Источники звука - любые явления, вызывающие местное изменение давления или механическое напряжение. Широко распространены источники звука 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 или магнитострикционных материалов). Источниками звука 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 звука может производиться ударом или щипком (колокола, струны); в них может поддерживаться режим автоколебаний за счёт, например, потока воздуха (духовые инструменты). Обширный класс источников звука - электроакустические преобразователи, в которых механические колебания создаются путём преобразования колебаний электрического тока той же частоты. В природе звук возбуждается при обтекании твёрдых тел потоком воздуха за счёт образования и отрыва вихрей, например при обдувании ветром проводов, труб, гребней морских волн. Звук 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.
Значение звуковых волн, а следовательно, и их изучение, которым занимается акустика, чрезвычайно велико. С давних пор звук 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. Низкочастотный звук является инструментом исследования земной коры. Практическое применение ультразвука создало целую отрасль современной техники - ультразвуковую технику.
Звук — явление столь же древнее, как и сама Земля. Хаос, в котором рождалась наша планета, сопровождался мощными ударами, вибрацией, звуками чудовищной силы. Когда Земля остыла и возникла жизнь, природа не затихла: волны с шумом бились о скалы, ветер завывал в ветвях, гром гремел в небе. И природа порою создает не меньше шума, чем человек.
И из всех живых существ только человек сумел полностью воспользоваться свойствами окружающей среды как носителя звуков. Общение с себе подобными стало для него жизненно необходимым.
Вскоре человек обнаружил, что звуки могут служить и другим целям; он обратил внимание на грохот, возникающий при ударах по пустому котлу для варки пищи, на звон и гудение тетивы натянутого охотничьего лука при вылете стрелы — так появились первые музыкальные инструменты.
Но не только речь и музыку внес человек в мир звуков. С отдаленнейших времен человек изготовлял примитивные орудия, обрабатывая камни, и, вероятно, не один пещерный житель затевал драку со своим соседом из-за непрерывного шума, сопровождающего обтесывание каменного топора. А когда человек изобрел колесо, он, сам того не сознавая, посеял первое зерно современной проблемы шума. Уже в древнем мире стук колес по каменной мостовой у многих вызывал бессонницу; позже в городах мостовые возле домов стали устилать соломой, чтобы приглушить цокот копыт и грохот железных колесных ободьев.
Железный век принес новые шумы: звон и грохот металла, из которого ковали оружие и утварь, не смолкая, разносились над поселениями. Человек научился создавать звучания, приятные для слуха, иными словами, творить музыку; но вместе с тем, производя все более громкие и неприятные шумы: треск и стук, скрежет и грохот, — он загрязнял звуками окружающую среду и притуплял свой слух. Развитие же техники привело к резкому увеличению шума. В течение многих веков человеческий слух не знал худших раздражителей, чем шум, возникавший при обработке дерева, камня или металла. Изобретение пороха принесло относительно новый вид шума — звуки взрывов, а также первую реальную опасность повреждения слуха. Наиболее сильный шум в те дни, безусловно, производили боевые сражения, где лязг топоров, мечей, доспехов и пушечная пальба заглушали вопли раненых, пение горнов и барабанную дробь.
Но только промышленная революция возвестила о приходе эпохи шума. Новые фабрики, рудники, доменные печи принесли с собой всестороннее загрязнение среды: зловоние, дым, обезображенный пейзаж и, разумеется, шум. С изобретением паровой машины и созданием больших механизмов проблема шума обострилась. Развитие железных дорог, появление двигателя внутреннего сгорания и рост применения стали — все это сопровождалось усилением шума. Теперь мы изобрели ракетный и дизельный двигатели, сложнейшие станки, и все они вносят свой вклад в общую какофонию. Сейчас большая часть населения земного шара страдает от шума.
Исследования шума и возможностей борьбы с ним, начатые несколько позже, первое время ограничивались вопросами, связанными с наземным и воздушным транспортом, а также работами по архитектурной акустике; но вскоре эти исследования значительно расширились и теперь охватывают все аспекты проблемы. Сейчас почти в каждой промышленно развитой стране существует научное акустическое общество, и список публикаций по вопросам шума непрерывно удлиняется. Современная акустика включает такие различные области, как ультразвуковая технология, имеющая огромное практическое значение для промышленности, подводная акустика, гидролокация, проблемы вибраций, музыкальной акустики, аудиологии и т. д.
Звук можно создать в любой среде. Мы привыкли наблюдать его в воздухе, но его можно обнаружить и в воде, и в бетоне и практически в любом твердом веществе, в любой жидкости, в любом газе; звука не может быть только в пустоте. Таким образом, прежде всего нам следует поговорить о свойствах среды, а так как большая часть звуков, которые мы слышим, приходит из воздуха, то в качестве примера нам лучше всего взять именно воздух. Если кому-либо трудно представить себе, что звук может приходить не только из воздуха, пусть он прижмет свои ручные часы ко лбу: если вокруг тихо, то при достаточно остром слухе он услышит тиканье, звуки которого, минуя воздух, прошли через металл часовой крышки и кости черепа.
Разумеется, воздух не единственный передатчик звуковых волн, и практически любой газ, твердое тело или жидкость ведут себя подобным же образом и тоже могут передавать звуковые волны. Так, в большинстве твердых тел скорость звука по крайней мере втрое больше, чем в воздухе. В алюминии скорость звука при 15°С равна 5200 м/с, то есть более чем в 15 раз превышает скорость звука в воздухе; в стали при той же температуре скорость звука равна 5050 м/с.
Скачать реферат