ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Труба и сирена. Голос из "Звуковые волны Издание 2 " Труба и сирена. Голос. Проделаем такой опыт. Возьмём стеклянную трубку, открытую с верхнего конца. На нижний суживающийся конец наденем резиновую трубку, соединённую с сосудом, наполненным водой (рис. 59). К открытому концу трубки поднесём звучащий камертон. Если мы станем менять уровень воды, поднимая или опуская сосуд с водой, то мы услышим, как звук то усиливается и достигает значительной силы, то снова ослабевает. Усиление звука получается вследствие резонанса. Под действием внешней синусоидальной силы (колебания ножек камертона) возникают вынужденные колебания столба воздуха в трубке, и когда собственная частота этих колебаний совпадает с собственной частотой колебаний камертона, амплитуда смещения частиц воздуха в трубке увеличивается. Звук будет продолжаться некоторое время и после того, как мы уберём камертон от отверстия трубки. Столб воздуха в трубке будет совершать собственные колебания. [c.102] Однако мы слышим звук, исходящий из трубки. Поэтому ясно, что наш вывод неправилен. Мы пришли к ошибочному заключению потому, что считали вышенаписанную формулу для L точной, тогда как она является лишь приблизительной. [c.104] Сжатия и разрежения будут происходить одно за другим, и столб воздуха, находящийся в трубке, будет то сжиматься, то расширяться. Благодаря тому, что один конец трубки закрыт, в этом столбе воздуха вследствие отражения от закрытого конца возникнут стоячие волны, которые будут поддерживаться до тех пор, пока мы продуваем воздух перед открытым концом трубки. Колебания столба воздуха в трубке передаются в окружающий воздух, и, таким образом, происходит излучение звука. Длина излучаемой волны для такого свистка, как мы знаем из предыдущего, равна учетверённой длине трубки. Но это только очень грубое объяснение. В предыдущем опыте с камертоном мы имели дело с вынужденными и свободными колебаниями столба воздуха. Здесь же возникает гораздо более сложное явление автоколебаний. Автоколебания газовых столбов происходят также в органных трубах. [c.105] Для получения звука от закрытой с одного конца трубки нужно несколько наловчиться и дуть с определённой силой и при определённом положении губ. Чтобы избежать этих неудобств, а также для того, чтобы при вдувании воздуха в трубу возникали более интенсивные колебания, в органной трубе (и ви т e) струя воздуха направляется на острое ребро. На рис. 60, а показан разрез органной трубы с закрытым концом через нижнюю трубку воздух из органного меха входит в камеру, закрытую сверху и имеющую тонкую щель Щ. [c.105] Рассмотрим несколько подробнее процесс образования звука в органной трубе и выясним, почему этот процесс следует считать автоколебательным. [c.105] Фотографирование струи дымного воздуха показало, что в щели Щ происходит сложный процесс периодического образования вихрей, схематически показанный на рис. 60, б. [c.105] Частота и характер колебаний столба воздуха в органной трубе определяются свойствами самой колебательной системы, регулирование поступления энергии на поддержание колебаний производится самой системой. Поэтому колебания столба воздуха в органной трубе представляют собой типичный случай автоколебаний, о которых мы говорили в первой главе. [c.106] Кроме закрытых труб, используются также и открытые органные трубы длина звуковой волны, излучаемой такой трубой, в 2 раза меньше (т. е. частота в 2 раза выше), чем у закрытой трубы такой же длины. [c.107] Особенно сильные звуки получаются при помощи сирены, применкемой для целей сигнализации на морских судах, в заводских гудках, сигналах воздушной тревоги. Устройство сирены и принцип её действия кратко можно описать следующим образом. Сирена состоит из трубы, нижнее отверстие которой закрыто неподвижным кругом с рядом отверстий в нём. Против этого круга находится подвижной диск, приводимый во вращение сжатым воздухом, мотором или пружинным механизмом. В подвижном диске также имеется ряд отверстий. При вращении диска эти отверстия попеременно то совпадают, то не совпадают с отверстиями в неподвижном круге и соответственно этому путь в трубу то открывается, то закрывается. Струя воздуха под давлением в несколько атмосфер вдувается в трубу через неподвижный диск и прерывается вращающимися отверстиями. В результате таких прерываний образуется ряд импульсов или толчков воздуха, создающих сильный звук, частота которого определяется количеством толчков за 1 сек, т. е. числом отверстий в дисках и скоростью вращения подвижного диска. Характерный завывающий звук сирены объясняется тем, что скорость вращения подвижного диска после запуска сирены постепенно увеличивается, а затем, достигнув наибольшего значения, после выключения мотора уменьшается соответственно этому постепенно увеличивается и затем уменьшается частота излучаемого сиреной звука. [c.107] Таким образом, излучение звука сиреной происходит благодаря раздроблению струи воздуха. [c.107] Сила звука, издаваемого сиреной, настолько велика, что, находясь вблизи неё, необходимо принимать специальные меры предосторожности для предохранения слухового аппарата. [c.108] Голосовой орган человека представляет собой весьма со вершенный тип язычкового инструмента, в котором роль язычка выполняют голосовые связки. Этими особыми эластичными связками закрыт верхний конец дыхательного горла, играющего роль воздушной трубки. Выгоняемый из лёгких воздух проходит через щель, образуемую связками, и приводит их в колебание воздушный поток прерывается с частотой собственных колебаний связок, в результате чего происходит излучение звука. Изменяя натяжение голосовых связок, мы изменяем частоту их собственных колебаний и, следовательно, частоту излучаемого нами звука. Частота и характер колебаний голосовых связок определяются свойствами самой колебательной системы — голосового аппарата регулирование поступления энергии на поддержание колебаний производится самими голосовыми связками, т. е. механизмом, принадлежащим самой колебательной системе. Поэтому колебания воздуха в полости рта, как и колебания столба воздуха в органных трубах, представляют собой типичный случай автоколебаний. [c.109] Вернуться к основной статье