Содержание
Пульс или поступающий воздух?
Долгое время люди думали, что шум создает их собственная кровь. Что створка раковины усиливает звук тихо пульсирующих вен в нашей голове. Но неверность этого суждения можно легко проверить с помощью микрофона: достаточно положить его рядом с раковиной улитки – и мы услышим шелест волн. И это вопреки тому, что мы не прислоняем створку раковины к уху и, соответственно, пульс вен тут ни при чём.
Но если это не кровь, то что? Может, это циркулирующий в раковине воздух производит шум подобно шелесту ветра в листве деревьев?
И эту теорию легко опровергнуть с помощью эксперимента. Дэвид Шарп из Открытого университета в британском Милтон-Кинсе объясняет:
«Если прислонить к уху раковину улитки или стакан, находясь при этом в тихом, изолированном от звуков пространстве, то мы ничего не услышим. Характерное «шшшшш» будет едва ли слышно».
Но если бы поток воздуха был причиной появления звука из раковины, мы бы всё равно услышали шум, потому что воздух циркулирует даже в изолированной от звуков комнате.
Створка работает как резонансная камера
Откуда же берётся шум в ракушке?
«Ответ – из нашего окружения», — говорит Шарп.
Целый день мы окружены шумами. Как только мы подносим раковину к уху, она начинает действовать как резонансная камера. Проникающие из окружающей среды звуковые волны отбрасываются назад и вперед от стенок раковины и заставляют воздух внутри её полости резонировать. Это повышает определенные частоты окружающего шума и заглушает другие.
«Усиленные частоты соединяются в характерный шум, который напоминает нам о морских волнах».
Но высота тона звука зависит от формы и величины раковины. В зависимости от размера полости воздух колеблется менее или более интенсивно при определенных звуковых частотах. Крупные раковины улиток усиливают низкие частоты в большей степени, чем мелкие ракушки. Вот почему они порождают шум более низкого тона.
Действительно ли ракушка записывает на какие-то невидимые чипы звуки окружающей водной стихии, а потом всё время воспроизводит их внутри себя?
Давайте разрежем ракушку и поищем там звукозаписывающие устройства. Как вы понимаете, затея эта вряд ли увенчается успехом, значит, шумит в ракушке не вода. А что же? Существует теория, что, приставляя к уху ракушку, мы слышим на самом деле звуки движения крови по нашим кровеносным сосудам. Людей, которые считают, что это действительно так, очень много. Но эта теория опровергается одним простым экспериментом: давайте попробуем пробежать стометровку с самой большой скоростью, на которую мы способны, и после этого поднести ракушку к уху. Наш пульс увеличился, кровь начала циркулировать с большей скоростью, но звук внутри ракушки не поменялся. Это означает, что мы слышим вовсе не движение нашей крови по сосудам.
Третья теория такова: шумит ракушка из-за движения потоков воздуха. Это объясняет то, почему звук кажется громче, если поднести ухо ближе к ракушке, и тише если дальше. Но эту теорию легко разрушить, придя с раковиной в звукоизолированную комнату – у нас на телевидении как раз такие комнаты есть. И что же мы видим? В звукоизолированной комнате, несмотря на то, что в ней присутствует воздух, ракушка не издаёт звуки океана. Она молчит!
Итак, мы легко добрались с вами до вывода, что звуки моря можно услышать, только когда вокруг есть шум! На этом и основана четвёртая, верная теория, которая опирается на «резонанс Гельмгольца» – автора классических работ по акустике. Это тот самый Герман Людвиг Фердинанд Гельмгольц, именем которого назван наш Научно-исследовательский институт глазных болезней.
Ещё в 1850-ом году Гельмгольц понял, почему происходит явление резонанса воздуха в полости, примером которого является гудение пустой бутылки от потока воздуха, направленного перпендикулярно её горлышку. Вы скажете: но ведь ракушка – это не бутылка. Там нет никакого горлышка! Оказывается, внутри ракушка состоит из целой цепочки полостей с узким горлышком – этакой анфилады комнат. Шум окружающей среды попадает внутрь и начинает резонировать, ударяясь о стенки ракушки. То есть мы слышим многократное эхо, слившееся в сплошной шум. Поэтому размер и форма ракушки напрямую влияют на издаваемый звук: чем больше она и чем больше изогнутостей, тем насыщеннее получится так называемый шум моря.
И это тоже легко проверить. Приставьте к уху стакан или даже сложенные ладони. Вы услышите тот же шум, хотя и более слабый.
Почему в морских ракушках слышен шум моря
Существует сразу несколько гипотез возникновения «морского шума» в ракушках. Одна из них гласит, что человек слышит звуки циркуляции крови по сосудам головы. Однако данная теория неверна, и это легко доказать. Известно, что после интенсивных нагрузок кровь начинает двигаться с большей скоростью, поэтому и звук должен поменяться. Однако, если поднести ракушку к уху, будет слышен все тот же «шум моря».
Следующую теорию можно сформулировать так: ракушки шумят по причине движения воздушных потоков через них. Это объясняет то, почему звуки кажутся громче, если поднести ракушку вплотную к уху, и тише, если держать ее на расстоянии. Однако и эта гипотеза была опровергнута учеными. В звукоизоляционном помещении, несмотря на то, что в нем присутствует воздух, ракушка «морские звуки» не издает.
На самом деле, «шум моря» в ракушке – не что иное, как несколько измененные звуки окружающей среды, отраженные от стенок раковины. Можно взять любой пустой сосуд, приложить его к уху и он станет «шуметь» ничуть не хуже морской ракушки. Все потому, что любая воздушная замкнутая полость выступает в роли своеобразного резонатора, где концентрируются разные акустические волны. Именно поэтому форма и размер ракушек напрямую влияет на издаваемую «морскую песню». Чем они изогнутее и больше, тем насыщеннее получается «звук прибоя».
Получается, для того чтобы услышать «море» и освежить в памяти воспоминания о чудесном летнем отдыхе, вовсе не обязательно иметь под рукой ракушку. Это можно сделать и с помощью подручных предметов, того же стакана. Аналогичный эффект будет наблюдаться, если сложить ладони «лодочкой» и поднести вплотную к уху. И чем больше вокруг разных звуков, тем сильнее будет слышен плеск волн. Но с ракушкой, несомненно, предаваться воспоминаниям интереснее, тем более, если она привезена с пляжа, где вы отдыхали.
Почему же мы слышим шум моря, когда прикладываем раковину к уху? Ну что ж, начнём по порядку: не важно, насколько этот звук похож на шум накатывающих волн, это, конечно же, не шум моря.
Но вопрос по-прежнему остаётся: что же именно мы слышим в ракушке? Одним словом – это шум; шум внутри нас и внешний шум, который мы обычно не слышим или не обращаем на него внимания, потому что он слишком тихий.
Чтобы усилить этот шум, понадобится резонатор. Самый простой вы можете создать сами. Откройте рот в форме буквы “О” и постучите пальцем по горлу или щеке. Вы услышите ноту. Если увеличивать или уменьшать форму “О” или менять форму рта, то у вас будут получаться разные ноты. В этом случае ваш рот выступает в роли резонатора Гельмгольца, в котором звук создаётся за счёт воздуха, вибрирующего в полости с одним отверстием. Меняя форму резонирующей полости, можно получить различные тоны.
Возможно, на этом моменте вы уже думаете закрыть статью – ведь вопрос был о море и ракушке, а не о каком-то резонаторе Гельмгольца. Но на самом деле в нём нет ничего сложного. Резонатор представляет собой сферический сосуд с отверстием в горловине. Воздействуя на резонатор, мы увеличиваем давление внутри полости и заставляем воздух “сжиматься”. Затем воздух начинает «вытекать» обратно, а давление в полости падает, заставляя воздух вновь «затекать внутрь». Возникающие колебания обладают намного большей амплитудой, чем колебания воздействующего поля. Наглядно работа резонатора Гельмгольца показана на видеоролике ниже.
Это интересно: вы знали, что резонаторы продаются в огромных количествах в обычных продуктовых магазинах? Достаточно купить любую бутылку с водой и, освободив её от жидкости, подуть перпендикулярно её горлышку. Слышите гудение? Его издает колеблющийся в горлышке воздух.
С морской раковиной происходит то же самое, что и с резонатором Гельмгольца. Шум, который мы упомянули выше, в виде воздуха, двигающегося внутри и снаружи раковины, кровь, циркулирующая у вас в голове, разговор в соседней комнате – всё это резонирует внутри полости ракушки, усиливается и становится громким настолько, чтобы мы могли это услышать. Также как разные формы рта создают разные тоны, разные размеры и формы раковины звучат по-разному, так как разные резонансные камеры усиливают разные частоты.
То, что звук всех ракушек немного напоминает шум моря, чистая случайность. Если вы поднесёте к уху любой предмет, работающий по принципу резонатора Гельмгольца, то услышите похожий звук, вне зависимости от того, связан ли этот предмет с морем или нет. Приставьте к уху пустой стакан или просто приложите к нему ладонь, оставив полость между её поверхностью и ухом, и вы услышите точно такой же звук.
Раковина
Если приложить к уху раструб раковины морского желудя или любой другой большой раковины, можно услышать отдаленный рокот. Впечатление такое, что в раковине вздымаются и разбиваются морские волны.
Поэтому морские раковины часто приносят домой с пляжа и увозят в места, удаленные от моря, как живую память о нем. Конечно, очень заманчиво думать о прибое, но в раковине мы слышим не шум моря. Это эхо и повторное эхо тех звуков, которые попадают в раковину извне.
Эхо и раковина
Эхо — это отраженные от гладкой твердой поверхности звуковые волны, которые мы слышим как повторение какого – то шума.
Если вы войдете в пещеру и громко крикнете, то через долю секунды вы услышите свой собственный голос, который вернулся к вам обратно, отразившись от стен пещеры. Представьте себе звуковые волны, как волны, пробегающие по пшеничному полю в ветреный день.
Интересный факт: поступающие в раковину звуки многократно отражаются ее стенками.
Звуковые волны так же передаются по воздуху, то есть звук — это колебания воздуха. При прохождении звука через воздушную среду молекулы воздуха ритмично сжимаются и расходятся, передавая этот процесс дальше. Ритмично повторяющееся сжатие и разрежение воздуха — это и есть звуковые колебания.
Но звуковые колебания передает не только воздух. Они проходят и через другие материалы, например дерево. Встаньте перед закрытой деревянной дверью и громко что – нибудь крикните. Сначала будут колебаться ваши голосовые связки, передавая эти колебания воздуху. Воздух передаст колебания дереву двери. Вибрирующая дверь заставит колебаться воздух по ту сторону двери. Колеблющийся воздух дойдет до ушей вашего отца, который стоит за дверью. «Что ты так громко кричишь? Перестань!» — скажет он, и вы его в свою очередь тоже прекрасно услышите.
Но если вы кричите в пещере, то материал стен не поглощает звук, а отражает его вам назад, так же зеркало отражает свет. Правда, вместо того чтобы видеть свое отражение, в этом случае вы слышите свой голос. Поверхности, отражающие звук — зеркало для ушей. В Европе есть окруженные горами долины, которые славятся своим эхо. Сигнал охотничьего рожка может отразиться от гор около 100 раз, прежде чем затихнет.
Почему мы слышим в ракушке шум моря?
С этим фокусом каждый знаком каждый, если приложить к уху ракушку, можно услышать шум морского прибоя. Ребенок поверит в то, что это настоящее моря, но взрослым людям необходимо разобраться.
Откуда берется шум морского прибоя, который мы слышим, каждый раз прикладывая к уху морскую ракушку? Не нужно долго думать, чтобы понять, этот звук не имеет ничего общего с морскими волнами. Однако, мы слышим этот звук, и ученые дали ответ на вопрос, откуда он берется. Звук волн в ракушке – это обыкновенный шум, который окружает нас повсюду. В обычной жизни люди не очень восприимчивы к шуму, либо мы его не замечаем, либо уровень шума намного тише, чем требуется, чтобы быть услышанным.
Приборы для усиления шума называются резонаторами. Для того, чтобы понять, как работает резонатор, нужно открыть рот, округлить губы в виде буквы «О», а затем постучать пальцем по щеке или по шее. При простукивании вы услышите, что шум приобрел определенную тональность, если изменить положение рта, то тональность звуков тоже поменяется. По такому же принципу устроен самый простой резонатор Гельмгольца, воздух в нем вибрирует в полом пространстве и вырывается наружу через одно единственное отверстие. Если изменится форма резонирующей плоскости, то и нота, производимая звуком, будет другой.
В строении резонатора Гельмгольца нет ничего сложного, это сферический сосуд с одним отверстием, то есть горловиной. Воздействие на сосуд вызывает увеличения давления в плоскости внутри, воздух в резонаторе сжимается и начинает выходить из него. По мере выхода воздуха наружу в резонаторе падает давление, воздух может снова заполнить сосуд. Амплитуда колебаний внутри сосуда намного выше, чем у тех колебаний, что использовались для внешнего воздействия.
В роли резонатора может выступить самая обычная бутылка, она отлично подходит под это определение. Если взять пустую бутылку и подуть на нее перпендикулярно горлышку, то вы услышите характерное гудение. По такому же принципу звуки формируются и в морской ракушке, внутри нее начинают резонировать все окружающие звуки, причем даже самые тихие из них становятся намного громче.
Звуки ракушки – это не шум моря, с которого ее привезли, это голоса из соседней комнаты, звуки улицы из открытого окна, а также звуки от циркуляции крови у вас в голове.
Подобно тому, как изменение формы рта позволяет формировать разные звуки, разные по форме и размеру ракушки не будут звучать одинаково. Полости внутри ракушек представляют собой камеры, усиливающие частоты звука.
Почему же звук из ракушки так похож на море? Ответ прост, по причине простого совпадения. Поднесите к уху любой предмет, подходящий под критерии резонатора Гельмгольца, к примеру, пустой стакан, и вы услышите точно такой же звук, как из ракушки. При этом стакан не имеет никакого отношения к морю, что подтверждает доводы ученых.