Всегда ли звук — это волна?

Если размеры источника звука много меньше длины волны,
то вблизи от этого источника, на расстояниях заметно меньших этой длины, говорить о том, что звук — это волна будет не совсем корректно. Скорее, здесь надо будет говорить о воздушных потоках, создаваемых источником, и переменное звуковое давление будет создаваться этими переменными потоками.

Наш новый ролик посвящён подробному ответу на вопрос, которого мы лишь слегка коснулись ранее в ролике «Диаграмма направленности»: всегда ли звук — это волна? На первый взгляд, этот вопрос звучит странно, ведь все мы после школьного обучения твёрдо знаем, что звук — это именно волна.

Но давайте включим динамик на частоте 50 Гц, при этом длина звуковой волны составит около 7 метров, и в обычную комнату волна целиком не войдёт! А теперь накроем динамик коробкой с размерами 30х20х20 см. Высота звука, который мы слышим, конечно же, не изменилась, но в такую коробку может поместиться только малая часть длины волны. Может быть в этом случае возбуждается не бегущая, а стоячая волна?

Тогда между противоположными стенками коробки должна укладываться половина волны, полная длина волны составит 60 см, а частота — около 560 Гц, и это совсем другой звук!

Поэтому периодические колебания мембраны динамика являются источником звука, который не является волной: мембрана движется то в одну, то в другую сторону и создаёт вихревые потоки воздуха, за счёт которых давление у стенок коробки то повышается, то понижается. Когда мембрана идёт вперёд, давление воздуха перед ней увеличивается, а позади — уменьшается, поэтому колебания с разных сторон динамика происходят в противофазе. И мы убедились в этом на опыте, записав звук у противоположных стенок коробки на два микрофона.

Таким образом, в ближней зоне на расстояниях меньше или порядка длины волны от источника звука более адекватным для описания звуковых колебаний является язык аэродинамики, а о волновом движении можно говорить на больших расстояниях. И мы уже встречались с похожей ситуацией в ролике «Парадокс электромагнитной волны», когда размеры антенны малы по сравнению с длиной волны: в ближней зоне электрическое и магнитное поля сдвинуты по фазе почти на четверть периода, а в дальней зоне, где сформировалась электромагнитная волна, поля изменяются синфазно.

Смотрите наш новый ролик «Всегда ли звук — это волна?», разбирайтесь вместе с нами с парадоксами теории волн и не забывайте ставить лайки!

----------------------------------------------------------------------------

Выпуск создан при поддержке «Онлайн Гимназии №1» – обучение с 5 по 11 класс. Живые онлайн-уроки. Аттестат государственного образца. Записаться на бесплатный школьный день и получить 7 дней доступа к обучающей платформе.