Къде звуковите вълни се разпространяват най-бързо? Звук в различни среди – Хипермаркет на знанието
Този урокобхваща темата "Звукови вълни". В този урок ще продължим да изучаваме акустиката. Първо, нека повторим определението за звукови вълни, след което ги разгледаме честотни диапазонии се запознават с понятието ултразвукови и инфразвукови вълни. Ще обсъдим и свойствата на звуковите вълни в различни среди и ще научим какви са техните характеристики. .
звукови вълни –това са механични вибрации, които, разпространявайки се и взаимодействайки с органа на слуха, се възприемат от човек (фиг. 1).
Ориз. 1. Звукова вълна
Разделът от физиката, който се занимава с тези вълни, се нарича акустика. Професията на хората, които са популярно наричани „слушатели“, е акустици. Звуковата вълна е вълна, разпространяваща се в еластична среда, тя е надлъжна вълна и когато се разпространява в еластична среда, компресията и разрядът се редуват. Предава се във времето на разстояние (фиг. 2).
Ориз. 2. Разпространение на звуковата вълна
Звуковите вълни включват вибрации, които възникват с честота от 20 до 20 000 Hz. За тези честоти съответните дължини на вълната са 17 m (за 20 Hz) и 17 mm (за 20 000 Hz). Този диапазон ще се нарича звуков звук. Тези дължини на вълните са дадени за въздух, скоростта на звука в който е равна на .
Има и диапазони, с които се занимават акустиците - инфразвуков и ултразвуков. Инфразвуковите са тези, които имат честота под 20 Hz. А ултразвуковите са тези, които имат честота над 20 000 Hz (фиг. 3).
Ориз. 3. Диапазон на звуковите вълни
Всеки образован човектрябва да се ориентира в честотния диапазон на звуковите вълни и да знае, че ако отиде на ултразвук, картината на екрана на компютъра ще бъде изградена с честота над 20 000 Hz.
Ултразвук –Това са механични вълни, подобни на звуковите, но с честота от 20 kHz до един милиард херца.
Наричат се вълни с честота над един милиард херца хиперзвук.
Ултразвукът се използва за откриване на дефекти в отливките. Поток от къси ултразвукови сигнали се насочва към изследваната част. В тези места, където няма дефекти, сигналите преминават през частта, без да бъдат регистрирани от приемника.
Ако в детайла има пукнатина, въздушна кухина или друга нехомогенност, тогава ултразвуковият сигнал се отразява от него и, връщайки се, влиза в приемника. Този метод се нарича ултразвукова дефектоскопия.
Други примери за ултразвукови приложения са ултразвукови машини, ултразвукови машини, ултразвукова терапия.
инфразвук –механични вълни, подобни на звуковите, но с честота по-малка от 20 Hz. Те не се възприемат от човешкото ухо.
Естествените източници на инфразвукови вълни са бури, цунами, земетресения, урагани, вулканични изригвания и гръмотевични бури.
Инфразвукът също е важна вълна, която се използва за вибриране на повърхността (например за унищожаване на някои големи обекти). Пускаме инфразвук в почвата - и почвата се разпада. Къде се използва това? Например в диамантени мини, където те вземат руда, която съдържа диамантени компоненти и я раздробяват на малки частици, за да намерят тези диамантени включвания (фиг. 4).
Ориз. 4. Приложение на инфразвука
Скоростта на звука зависи от условията на околната среда и температурата (фиг. 5).
Ориз. 5. Скорост на разпространение на звуковата вълна в различни среди
Моля, обърнете внимание: във въздуха скоростта на звука при е равна на , а при , скоростта се увеличава с . Ако сте изследовател, тогава това знание може да ви бъде полезно. Може дори да измислите някакъв температурен сензор, който ще записва температурните разлики чрез промяна на скоростта на звука в средата. Вече знаем, че колкото по-плътна е средата, толкова по-сериозно е взаимодействието между частиците на средата, толкова по-бързо се разпространява вълната. В последния параграф обсъдихме това, използвайки примера за сух въздух и влажен въздух. За водата скоростта на разпространение на звука е . Ако създадете звукова вълна (почукате с камертон), тогава скоростта на нейното разпространение във водата ще бъде 4 пъти по-голяма, отколкото във въздуха. По вода информацията ще достига 4 пъти по-бързо, отколкото по въздух. А в стоманата е още по-бързо: (фиг. 6).
Ориз. 6. Скорост на разпространение на звуковата вълна
Знаете от епосите, които е използвал Иля Муромец (и всички герои и обикновени руски хора и момчета от РВС Гайдар), те използваха много интересен начин за откриване на обект, който се приближава, но все още е далеч. Звукът, който издава при движение, все още не се чува. Иля Муромец, с ухо до земята, я чува. Защо? Тъй като звукът се предава по твърда земя с по-висока скорост, което означава, че ще достигне до ухото на Иля Муромец по-бързо и той ще може да се подготви за среща с врага.
Най-интересното звукови вълни- музикални звуци и шумове. Какви обекти могат да създават звукови вълни? Ако вземем източник на вълна и еластична среда, ако накараме източника на звук да вибрира хармонично, тогава ще имаме прекрасна звукова вълна, която ще се нарече музикален звук. Тези източници на звукови вълни могат да бъдат например струните на китара или пиано. Това може да е звукова вълна, която се създава във въздушната междина на тръба (орган или тръба). От часовете по музика знаете нотите: до, ре, ми, фа, сол, ла, си. В акустиката те се наричат тонове (фиг. 7).
Ориз. 7. Музикални тонове
Всички обекти, които могат да произвеждат тонове, ще имат функции. С какво се различават? Те се различават по дължина на вълната и честота. Ако тези звукови вълни не са създадени от хармонично звучащи тела или не са свързани в някаква обща оркестрова пиеса, тогава такова количество звуци ще се нарича шум.
Шум– случайни колебания с различна физическа природа, характеризиращи се със сложността на тяхната времева и спектрална структура. Понятието шум е битово и физическо, те са много сходни и затова го въвеждаме като отделен важен обект на разглеждане.
Нека да преминем към количествените оценки на звуковите вълни. Какви са характеристиките на музикалните звукови вълни? Тези характеристики се отнасят изключително за хармонични звукови вибрации. Така, сила на звука. Как се определя силата на звука? Нека разгледаме разпространението на звукова вълна във времето или трептенията на източника на звуковата вълна (фиг. 8).
Ориз. 8. Сила на звука
В същото време, ако не сме добавили много звук към системата (натиснем тихо клавиш на пиано, например), тогава ще има тих звук. Ако силно вдигнем високо ръката си, предизвикваме този звук, като натискаме клавиша, получаваме силен звук. От какво зависи това? Тихият звук има по-малка амплитуда на вибрациите от силния звук.
Следващата важна характеристика на музикалния звук и всеки друг звук е височина. От какво зависи височината на звука? Височината зависи от честотата. Можем да накараме източника да трепти често или можем да го накараме да не трепти много бързо (тоест да извършва по-малко трептения за единица време). Нека разгледаме времевия обхват на висок и нисък звук със същата амплитуда (фиг. 9).
Ориз. 9. Стъпка
Може да се направи интересен извод. Ако човек пее с басов глас, тогава неговият източник на звук (гласните струни) вибрира няколко пъти по-бавно от този на човек, който пее сопрано. Във втория случай гласните струни вибрират по-често и следователно по-често причиняват джобове на компресия и разряд при разпространението на вълната.
Има още една интересна характеристика на звуковите вълни, която физиците не изучават. Това тембър. Познавате и лесно различавате едно и също музикално произведение, изпълнено на балалайка или виолончело. Как се различават тези звуци или това изпълнение? В началото на експеримента помолихме хората, които произвеждат звуци, да ги направят с приблизително еднаква амплитуда, така че силата на звука да е еднаква. Това е като в случая с оркестър: ако няма нужда да подчертавате някой инструмент, всички свирят приблизително еднакво, с еднаква сила. Така че тембърът на балалайката и виолончелото е различен. Ако трябваше да начертаем звука, произведен от един инструмент от друг с помощта на диаграми, те биха били еднакви. Но можете лесно да различите тези инструменти по звука им.
Друг пример за важността на тембъра. Представете си двама певци, които завършват един и същи музикален университет с едни и същи преподаватели. Те учеха еднакво добре, с чисти петици. По някаква причина единият става изключителен изпълнител, докато другият цял живот е недоволен от кариерата си. Всъщност това се определя единствено от техния инструмент, който предизвиква вокални вибрации в околната среда, т.е. гласовете им се различават по тембър.
Библиография
- Соколович Ю.А., Богданова Г.С. Физика: справочник с примери за решаване на задачи. - 2-ро издание преразпределение. - X.: Веста: издателство "Ранок", 2005. - 464 с.
- Перишкин А.В., Гутник Е.М., Физика. 9. клас: учебник за общообразовател. институции/А.В. Перишкин, Е.М. Гутник. - 14-то изд., стереотип. - М .: Bustard, 2009. - 300 с.
- Интернет портал “eduspb.com” ()
- Интернет портал “msk.edu.ua” ()
- Интернет портал “class-fizika.narod.ru” ()
Домашна работа
- Как се разпространява звукът? Какъв може да е източникът на звук?
- Може ли звукът да пътува през космоса?
- Всяка вълна, която достига до слуховия орган на човек, възприема ли се от него?
Звукът се разпространява пет пъти по-бързо във водата, отколкото във въздуха. Средната скоросте равна на 1400 - 1500 м/сек (скоростта на звука във въздуха е 340 м/сек). Изглежда, че чуваемостта във водата също се подобрява. Всъщност това далеч не е така. В края на краищата силата на звука не зависи от скоростта на разпространение, а от амплитудата на звуковите вибрации и възприемащата способност на слуховите органи. Органът на Корти, който се състои от слухови клетки, се намира в кохлеята на вътрешното ухо. Звуковите вълни вибрират тъпанчето слухови костиции мембраната на кортиевия орган. От космените клетки на последния, които възприемат звукови вибрации, нервната стимулация отива към слуховия център, разположен в темпоралния лоб на мозъка.
Звуковата вълна може да влезе вътрешно ухочовек по два начина: чрез въздушна проводимост през външния слухов канал, тъпанчеи слуховите костици на средното ухо и чрез костна проводимост - вибрация на костите на черепа. На повърхността преобладава въздушната проводимост, а под водата – костната. Простият опит ни убеждава в това. Покрийте двете уши с дланите на ръцете си. На повърхността чуваемостта ще се влоши рязко, но под водата това не се наблюдава.
Така че под водата звуците се възприемат предимно чрез костна проводимост. Теоретично това се обяснява с факта, че акустичното съпротивление на водата се доближава до акустичното съпротивление на човешката тъкан. Следователно загубата на енергия по време на прехода на звуковите вълни от водата към костите на главата на човек е по-малка, отколкото във въздуха. Въздушната проводимост почти изчезва под водата, тъй като външният слухов канал е пълен с вода, а малък слой въздух близо до тъпанчето слабо предава звуковите вибрации.
Експериментите показват, че костната проводимост е с 40% по-ниска от тази на въздуха. Следователно чуваемостта под вода като цяло се влошава. Диапазонът на чуваемост с костна проводимост на звука зависи не толкова от силата, колкото от тоналността: колкото по-висок е тонът, толкова по-далеч се чува звукът.
Подводният свят за хората е свят на тишина, където няма външни шумове. Следователно най-простите звукови сигнали могат да се възприемат под вода на значителни разстояния. Човек чува удар върху метална кутия, потопена във вода на разстояние 150-200 m, звук на дрънкалка на 100 m и камбана на 60 m.
Звуците, издавани под вода, обикновено не се чуват на повърхността, точно както звуците отвън не се чуват под водата. За да възприемате подводни звуци, трябва да сте поне частично потопени. Ако влезеш във водата до колене, започваш да долавяш звук, който не е бил чуван преди. Докато се гмуркате, силата на звука се увеличава. Особено се чува, когато главата е потопена.
За да изпращате звукови сигнали от повърхността, трябва да спуснете източника на звук във водата поне наполовина и силата на звука ще се промени. Ориентирането под вода по ухо е изключително трудно. Във въздуха звукът навлиза в едното ухо 0,00003 секунди по-рано, отколкото в другото. Това ви позволява да определите местоположението на източника на звук с грешка от само 1-3 °. Под вода звукът се възприема едновременно от двете уши и следователно не се получава ясно, насочено възприятие. Грешката в ориентацията може да бъде 180°.
В специално организиран експеримент само отделни леководолази след дълги скитания и... търсенията отидоха до местоположението на източника на звук, който се намираше на 100-150 м от тях. Беше отбелязано, че системното обучение за дълго време позволява да се развие способността за доста точно навигиране по звук под вода. Въпреки това, веднага щом обучението спре, резултатите от него се анулират.
Ако звуковата вълна не срещне препятствия по пътя си, тя се разпространява равномерно във всички посоки. Но не всяка пречка се превръща в бариера за нея.
Срещайки препятствие по пътя си, звукът може да се огъне около него, да бъде отразен, пречупен или погълнат.
Дифракция на звука
Можем да говорим с човек, който стои зад ъгъла на сграда, зад дърво или зад ограда, въпреки че не го виждаме. Чуваме го, защото звукът може да се огъва около тези обекти и да прониква в областта зад тях.
Способността на вълната да се огъва около препятствие се нарича дифракция .
Дифракция възниква, когато дължината на звуковата вълна надвишава размера на препятствието. Нискочестотните звукови вълни са доста дълги. Например при честота 100 Hz тя е равна на 3,37 м. С намаляването на честотата дължината става още по-голяма. Следователно звуковата вълна лесно се огъва около обекти, сравними с нея. Дърветата в парка изобщо не пречат на чуването на звука, тъй като диаметрите на стволовете им са много по-малки от дължината на звуковата вълна.
Благодарение на дифракцията звуковите вълни проникват през пукнатини и дупки в препятствие и се разпространяват зад тях.
Нека поставим плосък екран с дупка по пътя на звуковата вълна.
В случай, че дължината на звуковата вълна ƛ много по-голям от диаметъра на отвора д , или тези стойности са приблизително равни, тогава зад дупката звукът ще достигне до всички точки в областта, която е зад екрана (област на звукова сянка). Предната част на изходящата вълна ще изглежда като полукълбо.
Ако ƛ е само малко по-малък от диаметъра на процепа, тогава основната част от вълната се разпространява направо, а малка част се отклонява леко встрани. И в случай, когато ƛ много по-малко д , цялата вълна ще върви в посока напред.
Отражение на звука
Възможно е, ако звукова вълна удари интерфейса между две медии различни вариантипо-нататъшното му разпространение. Звукът може да се отразява от интерфейса, може да се премести в друга среда, без да променя посоката, или може да бъде пречупен, т.е. да се движи, променяйки посоката си.
Да предположим, че на пътя на звукова вълна се появява препятствие, чийто размер е много по-голям от дължината на вълната, например отвесна скала. Как ще се държи звукът? Тъй като не може да заобиколи това препятствие, то ще се отрази от него. Зад препятствието е зона на акустична сянка .
Звукът, отразен от препятствие, се нарича ехо .
Характерът на отражението на звуковата вълна може да бъде различен. Зависи от формата на отразяващата повърхност.
Отражение наречена промяна в посоката на звукова вълна на границата между две различни среди. При отражение вълната се връща в средата, от която е дошла.
Ако повърхността е плоска, звукът се отразява от нея по същия начин, както лъч светлина се отразява в огледало.
Звуковите лъчи, отразени от вдлъбната повърхност, се фокусират в една точка.
Изпъкналата повърхност разсейва звука.
Ефектът на дисперсия се дава от изпъкнали колони, големи корнизи, полилеи и др.
Звукът не преминава от една среда в друга, а се отразява от нея, ако плътността на средата се различава значително. По този начин звукът, който се появява във водата, не се пренася във въздуха. Отразена от интерфейса, тя остава във водата. Човек, стоящ на брега на реката, няма да чуе този звук. Това се обяснява с голямата разлика във вълновите импеданси на вода и въздух. В акустиката вълновият импеданс е равен на произведението от плътността на средата и скоростта на звука в нея. Тъй като вълновото съпротивление на газовете е значително по-малко от вълновото съпротивление на течности и твърди вещества, когато звукова вълна удари границата между въздух и вода, тя се отразява.
Рибите във вода не чуват звука, появяващ се над повърхността на водата, но могат ясно да различат звука, чийто източник е тяло, вибриращо във водата.
Пречупване на звука
Промяната на посоката на разпространение на звука се нарича пречупване . Това явление възниква, когато звукът преминава от една среда в друга и скоростта му на разпространение в тези среди е различна.
Съотношението на синуса на ъгъла на падане към синуса на ъгъла на отражение е равно на съотношението на скоростите на разпространение на звука в средата.
Където аз - ъгъл на падане,
r – ъгъл на отражение,
v 1 – скоростта на разпространение на звука в първата среда,
v 2 – скоростта на разпространение на звука във втората среда,
н – индекс на пречупване.
Пречупването на звука се нарича пречупване .
Ако звукова вълна не пада перпендикулярно на повърхността, а под ъгъл, различен от 90°, тогава пречупената вълна ще се отклони от посоката на падащата вълна.
Пречупването на звука може да се наблюдава не само на границата между медиите. Звуковите вълни могат да променят посоката си в разнородна среда - атмосфера, океан.
В атмосферата пречупването се причинява от промени в температурата на въздуха, скоростта и посоката на движение на въздушните маси. И в океана се появява поради разнородността на свойствата на водата - различно хидростатично налягане на различни дълбочини, различни температурии различна соленост.
Звукопоглъщане
Когато звукова вълна срещне повърхност, част от нейната енергия се абсорбира. И колко енергия може да абсорбира една среда може да се определи чрез познаване на коефициента на звукопоглъщане. Този коефициент показва каква част от енергията на звуковите вибрации се поглъща от 1 m2 препятствие. Има стойност от 0 до 1.
Мерната единица за звукопоглъщане се нарича сабин . Името си получи от американския физик Уолъс Клемент Сабин, основател на архитектурната акустика. 1 sabin е енергията, която се абсорбира от 1 m 2 повърхност, чийто коефициент на поглъщане е 1. Тоест, такава повърхност трябва да абсорбира абсолютно цялата енергия на звуковата вълна.
Реверберация
Уолъс Сабин
Свойството на материалите да поглъщат звука намира широко приложение в архитектурата. Докато изучава акустиката на лекционната зала, част от музея Фог, Уолъс Клемент Сабин заключава, че има връзка между размера на залата, акустичните условия, вида и площта на звукопоглъщащите материали и време на реверберация .
Реверберация наричаме процеса на отразяване на звукова вълна от препятствия и нейното постепенно затихване след изключване на източника на звук. В затворено пространство звукът може да се отразява многократно от стени и предмети. В резултат на това възникват различни ехо сигнали, всеки от които звучи като отделно. Този ефект се нарича ефект на реверберация .
Най-важната характеристика на помещението е време на реверберация , който Сабин въведе и изчисли.
Където V – обем на помещението,
А – общо звукопоглъщане.
Където a i – коефициент на звукопоглъщане на материала,
S i - площ на всяка повърхност.
Ако времето за реверберация е дълго, звуците сякаш „скитат“ из залата. Те се припокриват, заглушават основния източник на звук и залата бумти. С кратко време на реверберация, стените бързо абсорбират звуците и те стават скучни. Следователно всяка стая трябва да има свое точно изчисление.
Въз основа на своите изчисления Сабин подреди звукопоглъщащите материали по такъв начин, че „ефектът на ехото“ да бъде намален. А Бостънската симфонична зала, при създаването на която той е акустичен консултант, все още се смята за една от най-добрите зали в света.
Хидроакустика (от гръцки хидор- вода, акустик- слух) - наука за явления, възникващи във водната среда и свързани с разпространението, излъчването и приемането на акустични вълни. Включва въпроси за разработване и създаване на хидроакустични устройства, предназначени за използване във водна среда.
История на развитието
Основи на хидроакустиката
Характеристики на разпространението на акустичните вълни във вода
Компоненти на ехо събитие.
Начало на цялостна и фундаментални изследванияРазпространението на акустични вълни във водата е започнало по време на Втората световна война, което е продиктувано от необходимостта да се решат практически проблеми на флота и на първо място на подводниците. Експериментални и теоретични трудовебяха продължени в следвоенни годинии обобщени в редица монографии. В резултат на тези работи бяха идентифицирани и изяснени някои характеристики на разпространението на акустичните вълни във вода: абсорбция, затихване, отражение и пречупване.
Поглъщане на енергията на акустичната вълна в морска водасе причинява от два процеса: вътрешно триене на средата и дисоциация на разтворените в нея соли. Първият процес преобразува енергията на акустичната вълна в топлина, а вторият, превръщайки се в химическа енергия, извежда молекулите от равновесно състояние и те се разпадат на йони. Този тип абсорбция се увеличава рязко с увеличаване на честотата на акустичните вибрации. Наличието на суспендирани частици, микроорганизми и температурни аномалии във водата също води до отслабване на акустичната вълна във водата. По правило тези загуби са малки и се включват в общото поглъщане, но понякога, като например в случай на разсейване от следата на кораб, тези загуби могат да достигнат до 90%. Наличието на температурни аномалии води до факта, че акустичната вълна попада в зони на акустична сянка, където може да претърпи множество отражения.
Наличието на интерфейси между вода - въздух и вода - дъно води до отразяване на акустична вълна от тях и ако в първия случай акустичната вълна е напълно отразена, то във втория случай коефициентът на отражение зависи от материала на дъното: тинестото дъно отразява лошо, пясъчното и каменистото дъно отразяват добре. На малка дълбочина, поради многократни отражения на акустичната вълна между дъното и повърхността, се появява подводен звуков канал, в който акустичната вълна може да се разпространява на големи разстояния. Промяната на скоростта на звука на различни дълбочини води до огъване на звуковите „лъчи“ - пречупване.
Пречупване на звука (кривина на пътя на звуковия лъч)
Пречупване на звука във вода: а - през лятото; b - през зимата; отляво е промяната на скоростта с дълбочината. Скоростта на разпространение на звука се променя с дълбочината и промените зависят от времето на годината и деня, дълбочината на резервоара и редица други причини. Звуковите лъчи, излизащи от източник под определен ъгъл спрямо хоризонта, се огъват, а посоката на огъване зависи от разпределението на скоростта на звука в средата: през лятото, когато горните слоеве са по-топли от долните, лъчите се огъват надолу и се отразяват предимно от дъното, като губят значителна част от енергията си. ; през зимата, когато долните слоеве на водата поддържат своята температура, докато горните слоеве се охлаждат, лъчите се огъват нагоре и многократно се отразяват от повърхността на водата, като същевременно се губи значително по-малко енергия. Следователно през зимата обхватът на разпространение на звука е по-голям, отколкото през лятото. Вертикалното разпределение на скоростта на звука (VSD) и градиентът на скоростта имат решаващо влияние върху разпространението на звука в морската среда. Разпределението на скоростта на звука в различните райони на Световния океан е различно и се променя с времето. Има няколко типични случая на VRSD: |
Разсейване и поглъщане на звука от нееднородности на средата.
Разпространение на звука в подводния звук. канал: а - промяна на скоростта на звука с дълбочина; b - път на лъча в звуковия канал. Разпространението на високочестотни звуци, когато дължините на вълните са много малки, се влияе от малки нехомогенности, които обикновено се срещат в естествени водни тела: газови мехурчета, микроорганизми и др. Тези нехомогенности действат по два начина: те абсорбират и разпръскват енергията на звука вълни. В резултат на това с увеличаване на честотата на звуковите вибрации обхватът на тяхното разпространение намалява. Този ефект е особено забележим в повърхностния слой на водата, където има най-много нееднородности. Разсейването на звука от нехомогенности, както и неравни повърхности на водата и дъното, причинява феномена на подводна реверберация, който придружава изпращането на звуков импулс: звуковите вълни, отразяващи се от набор от нехомогенности и сливайки се, пораждат удължаване на звуковия импулс, което продължава и след края му. Границите на обхвата на разпространение на подводните звуци също са ограничени от естествения шум на морето, който има двояк произход: част от шума възниква от ударите на вълните върху повърхността на водата, от морския прибой, от шум от търкалящи се камъчета и др.; другата част е свързана с морската фауна (звуци, произведени от хидробионти: риби и други морски животни). Биохидроакустиката се занимава с този много сериозен аспект. |
Диапазон на разпространение на звуковата вълна
Диапазонът на разпространение на звуковите вълни е сложна функция на честотата на излъчване, която е уникално свързана с дължината на вълната на звуковия сигнал. Както е известно, високочестотните акустични сигнали бързо отслабват поради силното им поглъщане от водната среда. Нискочестотните сигнали, напротив, са способни да се разпространяват на големи разстояния във водната среда. Така акустичен сигнал с честота 50 Hz може да се разпространи в океана на разстояния от хиляди километри, докато сигнал с честота 100 kHz, типичен за сонарите със странично сканиране, има обхват на разпространение само 1-2 km . Приблизителните обхвати на съвременните сонари с различни честоти на акустичния сигнал (дължини на вълните) са дадени в таблицата:
Области на използване.
Хидроакустиката е широко разпространена практическа употреба, тъй като все още не е създаден ефективна системапредаване на електромагнитни вълни под вода на значително разстояние и следователно звукът е единственото възможно средство за комуникация под вода. За тези цели се използват звукови честоти от 300 до 10 000 Hz и ултразвук от 10 000 Hz и повече. Като излъчватели и приемници в звуковата област се използват електродинамични и пиезоелектрични излъчватели и хидрофони, а в ултразвуковата - пиезоелектрични и магнитострикционни.
Най-важните приложения на хидроакустиката:
- За решаване на военни проблеми;
- Морска навигация;
- Звукова комуникация;
- Риболовно проучване;
- Океанологични изследвания;
- Области на дейност за разработване на ресурсите на океанското дъно;
- Използване на акустика в басейн (у дома или в център за обучение по синхронно плуване)
- Обучение на морски животни.
Бележки
Литература и източници на информация
ЛИТЕРАТУРА:
- В.В. Шулейкин Физика на морето. - Москва: "Наука", 1968. - 1090 с.
- И.А. румънски Основи на хидроакустиката. - Москва: "Корабостроене", 1979 - 105 с.
- Ю.А. Корякин Хидроакустични системи. - Санкт Петербург: "Науката на Санкт Петербург и морската сила на Русия", 2002. - 416 с.
Мислили ли сте някога, че звукът е едно от най-ярките проявления на живота, действието и движението? А също и за факта, че всеки звук има свое собствено „лице“? И дори със затворени очи, без да виждаме нищо, можем само по звук да гадаем какво се случва около нас. Можем да различим гласовете на приятели, да чуем шумолене, рев, лай, мяукане и т.н. Всички тези звуци са ни познати от детството и лесно можем да разпознаем всеки от тях. Освен това дори в абсолютна тишина можем да чуем вътрешен слухвсеки от изброените звуци. Представете си го като в действителност.
Какво е звук?
Звуците, възприемани от човешкото ухо, са един от най-важните източници на информация за света около нас. Шумът на морето и вятъра, птичите песни, човешките гласове и животинските викове, гръмотевиците, звуците на движещи се уши улесняват адаптирането към променящите се външни условия.
Ако например камък падне в планината и наблизо няма никой, който да чуе звука от падането му, съществува ли звукът или не? На въпроса може да се отговори както положително, така и отрицателно в еднаква степен, тъй като думата „звук" има двойно значение. Следователно е необходимо да се съгласим. Следователно е необходимо да се съгласим какво се счита за звук - физическо явление в форма на разпространение на звукови вибрации във въздуха или усещане на слушателя.Първото е по същество причина, второто е следствие, докато първото понятие за звук е обективно, второто е субективно.В първия случай, звукът всъщност е поток от енергия, течащ като речен поток. Такъв звук може да промени средата, през която преминава, и самият той се променя от нея. "Във втория случай под звук имаме предвид онези усещания, които възникват в слушателя, когато звукова вълна действа върху мозъка чрез слухов апарат. Чувайки звук, човек може да изпита различни чувства. Голямо разнообразие от емоции се предизвикват в нас от този сложен комплекс от звуци, който наричаме музика. Звуците формират основата на речта, която служи като основно средство за комуникация в човешкото общество. И накрая, има форма на звук, наречена шум. Анализът на звука от гледна точка на субективното възприятие е по-сложен, отколкото при обективна оценка.
Как да създадете звук?
Общото между всички звуци е, че телата, които ги генерират, т.е. източниците на звук, вибрират (въпреки че най-често тези вибрации са невидими за окото). Например, звуците на гласовете на хората и много животни възникват в резултат на вибрации на гласните им струни, звукът на духови музикални инструменти, звукът на сирената, свиренето на вятъра и звукът на гръмотевицата са причинени от вибрациите на въздушните маси.
Използвайки линийка като пример, можете буквално да видите със собствените си очи как се ражда звукът. Какво движение прави линийката, когато закопчаем единия край, дръпнем другия и го пуснем? Ще забележим, че той сякаш трепереше и се колебаеше. Въз основа на това заключаваме, че звукът се създава от кратки или дълги вибрации на някои обекти.
Източникът на звук може да бъде не само вибриращи предмети. Свистенето на куршуми или снаряди по време на полет, виенето на вятъра, ревът на реактивен двигател се раждат от прекъсвания на въздушния поток, по време на които също възникват разреждане и компресия.
Също така звуковите вибрационни движения могат да бъдат забелязани с помощта на устройство - камертон. Това е извит метален прът, монтиран на крак върху резонаторна кутия. Ако ударите камертона с чук, той ще прозвучи. Вибрациите на клоните на камертона са незабележими. Но те могат да бъдат открити, ако донесете малка топка, окачена на конец, до звучащ камертон. Топката периодично ще отскача, което показва вибрации на клоните на Камерън.
В резултат на взаимодействието на източника на звук с околния въздух, въздушните частици започват да се компресират и разширяват във времето (или „почти във времето“) с движенията на източника на звук. След това, поради свойствата на въздуха като течна среда, вибрациите се прехвърлят от една въздушна частица към друга.
Към обяснение на разпространението на звуковите вълни
В резултат на това вибрациите се предават по въздуха на разстояние, т.е. звукова или акустична вълна, или просто звук, се разпространява във въздуха. Звукът, достигайки до човешкото ухо, от своя страна, възбужда вибрации в чувствителните му зони, които се възприемат от нас под формата на реч, музика, шум и др. (в зависимост от свойствата на звука, продиктувани от естеството на неговия източник) .
Разпространение на звукови вълни
Възможно ли е да се види как звукът "тече"? В прозрачен въздух или вода самите вибрации на частиците са незабележими. Но можете лесно да намерите пример, който ще ви каже какво се случва, когато звукът се разпространява.
Необходимо условие за разпространението на звуковите вълни е наличието на материална среда.
Във вакуум звуковите вълни не се разпространяват, тъй като там няма частици, които предават взаимодействието от източника на вибрация.
Следователно, поради липсата на атмосфера, на Луната цари пълна тишина. Дори падането на метеорит върху повърхността му не се чува от наблюдателя.
Скоростта на разпространение на звуковите вълни се определя от скоростта на предаване на взаимодействията между частиците.
Скоростта на звука е скоростта на разпространение на звуковите вълни в среда. В газ скоростта на звука се оказва от порядъка на (по-точно, малко по-малка от) топлинната скорост на молекулите и следователно се увеличава с повишаване на температурата на газа. Колкото по-голяма е потенциалната енергия на взаимодействие между молекулите на дадено вещество, толкова по-голяма е скоростта на звука, следователно скоростта на звука в течност, която от своя страна надвишава скоростта на звука в газ. Например в морска вода скоростта на звука е 1513 m/s. В стоманата, където могат да се разпространяват напречни и надлъжни вълни, тяхната скорост на разпространение е различна. Напречните вълни се разпространяват със скорост 3300 m/s, а надлъжните вълни със скорост 6600 m/s.
Скоростта на звука във всяка среда се изчислява по формулата:
където β е адиабатната свиваемост на средата; ρ - плътност.
Закони за разпространение на звуковите вълни
Основните закони на разпространението на звука включват законите на неговото отражение и пречупване на границите на различни среди, както и дифракцията на звука и неговото разсейване при наличие на препятствия и нееднородности в средата и на границите между средите.
Диапазонът на разпространение на звука се влияе от коефициента на звукопоглъщане, тоест необратимия преход на енергията на звуковата вълна в други видове енергия, по-специално топлина. Важен фактор е и посоката на излъчване и скоростта на разпространение на звука, която зависи от средата и нейното конкретно състояние.
От източник на звук акустичните вълни се разпространяват във всички посоки. Ако звукова вълна премине през сравнително малък отвор, тогава тя се разпространява във всички посоки, а не се движи в насочен лъч. Например уличните звуци, проникващи през отворен прозорец в стаята, се чуват във всички точки, а не само срещу прозореца.
Характерът на разпространението на звуковите вълни в близост до препятствие зависи от връзката между размера на препятствието и дължината на вълната. Ако размерът на препятствието е малък в сравнение с дължината на вълната, тогава вълната тече около това препятствие, разпространявайки се във всички посоки.
Звуковите вълни, прониквайки от една среда в друга, се отклоняват от първоначалната си посока, тоест се пречупват. Ъгълът на пречупване може да бъде по-голям или по-малък от ъгъла на падане. Зависи в каква среда прониква звукът. Ако скоростта на звука във втората среда е по-голяма, тогава ъгълът на пречупване ще бъде по-голям от ъгъла на падане и обратно.
Когато срещнат препятствие по пътя си, звуковите вълни се отразяват от него строго определено правило– ъгълът на отражение е равен на ъгъла на падане – с това е свързано понятието ехо. Ако звукът се отразява от няколко повърхности на различни разстояния, възникват множество ехота.
Звукът се разпространява под формата на разсейваща се сферична вълна, която изпълва все по-голям обем. С увеличаване на разстоянието вибрациите на частиците на средата отслабват и звукът се разсейва. Известно е, че за да се увеличи обхватът на предаване, звукът трябва да бъде концентриран в дадена посока. Когато искаме например да ни чуят, слагаме длани на устата си или използваме мегафон.
Дифракцията, тоест огъването на звуковите лъчи, има голямо влияние върху обхвата на разпространение на звука. Колкото по-хетерогенна е средата, толкова повече се изкривява звуковият лъч и съответно толкова по-къс е обхватът на разпространение на звука.
Свойства на звука и неговите характеристики
Основните физически характеристики на звука са честотата и интензивността на вибрациите. Те влияят на слуховото възприятие на хората.
Периодът на трептене е времето, през което се извършва едно пълно трептене. Може да се даде пример за люлеещо се махало, когато се движи от крайно ляво положение в крайно дясно и се връща обратно в първоначалното си положение.
Честотата на трептене е броят на пълните трептения (периоди) за секунда. Тази единица се нарича херц (Hz). Колкото по-висока е честотата на вибрациите, толкова по-висок е звукът, който чуваме, тоест звукът има по-висока височина. Според приетата международна система от единици 1000 Hz се наричат килохерц (kHz), а 1 000 000 се наричат мегахерц (MHz).
Честотно разпределение: чуваеми звуци – в рамките на 15Hz-20kHz, инфразвуци – под 15Hz; ултразвук - в рамките на 1,5 (104 - 109 Hz; хиперзвук - в рамките на 109 - 1013 Hz.
Човешкото ухо е най-чувствително към звуци с честоти между 2000 и 5000 kHz. Най-голяма острота на слуха се наблюдава на възраст 15-20 години. С възрастта слухът се влошава.
Концепцията за дължина на вълната се свързва с периода и честотата на трептенията. Дължината на звуковата вълна е разстоянието между две последователни кондензации или разреждания на средата. Използвайки примера за вълни, разпространяващи се по повърхността на водата, това е разстоянието между два гребена.
Звуците също се различават по тембър. Основният тон на звука се придружава от вторични тонове, които винаги са с по-висока честота (обертонове). Тембърът е качествена характеристика на звука. Колкото повече обертонове се наслагват върху основния тон, толкова „по-сочен” е музикално звукът.
Втората основна характеристика е амплитудата на трептенията. Това е най-голямото отклонение от равновесното положение при хармонични вибрации. Като използваме примера с махалото, максималното му отклонение е в крайна лява позиция или в крайна дясна позиция. Амплитудата на вибрациите определя интензитета (силата) на звука.
Силата на звука или неговият интензитет се определя от количеството акустична енергия, протичаща за една секунда през площ от един квадратен сантиметър. Следователно интензитетът на акустичните вълни зависи от величината на акустичното налягане, създадено от източника в средата.
Силата на звука от своя страна е свързана с интензивността на звука. Колкото по-голям е интензитетът на звука, толкова по-силен е той. Тези понятия обаче не са еквивалентни. Силата на звука е мярка за силата на слуховото усещане, причинено от звук. Звук с еднакъв интензитет може да създаде различни слухови възприятия за различни хора. Всеки човек има свой собствен праг на чуване.
Човек престава да чува звуци с много висок интензитет и ги възприема като чувство на натиск и дори болка. Този интензитет на звука се нарича праг на болка.
Ефектът на звука върху слуховите органи на човека
Слуховите органи на човека са способни да възприемат вибрации с честота от 15-20 херца до 16-20 хиляди херца. Механичните трептения с посочените честоти се наричат звукови или акустични (акустиката е наука за звука).Човешкото ухо е най-чувствително към звуци с честота от 1000 до 3000 Hz. Най-голяма острота на слуха се наблюдава на възраст 15-20 години. С възрастта слухът се влошава. При човек на възраст под 40 години най-голямата чувствителност е в района на 3000 Hz, от 40 до 60 години - 2000 Hz, над 60 години - 1000 Hz. В диапазона до 500 Hz можем да различим намаляване или повишаване на честотата дори с 1 Hz. При по-високи честоти нашите слухови апарати стават по-малко чувствителни към такива малки промени в честотата. И така, след 2000 Hz можем да различим един звук от друг само когато разликата в честотата е поне 5 Hz. При по-малка разлика звуците ще ни изглеждат еднакви. Правила без изключения обаче почти няма. Има хора, които имат необичайно добър слух. Един талантлив музикант може да открие промяна в звука само с частица от вибрация.
Външното ухо се състои от ушна мидаи слуховия канал, който го свързва с тъпанчето. Основната функция на външното ухо е да определя посоката на източника на звук. Слуховият канал, представляващ стесняваща се навътре тръба с дължина два сантиметра, защитава вътрешните части на ухото и играе ролята на резонатор. Слуховият канал завършва с тъпанчето - мембрана, която вибрира под въздействието на звукови вълни. Именно тук, на външната граница на средното ухо, се извършва трансформацията на обективния звук в субективен. Зад тъпанчето има три малки, свързани помежду си костици: чука, инкус и стреме, през които вибрациите се предават към вътрешното ухо.
Там, в слуховия нерв, те се преобразуват в електрически сигнали. Малката кухина, в която се намират чукчето, инкусът и стремето, е изпълнена с въздух и е свързана с устната кухина чрез Евстахиевата тръба. Благодарение на последното се поддържа еднакъв натиск върху вътрешната и външната страна на тъпанчето. Обикновено евстахиева тръбае затворен и се отваря само при рязка промяна на налягането (при прозяване, преглъщане), за да го изравни. Ако евстахиевата тръба на човек е затворена, например поради настинки, тогава налягането не се изравнява и човекът чувства болка в ушите. След това вибрациите се предават от тъпанчето към овалния прозорец, който е началото на вътрешното ухо. Силата, действаща върху тъпанчето, е равна на произведението на налягането и площта на тъпанчето. Но истинските мистерии на слуха започват с овалния прозорец. Звуковите вълни преминават през течността (перилимфа), която изпълва кохлеята. Този орган на вътрешното ухо, оформен като кохлеа, е дълъг три сантиметра и е разделен по цялата си дължина от преграда на две части. Звуковите вълни достигат до преградата, заобикалят я и след това се разпространяват към почти същото място, където първо са докоснали преградата, но от другата страна. Преградата на кохлеята се състои от основна мембрана, която е много дебела и стегната. Звуковите вибрации създават вълнообразни вълни на повърхността му, с ръбове за различни честоти, разположени в много специфични области на мембраната. Механичните вибрации се преобразуват в електрически в специален орган (орган на Корти), разположен отгоре горна частосновна мембрана. Над кортиевия орган е текториалната мембрана. И двата органа са потопени в течност, наречена ендолимфа, и са отделени от останалата част на кохлеята чрез мембраната на Райснер. Космите, израстващи от органа на Корти, почти проникват през текториалната мембрана и когато се появи звук, те влизат в контакт - звукът се преобразува, сега се кодира под формата на електрически сигнали. Кожата и костите на черепа играят важна роля за подобряване на способността ни да възприемаме звуци, поради добрата си проводимост. Например, ако поставите ухото си на релсата, движението на приближаващия влак може да бъде засечено много преди да се появи.
Ефектът на звука върху човешкото тяло
През последните десетилетия рязко се увеличи броят на различните видове автомобили и други източници на шум, разпространението на преносими радиостанции и магнетофони, често включени на висока сила на звука, и страстта към силната популярна музика. Отбелязано е, че в градовете на всеки 5-10 години нивото на шума се повишава с 5 dB (децибела). Трябва да се има предвид, че за далечните предци на човека шумът е бил алармен сигнал, показващ възможността за опасност. В същото време симпатико-надбъбречната и сърдечно-съдовата система, обменът на газ бързо се активират и други видове метаболизъм се променят (нивата на кръвната захар и холестерола се повишават), подготвяйки тялото за битка или бягство. Въпреки че при съвременния човек тази функция на слуха е загубила такова практическо значение, „вегетативните реакции на борбата за съществуване“ са запазени. Така дори краткотраен шум от 60-90 dB предизвиква увеличаване на секрецията на хормони на хипофизата, стимулирайки производството на много други хормони, по-специално катехоламини (адреналин и норепинефрин), работата на сърцето се увеличава, кръвоносните съдове се свиват, и кръвното налягане (BP) се повишава. Беше отбелязано, че най-изразеното повишаване на кръвното налягане се наблюдава при пациенти с хипертония и хора с наследствено предразположение към него. Под въздействието на шума мозъчната дейност се нарушава: естеството на електроенцефалограмата се променя, остротата на възприятието и умствената дейност намаляват. Отбелязано е влошаване на храносмилането. Известно е, че продължителното излагане на шумна среда води до загуба на слуха. В зависимост от индивидуалната чувствителност хората оценяват шума по различен начин като неприятен и смущаващ. В същото време музиката и речта, които интересуват слушателя, дори при 40-80 dB, могат да бъдат толерирани сравнително лесно. Обикновено слухът възприема вибрации в диапазона 16-20 000 Hz (колебания в секунда). Важно е да се подчертае, че неприятните последици са причинени не само от прекомерния шум в звуковия диапазон на вибрациите: ултра- и инфразвукът в диапазони, които не се възприемат от човешкия слух (над 20 хиляди Hz и под 16 Hz) също причиняват нервно напрежение, неразположение, замаяност, промени в дейността на вътрешните органи, особено нервната и сърдечно-съдовата система. Установено е, че жителите на райони, разположени в близост до големи международни летища, имат значително по-висока честота на хипертония, отколкото тези, живеещи в по-тих район на същия град. Прекомерният шум (над 80 dB) засяга не само органите на слуха, но и други органи и системи (кръвоносна, храносмилателна, нервна и др.), Жизнените процеси се нарушават, енергийният метаболизъм започва да надделява над пластичния метаболизъм, което води до преждевременно стареене. на тялото .
С тези наблюдения и открития започнаха да се появяват методи за целенасочено въздействие върху хората. Можете да повлияете на ума и поведението на човек по различни начини, един от които изисква специално оборудване (технотронни техники, зомбификация.).
Звукоизолация
Степента на защита от шум на сградите се определя преди всичко от стандартите допустим шумза помещения с това предназначение. Стандартизирани параметри постоянен шумв изчислените точки са нивата на звуково налягане L, dB, октавни честотни ленти със средни геометрични честоти 63, 125, 250, 500, 1000, 2000, 4000, 8000 Hz. За приблизителни изчисления е разрешено да се използват звукови нива LA, dBA. Стандартизирани параметри прекъсващ шумв изчислените точки са еквивалентните звукови нива LA eq, dBA и максималните звукови нива LA max, dBA.
Допустимите нива на звуково налягане (еквивалентни нива на звуково налягане) са стандартизирани от SNiP II-12-77 „Защита от шум“.
Трябва да се има предвид, че допустимите нива на шум от външни източници в помещенията се установяват при осигуряване на стандартна вентилация на помещенията (за жилищни помещения, отделения, класни стаи - с отворени вентилационни отвори, траверси, тесни прозоречни крила).
Изолацията на въздушен звук е намаляването на звуковата енергия, тъй като тя се предава през заграждение.
Регулираните параметри на звукоизолация на ограждащи конструкции на жилищни и обществени сгради, както и на спомагателни сгради и помещения на промишлени предприятия са индексът на изолация от въздушен шум на ограждащата конструкция Rw, dB и индексът на намаленото ниво на ударен шум под тавана. .
Шум. Музика. реч.
От гледна точка на възприемането на звуците от слуховите органи, те могат да бъдат разделени основно на три категории: шум, музика и реч. Това са различни области на звукови явления, които имат информация, специфична за даден човек.
Шумът е несистемна комбинация от голям брой звуци, тоест сливането на всички тези звуци в един несъгласен глас. Шумът се счита за категория звуци, които смущават или дразнят човек.
Хората могат да понасят само определено количество шум. Но ако мине час-два и шумът не спира, тогава се появява напрежение, нервност и дори болка.
Звукът може да убие човек. През Средновековието дори имаше такава екзекуция, когато човек беше поставен под камбана и започнаха да го бият. Постепенно звънът на камбаните убил човека. Но това беше през Средновековието. В наши дни се появиха свръхзвукови самолети. Ако такъв самолет прелети над града на височина 1000-1500 метра, тогава прозорците на къщите ще се спукат.
Музиката е специално явление в света на звуците, но за разлика от речта, тя не предава точни семантични или езикови значения. Емоционалното насищане и приятните музикални асоциации започват в ранна детска възраст, когато детето все още има вербална комуникация. Ритмите и напевите го свързват с майка му, а пеенето и танците са елемент от общуването в игрите. Ролята на музиката в човешкия живот е толкова голяма, че през последните години медицината й приписва лечебни свойства. С помощта на музиката можете да нормализирате биоритмите и да осигурите оптимално ниво на активност на сърдечно-съдовата система. Но просто трябва да запомните как войниците влизат в битка. От незапомнени времена песента беше незаменим атрибут на марша на войника.
Инфразвук и ултразвук
Можем ли да наречем звук нещо, което изобщо не чуваме? Ами ако не чуем? Дали тези звуци са недостъпни за никого или нещо друго?
Например звуци с честота под 16 херца се наричат инфразвук.
Инфразвукът е еластични вибрации и вълни с честоти, лежащи под диапазона от честоти, чуваеми от хората. Обикновено 15-4 Hz се приемат за горна граница на обхвата на инфразвука; Това определение е условно, тъй като при достатъчна интензивност слуховото възприятие се извършва и при честоти от няколко Hz, въпреки че тоналната природа на усещането изчезва и само отделни цикли на трептения стават различими. Долната честотна граница на инфразвука е несигурна. Текущата му област на изследване се простира до около 0,001 Hz. Така обхватът на инфразвуковите честоти обхваща около 15 октави.
Инфразвуковите вълни се разпространяват във въздуха и водата, както и в земната кора. Инфразвуците също включват нискочестотни вибрации на големи конструкции, по-специално превозни средства и сгради.
И въпреки че ушите ни не „хващат“ такива вибрации, по някакъв начин човек все още ги възприема. В същото време изпитваме неприятни и понякога обезпокоителни усещания.
Отдавна е забелязано, че някои животни изпитват чувство за опасност много по-рано от хората. Те реагират предварително на далечен ураган или предстоящо земетресение. От друга страна, учените са открили, че по време на катастрофални събития в природата възниква инфразвук - нискочестотни въздушни вибрации. Това породи хипотези, че животните, благодарение на острото си обоняние, възприемат подобни сигнали по-рано от хората.
За съжаление инфразвукът се генерира от много машини и индустриални инсталации. Ако, да речем, се случи в кола или самолет, тогава след известно време пилотите или шофьорите се тревожат, уморяват се по-бързо и това може да е причина за инцидент.
Инфразвуковите машини издават шум и след това е по-трудно да се работи с тях. И на всички наоколо ще им е трудно. Не е по-добре, ако вентилацията в жилищна сграда „бръмчи“ с инфразвук. Уж не се чува, но хората се дразнят и дори може да им стане лошо. Специален „тест“, който всяко устройство трябва да премине, ви позволява да се отървете от инфразвуковото неблагополучие. Ако „фонира“ в инфразвуковата зона, няма да получи достъп до хора.
Какво се нарича много висок звук? Такова недостъпно за ушите ни скърцане? Това е ултразвук. Ултразвукът представлява еластични вълни с честоти от приблизително (1,5 – 2)(104 Hz (15 – 20 kHz) до 109 Hz (1 GHz); областта на честотните вълни от 109 до 1012 – 1013 Hz обикновено се нарича хиперзвук. Въз основа на честотата , ултразвукът е удобно разделен на 3 диапазона: ултразвук с ниска честота (1,5 (104 - 105 Hz), ултразвук със средна честота (105 - 107 Hz), ултразвук с висока честота (107 - 109 Hz). Всеки от тези диапазони се характеризира чрез собствените си специфични характеристики на генериране, приемане, разпространение и приложение.
По своята физическа природа ултразвукът е еластична вълна и по това не се различава от звука, следователно честотната граница между звуковите и ултразвуковите вълни е произволна. Въпреки това, поради по-високите честоти и следователно късите дължини на вълните, възникват редица характеристики на разпространението на ултразвук.
Поради късата дължина на вълната на ултразвука, неговата природа се определя предимно от молекулярната структура на средата. Ултразвукът в газа и по-специално във въздуха се разпространява с голямо затихване. Течностите и твърдите тела като правило са добри проводници на ултразвук, затихването в тях е много по-малко.
Човешкото ухо не е способно да възприема ултразвукови вълни. Много животни обаче го приемат свободно. Това са, наред с други неща, кучета, които са ни толкова познати. Но, уви, кучетата не могат да „лаят“ с ултразвук. Но прилепите и делфините имат невероятна способности излъчват и приемат ултразвук.
Хиперзвукът е еластични вълни с честоти от 109 до 1012 – 1013 Hz. По своята физическа природа хиперзвукът не се различава от звуковите и ултразвуковите вълни. Поради по-високите честоти и следователно по-късите дължини на вълните, отколкото в областта на ултразвука, взаимодействията на хиперзвука с квазичастиците в средата - с електрони на проводимост, топлинни фонони и т.н., стават много по-значими.Хиперзвукът също често се представя като поток на квазичастиците – фонони.
Честотният диапазон на хиперзвука съответства на честотите на електромагнитните трептения в дециметровия, сантиметровия и милиметровия диапазон (т.нар. свръхвисоки честоти). Честотата от 109 Hz във въздуха при нормално атмосферно налягане и стайна температура трябва да бъде от същия порядък като свободния път на молекулите във въздуха при същите условия. Въпреки това, еластичните вълни могат да се разпространяват в среда само ако тяхната дължина на вълната е значително по-голяма от свободния път на частиците в газове или по-голяма от междуатомните разстояния в течности и твърди вещества. Следователно хиперзвуковите вълни не могат да се разпространяват в газове (особено във въздух) при нормално атмосферно налягане. В течности затихването на хиперзвука е много високо и обхватът на разпространение е кратък. Хиперзвукът се разпространява относително добре в твърди тела - монокристали, особено при ниски температури. Но дори и в такива условия хиперзвукът е способен да измине разстояние само от 1, максимум 15 сантиметра.
Звукът е механични вибрации, разпространяващи се в еластични среди - газове, течности и твърди тела, възприемани от органите на слуха.
С помощта на специални инструменти можете да видите разпространението на звукови вълни.
Звуковите вълни могат да навредят на човешкото здраве и, обратно, да помогнат за лечението на заболявания, зависи от вида на звука.
Оказва се, че има звуци, които не се възприемат от човешкото ухо.
Библиография
Перишкин А. В., Гутник Е. М. Физика 9 клас
Касянов В. А. Физика 10 клас
Леонов А. А “Аз изследвам света” Дет. енциклопедия. Физика
Глава 2. Акустичен шум и неговото въздействие върху човека
Цел: Да се изследват ефектите на акустичния шум върху човешкото тяло.
Въведение
Светът около нас е красив святзвуци. Около нас се чуват гласове на хора и животни, музика и шум на вятъра, пеене на птици. Хората предават информация чрез речта и я възприемат чрез слуха. За животните звукът е не по-малко важен, а в някои отношения дори по-важен, защото техният слух е по-остро развит.
От гледна точка на физиката звукът е механични вибрации, които се разпространяват в еластична среда: вода, въздух, твърди тела и др. Способността на човек да възприема звукови вибрации и да ги слуша се отразява в името на изследването на звука - акустика (от гръцки akustikos - звуков, слухов). Усещането за звук в нашите слухови органи възниква поради периодични промени във въздушното налягане. Звуковите вълни с голяма амплитуда на промени в звуковото налягане се възприемат от човешкото ухо като силни звуци, а с малка амплитуда на промени в звуковото налягане - като тихи звуци. Силата на звука зависи от амплитудата на вибрациите. Силата на звука също зависи от неговата продължителност и от индивидуалните особености на слушателя.
Високочестотните звукови вибрации се наричат високи звуци, нискочестотните звукови вибрации се наричат ниски звуци.
Човешките слухови органи са способни да възприемат звуци с честоти, вариращи от приблизително 20 Hz до 20 000 Hz. Надлъжните вълни в среда с честота на промяна на налягането под 20 Hz се наричат инфразвук, а с честота над 20 000 Hz - ултразвук. Човешкото ухо не възприема инфразвук и ултразвук, тоест не чува. Трябва да се отбележи, че посочените граници на звуковия диапазон са произволни, тъй като зависят от възрастта на хората и индивидуалните характеристики на техния звуков апарат. Обикновено с възрастта горната граница на честотата на възприеманите звуци намалява значително - някои възрастни хора могат да чуят звуци с честоти, които не надвишават 6000 Hz. Децата, напротив, могат да възприемат звуци, чиято честота е малко по-висока от 20 000 Hz.
Вибрации с честоти над 20 000 Hz или по-малко от 20 Hz се чуват от някои животни.
Обектът на изследване на физиологичната акустика е самият орган на слуха, неговата структура и действие. Архитектурната акустика изучава разпространението на звука в помещенията, влиянието на размерите и формите върху звука и свойствата на материалите, с които са покрити стените и таваните. Това се отнася до слуховото възприятие на звука.
Има и музикална акустика, която изучава музикалните инструменти и условията, за да звучат най-добре. Физическата акустика се занимава с изучаването на самите звукови вибрации и напоследъкобхвана и вибрации, които са извън чуваемостта (ултраакустика). Той широко използва различни методи за преобразуване на механичните вибрации в електрически и обратно (електроакустика).
Историческа справка
Звуците започват да се изучават в древни времена, защото хората се характеризират с интерес към всичко ново. Първите акустични наблюдения са направени през 6 век пр.н.е. Питагор установява връзка между височината на тона и дългата струна или тръба, която произвежда звука.
През 4 век пр. н. е. Аристотел е първият, който разбира правилно как звукът се разпространява във въздуха. Той каза, че звучащото тяло причинява компресия и разреждане на въздуха; той обясни ехото с отражението на звука от препятствия.
През 15 век Леонардо да Винчи формулира принципа за независимост на звуковите вълни от различни източници.
През 1660 г. експериментите на Робърт Бойл доказват, че въздухът е проводник на звук (звукът не се разпространява във вакуум).
През 1700-1707г Мемоарите на Жозеф Савьор за акустиката са публикувани от Парижката академия на науките. В този мемоар Сейвър разглежда феномен, добре познат на дизайнерите на органи: ако две тръби на орган издават два звука едновременно, само малко различни по височина, тогава се чуват периодични усилвания на звука, подобно на търкалянето на барабан . Saveur обясни това явление с периодичното съвпадение на вибрациите на двата звука. Ако например единият от два звука съответства на 32 трептения в секунда, а другият съответства на 40 трептения, тогава краят на четвъртото трептене на първия звук съвпада с края на петото трептене на втория звук и по този начин звукът се усилва. От органните тръби Савер преминава към експерименталното изследване на вибрациите на струните, наблюдавайки възлите и антинодите на вибрациите (тези имена, които все още съществуват в науката, са въведени от него) и също така забелязва, че когато струната е възбудена, заедно с основната нота, звучат други ноти, дължината на вълните на които е ½, 1/3, ¼,. от главния. Той нарече тези ноти най-високите хармонични тонове и това име беше предопределено да остане в науката. И накрая, Saveur беше първият, който се опита да определи границата на възприемане на вибрациите като звуци: за ниски звуци той посочи граница от 25 вибрации в секунда, а за високи звуци - 12 800. Тогава Нютон, въз основа на тези експериментални работи на Saveur , дава първото изчисление на дължината на вълната на звука и стига до заключението, вече добре известно във физиката, че за всяка отворена тръба дължината на вълната на излъчвания звук е равна на удвоената дължина на тръбата.
Източници на звук и тяхната природа
Общото между всички звуци е, че телата, които ги генерират, т.е. източниците на звук, вибрират. Всеки е запознат със звуците, които възникват от движението на кожа, опъната върху барабан, вълни от морски прибой и люлеещи се от вятъра клони. Всички те са различни един от друг. „Оцветяването“ на всеки отделен звук зависи строго от движението, поради което възниква. Така че, ако вибрационното движение е изключително бързо, звукът съдържа високочестотни вибрации. По-малко бързо осцилаторно движение произвежда звук с по-ниска честота. Различни експерименти показват, че всеки източник на звук непременно вибрира (въпреки че най-често тези вибрации не се забелязват за окото). Например, звуците на гласовете на хората и много животни възникват в резултат на вибрации на гласните им струни, звукът на духови музикални инструменти, звукът на сирената, свиренето на вятъра и звукът на гръмотевицата са причинени от вибрациите на въздушните маси.
Но не всяко трептящо тяло е източник на звук. Например, трептяща се тежест, окачена на нишка или пружина, не издава звук.
Честотата, с която се повтарят трептенията, се измерва в херци (или цикли в секунда); 1Hz е честотата на такова периодично трептене, периодът е 1s. Имайте предвид, че честотата е свойството, което ни позволява да различаваме един звук от друг.
Изследванията показват, че човешкото ухо е способно да възприема като звук механичните вибрации на телата, възникващи с честота от 20 Hz до 20 000 Hz. При много бързи, над 20 000 Hz или много бавни, под 20 Hz, звукови вибрации не чуваме. Ето защо се нуждаем от специални инструменти за записване на звуци, които са извън честотния диапазон, възприеман от човешкото ухо.
Ако скоростта на осцилаторното движение определя честотата на звука, то неговата величина (размерът на помещението) определя силата на звука. Ако такова колело се върти с висока скорост, ще се появи високочестотен тон; по-бавното въртене ще произведе тон с по-ниска честота. Освен това, колкото по-малки са зъбите на колелото (както е показано от пунктираната линия), толкова по-слаб е звукът и колкото по-големи са зъбите, т.е. колкото повече принуждават пластината да се отклонява, толкова по-силен е звукът. По този начин можем да отбележим още една характеристика на звука - неговия обем (интензивност).
Невъзможно е да не споменем такова свойство на звука като качество. Качеството е тясно свързано със структурата, която може да варира от прекалено сложна до изключително проста. Тонът на камертон, поддържан от резонатор, има много проста структура, тъй като съдържа само една честота, чиято стойност зависи единствено от дизайна на камертона. В този случай звукът на камертон може да бъде както силен, така и слаб.
Възможно е да се създават сложни звуци, така че например много честоти съдържат звука на органен акорд. Дори звукът на струната на мандолина е доста сложен. Това се дължи на факта, че опъната струна вибрира не само с основната (като камертон), но и с други честоти. Те генерират допълнителни тонове (хармоници), чиито честоти са цяло число пъти по-високи от честотата на основния тон.
Концепцията за честота е неподходяща за прилагане към шума, въпреки че можем да говорим за някои области на неговите честоти, тъй като те са това, което отличава един шум от друг. Спектърът на шума вече не може да бъде представен от една или няколко линии, както в случая на монохроматичен сигнал или периодична вълна, съдържаща много хармоници. Изобразява се като цяла ивица
Честотната структура на някои звуци, особено музикални, е такава, че всички обертонове са хармонични по отношение на основния тон; в такива случаи се казва, че звуците имат височина (определена от честотата на основния тон). Повечето звуци не са толкова мелодични; те нямат цялостна връзка между честотите, характерни за музикалните звуци. Тези звуци са подобни по структура на шума. Следователно, обобщавайки казаното, можем да кажем, че звукът се характеризира с обем, качество и височина.
Какво се случва със звука, след като се появи? Как стига до ухото ни например? Как се разпределя?
Ние възприемаме звука с ухото. Между звучащото тяло (източник на звук) и ухото (приемник на звук) има вещество, което предава звукови вибрации от източника на звук към приемника. Най-често това вещество е въздух. Звукът не може да се разпространява в безвъздушно пространство. Точно както вълните не могат да съществуват без вода. Експериментите потвърждават това заключение. Нека разгледаме един от тях. Поставете звънец под звънеца на въздушната помпа и го включете. След това започват да изпомпват въздуха. С разреждането на въздуха звукът става все по-слаб и слаб и накрая почти напълно изчезва. Когато отново започна да пускам въздух под камбаната, звукът от камбаната отново се чува.
Разбира се, звукът се разпространява не само във въздуха, но и в други тела. Това може да се провери и експериментално. Дори звук толкова слаб като тиктакане джобен часовник, лежащ в единия край на масата, можете да чуете ясно, като поставите ухото си в другия край на масата.
Добре известно е, че звукът се предава на дълги разстояния над земята и особено над железопътните релси. Като поставите ухото си до релсата или земята, можете да чуете звука на далечен влак или тропот на галопиращ кон.
Ако ударим камък в камък, докато сме под вода, ще чуем ясно звука от удара. Следователно звукът се разпространява и във водата. Рибите чуват стъпки и гласове на хора на брега, това е добре известно на рибарите.
Експериментите показват, че различните твърди вещества провеждат звука по различни начини. Еластичните тела са добри проводници на звука. Повечето метали, дърво, газове и течности са еластични тела и следователно провеждат звука добре.
Меките и порести тела са лош проводник на звука. Когато например часовник е в джоба ви, той е заобиколен мека кърпа, и не ги чуваме да тиктакат.
Между другото, разпространението на звука в твърди тела е свързано с факта, че експеримент с камбана, поставена под капак за дълго времене изглеждаше много убедително. Факт е, че експериментаторите не са изолирали звънеца достатъчно добре и звукът се чува дори когато няма въздух под капака, тъй като вибрациите се предават през различни връзки на инсталацията.
През 1650 г. Athanasius Kirch'er и Otto Hücke, въз основа на експеримент с камбана, заключиха, че въздухът не е необходим за разпространение на звука. И само десет години по-късно Робърт Бойл убедително доказва обратното. Звукът във въздуха, например, се предава чрез надлъжни вълни, т.е. редуващи се кондензации и разреждания на въздуха, идващи от източника на звук. Но тъй като пространството около нас, за разлика от двуизмерната повърхност на водата, е триизмерно, тогава звуковите вълни се разпространяват не на две, а в три посоки– под формата на разминаващи се сфери.
Звуковите вълни, както всички други механични вълни, не се разпространяват в пространството моментално, а с определена скорост. Най-простите наблюдения ни позволяват да проверим това. Например по време на гръмотевична буря първо виждаме светкавица и едва след известно време чуваме гръмотевици, въпреки че вибрациите на въздуха, които възприемаме като звук, се появяват едновременно с светкавицата. Факт е, че скоростта на светлината е много висока (300 000 km/s), така че можем да предположим, че виждаме светкавица в момента, в който се случи. А звукът от гръмотевица, образуван едновременно с мълния, изисква доста забележимо време, за да изминем разстоянието от мястото на произхода му до наблюдател, стоящ на земята. Например, ако чуем гръмотевици повече от 5 секунди след като сме видели светкавица, можем да заключим, че гръмотевичната буря е на поне 1,5 км от нас. Скоростта на звука зависи от свойствата на средата, в която се разпространява звукът. Учените са разработили различни методи за определяне на скоростта на звука във всяка среда.
Скоростта на звука и неговата честота определят дължината на вълната. Наблюдавайки вълните в езерото, забелязваме, че излъчващите кръгове понякога са по-малки, а понякога по-големи, с други думи, разстоянието между вълновите гребени или вълновите падини може да варира в зависимост от размера на обекта, който ги е създал. Като държим ръката си достатъчно ниско над повърхността на водата, можем да усетим всяко пръскане, което минава покрай нас. Колкото по-голямо е разстоянието между последователните вълни, толкова по-рядко гребените им ще докосват пръстите ни. Този прост експеримент ни позволява да заключим, че в случай на вълни на водната повърхност, за дадена скорост на разпространение на вълната, по-висока честота съответства на по-малко разстояние между върховете на вълната, тоест по-къси вълни и, обратно, по-ниската честота съответства на по-дългите вълни.
Същото важи и за звуковите вълни. Фактът, че звукова вълна преминава през определена точка в пространството, може да се съди по промяната на налягането в тази точка. Тази промяна напълно повтаря вибрацията на мембраната на източника на звук. Човек чува звук, защото звуковата вълна упражнява различен натиск върху тъпанчето на ухото му. Веднага щом гребенът на звуковата вълна (или зоната с високо налягане) достигне ухото ни. Усещаме напрежението. Ако области високо кръвно наляганеТъй като звуковите вълни се следват достатъчно бързо, тъпанчето на ухото ни вибрира бързо. Ако гребените на звуковата вълна изостават значително един от друг, тогава тъпанчето ще вибрира много по-бавно.
Скоростта на звука във въздуха е изненадващо постоянна стойност. Вече видяхме, че честотата на звука е пряко свързана с разстоянието между гребените на звуковата вълна, т.е. съществува определена връзка между честотата на звука и дължината на вълната. Можем да изразим тази връзка по следния начин: дължината на вълната е равна на скоростта, разделена на честотата. Друг начин да го кажем е, че дължината на вълната е обратно пропорционална на честотата, с коефициент на пропорционалност, равен на скоростта на звука.
Как звукът става чуваем? Когато звуковите вълни навлязат в ушния канал, те вибрират тъпанчето, средното и вътрешното ухо. Влизайки в течността, изпълваща кохлеята, въздушните вълни засягат космените клетки вътре в кортиевия орган. Слуховият нерв предава тези импулси към мозъка, където те се превръщат в звуци.
Измерване на шума
Шумът е неприятен или нежелан звук или набор от звуци, които пречат на възприемането на полезни сигнали, нарушават тишината, имат вредно или дразнещо въздействие върху човешкото тяло, намалявайки неговата работоспособност.
В шумни райони много хора изпитват симптоми на шумова болест: повишена нервна възбудимост, бърза уморяемост, високо кръвно налягане.
Нивото на шума се измерва в единици,
Изразяване на степента на звука на натиск, децибели. Този натиск не се възприема безкрайно. Ниво на шум от 20-30 dB е практически безвредно за хората - това е естествен фонов шум. Що се отнася до силните звуци, допустимата граница тук е приблизително 80 dB. Звук от 130 dB вече причинява болка на човек, а 150 става непоносим за него.
Акустичният шум е случайни звукови вибрации с различно физическо естество, характеризиращи се със случайни промени в амплитудата и честотата.
Когато се разпространява звукова вълна, състояща се от кондензация и разреждане на въздуха, налягането върху тъпанчето се променя. Единицата за налягане е 1 N/m2, а единицата за звукова мощност е 1 W/m2.
Прагът на чуване е минималната сила на звука, която човек възприема. U различни хоратой е различен и следователно, условно, прагът на чуваемост се счита за звуково налягане, равно на 2x10"5 N/m2 при 1000 Hz, съответстващо на мощност от 10"12 W/m2. Именно с тези стойности се сравнява измерения звук.
Например, звуковата мощност на двигателите при излитане на реактивен самолет е 10 W/m2, тоест надвишава прага 1013 пъти. Неудобно е да се работи с толкова големи числа. За звуци с различна сила казват, че единият е по-силен от другия не толкова пъти, а толкова единици. Единицата за сила на звука се нарича Бел - на името на изобретателя на телефона А. Бел (1847-1922). Силата на звука се измерва в децибели: 1 dB = 0,1 B (Bel). Визуално представяне на връзката между интензитета на звука, звуковото налягане и нивото на звука.
Възприемането на звука зависи не само от неговите количествени характеристики (налягане и мощност), но и от неговото качество - честота.
Един и същи звук при различни честоти се различава по сила на звука.
Някои хора не могат да чуват високочестотни звуци. Така при възрастните хора горната граница на звуково възприятие намалява до 6000 Hz. Те не чуват например писъка на комара или трелбата на щуреца, които произвеждат звуци с честота около 20 000 Hz.
Известният английски физик Д. Тиндал описва една от разходките си с приятел по следния начин: „Ливадите от двете страни на пътя гъмжаха от насекоми, които до ушите ми изпълваха въздуха с острото си бръмчене, но приятелят ми не чуваше каквото и да било от това – музиката на насекомите отлиташе отвъд границите на слуха му.” !
Нива на шум
Силата на звука - нивото на енергия в звука - се измерва в децибели. Шепотът се равнява на приблизително 15 dB, шумоленето на гласове в студентска класна стая достига приблизително 50 dB, а уличният шум по време на интензивен трафик е приблизително 90 dB. Шумове над 100 dB могат да бъдат непоносими за човешкото ухо. Шум около 140 dB (като звук от излитащ реактивен самолет) може да бъде болезнен за ухото и да увреди тъпанчето.
При повечето хора остротата на слуха намалява с възрастта. Това се обяснява с факта, че ушните кости губят първоначалната си подвижност и следователно вибрациите не се предават на вътрешното ухо. В допълнение, ушните инфекции могат да увредят тъпанчето и да повлияят отрицателно върху функционирането на осикулите. Ако имате проблеми със слуха, трябва незабавно да се консултирате с лекар. Някои видове глухота се причиняват от увреждане на вътрешното ухо или слуховия нерв. Загубата на слуха може да бъде причинена и от постоянно излагане на шум (например във фабрика) или внезапни и много силни звукови изблици. Трябва да сте много внимателни, когато използвате лични стерео плейъри, тъй като прекомерната сила на звука също може да причини глухота.
Допустим шум в помещенията
Що се отнася до нивата на шума, заслужава да се отбележи, че такова понятие не е ефимерно и нерегулирано от гледна точка на законодателството. Така в Украйна все още са в сила санитарните норми за допустим шум в жилищни и обществени сгради и в жилищни райони, приети още от времето на СССР. Според този документ в жилищните помещения нивото на шума не трябва да надвишава 40 dB през деня и 30 dB през нощта (от 22:00 до 8:00).
Често шумът носи важна информация. Автомобилен или мотоциклетен състезател внимателно слуша звуците, издавани от двигателя, шасито и други части на движещо се превозно средство, защото всеки външен шум може да бъде предвестник на злополука. Шумът играе важна роля в акустиката, оптиката, компютърните технологии и медицината.
Какво е шум? То се разбира като произволни сложни вибрации от различно физическо естество.
Проблемът с шума съществува отдавна. Още в древни времена звукът на колела по калдъръмените улици причиняваше безсъние на мнозина.
А може би проблемът е възникнал още по-рано, когато съседите в пещерата са започнали да се карат, защото един от тях е чукал твърде силно, докато е правил каменен нож или брадва?
Шумовото замърсяване заобикаляща среданараства през цялото време. Ако през 1948 г. при анкетиране на жителите на големите градове 23% от респондентите са отговорили утвърдително на въпроса дали шумът в апартамента им ги притеснява, то през 1961 г. цифрата вече е 50%. През последното десетилетие нивата на шум в градовете са се увеличили 10-15 пъти.
Шумът е вид звук, въпреки че често се нарича „нежелан звук“. В същото време, според експерти, шумът на трамвай се оценява на 85-88 dB, тролейбус - 71 dB, автобус с мощност на двигателя над 220 к.с. с. - 92 dB, по-малко от 220 l. с. - 80-85 dB.
Учени от Държавния университет в Охайо заключиха, че хората, които редовно се излагат на силни звуци, са 1,5 пъти по-склонни от останалите да развият акустична неврома.
Акустичната неврома е доброкачествен туморкоето води до загуба на слуха. Учените са изследвали 146 пациенти с акустична неврома и 564 здрави хора. На всички им бяха зададени въпроси за това колко често се срещат силни звуцине по-малко от 80 децибела (шум трафик). Въпросникът е отчитал шума от уреди, двигатели, музика, детски писъци, шум на спортни събития, в барове и ресторанти. Участниците в проучването също бяха попитани дали използват устройства за защита на слуха. Тези, които редовно слушат силна музика, са имали 2,5 пъти по-висок риск от развитие на акустична неврома.
За изложените на технически шум – 1,8 пъти. За хората, които редовно слушат детски писъци, шумът на стадиони, ресторанти или барове е 1,4 пъти по-висок. При носене на защита на слуха рискът от развитие на акустична неврома не е по-голям, отколкото при хора, които изобщо не са изложени на шум.
Въздействие на акустичния шум върху човека
Въздействието на акустичния шум върху хората е различно:
А. Вреден
Шумът води до развитие на доброкачествен тумор
Дългосрочният шум влияе неблагоприятно на органа на слуха, разтягайки тъпанчето, като по този начин намалява чувствителността към звука. Води до смущения в работата на сърцето, черния дроб, изтощение и пренапрежение нервни клетки. Звуци и шумове с висока мощност засягат слуховия апарат, нервните центрове и могат да причинят болка и шок. Ето как работи шумовото замърсяване.
Изкуствени, изкуствени шумове. Те влияят негативно на човешката нервна система. Един от най-вредните градски шумове е шумът от моторни превозни средства по главните магистрали. Той дразни нервната система, така че човек е измъчван от безпокойство и се чувства уморен.
Б. Благоприятно
Полезните звуци включват шума на листата. Плисъкът на вълните действа успокояващо на психиката ни. Тихото шумолене на листата, шумоленето на потока, лекото плискане на вода и звукът на прибоя винаги са приятни за човек. Те го успокояват и облекчават стреса.
В. Лечебни
Терапевтичният ефект върху хората с помощта на звуците на природата възниква сред лекари и биофизици, които работят с астронавти още в началото на 80-те години на ХХ век. В психотерапевтичната практика при лечението се използват естествени шумове различни заболяваниякато помощно средство. Психотерапевтите също използват така наречения „бял шум“. Това е вид съскане, смътно напомнящо шума на вълните без плискане на вода. Лекарите вярват, че „белият шум“ успокоява и приспива.
Ефектът на шума върху човешкото тяло
Но дали само слуховите органи са засегнати от шума?
Учениците се насърчават да разберат, като прочетат следните твърдения.
1. Шумът причинява преждевременно стареене. В тридесет случая от сто шумът намалява продължителността на живота на хората в главни градовеза 8-12 години.
2. Всяка трета жена и всеки четвърти мъж страдат от неврози, причинени от повишените нива на шум.
3. Заболявания като гастрит, язва на стомаха и червата се срещат най-често при хора, живеещи и работещи в шумна среда. За поп музикантите язвата на стомаха е професионална болест.
4. Достатъчно силен шум след 1 минута може да предизвика промени в електрическата активност на мозъка, която става подобна на електрическата активност на мозъка при пациенти с епилепсия.
5. Шумът потиска нервната система, особено когато се повтаря.
6. Под въздействието на шума има трайно намаляване на честотата и дълбочината на дишането. Понякога се появява сърдечна аритмия и хипертония.
7. Под въздействието на шума се променя въглехидратния, мастния, протеиновия и солевия метаболизъм, което се изразява в промени в биохимичния състав на кръвта (нивото на кръвната захар намалява).
Прекомерният шум (над 80 dB) засяга не само органите на слуха, но и други органи и системи (кръвоносна, храносмилателна, нервна и др.), Жизнените процеси се нарушават, енергийният метаболизъм започва да надделява над пластичния метаболизъм, което води до преждевременно стареене. на тялото .
ПРОБЛЕМ С ШУМА
Големият град винаги е придружен от шум от трафика. През последните 25-30 години в големите градове по света шумът се е увеличил с 12-15 dB (т.е. обемът на шума се е увеличил 3-4 пъти). Ако има летище в рамките на града, както е в Москва, Вашингтон, Омск и редица други градове, тогава това води до множество превишения на максимално допустимото ниво на звукови стимули.
И все пак автомобилният транспорт е водещият източник на шум в града. Именно той причинява шум до 95 dB по скалата на шумомера по главните улици на градовете. Ниво на шум в дневните при затворени прозорци, с лице към магистралата, са само с 10-15 dB по-ниски, отколкото на улицата.
Шумът на автомобилите зависи от много причини: марката на автомобила, неговата изправност, скорост, качество на пътната настилка, мощност на двигателя и др. Шумът от двигателя се увеличава рязко при запалване и загряване. Когато колата се движи с първа скорост (до 40 км/ч), шумът от двигателя е 2 пъти по-висок от шума, който създава на втора скорост. При рязко спиране на колата шумът също се увеличава значително.
Разкрита е зависимостта на състоянието на човешкото тяло от нивото на шума в околната среда. Отбелязани са известни промени във функционалното състояние на централната нервна и сърдечно-съдовата системи, причинени от шума. Сърдечна исхемия, хипертонична болест, повишените нива на холестерол в кръвта са по-чести при хора, живеещи в шумни райони. Шумът значително нарушава съня, намалявайки неговата продължителност и дълбочина. Времето за заспиване се увеличава с час или повече, а след събуждане хората се чувстват уморени и имат главоболие. С течение на времето всичко това се превръща в хронична умора, отслабва имунната система, допринася за развитието на заболявания и намалява работоспособността.
Сега се смята, че шумът може да съкрати продължителността на живота на човек с почти 10 години. Психично болните хора стават все повече поради нарастващите звукови стимули, особено силно въздействие върху жените има шумът. Като цяло броят на хората с увреден слух в градовете се е увеличил, но най-честите явления са станали главоболиеи повишена раздразнителност.
ШУМОВОТО ЗАМЪРСЯВАНЕ
Звукът и шумът с висока мощност засягат слуховия апарат, нервните центрове и могат да причинят болка и шок. Ето как работи шумовото замърсяване. Тихото шумолене на листата, шумоленето на потока, гласовете на птиците, лекото плискане на вода и звукът на прибоя винаги са приятни за човек. Те го успокояват и облекчават стреса. Използва се в медицински заведения, в стаи за психологическа помощ. Естествените шумове на природата стават все по-редки, изчезват напълно или се заглушават от индустриални, транспортни и други шумове.
Дългосрочният шум влияе неблагоприятно на слуховия орган, намалявайки чувствителността към звука. Води до смущения в работата на сърцето и черния дроб, както и до изтощение и пренапрежение на нервните клетки. Отслабените клетки на нервната система не могат да координират достатъчно работата на различните системи на тялото. Тук възникват смущения в тяхната дейност.
Вече знаем, че шум от 150 dB е вреден за хората. Не напразно през Средновековието е имало екзекуция под камбаната. Грохотът на камбаните измъчваше и бавно убиваше.
Всеки човек възприема шума по различен начин. Много зависи от възрастта, темперамента, здравето и условията на околната среда. Шумът има акумулиращ ефект, тоест акустичните дразнения, натрупвайки се в тялото, все повече потискат нервната система. Шумът има особено вредно въздействие върху нервно-психическата дейност на организма.
Шумовете причиняват функционални нарушения на сърдечно-съдовата система; има вредно въздействие върху зрителните и вестибуларните анализатори; намаляване на рефлексната активност, което често причинява злополуки и наранявания.
Шумът е коварен, вредното му въздействие върху тялото се случва невидимо, неусетно, увреждането на тялото не се открива веднага. Освен това човешкото тяло е практически беззащитно срещу шума.
Все по-често лекарите говорят за шумова болест, която засяга предимно слуха и нервната система. Източникът на шумово замърсяване може да бъде индустриално предприятиеили транспорт. Тежките самосвали и трамваите произвеждат особено силен шум. Шумът засяга човешката нервна система и затова в градовете и предприятията се предприемат мерки за защита от шум. Железопътните и трамвайните линии и пътищата, по които минава товарният транспорт, трябва да бъдат преместени от централните части на градовете към рядко населените райони и създадените около тях зелени площи, които добре поглъщат шума. Самолетите не трябва да летят над градовете.
ШУМОИЗОЛАЦИЯ
Звукоизолацията помага да се избегнат вредните ефекти от шума
Намаляването на нивата на шум се постига чрез строителни и акустични мерки. При външните ограждащи конструкции прозорците и балконските врати имат значително по-ниска шумоизолация от самата стена.
Степента на шумозащита на сградите се определя преди всичко от допустимите норми за шум за помещения за дадено предназначение.
БОЙЕН АКУСТИЧЕН ШУМ
Лабораторията по акустика на МНИИП разработва раздели „Акустична екология” като част от проектната документация. Изпълняват се проекти за звукоизолация на помещения, контрол на шума, изчисления на системи за звукоусилване и акустични измервания. Въпреки че в обикновените помещения хората все повече искат акустичен комфорт – добра защита от шум, разбираем говор и отсъствие на т.нар. акустични фантоми – негативни звукови образи, формирани от някои. В дизайни, предназначени допълнително да се борят с децибелите, най-малко два слоя се редуват - „твърди“ (гипсокартон, гипсови влакна).Също така акустичният дизайн трябва да заема своята скромна ниша вътре. Честотното филтриране се използва за борба с акустичния шум.
ГРАД И ЗЕЛЕНИ МЕСТА
Ако защитавате дома си от шум от дървета, тогава ще бъде полезно да знаете, че звуците не се абсорбират от листата. Удряйки ствола, звуковите вълни се разбиват, насочвайки се към почвата, където се абсорбират. Най-добрият пазачсмърч се счита за мълчание. Дори покрай най-натоварената магистрала можете да живеете спокойно, ако защитите дома си с редица зелени ели. И би било хубаво да засадите кестени наблизо. Един зрял кестен изчиства от автомобилните газове пространство с височина до 10 м, широчина до 20 м и дължина до 100 м. Освен това, за разлика от много други дървета, кестенът разгражда токсичните газове, без почти никаква вреда за „здравето“. ”
Значението на озеленяването на градските улици е голямо - гъстите храстови и горски пояси предпазват от шума, намалявайки го с 10-12 dB (децибела), намаляват концентрацията на вредни частици във въздуха от 100 до 25%, намаляват скоростта на вятъра от 10 до 2 m/s, намаляват концентрацията на газове от автомобили до 15% на единица обем въздух, правят въздуха по-овлажнен, понижават температурата му, т.е. правят го по-приемлив за дишане.
Зелените площи също поглъщат звука; колкото по-високи са дърветата и колкото по-гъсто е засаждането им, толкова по-малко звук се чува.
Зелените площи в комбинация с тревни площи и цветни лехи имат благоприятен ефект върху човешката психика, успокояват зрението и нервната система, са източник на вдъхновение и повишават работоспособността на хората. Най-великите произведения на изкуството и литературата, открития на учените, са възникнали под благотворното влияние на природата. Така са създадени най-великите музикални творения на Бетовен, Чайковски, Щраус и други композитори, картини на прекрасни руски пейзажисти Шишкин, Левитан, произведения на руски и съветски писатели. Неслучайно сибирският научен център е основан сред зелените площи на Приобската гора. Тук, на сянка от градския шум и заобиколени от зеленина, нашите сибирски учени успешно провеждат своите изследвания.
Зелеността на градове като Москва и Киев е висока; в последното, например, има 200 пъти повече насаждения на жител, отколкото в Токио. В столицата на Япония за 50 години (1920-1970 г.) около половината от всички зелени площи, разположени в радиус от десет километра от центъра, са унищожени. В Съединените щати почти 10 хиляди хектара централни градски паркове са били загубени през последните пет години.
← Шумът има пагубен ефект върху здравето на човека, най-вече чрез влошаване на слуха и състоянието на нервната и сърдечно-съдовата система.
← Шумът може да се измерва с помощта на специални инструменти - шумомери.
← Трябва да се бием вредно влияниешум чрез контролиране на нивото на шума, както и използване на специални мерки за намаляване на нивата на шума.