И так, что такое звук? Звук – это волна, распространяющаяся в упругой среде (в жидкости, газах, твёрдых телах).
Воздух, как и все газы, обладает свойствами объёмной упругости, это видно на примере накачки колёс – когда давление в камере увеличивается, приходится прилагать больше усилий, чтоб втолкнуть ещё воздуха. Благодаря этому в нём может распространяться волна звука, но как она появляется? Волна образуется при внезапном изменении плотности воздуха, то есть при появлении сгущения или разряжения в какой-либо точке. Возьмём воздушный шарик: когда он лопается, освободившийся сжатый воздух, ударяет об окружающий воздух, находящийся при нормальном давлении. Воздух в силу своей инерции не может расшириться мгновенно, и более близкий слой оказывается сжатым. Этой слой благодаря свойствам объёмной упругости, снова расширяется и при этом толкает следующий, и он в свою очередь сжимается и так далее. Это и есть волна звука. Громкость звука будет зависеть от амплитуды колебаний этой волны.
Источники звука — физические тела, которые колеблются, т.е. дрожат или вибрируют с частотой от 16 до 20.000 раз в секунду. Вибрирующее тело может быть твёрдым, например, струна или земная кора, газообразным, например, струя воздуха в духовых музыкальных инструментах или в свистке, или жидким, например, волны на воде. Звук лопнувшего мяча или тот звук, когда вы что-то поставили на стол, образовался благодаря одиночному импульсу давления. А при длительных колебаниях какого-либо объекта, в воздухе беспрерывно возникают волны. Колеблющееся тело, при своём движении вперёд сжимает воздух перед собой, и это сжатие передаётся дальше.
И так, мы поняли, что такое звук, звук – это волна. Для её распространения нужна упругая среда (каковой нет в космосе, например, там звук не распространяется), но как мы её воспринимаем и слышим?
Когда звуковая волна достигает уха, начинает колебаться звуковая перепонка. Колебания перепонки усиливаются тремя слуховыми косточками (наше ухо может воспринять сигнал, вызванный колебаниями барабанной перепонки, амплитудой даже меньше толщины атома). Слуховые косточки связаны с так называемой улиткой – спиральная трубка заполненная жидкостью (лимфой). Колебание косточек вызывает в ней волны, волны провоцируют вибрацию специальных волосковых клеток. Волосковые клетки переводят вибрацию в электрические импульсы, передаваемые слуховым нервом в мозг, а мозг уже определяет характер звука. Благодаря тому, что уха у нас два, мы можем определить источник звука и направление звука, потому что мозг сопоставляет моменты, когда звук достиг каждого уха.
Но наши уши воспринимают не весь диапазон звуковых волн. Тот диапазон, что мы слышим (20-20.000 Гц.), называют слуховым или звуковым диапазоном, более высокие амплитуды колебаний волн – это ультразвук, более низкие – инфразвук.
Некоторые животные могут слышать и другие диапазоны, к примеру, собаки могут слышать ультразвук, а летучие мыши используют ультразвук для эхолокации.
Во время взросления человека, слышимый диапазон уменьшается. Дети могут слышать высокие частоты звука, которые уже не слышимы людям лет в 20-25, а они в свою очередь могут услышать то, что не слышно пожилым (после 50 лет слышимый диапазон уменьшается до 12.000 Гц). Уменьшение звукового порога связано с постепенным повреждением волосковых клеток; внешние клетки, настроенные на улавливание более высоких частот, обычно погибают первыми.
И так, говоря о втором органе наших чувств, мы снова столкнулись с тем, что в мозг идут всего лишь электрические импульсы, а не сам звук; или как в предыдущем разделе импульсы, вместо реального изображения окружающего мира. На этом основана работа нашего мозга, а наш мозг – это цепь из огромного количества нейронов, воспринимающая электрические импульсы, поступающие с нервных окончаний.