 16 гц называется Инфразвуком, выше 20 000 гц — Ультразвуком; самые высокочастотные упругие волны в диапазоне от 109 до 1012—1013 гц относят к Гиперзвуку. Область инфразвуковых частот снизу практически не ограничена — в природе встречаются инфразвуковые колебания с частотой в десятые и сотые доли гц. Частотный диапазон гиперзвуковых волн сверху ограничивается физическими факторами, характеризующими атомное и молекулярное строение среды: длина упругой волны должна быть значительно больше длины свободного пробега молекул в газах и больше межатомных расстоянии в жидкостях и в твёрдых телах. Поэтому в воздухе не может распространяться гиперзвук с частотой 109 гц и выше, а в твёрдых телах — с частотой более 1012—1013 гц.

Основные характеристики звука. Важной характеристикой З. является его спектр, получаемый в результате разложения З. на простые гармонические колебания (т. н. частотный Звука анализ). Спектр бывает сплошной, когда энергия звуковых колебаний непрерывно распределена в более или менее широкой области частот, и линейчатый, когда имеется совокупность дискретных (прерывных) частотных составляющих. З. со сплошным спектром воспринимается как шум, например шелест деревьев под ветром, звуки работающих механизмов. Линейчатым спектром с кратными частотами обладают музыкальные З. (рис. 1); основная частота определяет при этом воспринимаемую на слух высоту звука (См. Высота звука), а набор гармонических составляющих — Тембр звука. В спектре З. речи (См. Речь) имеются форманты (См. Форманта) устойчивые группы частотных составляющих, соответствующие определённым фонетическим элементам (рис. 2). Энергетической характеристикой звуковых колебаний является Интенсивность звука — энергия, переносимая звуковой волной через единицу поверхности, перпендикулярную направлению распространения волны, в единицу времени. Интенсивность З. зависит от амплитуды звукового давления (См. Звуковое давление), а также от свойств самой среды и от формы волны. Субъективной характеристикой З., связанной с его интенсивностью, является Громкость звука, зависящая от частоты. Наибольшей чувствительностью человеческое ухо обладает в области частот 1—5 кгц. В этой области Порог слышимости, т. е. интенсивность самых слабых слышимых звуков, по порядку величины равна 10-12вм/м2, а соответствующее звуковое давление — 10-5н/м2. Верхняя по интенсивности граница области воспринимаемых человеческим ухом З. характеризуется порогом болевого ощущения (См. Порог болевого ощущения), слабо зависящим от частоты в слышимом диапазоне и равным примерно 1 вм/м2. В ультразвуковой технике достигаются значительно большие интенсивности (до 104 квм/м2).

Источники звука — любые явления, вызывающие местное изменение давления или механическое напряжение. Широко распространены источники З. в виде колеблющихся твёрдых тел (например, диффузоры громкоговорителей и мембраны телефонов, струны и деки музыкальных инструментов; в ультразвуковом диапазоне частот — пластинки и стержни из пьезоэлектрических материалов (См. Пьезоэлектрические материалы) или магнитострикционных материалов (См. Магнитострикционные материалы)). Источниками З. могут служить и колебания ограниченных объёмов самой среды (например, в органных трубах, духовых музыкальных инструментах, свистках и т.п.). Сложной колебательной системой является Голосовой аппарат человека и животных. Возбуждение колебаний источников З. может производиться ударом или щипком (колокола, струны); в них может поддерживаться режим автоколебаний (См. Автоколебания) за счёт, например, потока воздуха (духовые инструменты). Обширный класс источников З. — Электроакустические преобразователи, в которых механические колебания создаются путём преобразования колебаний электрического тока той же частоты. В природе З. возбуждается при обтекании твёрдых тел потоком воздуха за счёт образования и отрыва вихрей, например при обдувании ветром проводов, труб, гребней морских волн. З. низких и инфранизких частот возникает при взрывах, обвалах. Многообразны источники акустических Шумов, к которым относятся применяемые в технике машины и механизмы, газовые и водяные струи. Исследованию источников промышленных, транспортных шумов и шумов аэродинамического происхождения уделяется большое внимание ввиду их вредного действия на человеческий организм и техническое оборудование.

Приёмники звука служат для восприятия звуковой энергии и преобразования её в др. формы. К приёмникам З. относится, в частности, слуховой аппарат человека и животных. В технике для приёма З. применяются главным образом электроакустические преобразователи: в воздухе — Микрофоны, в воде — Гидрофоны и в земной коре — Геофоны. Наряду с такими преобразователями, воспроизводящими временную зависимость звукового сигнала, существуют приёмники, измеряющие усреднённые по времени характеристики звуковой волны, например Диск Рэлея, Радиометр.

Распространение звуковых волн характеризуется в первую очередь скоростью звука (См. Скорость звука). В газообразных и жидких средах распространяются продольные волны (направление колебательного движения частиц совпадает с направлением распространения волны), скорость которых определяется сжимаемостью среды и её плотностью. Скорость З. в сухом воздухе при температуре 0°С составляет 330 м/сек, в пресной воде при 17°С — 1430 м/сек. В твёрдых телах, кроме продольных, могут распространяться поперечные волны, с направлением колебаний, перпендикулярным распространению волны, а также поверхностные волны (Рэлея волны). Для большинства металлов скорость продольных волн лежит в пределах от 4000 м/сек до 7000 м/сек, а поперечных — от 2000 м/сек до 3500 м/сек.

При распространении волн большой амплитуды (см. Нелинейная акустика) фаза сжатия распространяется с большей скоростью, чем фаза разрежения, благодаря чему синусоидальная форма волны постепенно искажается и звуковая волна превращается в ударную волну (См. Ударная волна). В ряде случаев наблюдается Дисперсия звука, т. е. зависимость скорости распространения от частоты. Дисперсия З. приводит к изменению формы сложных акустических сигналов, включающих ряд гармонических составляющих, в частности — к искажению звуковых Импульсов. При распространении звуковых волн имеют место обычные для всех типов волн явления интерференции и дифракции. В случае, когда размер препятствий и неоднородностей в среде велик по сравнению с длиной волны, распространение звука подчиняется обычным законам отражения и преломления волн и может рассматриваться с позиций геометрической акустики (См. Геометрическая акустика).

При распространении звуковой волны в заданном направлении происходит постепенное её затухание, т. е. уменьшение интенсивности и амплитуды. Знание законов затухания практически важно для определения предельной дальности распространения звукового сигнала. Затухание обусловливается рядом факторов, которые проявляются в той или иной степени в зависимости от характеристик самого звука (и в первую очередь, его частоты) и от свойств среды. Все эти факторы можно подразделить на две большие группы. В первую входят факторы, связанные с законами волнового распространения в среде. Так, при распространении в неограниченной среде З. от источника конечных размеров интенсивность его убывает обратно пропорционально квадрату расстояния. Неоднородность свойств среды вызывает рассеяние звуковой волны по различным направлениям, приводящее к ослаблению её в первоначальном направлении, например рассеяние З. на пузырьках в воде, на взволнованной поверхности моря, в турбулентной атмосфере (см. Турбулентность), рассеяние высокочастотного ультразвука в поликристаллических металлах, на дислокациях (См. Дислокации) в кристаллах. На распространение З. в атмосфере и в море влияет распределение температуры и давления, силы и скорости ветра. Эти факторы вызывают искривление звуковых лучей, т. е. рефракцию З., которая объясняет, в частности, тот факт, что по ветру З. слышен дальше, чем против ветра. Распределение скорости З. с глубиной в океане объясняет наличие т. н. подводного звукового канала, в котором наблюдается сверхдальнее распространение З., например З. взрыва распространяется в таком канале на расстояние более 5000 км.

Вторая группа факторов, определяющих затухание З., связана с физическими процессами в веществе — необратимым переходом звуковой энергии в др. формы (главным образом в тепло), т. е. с поглощением звука (См. Поглощение звука), обусловленным вязкостью и теплопроводностью среды («классическое поглощение»), а также переходом звуковой энергии в энергию внутримолекулярных процессов (молекулярное или релаксационное поглощение). Поглощение З. заметно возрастает с частотой. Поэтому высокочастотный ультразвук и гиперзвук распространяются, как правило, лишь на очень малые расстояния, часто всего на несколько см. В атмосфере, в водной среде и в земной коре дальше всего распространяются инфразвуковые волны, отличающиеся малым поглощением и слабо рассеиваемые. На высоких ультразвуковых и гиперзвуковых частотах в твёрдом теле возникает дополнительное поглощение, обусловленное взаимодействием волны с тепловыми колебаниями кристаллической решётки, с электронами и со световыми волнами. Это взаимодействие при определённых условиях может вызвать и «отрицательное поглощение», т. е. усиление звуковой волны.

Значение звуковых волн, а следовательно, и их изучение, которым занимается Акустика, чрезвычайно велико. С давних пор З. служит средством связи и сигнализации. Изучение всех его характеристик позволяет разработать более совершенные системы передачи информации, повысить дальность систем сигнализации, создать более совершенные музыкальные инструменты. Звуковые волны являются практически единственным видом сигналов, распространяющихся в водной среде, где они служат для целей подводной связи, навигации, локации (см. Гидроакустика). Низкочастотный звук является инструментом исследования земной коры. Практическое применение ультразвука создало целую отрасль современной техники — ультразвуковую технику. Ультразвук используется как для контрольно-измерительных целей (в частности, в дефектоскопии (См. Дефектоскопия)), так и для активного воздействия на вещество (ультразвуковая очистка, механическая обработка, сварка и т.п.). Высокочастотные звуковые волны и особенно гиперзвук служат важнейшим средством исследований в физике твёрдого тела.

Лит.: Стретт Д ж. (лорд Рэлей), Теория звука, пер. с англ., 2 изд., т. 1—2, М., 1955; Красильников В. А., Звуковые и ультразвуковые волны в воздухе, воде и твёрдых телах, 3 изд., М., 1960; Розенберг Л. Д., Рассказ о неслышимом звуке, М., 1961.

И. П. Голямина.

Звук

Рис. 1 (слева). Частотно-амплитудные спектры звуков музыкальных инструментов: а — скрипки (звук ля первой октавы, основная частота 426 гц); б — скрипки (звук ми второй октавы, основная частота 640 гц); в — деревянной флейты (звук ми второй октавы, основная частота 106 гц); г — тромбона (звук ми бемоль первой октавы, основная частота 306 гц).

Рис. 2 (справа). Частотно-амплитудные спектры гласных «о», «а», «и».

Источник: Большая советская энциклопедия на Gufo.me


Значения в других словарях

  1. звук — Звук/. Морфемно-орфографический словарь
  2. звук — Род. п. -а, звуча́ть, русск.-цслав. звукъ ἦχος, чеш., слвц. zvuk, в.-луж., н.-луж. zuk. Вероятно, из *zvǫkъ; ср. с другой ступенью чередования *zvęk- в звя́кать (см.), сербск.-цслав. звѧкъ ἠχος, φωνή, сербохорв. зве̑к, род. зве̏ка "звон", польск. Этимологический словарь Макса Фасмера
  3. звук — сущ., кол-во синонимов... Словарь синонимов русского языка
  4. звук — ЗВУК, звука, ·муж. 1. Быстрое колебательное движение частиц воздуха или другой среды, воспринимаемое органом слуха (физ.). | всё порождаемое движением, колебанием чего-нибудь и воспринимаемое слухом, всё, вызывающее слуховые ощущения. Звуки голоса. Толковый словарь Ушакова
  5. Звук — I упругие колебания, распространяющиеся в газообразной, жидкой или твердой среде, которые, воздействуя на слуховой анализатор, вызывают слуховые ощущения. Медицинская энциклопедия
  6. ЗВУК — ЗВУК, колебания, распространяющиеся в твердых телах, жидкостях или газах. Человеческое ухо может улавливать звуки с частотой от 20 до 20 000 Гц. Частоты выше слышимого предела называются УЛЬТРАЗВУКОМ. Научно-технический словарь
  7. звук — Общеслав. Суф. производное (суф. -к-) от той же основы, что и звенеть. Этимологический словарь Шанского
  8. 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... Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона
  9. звук — Звук пустой — о чём-н, лишенном всякого содержания, значения. ► В капиталистической Европе свобода, равенство и братство стали пустыми звуками. Ни звука — о полном молчании. ► Зову его, а он ни звука. Фразеологический словарь Волковой
  10. звук — звук I м. Волнообразно распространяющееся колебательное движение материальных частиц упругой среды, воспринимаемое органами слуха; слуховое ощущение, вызываемое таким движением. II м. Элементарная единица речи с присущими ей акустическими свойствами. Толковый словарь Ефремовой
  11. ЗВУК — ЗВУК — упругие волны, распространяющиеся в газах, жидкостях и твердых телах и воспринимаемые ухом человека и животных. Человек слышит звук с частотами от 16 Гц до 20 кГц. Большой энциклопедический словарь
  12. звук — ЗВУК, а, м. 1. То, что слышится, воспринимается слухом: физическое явление, вызываемое колебательными движениями частиц воздуха или другой среды. Скорость звука. З. голоса. З. выстрела. Музыкальный з. Ни звука (о полном молчании). Толковый словарь Ожегова
  13. звук — орф. звук, -а Орфографический словарь Лопатина
  14. звук — 1. Воспринимаемое слухом колебательное движение воздуха или другой среды. О громкости, тембре, характере. Бархатный, булькающий, бурный, вибрирующий, визгливый, воющий, высокий, вязкий, глубокий, глухой, гремящий, громкий, гулкий, густой, дребезжащий... Словарь эпитетов русского языка
  15. звук — • Бархатный (Горький). • Бегущий (Фет). • Вдохновенный (Надсон, Тургенев). • Веселый (Языков). • Горячий (Тургенев). • Гулкий (Тургенев). • Дребезжащий (Полежаев). • Дрожащий (Бунин). • Дрожащий, как струна (Тургенев). • Звенящий (Серафимович). Словарь литературных эпитетов
  16. звук — -а, м. 1. Слуховое ощущение, вызываемое действием механических колебаний окружающей среды; то, что мы слышим, воспринимаем нашим органом слуха. Звук шагов. Звуки выстрелов. Слабые звуки. Малый академический словарь
  17. звук — Тон, интонация, аккорд, звон (трезвон, благовест); (звуки: бряцание, гром, грохот, гудение, дребезжание, журчание, звяканье, лязг, плеск, скрип, стук, треск, шелест, шорох, шуршание, раскаты грома) ср. !! голос, шум см. >> голос Словарь синонимов Абрамова
  18. ЗВУК — В широком смысле — колебательное движение ч-ц упругой среды, распространяющееся в виде волн в газообразной, жидкой или тв. средах— то же, что упругие волны;, в узком смысле — явление, субъективно воспринимаемое органом слуха человека и животных. Физический энциклопедический словарь
  19. звук — ЗВУК -а; мн. звуки, -ов; м. 1. Воспринимаемое органами слуха ощущение, которое вызывается определёнными колебательными движениями частиц окружающей среды; то, что мы воспринимаем, слышим ушами. Звуки голоса. З. выстрела. Прислушаться к звукам. Толковый словарь Кузнецова
  20. звук — Звук, звуки, звука, звуков, звуку, звукам, звук, звуки, звуком, звуками, звуке, звуках Грамматический словарь Зализняка
  21. звук — ЗВУК м. все что слышит ухо, что доходит до слуха. || стар. мусор, каменный лом, сор. Звучать, звукнуть, издавать, производить гул, звук, звон. Эта рояль звучит особенно хорошо. Звукни в клепало. Толковый словарь Даля
  22. звук — сущ., м., употр. очень часто (нет) чего? звука, чему? звуку, (вижу) что? звук, чем? звуком, о чём? о звуке; мн. что? звуки, (нет) чего? звуков, чему? звукам, (вижу) что? звуки, чем? звуками, о чём? о звуках... Толковый словарь Дмитриева
  23. звук — • мощный ~ • надрывный ~ • сильный ~ Словарь русской идиоматики
  24. звук — Древнерусское – звукъ. Старославянское – звякъ. Звук – «тон определенной высоты (в музыке)», «простейший элемент речи, которому в письменности соответствует буква (лингвистика)». «Лингвистическое» значение слова широко распространилось лишь в XIX... Этимологический словарь Семёнова