Физика звука

Простое объяснение дополнительных терминов

Для тех, кто только постигает основы акустической науки, предусмотрен упрощенный вариант описания акустических явлений и терминов.

Шум

Это относительное понятие, т. к. под ним подразумевают любой нежелательный звук. Шумом становится беспорядочный набор тонов различных характеристик. В нем отдельные сигналы не связаны между собой, возникают хаотично.

Можно наслаждаться громким звуком, а также испытывать дискомфорт от его прослушивания.

Выделяют разновидности шума по характеру звучания:

• постоянный;
• колеблющийся (непрерывно изменяющийся);
• прерывистый (с равномерными ступенчатыми интервалами);
• импульсный (с неравномерными интервалами звучания).

Шум подразумевает любые нежелательные звуки.

Шум различают по спектру:

• широкополосный (со спектром, превышающим размеры октавы);
• тональный (с отличающимися уровнями в соседних полосах).

Источники шума:

• транспортные средства;
• производственное оборудование;
• звуковоспроизводящие механизмы на производстве и в быту.

Шум классифицируют по уровням:

Уровень шума, дБ	Описание шума	Пример
25–26	Едва различим	Ночь в деревне при отсутствии ветра
30	Хорошо слышен	Ночь в городской квартире
40–59	Не нарушает комфорта	Повседневный быт
60–75	Вызывает дискомфорт	Громко работающий телевизор
78–119	Сверхгромкий	Оживленная автотрасса
120–180	Опасный	Взрыв большой мощности

Интенсивность звучания

Волны звука переносят энергию. Ее поток проходит через участок пространства за единицу времени. Этот поток и определяет интенсивность звука.

Интенсивность звучания проходит через участок пространства.

Ухо чувствительно к широкому диапазону звука. Человеческая речь воспринимается лучше всего.

Децибел

Интенсивность звучания принято измерять в децибелах (дБ). Это логарифмическая величина, названная по фамилии шотландца Белла, изучавшего природу звуков.

Громкость

Это субъективное восприятие интенсивности звука, которое зависит от давления, спектра и длительности воздействия.

Громкость – одна из характеристик музыкального тона.

Ощущение громкости зависит от:

• амплитуды колебаний;
• их частоты;
• возраста.

Громкость — восприятие интенсивности звука.

Чем сильнее музыканты ударяют по гитарным струнам, тем больше амплитуда их колебаний. Если звучащее тело издает колебания увеличенной амплитуды, то она увеличивается и в звуковой волне. Таким образом, громкость сигнала зависит от энергии колебаний. Первая величина растет в арифметической прогрессии, вторая – в геометрической.

Такая закономерность дает человеку возможность слышать как очень тихие, так и сверхгромкие звуки.

Зона слышимости составляет 16–20 кГц, но лучше ощущаются сигналы в диапазоне от 1 до 5 тыс. Гц. По мере приближения к границам частот слышимость уменьшается.

Дифракция звука

Способность звукового сигнала отклоняться от первоначальной траектории получила название дифракции.

Результаты этого явления – проникновение звука за массивное препятствие и способность проходить сквозь щели или крохотные отверстия.

Дифракция не подчиняется законам отражения и преломления. Благодаря ей звук рассеивается.

Дифракция — способность звука отклоняться от первоначальной траектории.

Физики объясняют такой эффект с помощью принципа Гюйгенса–Френеля. Каждую точку поля они рассматривают как самостоятельный источник сферических волн, способный огибать окружающие объекты.

Разновидности молний

На Земле существует несколько разновидностей молний. 

1. Наземные (составляют всего около 25% от общего количества).
2. Внутриоблачные (самое распространенное явление).
3. Молнии, образующиеся в высших слоях атмосферы, которые можно увидеть только при помощи специальных приборов.
4. Вулканические.
5. Огни святого Эльма.
6. Шаровые.

К наземным относятся:

Линейная. Частый вид, образование которого мы как раз и приводили выше, описывая разряд между небом и землей. Молния представляет собой изогнутую линию с ответвлениями, один конец которой находится в небе, другой — на поверхности земли. 

Молния «земля-облако» образуется, когда разряд попадает в объект, расположенный на большой высоте. Высокие предметы накапливают электростатический заряд и тем самым приманивают молнии.

Ленточная. Интересный редкий вид молнии, который представляет собой ряд одинаковых каналов, находящихся на небольшом расстоянии и параллельных друг другу. Ученые считают, что причиной данного явления выступает сильный ветер, который значительно расширяет каналы.

Пунктирная или жемчужная. Очень редкий вид, который представляет собой не сплошной разряд, а линию, состоящую из частых промежутков, похожих на пунктиры. Ученые предполагают, что такой эффект возможен по причине быстрого остывания некоторых участков молнии. 

Шторовая. В отличие от других видов возникает над облаками. Внешне выглядит эффектно — как сеть разрядов. При ней можно слышать негромкий гул. Такую молнию впервые сфотографировали только в 1994 году.

Внутриоблачные или межоблачные электрические разряды бывают 2-х видов:

«Облако-облако». Самый распространенный вид молний, когда оба концы электрического разряда находятся в небе. Это происходит потому, что соседние облака имеют разные заряды и пробивают друга друга. Такой вид молнии не опасен для человека, так как не достигает поверхности земли.

Горизонтальная. Напоминает собой молнию «облако-земля», но при этом не достигает земли. Вспышки по небу распространяются в разные стороны, выглядит такой разряд очень эффектно и считается чрезвычайно мощным. 

Вспышки, которые образуются на высоте 40 км и выше от поверхности земли, делятся на:

Спрайты. Привычные нам электрические разряды образуются на высоте порядка 16 км. Спрайты же возникают гораздо выше, от 50 до 130 км над землей. Это вспышки холодной плазмы, которые бьют из облаков вверх. Они образуются группами при сильной грозе и появляются спустя несколько секунд после мощной молнии. Обладают следующими параметрами: средняя длина вспышки составляет 60 км, длительность — до 100 миллисекунд, диаметр — до 100 км.

Эльфы. Представляют собой масштабные разряды в виде конусов со слабым красным светом. Их диаметр около 400 км. Возникают в верхних частях грозовых облаков. Их высота составляет 100 км, длительность — 3 миллисекунды.

Джеты. Вспышки с синим свечением и трубчато-конусной формой. В высоту достигают 40-70 км. Длятся чуть дольше эльфов.

Необычными видами электрических разрядов считаются:

Вулканическая. Такой вид образуется при извержении вулкана. Связано это со столкновением электрических зарядов, которые несут в себе пепел и магма.

Огни Святого Эльма. Это разряды, возникающие на острых концах высоких объектов (вершины скал, мачты судов, деревья, башни и т.п.). Возникают по причине высокой напряженности электрического поля во время грозы летом или метели зимой.

Шаровая. Этот вид электрического разряда представляет собой шарообразный сгусток плазмы диаметром 10-20 см, который свободно перемещается по воздуху, имеет непредсказуемую траекторию движения и способен взрываться. С уверенностью можно говорить о том, что это самый интересный и малоизученный вид молний.

Явление резонанса – что это

Впервые явление резонанса описал Галилей в 1602 г.

Если на колебательную систему периодически воздействовать извне, то частота ее стационарных колебаний может совпасть с частотой внешних. В этот момент возникает резонанс – резко возрастет амплитуда собственных колебаний.

Это явление учитывают при создании звуковых устройств, в частности музыкальных инструментов. Скрипка, гитара, фортепиано имеют резонаторы, которыми служит корпус инструмента.

Щипок пальцев или удар молоточка заставит струну колебаться на всех частотах. Колебания, не совпадающие с резонансными, вскоре затухнут.

Структурные компоненты речи

За речевую функцию отвечают:

1. Центр сенсорной речи — восприятие звуков речи, базирующееся на звукоразличительной системе языка, за данный процесс отвечает зона Вернике в левом полушарии мозга.
2. Центр моторной речи — за него отвечает зона Брока, благодаря ей возможно воспроизведение звуков, слов и фраз.

В связи с этим, в клинической психологии существует понятие импрессивной речи, иначе говоря, понимание и представление устной и письменной речи. Также существует понятие экспрессивной речи — та, которая произносится вслух с сопровождением определенного темпа, ритма, эмоций.

В процессе формирования речи каждый человек должен иметь четкое представление о следующих подсистемах родного языка:

• фонетика (какие могут быть слоги, звукосочетания, правильное их строение и сочетание);
• синтаксис (понимание того как именно происходит взаимосвязи и комбинаций между словами);
• лексика (знание словарного состава языка)
• семантика (способность понимать смыл слов задолго до получения навыков произношения);
• прагматика (отношения между знаковыми системами и теми, кто их использует).

Под фонологической составляющей языка подразумевается знание смыслоразличительных единиц языка(фонем). Физически звуки речи можно разделить на шумы (согласные) и тоны (гласные). В основе любого языка лежит определенный различительный признак, если изменить один из них, то смысл слова кардинально изменится. К основным смыслоразличительным признакам следует отнести глухость и звонкость, мягкость и твердость, а также ударность и безударность. Именно эти признаки выступают основой фонем системы языка. Каждый язык предполагает разное количество смыслоразличительных единиц, как правило, от 11 до 141.

Русский язык предполагает использование 42 фонем, в частности, 6 гласных и 36 согласных.

Чем обусловлено звучание разных музыкальных инструментов

Принципы извлечения звуков одинаковы для всех инструментов, но получаемые мелодии разные.

Звучание инструмента обусловлено наличием:

• колеблющихся элементов (струн или воздушных столбов);
• механизма воздействия на них (пальцев музыканта, смычка скрипки и др.);
• резонатора для связи с окружающим воздухом.

Большинство музыкальных инструментов не позволяет получить звук одной частоты: дополнительно возникают обертоны и гармоники. Если в генерируемых сигналах гармоники отсутствуют, мелодии не образуются. В этом случае устройства (например, барабаны, литавры) используют для подчеркивания ритма.

Струнные инструменты

Пальцы гитариста или смычок скрипача приводят в движение струны. Звуковые волны от их колебаний передают энергию на корпус инструмента. Последний тоже начинает колебаться, а человеческое ухо воспринимает музыкальный сигнал.

Смычок скрипача создает движение струн.

На его качество влияют:

1. Материал, из которого сделан корпус инструмента. Так, домры изготавливают из белого клена, акустические гитары – из ливанского кедра, электрогитары – из пластика или оргстекла.
2. Форма и конфигурация инструмента. Это характеристики, которые изобретались и совершенствовались веками. Они не поддаются объяснению акустической наукой.
3. Длина и диаметр струн. Звук тем выше, чем тоньше струна.

Клавишные

У рояля и пианино механизм звучания одинаковый: на раму натянуты струны, вокруг них располагаются резонирующий корпус, клавиши и педали. При нажатии клавиш деревянные молоточки ударяют по струнам. Их вибрация создает звук.

Для каждой ноты настроена своя струна.

Тембр тона получается насыщенным и однородным по следующим причинам:

1. Из-за массивной деки диапазон формант очень широк.
2. Большинство гармоник возникает на низших частотах.
3. Удар молоточком в строго обозначенную точку струны подавляет диссонирующие с основной частотой гармоники.

При нажатии клавиш молоточки ударяют по струнам.

Духовые инструменты

Способы извлечения звука:

1. Колебания воздуха в трубе цилиндрической формы с острым краем резонатора.
2. Колебания гибкой поверхности язычка.

В первом случае поток воздуха выходит из щели и разбивается острым клинообразным препятствием. По разные стороны клина образуются вихри – «краевые тоны». Они возбуждают воздушные столбы во флейте, органе. При этом основная частота образуемых гармоник находится в обратной зависимости от длины трубы.

Во втором гибкий язычок (трость) колеблется в воздушном потоке. Когда воздух проходит через щель, трость втягивается в нее и перекрывает отверстие. При отсутствии потока она возвращается обратно и процесс повторяется. Так устроены кларнет, саксофон, гобой.

Ударные

Удар по телу барабана, ксилофона, треугольника возбуждает звуковые колебания.

Отличия ударных инструментов от клавишных:

1. Колеблющееся тело не ведет к образованию гармонических обертонов.
2. Тело инструмента звучит без дополнительного резонатора.

Вместо мембраны иногда используют стержень из твердого материала, как в ксилофоне, камертоне, металлическом треугольнике.

Кожаная мембрана в барабане округлой или овальной формы – двумерный аналог струны, но отличается от нее собственным набором частот без гармонического компонента. Гармоники все-таки можно получить, если в радиальном направлении изменить толщину мембраны. Так сделана табла – классический индийский инструмент.

Волновая природа звуков

Основана на уплотнении молекул среды при колебании тел в ней.

Впервые обоснована немецким ученым Германом Гельмгольцем в конце XIX в.

Что такое звуковые волны

Вследствие колебательных движений в различных средах периодически повышается давление в отдельно взятой точке. Оно передается на соседние частицы и далее по цепочке. В результате наблюдается чередование участков повышенного и пониженного давления, т. е. областей сжатия и разрежения. В них колеблется каждая частица среды.

Звуковые волны получаются в результате колебательных движений.

Непрерывная поверхность колебаний образует фронт с несколькими типами сигналов.

Плоские волны

Если размеры фронта в несколько раз превышают длину волны звука, то последнюю называют плоской. Она может распространяться на большое расстояние от своего источника.

Сферические волны

В тех случаях, когда источник звука точечный и его размеры намного меньше длины излучаемых сигналов, рассматривают их сферическую разновидность.

Свойства гармонических волн

В ответ на гармоническое воздействие возникает отклик – гармоническая волна. Она изменяется по закону синуса или косинуса, распространяется линейно.

Звуковые колебания такого типа характеризуются:

1. Громкостью. При высокой амплитуде колебаний звучание получается громким, при низкой – тихим.
2. Высотой. Она зависит от частоты колебаний. Так например, при пении басом голосовые связки колеблются медленно, сопрано – в несколько раз быстрее.

Гармоническая волна распространяется линейно.

Характеристики продольных и поперечных волн

Различия представлены в таблице:

Характеристики	Место возникновения	Направления колебания частиц и продвижения	Скорость распространения	Способность к поляризации
Продольные	Жидкости и газы	Совпадают	Большая	Нет
Поперечные	Твердые тела	Перпендикулярны	Меньше	Есть

Физическая теория акустики

Этот раздел науки изучает особенности звуковых явлений в жидкостях, газах и твердых телах с помощью математических методов.

Обоснуя взаимосвязь звука и среды, он позволяет исследовать объекты окружающего мира с помощью генераторов звуковых сигналов.

Что такое звук

В широком смысле это физическое явление, возникающее при колебании частиц воздуха, твердой или жидкой среды. При этом распространяемые упругие волны воспринимаются органами чувств живых организмов.

В качестве колеблющегося тела могут быть голосовые связки человека, мембрана динамика, струны музыкального инструмента.

В узком смысле звук – это субъективное ощущение от воздействия звуковой волны на ухо. Человек слышит в диапазоне от 16 до 20 кГц. Колебания выше и ниже этих пределов порождают ультра- и инфразвуки. Они находятся вне зоны слышимости.

Мембрана динамика распространяет упругие волны.

Что такое акустика

Это раздел физики, изучающий, как возникают, распространяются, принимаются и обрабатываются звуковые волны. Таким же термином обозначают и систему звуковоспроизводящей аппаратуры, и слышимость в помещении.

Знания физической акустики применяют в технике, искусстве, при изучении земных недр.

Электроакустика связана с устройствами обработки звуковой информации.

Гидроакустика исследует звуковые процессы в водоемах.

В архитектуре рассматриваемая научная дисциплина помогает создавать сооружения с особыми условиями звучания (например, культовые храмы, концертные залы).

Акустика изучает, как возникает и распространяется звук.

Музыкальная акустика – связующее звено между наукой и искусством, позволяющее грамотно использовать музыкальные инструменты и получать при этом положительные эмоции и эстетические ощущения.

Активно развиваются новые направления акустической науки – акустоэлектроника, акустооптика, синтез и автоматическое распознавание речи.

Спектр звукового импульса

Звуковую волну можно разложить на отдельные гармонические колебания. Их совокупность образует спектр.

Спектральный состав тонов представляют на плоскости координат: на оси абсцисс откладывают частоту, а на оси ординат – амплитуду, соответствующую интенсивности гармоники. На основании полученного графика определяют тип спектра.

Спектр звукового импульса раскладывает волну на колебания.

Линейным спектром обладают:

• чистые тоны;
• сигналы, имеющие периодическую форму;
• звуковые эффекты, полученные при сложении периодических волн.

К линейному спектру близки музыкальные сигналы.

Сплошной спектр характерен для шумов и затухающих звуков.

Комбинированный звуковой спектр имеют:

• технические устройства, в которых вращение двигателя накладывает на сплошной спектр дополнительные частотные компоненты;
• клавишные инструменты, когда удары молоточков в них приобретают шумовую окраску;
• человеческая речь с обилием гласных звуков, близких к музыкальным.

Формирование голоса

В каждом языке на нашей планете существует конкретное число звуков, создающих акустический образ языка. Звучание находит смысл только в схеме предложений, помогает различать одни буквы от других. Такое звучание называется фонемой языка. Все звуки языка отличаются по артикуляционным признакам, то есть их различие происходит от образования звуков в речевом аппарате человека. И по акустическим признакам — по различиям в звуке.

• дыхательный, иначе энергетический – включает в себя легкие, бронхи, трахею и горло;
• голосообразовательный отдел, иначе генераторный – гортань вместе со звуковыми связками и мышцами;
• звукообразовательный, иначе резонаторный – полость ротоглотки и носа.

Работа данных отделов речевого аппарата в полном симбиозе может происходить только через центральное управление речевыми и голосообразовательными процессами. Это говорит о том, что дыхательный процесс, артикуляционный механизм и формирование звука, полностью контролируются нервной системой человека. Ее воздействие распространяется и на периферийные процессы:

• функционирование дыхательных органов регулирует мощность звучания голоса;
• функционирование ротовой полости отвечает за формирование гласных и согласных звуков и за различие артикуляционного процесса при их формировании;
• носовая часть обеспечивает регулировку обертонов звука.

В образовании голоса занимает ключевое место центральный речевой аппарат. Челюсть и губы человека, небо и надгортанная доля, глотка и легкие – все вовлечены в процесс. Воздушный поток, выходящий из организма, идущий далее сквозь гортань и проходящий через рот и нос, является источником звука. На своем пути воздух проходит через голосовые связки. Если они расслаблены, то звук не образовывается и проходит свободно. Если они приближены и напряжены — воздух, при прохождении создает вибрацию. Итогом этого процесса и является звук. А далее при работе подвижных органов ротовой полости происходит непосредственное формирование букв и слов.

Стоячие волны

Если 2 волны с одинаковыми амплитудой, фазой и частотой движутся в противоположных направлениях, то при встрече они образуют 1 стоячую. На этом месте появляются чередующиеся участки максимумов амплитуд (зоны сложения или «пучности») и минимумов (зоны вычитания или узлы).

Звуки, которые движутся в противоположных направлениях, образуют стоячую волну.

В таком сигнале энергия не изменяется, т. к. переносится в равном количестве прямо и обратно.

Рассматриваемое явление влияет на акустическое восприятие игры музыкальных инструментов: в узлах басы почти не слышны, в «пучностях» звучат очень насыщенно.

В струне

Натянутая музыкальная струна генерирует поперечные колебания, а сама утрачивает первоначальное положение.

Колеблющаяся вибрирует закрепленными неподвижно концами и производит основной тон. Он состоит из комбинации стоячих волн. Их узлы находятся на зафиксированных концах.

Кроме того, вибрации в струне возникают в нескольких местах. При этом струна оказывается как бы разделена на равные части. Каждая из них тоже колеблется с образованием своих сигналов и производит дополнительные тоны меньшей амплитуды.

В духовых инструментах

Теория звука в струне применима к духовому музыкальному инструменту. Последний можно упрощенно представить в виде прямой трубы, в которой образуются стоячие волны. У открытого конца находится «пучность», у закрытого – узел.

В духовых инструментах применяется теория звука.

Поглощение вследствие внутреннего трения и теплопроводности

По мере распространения волн звука их интенсивность уменьшается. Причем часть акустической энергии рассеивается в любой среде.

Известны причины поглощения звука:

• внутреннее трение;
• межмолекулярное взаимодействие;
• теплообмен.

Межмолекулярное взаимодействие является причиной поглощения звука.

Интенсивность поглощения зависит от:

• частоты сигнала;
• давления;
• температуры среды.

При прохождении звукового импульса между частицами среды возникает трение. В жидкостях и газах его называют вязкостью. Благодаря ей акустические волны утрачивают энергию, которую необратимо превращают в теплоту.

Выведена формула, согласно которой поглощение сигнала возрастает пропорционально квадрату частоты. Поэтому высокочастотные звуки поглощаются быстрее низких.

Что такое эхо?

Когда звуковые волны встречают на пути твердую преграду, например
утес, часть из них проходит сквозь нее. Другие же отскакивают назад,
подобно морским волнам, разбивающимся об утес.

При этом звуковые волны устремляются через воздух обратно к
первоначальному источнику звука. В таких случаях вы вновь слышите тот
же звук, на этот раз в виде эха. Лучшее эхо бывает от коротких и
громких звуков.

Рыболовные суда обнаруживают косяки рыб при помощи высоких звуков,
распространяемых ими в толще воды. Натыкаясь на скопление рыб, эти
звуки отражаются от них, а бортовой компьютер фиксирует эхо и по нему
определяет местонахождение косяка.

Образование звуков

Звукоизвлечение с помощью периферического отдела речевого аппарата называется артикуляцией.В процессе артикуляции различают три фазы:

• приступ или экскурсия – возбуждение органов речи;
• выдержка – сохранение положения органов для воспроизводства необходимых звуков, говорение;
• отступ или рекурсия – возвращение артикуляционных органов в привычное, спокойное состояние.

При выдохе воздух проходит из лёгких по верхним дыхательным путям через голосовые складки. Если связки напряжены и сомкнуты, получается звук за счёт вибрации. Далее образованные вибрации вместе с воздухом достигают глотки, полости носа и рта. С помощью мышц губы, язык, мягкое нёбо складываются особым образом, чтобы получился звук.

В процессе частого говорения вырабатывается условный рефлекс, и человеку не приходится каждый раз думать, как поставить язык или куда направить поток воздуха, чтобы получилось слово. При изучении иностранных слов активным органам речевого аппарата приходится перестраиваться, переучиваться, поэтому иностранцы говорят с акцентом.

Скорость звука в физической теории

Скорость, с которой упругие волны распространяются в какой-либо среде, впервые теоретически рассчитал Ньютон. Полученный при вычислениях показатель оказался заниженным, т. к. ученый рассматривал процесс в изотермической системе.

Правильное значение удалось получить Лапласу в конце XVIII в.

На скорость звука влияют:

1. Упругость среды. Эта величина в свою очередь зависит от типа деформации твердого тела (сжатия, кручения, изгиба), поэтому скорости звуков при таких процессах тоже будут различаться.
2. Плотность вещества. Чем она ниже, тем быстрее в ней перемещаются звуковые колебания, и наоборот.

Волны звука

В воздушной среде звук распространяется со скоростью 340 м/с, в дистиллированной воде при 20ºС – 1481 м/с, в стали при той же температуре – 5000 м/с.

Волны звука распространяются со скоростью 340 м/с.

По расчетам российских и британских физиков (см. данные 2020 г.), максимальная скорость звука может составить 36 км/с.

Твердый стержень

К концу стержня можно приложить силу растяжения или сжатия. Эти силы будут отличаться для разных материалов.

В ответ на воздействие возникнут различные колебательные движения:

• сжатия;
• кручения;
• изгибы.

Колебания сжатия не являются строго продольными, т. к. с ними связано боковое движение стержня.

Сигналы кручения всегда поперечные.

При изгибе сигнал не имеет строгой формы.

Твердый стержень вызывает различные колебательные движения.

Твердые среды

При большом объеме твердой среды возникают упругие колебания.

Описаны 2 их типа:

• продольные, соответствующие плоской деформации;
• поперечные, при которых смещение направлено перпендикулярно распространяющейся волне.

В среде газа

Деформация в газах происходит путем сжатия–разрежения. На ее степень влияет температура. При этом теплообмена с частицами окружения не происходит. Поэтому скорость звукового сигнала в газовой среде не зависит от других факторов и одинакова для всех газов.

В среде газа на степень деформации влияет температура.

При 21,1ºС и сухом воздухе звук будет распространяться со скоростью 344,4 м/с. Она увеличится при нагревании.

В жидкой среде

Как и в газах, в жидкостях формируются волны сжатия–разрежения. Но жидкости способны сжиматься меньше, чем газы, а плотность у них больше. Поэтому скорость прохождения по жидкости ближе по значению таковой в твердых телах.

В сравнении с газами она намного меньше и зависит от температуры.

В пресной воде при 15,6ºС скорость звука равна 1460 м/с, в морской – 1504 м/с.

При нагревании и увеличении солености в воде звуковая скорость увеличивается.

Устройство слуха

Слух, голос и речь тесно взаимосвязаны. Если, например, потеря слуха произошла в доречевом периоде, человек так и не научится говорить. При остаточном слухе человек может получить речевые навыки с помощью слухового аппарата, усиливающего звук настолько, чтобы его можно было услышать.

 Как устроен слух:

1. Наружное ухо.
2. Среднее ухо.
3. Барабанная перепонка между наружным и средним ухом.
4. Внутреннее ухо.
5. Слуховые проводящие пути.

Вот простая иллюстрация:

 А теперь более сложная:

Улавливаемые наружным ухом звуковые волны, ударяют в барабанную перепонку и заставляют ее вибрировать. Колебания передаются в среднее ухо. В свою очередь, внутреннее ухо состоит из двух компонентов. Первый компонент – это преддверия и полукружные каналы, которые отвечают за чувство равновесия и положения тела в пространстве, из-за чего данный элемент часто обозначают как «орган равновесия».

Второй компонент внутреннего уха – это так называемая улитка, заполненная жидкостью, которая вибрирует под воздействием волновых колебаний. Внутри улитки находится специальный орган (кортиев орган), который непосредственно отвечает за слух. Он содержит около 30 тысяч клеток, улавливающих звуковые колебания и передающих сигнал к слуховой зоне коры головного мозга. Каждая клетка настроена на определенную частоту, и, если часть из них погибнет, человек перестанет слышать звуки на той частоте, за которую отвечали погибшие клетки.

Также стоит подробнее рассказать про слуховые проводящие пути. Это группа нервных волокон, отвечающих за передачу нервных импульсов от улитки к слуховым центрам, расположенным в височных долях головного мозга. В головном мозге происходит обработка и анализ комплексных звуков (речь, мелодия, песня). Скорость передачи аудиосигнала от наружного уха к центрам мозга происходит за 10 миллисекунд.

Представление о том, как устроен слух, как мы слышим звуки позволяет лучше понять, что такое музыкальный слух и как его развить. Большинство из нас слышали выражение, что «неработающие органы атрофируются». Это в полной мере относится и к элементам устройства человеческого слуха.

Чем большее количество клеток из тех 30 тысяч, улавливающих звуковые колебания и передающих сигнал к слуховой зоне коры головного мозга, вы заставите работать, тем более тренированным будет ваш слух. Если вы будете слушать звуки на разной частоте, со временем вы потренируете каждую клеточку кортиева органа. Они начнут быстрее реагировать на «свою» частоту.

Соответственно, нервные волокна, которые отвечают  за передачу нервных импульсов от улитки к слуховым центрам, будут быстрее передавать максимально точную информацию к слуховым центрам, расположенным в височных долях головного мозга. А обработка и анализ комплексных звуков с каждым разом будут все детальнее и эффективнее.

А сейчас подведем итоги урока. Сегодня вы изучили физику звука, физику и анатомию голоса, а также узнали, как работает голос и что общего в развитии голоса и речи. Вы узнали, что основными физическими характеристиками звука являются высота, сила и звуковой спектр, а также познакомились с устройством голосового аппарата, органов слуха и поняли, как происходит звукоизвлечение и голосообразование.

Закрепите полученные знания при помощи теста, после чего мы ждем вас на следующем уроке!