Юный техник 1969-03, страница 38

Когда упругие волны, распространяющиеся в воздухе, достигают наших ушей, мы слышим звук. Звуковые волны являются продольными, так как частицы воздуха колеблются вдоль направления распространения волн. Способов возбуждения продольных волн много, и все они основаны на возбуждении упругих колебаний. Понятно, что в вакууме звуковых волн быть не может — нет среды, способной передавать упругие колебания.

Волны, распространяющиеся в воздухе, обладают различной частотой: от нуля до миллионов колебаний в секунду. Какие же из них мы слышим? Человек слышит звуковые колебания только в диапазоне от 20 до 20 тыс. колебаний в сек. (герц), ниже их идет инфра-звуковой диапазон (от 0 до 20 герц), выше — ультразвук (свыше 20 тыс. герц).

Используя звуковой генератор и телефон (репродуктор), можно проверить свон способности воспринимать самый низкий и самый высокий звук. У большинства людей верхний предел бывает ограничен частотой примерно 16 тыс. колебаний в секунду, нижний — 15—25 колебаний в секунду. Собаки, например, слышат более высокие частоты. Это можно проверить, если изготовить свнсток, частоту которого можно менять: сделать передвижным поршень, и с его помощью менять рабочий объем свнстка. Постепенно вдвигая поршень, мы будем получать более высокие колебания. Наконец они достигнут такой высоты, что станут не слышны. А вот собака услышит посвист.

Этим обычно пользовались браконьеры. Они делали свисток, который издавал столь высокие коле-

ЗВУК

бания, что их не мог уловить лесник, а собака выполняла приказы своего хозяина.

Услышав звук, можно определить направление, по которому он к нам прншел. Это явление носит название бинаурального эффекта. Легко убедиться, что если одно ухо закрыто, то он не наблюдается. Ведь все дело в том, что сигнал до одного уха доходит раньше, чем до другого. Наши уши улавливают эту разницу, почему нам и удается указать направление звука. Эта разница очень мала — звук распространяется в воздухе со скоростью 340 м/сек. И все-таки мы ее замечаем! При помощи простых физических опытов вы можете поэкспериментировать на эту тему.

Удобнее воспользоваться резиновой трубкой длиной 1,5—2 м. Ее концы вставьте в уши и потом слегка ударьте ребром линейки по трубке. Звуковая волна, возникшая в столбе воздуха, пойдет от места удара к разным концам. Если удар был сделан посередине трубки, то сигнал дойдет до обоих ушей одновременно. Вам покажется, что он прншел прямо на вас. Отметьте на трубке середину. Теперь ударьте чуть левее или чуть правее этого места. Вы почувствуете, что звук приходит со стороны. Измерьте расстояние от места удара До центра. Зная скорость распространения звуковых волн в воздушном столбе трубки, можно оценить, на какую разность во времени реагирует ваш орган слуха.

Первокурсники МФТИ проделали этот опыт. Они заметили, что при смещении удара от середины трубки

на 0,5 см возникало ощущение, будто сигнал приходит не спереди, а несколько сбоку. Это соответствовало разности всего в 30 миллионных долей секунды! Действительно, разность хода будет 0,5 см + + 0,5 см = 1 см. Разделив ее на скорость 33 300 с м/сек, получим At=30 • 10 ⁶ сек.= = 30 микросекунд (мсек).

Если же сместить место удара от середины на 10 см, то звук покажется пришедшим сбоку, слева или справа — в зависимости от того, где ударили. Это понятно, так как разность звука в пути до каждого уха будет 10см + + 10 см = 20 см, что примерно равно диаметру головы (At = 20 см : 33 300 см/сек-^0,0006 сек= = 600 мсек).

Эксперимент лучше проводить вдвоем, чтобы один не вндел, где ударит второй. На трубке заранее можно нанести черточки — через каждые 0,5 см, начиная от середины. Ребро линейки надо намазать мелом. Теперь вы на опыте можете узнать, как человек определяет направление

звука. Эта задача геометрическая, так как известна наименьшая разность времени, на которую реагирует слуховой аппарат человека.

Несколько вопросов для экспериментаторов.

Мы изучали колебания, которые пришли к уху по воздуху внутри трубки. А почему в данном случае не берутся в расчет те колебания, которые, казалось бы, должны прийти и по самой трубке?

Могут ли. в воздухе распространяться поперечные механические волны?

Как влияют ушные раковины на точность определения направления, по которому приходит звук?