Ударьте по барабану посильнее. Его поверхность начинает вибрировать вперёд и назад тысячи раз в секунду — настолько быстро, что глаз этого почти не замечает.

Но воздух рядом с барабаном не может остаться неподвижным. Каждое движение поверхности толкает молекулы воздуха, а они передают движение следующим молекулам, и так волна распространяется во все стороны.

В конце концов эти колебания достигают барабанной перепонки в Вашем ухе, заставляют её вибрировать, а мозг превращает весь этот процесс в звук барабана.

Именно эта цепочка — от вибрации до движения воздуха и последующего восприятия — и есть то, что мы называем звуком.

<h3>Звук — это энергия, а не вещество</h3>

Звук представляет собой энергию, возникающую из-за вибрации. Когда колеблется любой объект — струна гитары, голосовые связки или мембрана динамика — он нарушает движение окружающих молекул.

Эти молекулы сталкиваются с соседними, те — со следующими, и возмущение распространяется дальше. При этом сами молекулы воздуха не летят через всю комнату. Они лишь слегка двигаются вперёд и назад вокруг своего положения, а затем возвращаются обратно.

Перемещается именно энергия — звуковая волна. Если убрать среду, звук исчезнет полностью. Именно это доказал учёный Роберт Бойль, когда поместил звонящий будильник под стеклянный колпак и начал откачивать воздух. По мере исчезновения воздуха звук постепенно затихал, пока не пропал совсем.

<h3>Продольные волны: сжатие и разрежение</h3>

Звуковые волны являются продольными. Это означает, что молекулы воздуха движутся вперёд и назад в том же направлении, в котором распространяется сама волна.

Из-за этого образуются чередующиеся области сжатия — где молекулы расположены плотнее и давление немного выше — и разрежения, где молекулы находятся дальше друг от друга, а давление становится ниже.

Это отличается от волн на воде. Вода движется вверх и вниз, тогда как сама энергия распространяется горизонтально. В звуке движение среды и направление распространения волны совпадают.

<h3>Амплитуда, частота и то, что мы слышим</h3>

То, как мы воспринимаем звук, в основном определяется двумя свойствами. Амплитуда показывает величину колебаний давления — насколько сильно смещаются молекулы воздуха. Чем больше амплитуда, тем громче звук.

Частота показывает, сколько волн проходит через определённую точку за одну секунду. Она измеряется в герцах. Высокая частота создаёт высокий звук, а низкая — более глубокий и низкий.

Человеческое ухо обычно воспринимает частоты примерно от 20 до 20 000 герц. Ниже этого диапазона находится инфразвук. Например, слоны и киты используют именно такие низкочастотные сигналы для общения на огромных расстояниях, потому что низкие частоты распространяются намного дальше высоких.

<h3>Скорость зависит от среды</h3>

Звук распространяется с разной скоростью в разных веществах. В сухом воздухе при комнатной температуре скорость звука составляет примерно 343 метра в секунду. В воде звук движется почти в 4 раза быстрее — около 1482 метров в секунду. Всё потому, что молекулы воды расположены гораздо плотнее и быстрее передают колебания друг другу.

В твёрдых материалах звук распространяется ещё быстрее.

Именно поэтому, приложив ухо к стене или рельсам, можно услышать звуки, которые почти не слышны через воздух.

Скорость звука увеличивается не только из-за плотности среды, но и из-за температуры: тёплые молекулы движутся активнее и быстрее передают энергию.

<h3>Отражение, эхо и привычные звуки</h3>

Звук ведёт себя так же, как и многие другие волны — он отражается. Когда звуковая волна сталкивается с твёрдой поверхностью, часть энергии возвращается обратно. Встаньте напротив большой каменной стены и хлопните в ладоши — через мгновение Вы услышите эхо.

Эта задержка возникает потому, что звуку требуется время, чтобы долететь до стены и вернуться назад.

Мягкие материалы, наоборот, поглощают звук вместо отражения. Именно поэтому пустая комната звучит совсем иначе, чем помещение с мебелью, шторами и коврами.

Те же физические законы лежат в основе акустики концертных залов, медицинского ультразвука и даже способности китов ориентироваться в огромных океанах.