Звук — це фізичне явище, що являє собою механічну хвилю частотою від 20 до 20 000 Гц. 

Шум – сукупність різноманітних короткочасних звуків (хрускіт, шелест, стукіт тощо), є накладенням великої кількості коливань із близькими амплітудами, але різними частотами (має суцільний спектр).

Музичний тон створюється періодичними гармонічними коливаннями тіла (камертона, струни тощо) однієї частоти.

Гучність звуку визначається як інтенсивністю звуку (амплітудою коливань звукової хвилі), так і різною чутливістю людського вуха на різних частотах. Найбільшу чутливість людське вухо має в діапазоні частот від 1000 до 5000 Гц. З віком людини поріг чутності збільшується.

Висота звуку визначається частотою звукових коливань, що мають найбільшу інтенсивність у спектрі.

Тембр (відтінок звуку) залежить від того, скільки обертонів приєднуються до основного тону і яка їхні інтенсивність і частота. За тембром ми легко відрізняємо звуки скрипки і рояля, флейти та гітари, голоси людей тощо.

Швидкість звуку залежить від пружних властивостей, густини і температури середовища. Чим більші сили пружності, тим швидше поширюється звукова хвиля. Тому модуль швидкості звуку в газах менший, ніж у рідинах, а в рідинах зазвичай менший, ніж у твердих тілах.

Оскільки  звук  є  механічною  хвилею,  всі властивості хвильового руху стосуються й звуку.

• Звук поширюється в середовищі зі скін­ченною швидкістю, яка залежить від темпера­тури, густини, складу та інших характеристик середовища. Так, у рідинах звук поширюється швидше, ніж у газах, і повільніше, ніж у твердих тілах. Швидкість поширення звуку зазвичай збільшується зі збільшенням температури середовища (так, у повітрі за температури 0 °С швидкість поширення звуку дорівнює приблизно 330 м/с, а за температури 20 °С — 340 м/с). До того ж чим менша маса молекул середовища, тим швидше поширюється звук.

• Джерелом звуку є тіло, що коливається. Такі коливання можуть бути ви­мушеними (дифузор гучномовця), вільними (струна гітари), автоколиваннями (струни смичкових інструментів).

• Звукові хвилі не поширюються у вакуумі.

• Під час поширення звуку не відбувається перенесення речовини, але відбувається перене­сення енергії.

• Звукові хвилі можуть накладатись одна на одну (явище інтерференції); можуть оги­нати перешкоди (явище дифракції).

Інфразвук (від латин. infra — нижче, під) — механічні хвилі, частота яких менша від 20 Гц.

Інфразвукові хвилі виникають під час штормів, землетрусів, цунамі, вивержень вулканів, унаслідок ударів об берег морських хвиль. Деякі істоти здатні сприймати інфразвукові хвилі. Джерелом інфразвуку можуть бути і об’єкти, створені людиною: турбіни, двигуни внутрішнього згоряння тощо. У містах найбільший рівень інфразвуку біля автомагістралей.

Інфразвук є дуже небезпечним для тварин і людини: він може викликати симптоми морської хвороби, запаморочення, засліплення, спричинити підвищену агресивність. У разі тривалої дії інтенсивне інфразвукове випромінювання може призвести до зупинки серця. При цьому людина навіть не розуміє, що відбувається, адже вона не чує інфразвуку.

Механічні хвилі, частота яких перевищує 20 кГц, називають ультразвуковими хвилями (від латин. ultra— понад, за межами).

Ультразвук наявний у шумі вітру та водоспаду, у звуках, які видають деякі істоти. З’ясовано, що ультразвук до 100 кГц сприймають багато комах і гризунів; уловлюють його й собаки. Ультразвук застосовують у техніці, медицині.

Слабий ультразвук зазвичай використовують для ультразвукової локації — визначення розташування та характеру руху об’єкта за допомогою ультразвуку. Так, кажани та дельфіни, випромінюючи ультразвук і сприймаючи його відлуння, можуть навіть у повній темряві знайти дорогу або спіймати здобич. Ультразвукове дослідження дозволяє «побачити» ще не народжене немовля, дослідити стан внутрішніх органів, виявити сторонні тіла в тканинах. Ультразвукову локацію застосовують також на морських суднах — для виявлення об’єктів у воді (сонари) і дослідження рельєфу морського дна (ехолоти); у металургії — для виявлення та встановлення розмірів дефектів у виробах (дефектоскопи).

Потужний ультразвук застосовують у техніці (обробка міцних матеріалів, зварювання, очищення поверхонь від забруднень); медицині (подрібнення каменів в організмі, що дозволяє уникнути хірургічних операцій); харчовій промисловості (виготовлення сирів, соусів); косметології (виготовлення кремів, зубної пасти).

Гучність звуку залежить від різниці тисків, амплітуди і частоти звукових коливань.

Про звуки різної гучності говорять, що один гучніший від іншого не в стільки-то разів, а на стільки-то одиниць. Одиницею гучності звуку є один децибел (1 дБ). Її названо на честь американського вченого Олександра Грейама Белла - винахідника телефону і слухових апаратів для глухих.

Гучність звуку шелесту листя складає 10 дБ, шепоту - 20 дБ, вуличного шуму - 70 дБ. Шум гучністю 130 дБ відчувається шкірою і викликає больові відчуття.

Це цікаво знати

Найгучнішим у світі тварин є блакитний кит. Він може видавати звуки гучністю 188 дБ, які чути на відстані до 850 км.

Чутливість вуха залежить від частоти звуку. Звукові коливання однакових амплітуд здаються неоднаково гучними, якщо їх частоти різні. Вухо людини найбільш чутливе до коливань частотою близько 3500 Гц.

Запитання

1. Що вивчає акустика?

2. Які коливання називають звуковими, або акустичними?

3. Як виникають звукові хвилі?

4. Де можуть поширюватися звукові хвилі?

5. Як можна визначити швидкість поширення звукових хвиль?

6. Від чого залежить швидкість поширення звукових хвиль?

7. Користуючись таблицею (див. с. 105), визначте, у якій речовині швидкість поширення звуку найменша; найбільша.

8. Які основні види звуків ви знаєте?

9. Що таке тон? Що таке шум?

10. Від чого залежить гучність звуку? Висота звуку?

Задачі

1. У повітрі поширюється звукова хвиля з частотою 680 Гц. Визначте (у сантиметрах) довжину хвилі, якщо швидкість поширення звуку в повітрі дорівнює 340 м/с.

2. У скільки разів зміниться довжина звукової хвилі під час переходу звуку із повітря у воду? Швидкість звуку в повітрі 332 м/с, у воді 1450 м/с.

3. Під час грози людина почула грім через 10 с після спалаху блискавки. На якій відстані відбувся розряд? Швидкість звуку в повітрі – 340 м/с.

4. Визначити глибину моря під кораблем, якщо відправлений з нього  ультразвуковий сигнал був прийнятий ехолотом через 1 с. Швидкість  звуку у воді 1435 м/с.