Что такое звуковой резонанс

Звуковой резонанс

Что такое звуковой резонанс. Смотреть фото Что такое звуковой резонанс. Смотреть картинку Что такое звуковой резонанс. Картинка про Что такое звуковой резонанс. Фото Что такое звуковой резонанс Что такое звуковой резонанс. Смотреть фото Что такое звуковой резонанс. Смотреть картинку Что такое звуковой резонанс. Картинка про Что такое звуковой резонанс. Фото Что такое звуковой резонанс

Всего получено оценок: 219.

Всего получено оценок: 219.

Явление резонанса возникает в колебательных системах любой природы. Но наиболее часто наблюдается явление акустического (звукового) резонанса. Рассмотрим его подробнее.

Резонанс в колебательных системах

Напомним, что резонанс – это резкое увеличение амплитуды вынужденных колебаний, когда подводимая частота приближается к собственной частоте колебаний системы. Именно при этом создаются наилучшие условия подведения энергии к системе.

Что такое звуковой резонанс. Смотреть фото Что такое звуковой резонанс. Смотреть картинку Что такое звуковой резонанс. Картинка про Что такое звуковой резонанс. Фото Что такое звуковой резонансРис. 1. Явление резонанса.

Звуковой резонанс

Для наблюдения явления звукового резонанса необходимо иметь звуковую колебательную систему с возможностью подведения к ней энергии с частотой близкой к ее собственной частоте колебаний. Простейшим случаем такой системы является струна акустической гитары. Зажимая струну на разных ладах, можно изменять частоту ее собственных свободных колебаний.

Кажется естественным, что ударяя по одной струне – нельзя заставить колебаться другую. Но это не совсем так.

Колеблющаяся струна создает вокруг себя звуковые колебания своей частоты. Эти воздушные колебания воздействуют и на другие струны, но, поскольку их собственные частоты отличаются, то создаются неблагоприятные условия подведения энергии к другим струнам. Например, первая (самая тонкая) струна популярной шестиструнной гитары настраивается на частоту 330 Гц. А вторая струна – на частоту 245 Гц. Ударяя по второй струне – мы никак не сможем заметно колебать первую струну.

Что такое звуковой резонанс. Смотреть фото Что такое звуковой резонанс. Смотреть картинку Что такое звуковой резонанс. Картинка про Что такое звуковой резонанс. Фото Что такое звуковой резонансРис. 2. Резонанс струн гитары.

Колебания второй струны вызывают акустические колебания воздуха с частотой ее собственных колебаний. Колебания воздуха действуют и на первую струну. Однако, поскольку ее собственная частота заметно отличается от подводимой частоты, результирующие вынужденные колебания имеют очень малую амплитуду.

Зажимая вторую струну на пятом ладу, мы изменяем частоту ее собственных колебаний (фактически, немного уменьшая массу колеблющейся части струны). И теперь эта частота становится очень близка к собственной частоте колебаний первой струны. Создаются наиболее благоприятные условия для подведения энергии колебаний к первой струне, возникает звуковой резонанс, и первая струна начинает колебаться так сильно, что это становится заметно на глаз.

Воздушные резонаторы

Поскольку звуковые колебания хорошо распространяются в воздухе, любые полости с воздухом обладают собственными частотами свободных колебаний. Звуковые волны, отражаясь от одной границы полости, двигаются к другой границе, отражаются от нее, двигаются обратно, снова отражаются – возникают свободные колебания некоторой частоты. Теперь, если к полости подводить звук с такой частотой – возникнет акустический резонанс, и результирующая громкость звука значительно возрастет.

Резонирующие свойства звуковых полостей широко используются не только строителями концертных залов, но и Природой – звуковоспроизводящие органы всех живых существ (в том числе человека) имеют такие полости-резонаторы.

Что такое звуковой резонанс. Смотреть фото Что такое звуковой резонанс. Смотреть картинку Что такое звуковой резонанс. Картинка про Что такое звуковой резонанс. Фото Что такое звуковой резонанс

Что мы узнали?

Наиболее часто явление резонанса наблюдается для звука. Любая воздушная полость обладает некоторой собственной резонансной частотой и способна к акустическому резонансу. Такие полости используются в концертных залах, такие полости есть в звуковоспроизводящих органах всех живых существ.

Источник

Что такое резонанс — его виды (звуковой, когнитивный), а также польза и опасность резонанса

Здравствуйте, уважаемые читатели блога KtoNaNovenkogo.ru. Еще в школе на уроке физики мы изучали, что такое резонанс. Но, к сожалению, не всегда эти знания подавались в форме способствующей усвоению.

Поэтому сегодня я хочу очень коротко напомнить вам что есть такое резонанс, как он возникает и какие виды резонанса (и не только в области физики) различают.

Что такое звуковой резонанс. Смотреть фото Что такое звуковой резонанс. Смотреть картинку Что такое звуковой резонанс. Картинка про Что такое звуковой резонанс. Фото Что такое звуковой резонанс

Ну и, конечно же, все это будет рассказано максимально простыми словам на понятных всем примерах. Будет интересно, не переключайтесь.

Резонанс — это.

Впервые понятие резонанса было введено в 16 веке Галилио Галеем, когда он занимался исследованием работы маятников и музыкальных струн.

В переводе с латинского слово «резонанс» буквально означает «откликаюсь» и представляет собой физическое явление, при котором собственные колебательные движения становятся вынужденными, увеличивают свою амплитуду, отвечая, таким образом, на воздействия окружающей среды.

Простыми словами резонанс – это отклик на некий раздражитель извне. Это синхронизация частот колебаний (количество колебаний в одну секунду) некой системы и воздействующей на нее внешней силы, что влечет за собой рост амплитуды колебаний данной системы.

Резонанс можно описать следующим образом:

Например, всем известно, как «работают» качели. Сначала вы делаете резкий толчок ногами от земли, и качели начинают двигаться вперед-назад. Если не вмешиваться в этот процесс, то через некоторое время они остановятся.

Но если, сидя на них, подстроиться под их движение всем телом (не быстрее и не медленнее), то амплитуда движений качелей начнет расти сама по себе. В данном случае вы, а точнее ваши движения, являются внешним воздействием, вынуждающей силой, с помощью которой качели взлетают выше.

Даже самое небольшое внешнее воздействие способно увеличить амплитуду движений некой системы в очень много раз при совпадении их частот. Из примера с качелями: маленький ребенок может раскачать взрослого даже с очень большим весом, если подстроится под движение качелей.

Чтобы лучше понять, что такое резонанс, обратимся к его антониму. Им является слово «диссонанс» (от латинского «разногласящий»), что означает несовпадение, несоответствие.

Снова возьмем в пример качели: если начать резко и хаотично их дергать туда-сюда, то плавные, раскачивающие колебания вскоре сойдут на нет и качели остановятся. Еще один простой пример: если летом вы выйдете на улицу в шубе, это будет диссонанс, так как погода не соответствует вашему наряду.

Добротность

В любой физической колебательной системе можно измерить степень ее отзывчивости – величину, которая называется добротностью и представляет собой уровень интенсивности отклика.

Что такое звуковой резонанс. Смотреть фото Что такое звуковой резонанс. Смотреть картинку Что такое звуковой резонанс. Картинка про Что такое звуковой резонанс. Фото Что такое звуковой резонанс

Разные показатели этой величины приводят к различным последствиям:

Например, если не просто стоять на середине доски, перекинутой через широкую реку, а совершать раскачивающие ее движения (вверх-вниз), то, скорее всего, вскоре вы окажитесь в воде, так как доска сломается в той точке, где вы находились.

Виды и примеры резонанса

Феномен резонанса по праву принадлежит физике,так как был открыт ею и изначально описывал только физические явления.

Однако, на сегодняшний день этим понятием пользуются в самых разных сферах жизнедеятельности.

В связи с этим можно выделить его разные виды:

Что такое звуковой резонанс. Смотреть фото Что такое звуковой резонанс. Смотреть картинку Что такое звуковой резонанс. Картинка про Что такое звуковой резонанс. Фото Что такое звуковой резонанс

Все дело в том, в процессе беседы вы нашли с ним много общего, его ценности и суждения оказались вам близки, отсюда и симпатия, являющаяся следствием резонанса. С философской точки зрения, феномен определяется, как единомыслие двух душ в чувственном контексте.

Мобильные телефоны, микроволновая печь, телевизор, эхо в горах, звучное пение в ванной комнате – везде присутствует рассматриваемый феномен.

Опасность и польза резонанса

На первый взгляд, резонанс – это полезное явление, которое помогает нам в разных аспектах жизни. Например, оно успешно используется в случае, когда автомобиль завяз колесами в грязи или снегу и не может тронуться с места. Раскачка авто взад-вперед помогает вызволить машину из плена.

Однако, у этого физического феномена есть и негативная сторона. В среде архитекторов существует понятие «Такомский мост»: так называют объекты, выполненные с многочисленными нарушениями строительных расчетов. Дело в том, что в 40-х годах 19 века в одном из штатов США случилось обрушение висячего моста.

Как выяснилось позже, причиной послужил резонанс: ветер усилил собственные колебания конструкции, что и привело к трагедии. После этого случая технологии мостостроения претерпели большие изменения.

Что такое звуковой резонанс. Смотреть фото Что такое звуковой резонанс. Смотреть картинку Что такое звуковой резонанс. Картинка про Что такое звуковой резонанс. Фото Что такое звуковой резонанс

Еще один печальный случай с мостом, который обрушился в момент, когда по нему шла рота военных. Солдаты, маршируя в ногу, создали колебания, которые вошли в резонанс с собственными колебаниями конструкции. С тех пор появилась новая команда «Не в ногу!», используемая командирами при прохождении через мост.

Феномен резонанса также необходимо учитывать при возведении высотных зданий, антенн, высоких опор – всего, что может войти в резонанс с воздушным потоком.

Что такое звуковой резонанс. Смотреть фото Что такое звуковой резонанс. Смотреть картинку Что такое звуковой резонанс. Картинка про Что такое звуковой резонанс. Фото Что такое звуковой резонанс

Удачи вам! До скорых встреч на страницах блога KtoNaNovenkogo.ru

Эта статья относится к рубрикам:

Комментарии и отзывы (3)

Спасибо! Все разъяснено четко,понятно и доходчиво с примерами!

Резонанс может приводить к обрушению конструкций — это факт, потому, те же мосты стараются сконструировать так, чтобы снизить на них ветровую нагрузку.

Что касается общественного резонанса, то дело это тоже достаточно разрушительное, ведь общество состоит из обывателей, которые редко вникают в суть вопроса, но имеют четкое мнение по нему, тем самым, создавая резонанс, общество оказывает давление на правосудие, что не может дать положительного эффекта.

Лилия, спасибо Вам большое за интересную статью. Примите, пожалуйста, лишь маленький комментарий по поводу опечатки:

«В среде архитекторов существует понятие «Такомский мост»: так называют объекты, выполненные с многочисленными нарушениями строительных расчетов. Дело в том, что в 40-х годах 19 века в одном из штатов США случилось обрушение висячего моста.»

Мост Tacoma Narrows разрушился 7 ноября 1940. То есть в 20-м веке. Видео его разрушения сохранилось, есть на Ютубе — весьма интересно об этом было узнать благодаря Вашей статье — спасибо!

Источник

Звуковой резонанс: определение, особенности возникновения и примеры

От Masterweb

Звуковой резонанс — это совпадение частоты внешней вынуждающей силы (акустической волны) с собственной частотой, что приводит к резкому ее увеличению. Явление резонанса тесно связано со способностью звука отражаться, о чем подробнее поговорим в статье. Кроме того, расскажем о звучащей каменной глыбе, о поющем нечеловеческим голосом доме. Приведем и другие примеры проявления звукового резонанса, объясним их причины.

Опыт с камертонами

Что такое звуковой резонанс. Смотреть фото Что такое звуковой резонанс. Смотреть картинку Что такое звуковой резонанс. Картинка про Что такое звуковой резонанс. Фото Что такое звуковой резонанс

Акустическая волна подобна качелям: если толкать их как попало, сбиваясь с ритма, то высоко она не взлетит. Важность совпадения частоты (ритма) легко можно увидеть в эксперименте с двумя камертонами. Возьмем те, что имеют одинаковую частоту, и поставим довольно близко друг от друга. Ударим молоточком по ножкам первого — он зазвучит, и очень скоро заставит звучать другой. Почему это произойдет? Второй инструмент будет приведен в движение (раскачан) звуковой волной. Когда первый замолчит, второй будет издавать звук еще некоторое время. Вот как возникает звуковой резонанс. Если проделать опыт на камертонах разной частоты, мы увидим, что они не резонируют.

Музыкальные инструменты

Что такое звуковой резонанс. Смотреть фото Что такое звуковой резонанс. Смотреть картинку Что такое звуковой резонанс. Картинка про Что такое звуковой резонанс. Фото Что такое звуковой резонанс

Гитарная или скрипичная струна сама по себе звучит не очень громко и вряд ли будет слышна в концертном зале. Звук во много раз усиливается благодаря корпусу инструмента — резонатору. И раструб духовых инструментов, и корпус струнных, клавишных инструментов — например, дека рояля, являются резонаторами. Они собирают слабые звуки и увеличивают их амплитудой основной звук (по принципу качели). В результате инструмент звучит громко, а еще от резонатора зависят тембр, глубина, мягкость или резкость тона.

Отражение звука

Что такое звуковой резонанс. Смотреть фото Что такое звуковой резонанс. Смотреть картинку Что такое звуковой резонанс. Картинка про Что такое звуковой резонанс. Фото Что такое звуковой резонанс

Звуковой резонанс возможен благодаря отражению волны. Рассмотрим это свойство звука подробнее. Акустическая волна, добежав до препятствия, которым может быть любое тело, возвращается назад. Знакомое всем эхо — это и есть волна, отраженная от удаленного предмета. Почему удаленного? Дело в том, что препятствие должно располагаться достаточно далеко, чтобы человек мог отличить звук от источника и отраженный звук. Так, в помещении средних размеров, например, в комнате квартиры, эха не будет. Все потому, что время, через которое волна, отразившись от стен, возвращается, слишком мало. Несмотря на это, отчетливо слышно, что звук гулкий, громкий.

Если завесить все стены коврами или покрыть другими звукоизолирующими материалами, звук станет глухим, сухим, даже неприятным. В случаях, когда важна звонкость, нужно позаботиться о том, от чего будет отражаться акустическая волна. Звукового резонанса без этого не будет.

Помещение как резонатор

Качество звучания в помещении особенно важно для театров, филармоний. Есть даже особый раздел акустики — архитектурная акустика. Она решает проблемы проектирования залов с хорошей слышимостью. «Правильное» помещение и само является резонатором. Подобные залы имеют округлые потолок и стены, благодаря чему звук доходит до каждого зрителя, слушателя.

Что такое звуковой резонанс. Смотреть фото Что такое звуковой резонанс. Смотреть картинку Что такое звуковой резонанс. Картинка про Что такое звуковой резонанс. Фото Что такое звуковой резонанс

«Поющий» камень

Недалеко от Баку, столицы Азербайджана, есть пустыня со знаменитым «поющим» камнем. Он настолько известен, что получил имя — «Каменный бубен». Эта удивительная глыба имеет свойство: если ударить по ней камнем, то звук получается такой же громкий и чистый, как у колокола. Как же физика объясняет этот пример звукового резонанса?

Что такое звуковой резонанс. Смотреть фото Что такое звуковой резонанс. Смотреть картинку Что такое звуковой резонанс. Картинка про Что такое звуковой резонанс. Фото Что такое звуковой резонанс

Удар приводит к краткосрочной деформации — тут же от точки столкновения во все стороны бегут звуковые волны. На скорость их расхождения размеры камня не влияют. Однако волна может свободно распространяться только в неограниченном пространстве. А ведь мы знаем, что камень и воздух имеют границы (там, где они соприкасаются). Когда волна добегает до рубежа, она частично проходит в другую среду — из камня в воздух. Оставшаяся часть акустической энергии отражается в обратном направлении.

От чего зависит звучание

Чем больше разнятся скорости звука в воздухе и камне, тем лучше отражение. Так, в граните звук расходится со скоростью 4×103 м/с, в воздухе — 3,3×102 м/с. Следовательно, в воздух выйдет незначительное количество энергии, а основная часть будет «закрыта» внутри камня. «Поющая» глыба лежит на других камнях, у нее слабая акустическая связь с землей, ведь она касается грунта лишь в нескольких местах. Получается, что звук не может выйти в землю. Подобные предметы, способные заключить внутри себя колебательную энергию, называются резонаторами. Что же происходит в середине «поющего» камня при ударе? Волны множество раз отражаются от его стенок, уменьшаются или увеличиваются при звуковом резонансе. Усиление бывает тогда, когда волна, отразившись, возвращается в той же фазе, в которой она начинала свой пробег.

Таинственный дом

Что такое звуковой резонанс. Смотреть фото Что такое звуковой резонанс. Смотреть картинку Что такое звуковой резонанс. Картинка про Что такое звуковой резонанс. Фото Что такое звуковой резонанс

В «Рассказах о старой Москве» А. Вьюркова описывается звучащий страшным голосом дом. Главный герой произведения Иван Павлович решил разбогатеть обманным путем. Он нанял бригаду каменщиков, чтобы те построили ему доходный дом, и не заплатил им всей обещанной суммы. Вскоре арендаторы стали один за другим покидать гостиницу, потому что были напуганы нечистой силой, которая выла нечеловеческим голосом. Иван Павлович обратился в полицию, и городовые остались в засаде на ночь. Их постигла та же участь, что и квартиросъемщиков. В пустых комнатах раздавались жуткие вздохи и вой. Стражи порядка в ужасе покинули здание со страшным домовым.

Иван Павлович остался без денег и без жильцов. Ему нечем было выплачивать проценты по кредиту, поэтому имущество и его самого арестовали. По прошествии времени один из подрядчиков раскрыл Ивану Павловичу секрет мистического дома. Оказывается, что обманутые рабочие решили отомстить: они замуровали в стену пустые бутылки, которые звучали при каждом порыве ветра, пугая постояльцев.

Резонатор Гельмгольца

Удивительные свойства пустых сосудов человечество знает давно. Античные архитекторы при строительстве театра использовали знания о звуковом резонансе: закладывали в стены сосуды из бронзы, чтобы голос актеров звучал громче. В акустике широко применяются резонаторы Гельмгольца. Гельмгольц — это немецкий ученый, который обосновал теорию слуха с физической точки зрения. С помощью набора резонаторов, названных в его честь, можно анализировать сложные звуки по частоте колебаний волны.

Как же работает резонатор? Он представляет собой шарообразный или в форме бутылки сосуд с узким горлышком. Весь секрет состоит в звуковом резонансе колебаний воздуха, который находится внутри. Звуковая волна сложная. Она состоит из множества колебаний. Но каждый из резонаторов лучше всего отзывается на ту частоту, которая равна его собственной, т. е. частоту колебания воздуха, заключенного в полости. От чего она зависит?

Что такое звуковой резонанс. Смотреть фото Что такое звуковой резонанс. Смотреть картинку Что такое звуковой резонанс. Картинка про Что такое звуковой резонанс. Фото Что такое звуковой резонанс

Если резонатор меньше длины звуковой волны, то его принцип действия такой же, как у пружинного маятника. Воздух в узком горлышке движется намного быстрее, чем в самом резонаторе. Именно колебания в горлышке сосуда играют главную роль. Получается, что кинетическая энергия сосредоточена преимущественно в этом узком месте. Упругую энергию несет масса воздуха, находящаяся внутри резонатора.

Воздуха в горлышке гораздо меньше, чем внутри, поэтому изменением его объема во время колебаний принято пренебрегать. Условно считается, что вся эта масса передвигается как единое целое, как воздушная пробка, а объем воздуха внутри резонатора меняется сильно. Получается, что воздух внутри работает как пружина в колебательной системе. Его приток перекрывает путь в сосуд другому воздуху, а отток понижает давление и препятствует выпусканию воздуха изнутри. Когда воздушная пробка идет вниз, она сжимает близлежащий слой воздуха внутри резонатора, т. е. повышает его плотность. В результате растущее давление приводит в движение следующий слой воздуха, потом еще один и т. д. Таким образом, сжатие распространяется по слоям, передает свой импульс, и возникает звуковая волна.

Теперь понятно, что причиной жутких голосов в доходном доме был звуковой резонанс. Вой ветра и другие шумы с улицы — это неупорядоченные гармонические колебания разной частоты. Их называют чистыми тонами. При прохождении через стену все частоты, кроме резонансных, слабели. Резонансные частоты — это те, что совпадали с частотами воздуха в пустых сосудах. Более того, они могли даже усилиться. Городовые впадали в панику, потому что слышали несвойственные человеку и живым существам звуки. Дело в том, что наша речь звучит на частоте, гораздо большей 100 герц, а «домовой» издавал необычно низкие звуки.

Источник

Звуковой резонанс – основа явления

Явление резонанса возникает в колебательных системах любой природы. Но наиболее часто наблюдается явление акустического (звукового) резонанса. Рассмотрим его подробнее.

Что такое звуковой резонанс. Смотреть фото Что такое звуковой резонанс. Смотреть картинку Что такое звуковой резонанс. Картинка про Что такое звуковой резонанс. Фото Что такое звуковой резонанс

Резонанс в колебательных системах

Напомним, что резонанс – это резкое увеличение амплитуды вынужденных колебаний, когда подводимая частота приближается к собственной частоте колебаний системы. Именно при этом создаются наилучшие условия подведения энергии к системе.

Что такое звуковой резонанс. Смотреть фото Что такое звуковой резонанс. Смотреть картинку Что такое звуковой резонанс. Картинка про Что такое звуковой резонанс. Фото Что такое звуковой резонанс

Рис. 1. Явление резонанса.

Звуковой резонанс

Для наблюдения явления звукового резонанса необходимо иметь звуковую колебательную систему с возможностью подведения к ней энергии с частотой близкой к ее собственной частоте колебаний. Простейшим случаем такой системы является струна акустической гитары. Зажимая струну на разных ладах, можно изменять частоту ее собственных свободных колебаний.

Кажется естественным, что ударяя по одной струне – нельзя заставить колебаться другую. Но это не совсем так.

Колеблющаяся струна создает вокруг себя звуковые колебания своей частоты. Эти воздушные колебания воздействуют и на другие струны, но, поскольку их собственные частоты отличаются, то создаются неблагоприятные условия подведения энергии к другим струнам. Например, первая (самая тонкая) струна популярной шестиструнной гитары настраивается на частоту 330 Гц. А вторая струна – на частоту 245 Гц. Ударяя по второй струне – мы никак не сможем заметно колебать первую струну.

Что такое звуковой резонанс. Смотреть фото Что такое звуковой резонанс. Смотреть картинку Что такое звуковой резонанс. Картинка про Что такое звуковой резонанс. Фото Что такое звуковой резонанс

Рис. 2. Резонанс струн гитары.

Колебания второй струны вызывают акустические колебания воздуха с частотой ее собственных колебаний. Колебания воздуха действуют и на первую струну. Однако, поскольку ее собственная частота заметно отличается от подводимой частоты, результирующие вынужденные колебания имеют очень малую амплитуду.

Зажимая вторую струну на пятом ладу, мы изменяем частоту ее собственных колебаний (фактически, немного уменьшая массу колеблющейся части струны). И теперь эта частота становится очень близка к собственной частоте колебаний первой струны. Создаются наиболее благоприятные условия для подведения энергии колебаний к первой струне, возникает звуковой резонанс, и первая струна начинает колебаться так сильно, что это становится заметно на глаз.

Воздушные резонаторы

Поскольку звуковые колебания хорошо распространяются в воздухе, любые полости с воздухом обладают собственными частотами свободных колебаний. Звуковые волны, отражаясь от одной границы полости, двигаются к другой границе, отражаются от нее, двигаются обратно, снова отражаются – возникают свободные колебания некоторой частоты. Теперь, если к полости подводить звук с такой частотой – возникнет акустический резонанс, и результирующая громкость звука значительно возрастет.

Резонирующие свойства звуковых полостей широко используются не только строителями концертных залов, но и Природой – звуковоспроизводящие органы всех живых существ (в том числе человека) имеют такие полости-резонаторы.

Что такое звуковой резонанс. Смотреть фото Что такое звуковой резонанс. Смотреть картинку Что такое звуковой резонанс. Картинка про Что такое звуковой резонанс. Фото Что такое звуковой резонанс

Рис. 3. Голосовые резонаторы.

Что мы узнали?

Наиболее часто явление резонанса наблюдается для звука. Любая воздушная полость обладает некоторой собственной резонансной частотой и способна к акустическому резонансу. Такие полости используются в концертных залах, такие полости есть в звуковоспроизводящих органах всех живых существ.

Источник

Акустический резонанс

Одно из важнейших достижений ХХ века — это понимание роли обратных связей в сложных системах. Конечно, неосознанно ими пользуется любой живой организм, да и в своей практике технической деятельности человек использовал их в разное время и в разных конструкциях; классический пример — регулятор в паровой машине Джеймса Уатта. И наоборот, незнание или пренебрежение положительными и отрицательными обратными связями неизбежно приводит к серьезным авариям.

Самые близкие примеры обратных связей мы можем увидеть в часах, маятнике или качелях, но особенно наглядно — в музыке. Именно в наблюдениях за звуком родилось понятие резонанса, а у древних римлян это слово означало просто отзвук. Издавать звук способна и щепка, и натянутая нить, и даже травинка, но гораздо громче и богаче они звучат при добавлении к ним некоторого объема воздуха — резонатора. Например, многие дети «раньшего времени» делали телефон из нитки с какими-нибудь коробочками, а люди моего поколения помнят рупоры на волжских пароходах. Не могу удержаться от упоминания забавного эпизода с огромным самодельным рупором американского мальчика Роберта Вуда, ставшего впоследствии выдающимся физиком и которому посвящена великолепная книга В. Сибрука «Роберт Вуд. Современный чародей физической лаборатории»:

«. Другим образцом шалостей, особенно подходившим к характеру Вуда, была шутка с дверными звонками нового дома, который был выстроен недалеко от Латинской школы, где Роб умирал от скуки. Было что-то привлекательное в длинном ряде переговорных трубок с кнопками внизу в вестибюле. Однажды Робу пришла в голову идея, что очень просто „замкнуть накоротко“ эти трубки. То, чего ему не хватало для этого, он нашел дома в чулане, где хранились бумага, веревки и всякий хлам. Это была длинная картонная трубка около трех дюймов диаметром. Он приставил ее к ряду переговорных трубок в вестибюле, наметив кружки, соответствующие их отверстиям. Потом он вырезал дыры в отмеченных местах перочинным ножом, а концы трубки заткнул. Далее с помощью своего друга и соседа по дому он прикрепил это приспособление к переговорным трубкам, в результате чего получилась „перемычка“, дававшая возможность жильцам дома говорить друг с другом. Затем маленькие чертенята нажали кнопки вызова, начав с верхнего этажа, чтобы обеспечить себе безопасное отступление. Надо вообразить, какое вавилонское столпотворение произошло в доме».

Приглядитесь к музыкальным инструментам, взгляните на какой-нибудь саксофон. Какая красота, как сложно было придумать такую форму и сделать ее руками, но зато и звучит прекрасно! Ничего не понимая в науке о звуке, акустике, легко ощущаю отличие звуков речи лектора в двух аудиториях саратовского университета. Одна создана в 1913 году архитектором-художником К. Мюфке, а другую безымянный ремесленник через каких-то сорок лет попытался с нее скопировать. Мне приводилось читать лекции и в одной, и в другой аудитории, и быстро начинаешь понимать, что акустика не наука, но высокое искусство.

А теперь поговорим о простейшем и очень доступном любому школьнику опыту по резонансу в акустике. Все, что нужно для такого опыта, находится у каждого школьника буквально перед глазами.

Что такое звуковой резонанс. Смотреть фото Что такое звуковой резонанс. Смотреть картинку Что такое звуковой резонанс. Картинка про Что такое звуковой резонанс. Фото Что такое звуковой резонанс

Вот на фотографии (рис. 1) видно клавиатуру ноутбука и крышку от бутылки. Верхнее отверстие крышки прикрыто монетой, другая монета приподнимает с одной стороны крышку для доступа в нее звука. Примерно в метре от компьютера закреплены звуковые колонки, с регулятором громкости естественно. Так вот, если крышку донышком вверх подносить к маленькому отверстию для микрофона рядом с клавиатурой на передней панели ноутбука, а регулятор громкости поставить почти на максимум, то, когда останется зазор в пару миллиметров, из колонок начинает литься пронзительный звук одной частоты. Высоту этого тона можно изменять разными способами — выбором расстояния крышки до микрофона, уровнем громкости на колонке, величиной и формой сосуда, заменяющего крышку.

Что такое звуковой резонанс. Смотреть фото Что такое звуковой резонанс. Смотреть картинку Что такое звуковой резонанс. Картинка про Что такое звуковой резонанс. Фото Что такое звуковой резонанс

На другом снимке (рис. 2) резонатором служит пустой стакан. Возможны и другие, самые разнообразные варианты.

Почему-то большое впечатление производит такой своеобразный резонатор из железной трубки, к которой удачно подходит изящный пластиковый элемент пробки современных бутылок — с тремя небольшими отверстиям (рис. 3). Плотно вставив пластиковую деталь в трубку, очень близко подносим трубку вертикально или почти вертикально к микрофонному отверстию на передней панели ноутбука и получаем пронзительный звук. А его высоту можно изменять, прикрывая в разной степени отверстия в пластиковой вставке.

Что такое звуковой резонанс. Смотреть фото Что такое звуковой резонанс. Смотреть картинку Что такое звуковой резонанс. Картинка про Что такое звуковой резонанс. Фото Что такое звуковой резонанс

Можно сказать, что случайный слабый звук, попавший в микрофон, усиливается электрической системой компьютера и колонок, снова приходит в микрофон, еще проходит по тракту усиления, а одна из частот в этом звуке усиливается особенно существенно, совпадая с некоторой собственной частотой системы. При резонансе сигнал становится очень громким. Это — положительная обратная связь. Но для качественного звучания любого инструмента конструкция должна иметь и отрицательную обратную связь — для предотвращения лишних резонансов, иначе звук будет только раздражать ухо.

В сущности, это предельно упрощенная модель чудесного изобретения Льва Сергеевича Термена (1896–1993), которое так и называлось «терменвокс», только в этом приборе обратная связь осуществлялась электрическим путем. Приближение руки исполнителя изменяло емкость колебательного контура в генераторе, и его частота повышалась или понижалась. Затем это переводилось в звук, и на инструменте (не прикасаясь к нему!) удавалось воспроизводить мелодии с уникальным звучанием.

Короче говоря, предлагаемый опыт представляет широкое поле возможностей для школьника — например, выбирающего тему для проекта и доклада на ученической конференции.

Источник

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *