Что такое резонанс в музыке
Физика и музыка
Введение
Все связи между явлениями устанавливаются исключительно путем разного рода простых и сложных резонансов — согласованных вибраций физических систем.
Что может объединять оркестр, играющий на струнных и духовых музыкальных инструментах, мычащее пение себе под нос во время прогулки, дребезжащие от проезжающего трамвая окна в доме, вой ветра за окном? Лишь одно явление, которое легло в основу всего названного – акустический резонанс. Это явление является видом резонанса и сопровождает нас в жизни на каждом шагу.
На это великое явление впервые обратил внимание Галилео Галилей. Оно было описано им в 1602 году в работах, посвященных исследованию маятников и музыкальных струн.
Я учусь в музыкальной школе, мой мир наполнен звуками. Дома у меня несколько музыкальных инструментов: гитара, варган, флейта, синтезатор. А в музыкальной школе в классах по соседству раздаются звуки балалайки, аккордеона саксофона и гитары. Я давно задавался вопросом: как устроены все эти инструменты, почему они созвучны человеку. Разбираясь с этими вопросами, я невольно анализировал явление под названием «акустический резонанс».
Итак, объектом исследования является акустический резонанс.
Цель работы: теоретическое определение и опытное подтверждение явления резонанса.
Поставленная цель для своего разрешения определила следующие задачи:
Методы исследования, использованные при работе над темой:
Гипотеза: Человек, хочет он того или нет, никогда не существует сам по себе, никогда не пребывает в изоляции. Человек непрерывно взаимодействует с широчайшим спектром всевозможных существ и явлений, которые воздействуют на него. И одним из самых распространенных явлений, которые необходимо учитывать человеку в его деятельности – явление резонанса.
Практическая значимость работы
Данная тема изучается в курсе физики 9 класса (раздел « Механические колебания и волны. Звук», учебник для общеобразовательных школ, авторы: А.В.Перышкин, Е. М. Гутник, издательство «Дрофа», 2013 г.). Темы учебных занятий и соответствующие им параграфы представлены в таблице.
Тема учебного занятия
Параграф, в котором изложен данный материал.
Распространение колебаний в среде. Волны. Длина волны. Скорость распространения волн.
Физический диктант. Источники звука. Звуковые колебания. Высота и тембр звука. Громкость звука.
Распространение звука. Скорость звука. Отражение звука. Эхо. Звуковой резонанс.
В моей работе представлены опыты для демонстрации на уроках физики в средней общеобразовательной школе. Их можно демонстрировать как на уроке при изучении явлений (надеюсь, что это поможет сформировать некоторые понятия при изучении физики), так и в качестве домашних заданий учащимся.
Глава 1. Теоретическая часть
1.1. Виды колебаний. Общее понятие резонанса
Для лучшего понимания явления резонанса необходимо дать определение такому понятию как колебания. Это движения, которые точно или приблизительно повторяются через определённые промежутки времени (например, движение поршня в двигателе, поплавок на волне, ветка дерева на ветру).
“Собственные колебания — это колебания, происходящие в отсутствие внешних воздействий на систему. Они происходят под действием внутренних сил после выведения системы из положения равновесия со строго определеннойчастотой, называемой частотой собственных колебаний системы. Примерами могут служить груз на пружине, стрелка компаса, звучание колокола, гонга, струны рояля и т.п.
Вынужденные колебания — колебания, происходящие под воздействием внешних периодических сил. Колебания мембраны телефона, иглы швейной машины, поршня в цилиндре автомобильного двигателя, периодическое раскачивание качелей, рессор автомобиля, движущегося по неровной дороге, океанические приливы под действием Луны и др.[1]”
Для начала нужно сказать, что все тела, в каком бы они состоянии не казались, имеют свою изначальную частоту и амплитуду колебаний. Таким образом, любой объект можно рассматривать в виде системы колебательных движений, а воздействующие звуковыеколебания в виде силы воздействия на частоту этой самой колебательной системы. Поэтому полный резонанс, а точнее сказать наибольшее отклонение от состояния равновесия колебательной системы будет возникать тогда и только тогда, когда частота колебаний вынуждающей силы будет совпадать с собственной частотой колебательной системы.
“Итак, резона́нс (фр. resonance, от лат. resono — откликаюсь) — явление резкого возрастания амплитуды вынужденных колебаний, которое наступает при приближении частоты внешнего воздействия к некоторым значениям (резонансным частотам), определяемым свойствами системы.[3]”
Суть явления резонанса: многократное усиление эффекта от воздействия на объект при совпадении частоты внешнего воздействия с собственной частотой объекта.
1.2. Акустический резонанс
“Под акустическим резонансом понимают явление совпадения частоты колебаний звуковых волн, падающих на акустическую систему, с собственной частотой этой системы.
Вообще, звуковые волны, встречаясь с любым телом, вызывают вынужденные колебания. Если же частота собственных свободных колебаний тела совпадает с частотой звуковой волны, то условия для передачи энергии от звуковой волны телу являются наилучшими – тело является акустическим резонатором.[1]”
Амплитуда вынужденных колебаний при этом достигает максимального значения – наблюдается акустический резонанс.
Истории известны случаи, когда стекло разбивалось лишь от силы и частоты человеческого голоса. Это проделывал не только Шаляпин. Великий тенор Энрико Карузо мог заставить стеклянный бокал разлететься вдребезги, спев в полный голос ноту надлежащей высоты. В этом случае звук вызывает вынужденные колебания стенок бокала. При резонансе колебания стенок могут достичь такой амплитуды, что стекло разбивается.
Кстати, интересно, что звуки с частотами 55, 110, 220, 440, 880, 1760, 3520 герц – это звук «ля». Наблюдается зависимость: каждая последующая частота в два раза больше предыдущей.
Корпусы скрипок и гитар, трубы духовых инструментов и органа являются резонаторами, а полость рта – резонатором для голосовых связок. Почему же резонатор камертона представляет собой обычный ящик, тогда как корпуса балалайки, виолончели, скрипки и рояли имеют сложные формы? Дело в том, что резонатор камертона должен усиливать только один – основной тон, а корпуса музыкальных инструментов – множество тонов и гармоник. Вид резонатора определяет, какие из обертонов будут усилены, а какие ослаблены или вовсе подавлены.
“От качества дерева, из которого изготовлена гитара, зависит не только сила, но и чистота, и тембр извлекаемого звука. Влияет на это и покраска, и лак на дереве. Именно поэтому изготовить качественную гитару или скрипку совсем не просто, и качественные инструменты стоят больших денег. Так, явление звукового резонанса из физики перекочевало в иные сферы и плотно там обосновалось.[2]”
Акустический резонанс может оказывать на организм человека как благоприятное, так и пагубное воздействие.
“Доктор медицинских наук Сергей Шушарджан, врач со стажем и профессиональный певец, в своих исследованиях о воздействии музыки установил, что даже кожа является проводником звуков в организм. Музыка, имея волновую природу, передается через виброрецепторы в коже, воспринимающие звуковые волны в широком диапазоне. При воздействии на виброрецепторы звуковых волн определенной частоты «запускается» тот или иной механизм реакции организма на воздействие извне.
Ритмы, характерные для большинства органов и систем организма «человека», лежат в инфразвуковом диапазоне. Внутренние органы нашего тела имеют достаточно низкие собственные частоты: брюшная полость и грудная клетка – 5-8 Гц, голова – 20-30 Гц. Среднее значение резонансной частоты для всего тела составляет 6 Гц. Сокращения сердца – 1-2 Гц; дельта-, альфа-, бета-ритмы мозга; ритм кишечника – 2-4 Гц; вестибулярного аппарата – около 6 Гц и так далее. Мозговая активность живого человека не прекращается даже во время глубокого сна, и мозг постоянно излучает ритмические волны, характеризующие происходящие в нем процессы.
В дельта-состоянии (δ) мозг излучает волны с частотой колебаний от 0 до 4 Гц. Это может быть либо глубокий сон без сновидений, либо состояние глубокого расслабления, бессознательное состояние (такое, как кома), летаргический сон. Даже во сне мозг продолжает обработку информации, накопленной человеком, и не успевшую стать осознанной.
В тэта-состоянии (θ) частота колебаний мозга составляет от 4 до 7 Гц. Это глубокое расслабление или медитация; это может быть неглубокий сон. Во время этого ритма возникают особенно яркие видения или интуитивные догадки. Тэта-волны формируют состояния, переходные от спокойного бодрствования к фазам сонливости, предваряющим глубокий сон. Но частоты 5-6 Гц опасны для работы печени и вызывают чувство усталости.
Альфа-состояние (α) — это частота волновых колебаний головного мозга от 7 до 14 Гц. Диапазон частот от 7 до 8 Гц чрезвычайно опасен для здоровья, так как этот тип вибраций способен спровоцировать эпилептические приступы, смертельно поразить внутренние органы и даже реально деформировать их. Длительное воздействие на мозг звука частотой 7 Гц пагубно влияет на сердце, вплоть до его остановки. С 10 до 14 Гц – это колебания, способствующие одновременно и глубокому сосредоточению, и расслаблению; это – покой и душевное равновесие в активном состоянии, мозг способен более продуктивно обрабатывать получаемую информацию. Такое состояние наиболее благоприятно для творческих процессов, принятия более логичных и взвешенных решений.
Ученые считают, что, возможно, именно из-за возбуждения резонансных колебаний (особенно когда частота волны совпадает с альфа-ритмом головного мозга) в биологических системах жизнеобеспечения и возникает такое крайне негативное воздействие инфразвуковых вибраций. Это влияние даже используется полицией в ряде стран мира для разгона толпы и предотвращения беспорядков. Включаются мощные генераторы, частоты которых отличаются на 5-9 Гц. Биения, возникающие вследствие различия частот этих генераторов, имеют инфразвуковую частоту и вызывают у большинства людей неприятные зрительные эффекты, необъяснимые страх и тревогу, желание скорее покинуть опасное место.
Иными словами, если частота инфразвуковой волны того же порядка, что и волна вибрации органа, то при очень большой интенсивности они приводят органы к вибрационному резонансу или диссонансу в частотном диапазоне работы органа и способны привести к их дисфункциям. Вибрационный резонанс вызывается мощными внешними генераторами, например, усилителями громкости звука на современной эстраде и рок-концертах.[3]”
Российский исследователь Борис Островский, несколько десятилетий изучающий тайну бермудского треугольника, заинтересовался случаями с «летучими голландцами», рассекающими морские просторы без экипажа, а также судами, на которых всех моряков находили мертвыми, но без признаков насилия
По данным, собранным Борисом Островским, в Атлантике ежегодно происходит до 50 тысяч подводных землетрясений разной силы, а эпицентры их почти всегда сосредоточены вдоль геологического разлома, пересекающего Бермудский треугольник.
При зарождении подводного землетрясения, когда «тряской» охвачены сотни квадратных километров поверхности океана, поперечные звуковые волны передаются через толщу воды. Большинство из них доходит до ионосферы. Если в этот район попадет корабль, он примет часть инфразвуковых волн на себя. Продолжительное воздействие инфразвуковых колебаний делает из корабля резонатор, который в несколько раз повышает интенсивность звуковых волн и передает их подобно динамику. «Люди, находящиеся на судне, буквально сходят с ума от этого воздействия и ищут любые пути, чтобы избавиться от невыносимого и необъяснимого воздействия», — считает исследователь. Немудрено, что экипажи «летучих голландцев» полностью исчезали — люди просто прыгали за борт, спасаясь от сводящего с ума инфразвука.
Глава 2. Практическая часть
Опыт 1
Нам понадобятся звуковые колонки, соль либо песок и пластиковый поднос. Установив пластиковый поднос на колонки, засыпаем на поднос соль и воспроизводим через колонки звуковые волны, падающие на акустическую систему – поднос с солью.
Рис. 4. Эксперимент, подтверждающий явление акустического резонанса
Как видим, не на всех частотах соль имеет высокую амплитуду колебаний. То есть для полного резонанса, в данном случае акустического, должна быть определенная частота колебаний (опыт 1,видео).
О звуковом резонансе можно узнать из учебника А.В. Пёрышкина, §40, стр. 133-135.
Опыт 2
Музыкальный инструмент варган. Относится к самозвучащим язычковым музыкальным инструментам. При игре варган прижимают к зубам или к губам, ротовая полость служит резонатором. Изменение артикуляции рта и дыхания даёт возможность менять амплитуду колебаний, а в результате – тембр инструмента. Продемонстрируем этот уникальный инструмент ( опыт 2, видео).
Данное физическое явление по физике рассматривается в учебнике А.В. Пёрышкина ( §40, стр. 134-135).
Рис. 5 Варган (алтайский комус)
Если возбудить язычок варгана без резонатора, то звук будет совсем слабый. Когда же мы играем на варгане (зажав его между зубами или хотя бы губами – резонатором является ротовая полость), рождаются мощные вибрации – колебания.
“При игре на нем во рту возникает стоячая звуковая волна. И можно подобрать такое звучание инструмента, которое будет вступать в резонанс с основными ритмами вибраций человека. Это достигается как особенностями изготовления инструмента, так и особенностями игры на нём. В биологии известны так называемые альфа-, бета-, гамма-ритмы, свойственные головному мозгу человека. Звуковая волна, входя в резонанс с этими ритмами, вызывает измененные состояния сознания.[8]”
С древних времен обертоны использовались в молитвенных песнопениях и целительских практиках, известных нам, в основном, по тибетской и тувинской традициям.
Опыт 3
Звук, издаваемый самой гитарной струной не слишком громкий. Для того чтобы усилить этот звук, струны располагают поверх корпуса, который делают специальной формы и размера. В середине корпуса обязательно имеется отверстие круглой формы для выхода звука. Звук струны, попадая внутрь корпуса, резонирует и усиливается, отчего гитара звучит намного громче ( опыт 3, видео).
Данное физическое явление по физике рассматривается в учебнике А.В. Пёрышкина ( §35, стр. 125 и §40, стр. 134).
Настройка гитары – это также пример явления звукового резонанса. Если настроить первую струну по камертону, а потом зажать вторую струну на определенном ладу (определенная нота) и дернуть ее, то можно увидеть, как первая струна слегка поддергивается (при условии, что гитара настроена правильно).
Заключение
В ходе подготовки к конкурсу я:
Выводы
Итак, резонанс – это очень эффективный инструмент для решения многих практических задач, но одновременно он может быть причиной серьёзных разрушений, вреда здоровью и других негативных последствий.
Явление резонанса мы используем в различных устройствах, использующих радиоволны, таких как телевизоры, радиоприемники, мобильные телефоны и так далее. Оно используется в музыкальных инструментах. Но вместе с тем, несмотря на все преимущества, которые можно получить при помощи резонанса, не следует забывать и об опасности, которую он способен принести. Землетрясения или сейсмические волны, а также работа сильно вибрирующих технических устройств могут вызвать, например, разрушения части зданий или даже зданий целиком.
Акустический резонанс мне был наиболее интересен в процессе игры на музыкальных инструментах.
Надеюсь, что собранный мною материал и опыты будут интересны моим друзьям и одноклассникам и помогут лучше разобраться в законах физики, применимых к нашей повседневной жизни.
Я же буду намерен продолжать свои изыскания по поводу резонансных явлений, особенно – связанных с музыкой.
Как петь громко? Голосовые резонаторы и вокальный резонанс.
Многие хотят узнать, в чем секрет громкого пения и как сделать голос звонким. Чтобы это понять, нужно разобраться, как устроен голос. Процесс пения довольно прост и логичен.
- мы выдыхаем воздух выдох проходит через голосовые связки связки начинают вибрировать от вибраций появляется волна звука звуковая волна поднимается по глотке вверх попадает в рот и носовые пазухи они отражат звук и усиливают его происходит резонанс голоса и вокал становится громким.
как резонирует голос:
Если хотя бы один пункт из этого процесса нарушается, вся система перестает работать. Например, вокалист слишком много выдыхает. От этого связки смыкаются не плотно, и звуковая волна получается слабой. Такой вокал звучит тихо и зажато, а человек считает, что не умеет петь. Хотя в большинстве случаев, у таких людей прекрасные вокальные данные —
они просто не знают, где допускают ошибку! Поэтому, если вы хотите петь громко, первым шагом — научитесь распределять воздух при пении. Чтобы связкам было комфортно смыкаться и создавать ровную волну звука. Вторым шагом — разберитесь, как работают резонаторы, ведь именно они усиливают голос, которые рождают связки.
Почему резонанс делает голос громче?
Голос попадает в резонаторы (полости) и звук отражается в них десятки раз. Из-за отражения в вокале возникает много высоких и средних частот. Именно к высоким частотам очень чувствителен наш слух. Это не значит, что вы начали петь громче. Просто в тембре голоса у вас появилось много «цепляющих» нот (усиленных средних и высоких частот). И такое изменение в тембре ухо воспринимает как повышение громкости.
Какие голосовые резонаторы существуют?
Посмотрим, какие резонаторы используются в вокальном искусстве. Ранее считалось, что основных резонаторов два — головной и грудной. Высокие звуки резонируют в голове и ее пустотах, выше голосовых связок. А низкие звуки резонируют в груди — трахее и бронхах, ниже голосовых связок.
В последние десятилетия проводится много исследований резонаторов голосового аппарата у человека. Появились научные доказательства, что в груди звук не резонирует, а лишь вибрирует. Так как звуковая волна, рожденная на связках, поднимается под давлением воздуха вверх. А не спускается вниз, в грудную клетку. В легких, трахее и бронхах мы чувствуем лишь отголоски резонирования. То же происходит и с «головным» резонатором.
Многие педагоги вокала советуют направлять звук в лобные пазухи на верхних нотах для лучшего резонирования. Однако, лоб и его пустоты не имеют прямого воздушного соединения с горлом. Значит, колебания воздуха и звука не могут напрямую туда попасть! При пении вокалист чувствует лишь вибрации в лицевых костях, зоне лба и в затылке, которые возникают от резонанса в глоточном и носовом резонаторах.
Какие резонаторы голосового аппарата есть:
Каких резонаторов в пении нет:
Резонирующие полости, которые мы перечислили, составляют вокальный тракт — ваш голосовой аппарат. Влияя на одну часть вокального тракта, вы управляете голосом целиком и лучше контролируете свое пение. Как научиться управлять резонированием звука при пении мы поговорим в следующей статье .
Как получить резонанс при пении?
Чтобы возник резонанс нужны три вещи (вспоминаем курс физики!):
Источник энергии, которая вызывает резонанс.
Движущееся тело, которое колеблется и создает резонанс.
Пустота, резонирующая полость.
Весь секрет громкого пения!
Не путайте голосовые регистры и резонаторы!
Начинающие вокалисты путают головной регистр и головной резонатор. Или грудной регистр и грудной резонатор. Это большая ошибка!
Звуковой резонанс: определение, особенности возникновения и примеры
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
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
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
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.
«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?
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 4×10 3 м/с, в воздухе — 3,3×10 2 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
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?
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.