Для возникновения звука необходимо вызвать колебательное движение какого-либо физического тела, например туго натянутой струны гитары, стальной пластинки, зажатой с одного конца в тисках, и т. п. Так, если свободный конец пластинки отклонить от занимаемого им спокойного положения, а затем отпустить, то пластинка будет совершать колебательные движения, отклоняясь вправо и влево от своего первоначального положения. Колебания этой пластинки передаются окружающему воздуху. При движении в одну сторону пластинка будет сталкивать с занимаемого места частицы воздуха в ближайшем к ней слое. В результате эти частицы уплотнятся (сгустятся). Молекулы данного уплотненного слоя вследствие их упругости будут стремиться передвинуться в сторону второго, соседнего, слоя. Этот слой также уплотнится и передаст уплотнение и движение третьему слою, третий слой — четвертому и т. д.
- Достигнув крайней точки отклонения, пластинка начнет движение в обратном направлении. - Вслед за пластинкой двинутся в обратном же направлении частицы воздуха в ближайшем к ней слое. В этом слое произойдет разрежение частиц воздуха и ослабление давления на частицы воздуха соседнего (второго) слоя; в результате во втором слое также наступит разрежение и уменьшится давление на частицы третьего слоя и т. д. Затем направление движения пластинки изменится и весь процесс колебаний пластинки будет повторяться. Одновременно повторится и процесс колебаний окружающего воздуха.
Колебания воздуха, достигнув барабанной перепонки нашего уха, заставляют ее также колебаться. Колебания барабанной перепонки передаются во внутреннее ухо и вызывают в слуховом нерве раздражение, которое мы воспринимаем как звук. Не всякие колебания воздуха слышны. Наш слух воспринимает как звук только такие колебания, количество которых в секунду не менее 16 и не более 20000.
Звук может быть сильным и слабым. Сила звука зависит от амплитуды колебания тела. Амплитуда колебания — это максимальное расстояние, на которое колеблющееся тело отклоняется от первоначального своего положения. Чем больше амплитуда колебания, тем сильнее звук, и, наоборот, чем меньше амплитуда колебания, тем слабее звук.
Различают также тон, или высоту, звука. Она определяется частотой колебательного движения, т. е. количеством полных колебаний, совершаемых телом в одну секунду.
Промежуток времени, в течение которого совершается одно полное колебание, называют периодом.
За единицу измерения частоты принят один герц, равный одному полному колебанию в одну секунду (одному периоду в секунду). Звуковым диапазоном принято считать частоты от 16 до 20000 Гц. Ниже 16 Гц — инфразвук, выше 20000 Гц — ультразвук.
Человеческая речь состоит из сложных звуков, различающихся как по силе, так и по высоте. Звук при разговоре возникает в результате колебаний голосовых связок, расположенных в гортани. Голос человека содержит колебания частотой от 80 до 10000 Гц. Тембр голоса, его "окраска", зависит от частоты и количества дополнительных колебаний, создаваемых одновременно с колебаниями основной частоты.
Звуковые колебания вызывают в пространстве перемещение частиц среды и этим создают изменение ее давления. Переменную составляющую давления в каждой точке среды называют звуковым давлением.
Громкость звука зависит от величины звукового давления и может изменяться в очень широких пределах. Звуковое колебание данной частоты, при котором громкость минимальна и звук едва слышен, называется порогом слышимости.
Непосредственная передача звука по воздуху возможна на очень небольшое расстояние. Громкая человеческая речь слышна на расстоянии до 100 м. При передаче речи по трубам ее можно услышать на расстоянии до 1 км. Такой звукопровод существует на речных теплоходах. Им пользуются для передачи распоряжений с капитанского мостика в машинное отделение. Но представим себе, что ученым удалось найти способ посылать неослабевающие звуковые волны на далекое расстояние. Можно ли, применяя этот способ, разговаривать, например, из Москвы с Санкт-Петербургом? Нет. Это было бы неудобно. Звуковая волна распространяется в воздухе всего со скоростью около 330 м/с. Слово, произнесенное в Москве, будет услышано в Санкт-Петербурге только через 35 минут. В течение шестичасового разговора едва удалось бы обменяться фразами. Ответа на вопрос пришлось бы ждать больше часа. Таким образом, не только быстрое ослабление звука, но и малая скорость его распространения исключают возможность передачи речи по воздуху на большое расстояние.
Передача речи на большие расстояния стала возможна лишь после того, как был открыт способ преобразования звуковой энергии в электрическую и, наоборот, электрической энергии в звуковую при помощи преобразователей (микрофонов и телефонов).
