Kuhu levivad helilained kõige kiiremini? Heli erinevates keskkondades – Knowledge Hypermarket
See õppetund käsitleb teemat "Helilained". Selles tunnis jätkame akustika õppimist. Esiteks kordame helilainete määratlust, seejärel kaalume neid sagedusvahemikud ning tutvuda ultraheli- ja infrahelilainete mõistega. Samuti käsitleme helilainete omadusi erinevates meediumites ja saame teada, millised on nende omadused. .
Helilained - need on mehaanilised vibratsioonid, mida inimene tajub kuulmisorganiga levides ja sellega suhtlemisel (joonis 1).
Riis. 1. Helilaine
Füüsika haru, mis nende lainetega tegeleb, nimetatakse akustikaks. Rahvasuus “kuulajateks” kutsutud inimeste elukutse on akustikud. Helilaine on laine, mis levib elastses keskkonnas, see on pikisuunaline laine ja kui see levib elastses keskkonnas, siis vahelduvad kokkusurumine ja tühjendamine. See edastatakse aja jooksul vahemaa tagant (joonis 2).
Riis. 2. Helilainete levik
Helilained hõlmavad vibratsioone, mis esinevad sagedusega 20 kuni 20 000 Hz. Nende sageduste jaoks on vastavad lainepikkused 17 m (20 Hz puhul) ja 17 mm (20 000 Hz puhul). Seda vahemikku nimetatakse kuuldavaks heliks. Need lainepikkused on antud õhu jaoks, mille helikiirus on võrdne .
On ka vahemikke, millega akustikud tegelevad – infraheli ja ultraheli. Infraheli on need, mille sagedus on alla 20 Hz. Ja ultraheli on need, mille sagedus on suurem kui 20 000 Hz (joonis 3).
Riis. 3. Helilaine vahemikud
Iga haritud inimene peab navigeerima helilainete sagedusvahemikus ja teadma, et kui ta läheb ultrahelisse, konstrueeritakse pilt arvutiekraanil sagedusega üle 20 000 Hz.
Ultraheli - Need on helilainetega sarnased mehaanilised lained, kuid sagedusega 20 kHz kuni miljard hertsi.
Nimetatakse laineid, mille sagedus on üle miljardi hertsi hüperheli.
Valatud osade defektide tuvastamiseks kasutatakse ultraheli. Lühikeste ultrahelisignaalide voog suunatakse uuritavale osale. Nendes kohtades, kus defekte pole, läbivad signaalid detaili ilma vastuvõtja poolt registreerimata.
Kui detailis on pragu, õhuõõnsus või muu ebahomogeensus, siis ultraheli signaal peegeldub sellest ja naasmisel siseneb vastuvõtjasse. Seda meetodit nimetatakse ultraheli defektide tuvastamine.
Teised ultrahelirakenduste näited on ultraheliaparaadid, ultraheliaparaadid, ultraheliravi.
Infraheli - helilainetega sarnased mehaanilised lained, kuid sagedusega alla 20 Hz. Inimese kõrv neid ei taju.
Infrahelilainete looduslikud allikad on tormid, tsunamid, maavärinad, orkaanid, vulkaanipursked ja äikesetormid.
Infraheli on ka oluline laine, mida kasutatakse pinna vibreerimiseks (näiteks mõne suure objekti hävitamiseks). Saadame infraheli pinnasesse – ja muld laguneb. Kus seda kasutatakse? Näiteks teemandikaevandustes, kus nad võtavad teemantkomponente sisaldava maagi ja purustavad selle väikesteks osakesteks, et leida need teemandilisandid (joonis 4).
Riis. 4. Infraheli rakendamine
Heli kiirus sõltub keskkonnatingimustest ja temperatuurist (joonis 5).
Riis. 5. Helilainete levimise kiirus erinevates meediumites
Pange tähele: õhus on heli kiirus võrdne väärtusega ja kell , suureneb kiirus võrra. Kui olete teadlane, võivad need teadmised teile kasulikud olla. Võite isegi tulla välja mingi temperatuurianduriga, mis salvestab temperatuuri erinevusi, muutes helikiirust keskkonnas. Teame juba, et mida tihedam on keskkond, seda tõsisem on keskkonna osakeste vastastikmõju, seda kiiremini levib laine. Viimases lõigus arutasime seda kuiva õhu ja niiske õhu näitel. Vee puhul on heli levimise kiirus . Kui loote helilaine (koputage häälehargile), on selle levimiskiirus vees 4 korda suurem kui õhus. Vee kaudu jõuab teave 4 korda kiiremini kui õhu kaudu. Ja terases on see veelgi kiirem: (joonis 6).
Riis. 6. Helilaine levimiskiirus
Teate eepostest, mida Ilja Muromets kasutas (ja kõik kangelased ja tavalised vene inimesed ja poisid RVS Gaidar), kasutasid nad väga huvitavat viisi läheneva, kuid siiski kaugel asuva objekti tuvastamiseks. Heli, mida see liikumisel tekitab, pole veel kuuldav. Ilja Muromets, kõrv maas, kuuleb teda. Miks? Kuna heli edastatakse üle kindla pinnase suurema kiirusega, mis tähendab, et see jõuab kiiremini Ilja Murometsa kõrva ja ta saab valmistuda vaenlasega kohtumiseks.
Kõige huvitavam helilained- muusikalised helid ja mürad. Millised objektid võivad tekitada helilaineid? Kui võtame laineallika ja elastse meediumi, kui paneme heliallika harmooniliselt vibreerima, siis saame imelise helilaine, mida hakatakse nimetama muusikaliseks heliks. Nendeks helilainete allikateks võivad olla näiteks kitarri või klaveri keeled. See võib olla helilaine, mis tekib toru (oreli või toru) õhupilus. Muusikatundidest teate noote: do, re, mi, fa, sol, la, si. Akustikas nimetatakse neid toonideks (joon. 7).
Riis. 7. Muusikalised toonid
Kõik objektid, mis võivad toone tekitada, omavad funktsioone. Mille poolest need erinevad? Need erinevad lainepikkuse ja sageduse poolest. Kui neid helilaineid ei tekita harmooniliselt kõlavad kehad või need ei ole ühendatud mingiks ühiseks orkestriteoseks, siis nimetatakse sellist helikogust müraks.
Müra– erineva füüsikalise olemusega juhuslikud võnkumised, mida iseloomustab nende ajalise ja spektraalse struktuuri keerukus. Müra mõiste on nii kodune kui ka füüsiline, need on väga sarnased ja seetõttu tutvustame seda eraldi olulise vaatlusobjektina.
Liigume edasi helilainete kvantitatiivsete hinnangute juurde. Millised on muusikaliste helilainete omadused? Need omadused kehtivad eranditult harmooniliste helivibratsioonide kohta. Niisiis, helitugevus. Kuidas helitugevust määratakse? Vaatleme helilaine levikut ajas või helilaine allika võnkumisi (joonis 8).
Riis. 8. Helitugevus
Samas, kui me ei lisanud süsteemi palju heli (vaksime näiteks klaveriklahvi vaikselt), siis on vaikne heli. Kui tõstame käe valjult kõrgele, tekitame selle heli klahvi lüües, saame valju heli. Millest see oleneb? Vaiksel helil on väiksem vibratsiooni amplituud kui valjul helil.
Muusikalise heli ja mis tahes muu heli järgmine oluline omadus on kõrgus. Millest sõltub helikõrgus? Kõrgus sõltub sagedusest. Võime panna allika võnkuma sageli või mitte väga kiiresti (st sooritama ajaühikus vähem võnkumisi). Vaatleme sama amplituudiga kõrge ja madala heli aja pühkimist (joonis 9).
Riis. 9. Pitch
Võib teha huvitava järelduse. Kui inimene laulab bassihäälega, vibreerib tema heliallikas (häälepaelad) mitu korda aeglasemalt kui sopranit laulval inimesel. Teisel juhul vibreerivad häälepaelad sagedamini ja põhjustavad seetõttu laine levimisel sagedamini kokkusurumis- ja tühjenemistaskuid.
Helilainetel on veel üks huvitav omadus, mida füüsikud ei uuri. See tämber. Teate ja eristate kergesti sama muusikapala, mida esitatakse balalaikal või tšellol. Mille poolest need helid või see esitus erinevad? Katse alguses palusime heli tekitavatel inimestel teha need ligikaudu sama amplituudiga, et helitugevus oleks sama. See on nagu orkestri puhul: kui pole vaja ühtegi pilli esile tõsta, mängivad kõik umbes ühtemoodi, sama tugevusega. Nii et balalaika ja tšello tämber on erinev. Kui joonistaks diagrammide abil ühest instrumendist tekitatud heli teisest instrumendist, oleksid need samad. Kuid saate neid instrumente heli järgi kergesti eristada.
Veel üks näide tämbri tähtsusest. Kujutage ette kahte lauljat, kes lõpetavad sama muusikaülikooli samade õpetajatega. Nad õppisid võrdselt hästi, sirgete A-dega. Ühest saab millegipärast silmapaistev tegija, teine aga pole terve elu karjääriga rahul. Tegelikult määrab selle ainuüksi nende instrument, mis põhjustab keskkonnas vokaalseid vibratsioone, st nende hääled erinevad tämbri poolest.
Bibliograafia
- Sokolovitš Yu.A., Bogdanova G.S. Füüsika: teatmeteos probleemide lahendamise näidetega. - 2. väljaande ümberjaotus. - X.: Vesta: kirjastus "Ranok", 2005. - 464 lk.
- Perõškin A.V., Gutnik E.M., Füüsika. 9. klass: üldhariduse õpik. institutsioonid/A.V. Perõškin, E.M. Gutnik. - 14. väljaanne, stereotüüp. - M.: Bustard, 2009. - 300 lk.
- Internetiportaal "eduspb.com" ()
- Interneti-portaal “msk.edu.ua” ()
- Interneti-portaal “class-fizika.narod.ru” ()
Kodutöö
- Kuidas heli liigub? Mis võiks olla heli allikas?
- Kas heli võib kosmoses liikuda?
- Kas iga laine, mis inimese kuulmisorganisse jõuab, on tema poolt tajutav?
Heli levib vees viis korda kiiremini kui õhus. keskmine kiirus võrdub 1400 - 1500 m/sek (heli kiirus õhus on 340 m/sek). Tundub, et ka kuuldavus vees paraneb. Tegelikult pole see kaugeltki nii. Heli tugevus ei sõltu ju mitte levimiskiirusest, vaid helivõnke amplituudist ja kuulmisorganite tajumisvõimest. Corti elund, mis koosneb kuulmisrakkudest, asub sisekõrva sisekõrvas. Helilained vibreerivad kuulmekile kuulmisluud ja Corti elundi membraan. Viimaste karvarakkudest, mis tajuvad helivõnkeid, läheb närviline stimulatsioon aju oimusagaras asuvasse kuulmiskeskusesse.
Helilaine võib siseneda sisekõrv inimesel kahel viisil: õhu juhtimisel läbi väliskuulmekanali, kuulmekile ja keskkõrva kuulmisluud ja luu juhtivuse kaudu - kolju luude vibratsioon. Pinnal on ülekaalus õhujuhtivus ja vee all luu juhtivus. Lihtne kogemus veenab meid selles. Kata mõlemad kõrvad peopesadega. Pinnal halveneb kuuldavus järsult, kuid vee all seda ei täheldata.
Nii et vee all tajutakse helisid peamiselt luu juhtivuse kaudu. Teoreetiliselt on see seletatav asjaoluga, et vee akustiline takistus läheneb inimkoe akustilisele takistusele. Seetõttu on energiakadu helilainete üleminekul veest inimese pea luudele väiksem kui õhus. Õhujuhtivus kaob vee all peaaegu ära, kuna väline kuulmekäik on veega täidetud ja kuulmekile lähedal asuv väike õhukiht edastab helivibratsiooni nõrgalt.
Katsed on näidanud, et luu juhtivus on 40% madalam kui õhujuhtivus. Seetõttu kuuldavus vee all üldiselt halveneb. Kuuldavuse ulatus koos luu juhtivusega ei sõltu mitte niivõrd tugevusest, kuivõrd tonaalsusest: mida kõrgem on toon, seda kaugemale heli kostab.
Inimeste jaoks on veealune maailm vaikuse maailm, kus puuduvad kõrvalised helid. Seetõttu on kõige lihtsamad helisignaalid tajutavad vee all märkimisväärsete vahemaade tagant. Inimene kuuleb lööki vette kastetud metallkanistri pihta 150-200 m kauguselt, kõristi häält 100 m kaugusel, kella helinat 60 m kaugusel.
Veealused helid on tavaliselt pinnal kuulmatud, nagu ka väljast kostuvad helid vee all. Veealuste helide tajumiseks peate olema vähemalt osaliselt sukeldunud. Kui sisenete vette põlvini, hakkate tajuma heli, mida varem polnud kuulda. Sukeldumisel helitugevus suureneb. See on eriti kuuldav, kui pea on vee all.
Pinnalt helisignaalide saatmiseks tuleb heliallikas vähemalt poolenisti vette lasta ja helitugevus muutub. Kõrva järgi vee all orienteerumine on äärmiselt keeruline. Õhus jõuab heli ühte kõrva 0,00003 sekundit varem kui teise. See võimaldab määrata heliallika asukoha vaid 1-3° veaga. Vee all tajuvad heli korraga mõlemad kõrvad ja seetõttu selget suunataju ei teki. Suunamisviga võib olla 180°.
Spetsiaalselt lavastatud eksperimendis ainult üksikud valgussukeldujad pärast pikki eksirännakuid ja... otsingud läksid heliallika asukohta, mis asus neist 100-150 m. Märgiti, et süstemaatiline treenimine pika aja jooksul võimaldab arendada võimet vee all üsna täpselt heli järgi navigeerida. Kuid niipea, kui treening peatub, nullitakse selle tulemused ära.
Kui helilaine teel takistusi ei kohta, levib see kõikides suundades ühtlaselt. Kuid mitte iga takistus ei muutu tema jaoks takistuseks.
Olles kohanud oma teel takistust, võib heli selle ümber painduda, peegelduda, murduda või neelduda.
Heli difraktsioon
Me võime rääkida inimesega, kes seisab hoone nurga taga, puu taga või aia taga, kuigi me ei näe teda. Me kuuleme seda, sest heli suudab nende objektide ümber painduda ja tungida nende taga olevasse piirkonda.
Laine võimet painduda ümber takistuse nimetatakse difraktsioon .
Difraktsioon tekib siis, kui heli lainepikkus ületab takistuse suuruse. Madala sagedusega helilained on üsna pikad. Näiteks sagedusel 100 Hz võrdub see 3,37 m. Sageduse vähenedes muutub pikkus veelgi suuremaks. Seetõttu paindub helilaine kergesti ümber sellega võrreldavate objektide. Pargi puud ei sega meie helikuulmist sugugi, sest nende tüvede läbimõõdud on helilaine pikkusest palju väiksemad.
Tänu difraktsioonile tungivad helilained läbi takistuse pragude ja aukude ning levivad nende taha.
Asetame helilaine teele auguga lameekraani.
Juhul, kui heli lainepikkus ƛ palju suurem kui augu läbimõõt D , või need väärtused on ligikaudu võrdsed, siis augu taga jõuab heli kõikidesse punktidesse ekraani taga asuvas piirkonnas (heli varjuala). Väljuva laine esiosa näeb välja nagu poolkera.
Kui ƛ on vaid veidi väiksem kui pilu läbimõõt, siis levib põhiosa lainest otse ja väike osa lahkneb veidi külgedele. Ja juhul, kui ƛ palju vähem D , liigub kogu laine edasisuunas.
Heli peegeldus
Kui helilaine tabab kahe meediumi vahelist liidest, on see võimalik erinevad variandid selle edasine levik. Heli võib peegelduda liidesest, liikuda teise meediumisse ilma suunda muutmata või murduda, see tähendab liikuda, muutes oma suunda.
Oletame, et helilaine teele ilmub takistus, mille suurus on palju suurem kui lainepikkus, näiteks puhas kalju. Kuidas heli käitub? Kuna see ei saa sellest takistusest mööda minna, peegeldub see sellest. Takistuse taga on akustiline varjutsoon .
Takistusest peegeldunud heli nimetatakse kaja .
Helilaine peegelduse iseloom võib olla erinev. See sõltub peegeldava pinna kujust.
Peegeldus nimetatakse helilaine suuna muutuseks kahe erineva meediumi vahelisel liidesel. Peegeldumisel naaseb laine keskkonda, kust see tuli.
Kui pind on tasane, peegeldub heli sellelt samamoodi nagu valguskiir peegeldub peeglist.
Nõgusalt pinnalt peegelduvad helikiired fokusseeritakse ühte punkti.
Kumer pind hajutab heli.
Dispersiooniefekti annavad kumerad sambad, suured liistud, lühtrid jne.
Heli ei liigu ühest kandjast teise, vaid peegeldub sealt, kui kandja tihedused oluliselt erinevad. Seega ei kandu vees tekkiv heli õhku üle. Liideselt peegeldudes jääb see vette. Jõe kaldal seisev inimene seda heli ei kuule. Seda seletatakse vee ja õhu lainetakistuste suure erinevusega. Akustikas on lainetakistus võrdne keskkonna tiheduse ja selles helikiiruse korrutisega. Kuna gaaside lainetakistus on oluliselt väiksem vedelike ja tahkete ainete lainetakistusest, siis kui helilaine tabab õhu ja vee piiri, siis see peegeldub.
Vees olevad kalad ei kuule veepinna kohal tekkivat heli, kuid nad suudavad selgelt eristada heli, mille allikaks on vees vibreeriv keha.
Heli murdumine
Heli levimise suuna muutmist nimetatakse murdumine . See nähtus ilmneb siis, kui heli liigub ühest keskkonnast teise ja selle levimiskiirus neis keskkondades on erinev.
Langemisnurga siinuse ja peegeldusnurga siinuse suhe võrdub heli levimiskiiruste suhtega keskkonnas.
Kus i - langemisnurk,
r - peegeldusnurk,
v 1 – heli levimise kiirus esimeses keskkonnas,
v 2 – heli levimise kiirus teises keskkonnas,
n - murdumisnäitaja.
Heli murdumist nimetatakse murdumine .
Kui helilaine ei lange pinnaga risti, vaid 90°-st erineva nurga all, siis murdub laine langeva laine suunast kõrvale.
Heli murdumist võib täheldada mitte ainult kandjate vahelisel liidesel. Helilained võivad muuta oma suunda heterogeenses keskkonnas – atmosfääris, ookeanis.
Atmosfääris põhjustavad murdumist õhutemperatuuri, õhumasside liikumiskiiruse ja -suuna muutused. Ja ookeanis ilmneb see vee omaduste heterogeensuse tõttu - erinev hüdrostaatiline rõhk erinevatel sügavustel, erinevad temperatuurid ja erinevad soolsused.
Heli neeldumine
Kui helilaine puutub kokku pinnaga, neeldub osa selle energiast. Ja kui palju energiat meedium suudab neelata, saab määrata helineeldumistegurit teades. See koefitsient näitab, kui suure osa helivibratsiooni energiast neelab 1 m2 takistust. Selle väärtus on vahemikus 0 kuni 1.
Heli neeldumise mõõtühikut nimetatakse sabin . See sai oma nime Ameerika füüsiku järgi Wallace Clement Sabin, arhitektuurse akustika asutaja. 1 sabin on energia, mis neelab 1 m 2 pinda, mille neeldumistegur on 1. See tähendab, et selline pind peab neelama absoluutselt kogu helilaine energia.
Reverberatsioon
Wallace Sabin
Materjalide heli neelamise omadust kasutatakse arhitektuuris laialdaselt. Foggi muuseumisse kuuluva loengusaali akustikat uurides jõudis Wallace Clement Sabin järeldusele, et saali suuruse, akustiliste tingimuste, heli neelavate materjalide tüübi ja pindala vahel on seos. järelkaja aeg .
Reverberatsioon nimetage helilaine takistustelt peegeldumise protsessi ja selle järkjärgulist sumbumist pärast heliallika väljalülitamist. Suletud ruumis võib heli seintelt ja objektidelt korduvalt peegelduda. Selle tulemusena tekivad erinevad kajasignaalid, millest igaüks kõlab justkui eraldi. Seda efekti nimetatakse järelkaja efekt .
Ruumi kõige olulisem omadus on järelkaja aeg , mille Sabin sisestas ja arvutas.
Kus V - ruumi maht,
A – üldine helineeldumine.
Kus a i – materjali helineeldumistegur,
S i - iga pinna pindala.
Kui järelkõlaaeg on pikk, tunduvad helid saalis “tiirlevat”. Need kattuvad üksteisega, summutavad peamise heliallika ja saal läheb buumiks. Lühikese järelkõlaajaga neelavad seinad kiiresti helid ja need muutuvad tuhmiks. Seetõttu peab igas toas olema oma täpne arvutus.
Oma arvutuste põhjal paigutas Sabin helisummutavad materjalid nii, et “kajaefekt” vähenes. Ja Boston Symphony Halli, mille loomisel ta akustikakonsultant oli, peetakse siiani üheks maailma parimaks saaliks.
Hüdroakustika (kreeka keelest hydor- vesi, akustiline- kuuldav) - teadus veekeskkonnas toimuvate nähtuste kohta, mis on seotud akustiliste lainete levimise, emissiooni ja vastuvõtmisega. See hõlmab veekeskkonnas kasutamiseks mõeldud hüdroakustiliste seadmete arendamise ja loomise küsimusi.
Arengu ajalugu
Hüdroakustika alused
Akustiliste lainete levimise tunnused vees
Kajasündmuse komponendid.
Algus terviklik ja alusuuringud akustiliste lainete leviku kohta vees algatati Teise maailmasõja ajal, mille tingis vajadus lahendada mereväe ja ennekõike allveelaevade praktilisi probleeme. Eksperimentaalne ja teoreetiline töö aastal jätkati sõjajärgsed aastad ja on kokku võetud mitmetes monograafiates. Nende tööde tulemusena tehti kindlaks ja selgitati välja mõned akustiliste lainete vees levimise tunnused: neeldumine, sumbumine, peegeldumine ja murdumine.
Akustilise laine energia neeldumine merevesi on põhjustatud kahest protsessist: keskkonna sisehõõrdumisest ja selles lahustunud soolade dissotsiatsioonist. Esimene protsess muudab akustilise laine energia soojuseks ja teine, muundudes keemiliseks energiaks, eemaldab molekulid tasakaaluolekust ja need lagunevad ioonideks. Seda tüüpi neeldumine suureneb järsult koos akustilise vibratsiooni sageduse suurenemisega. Vees hõljuvate osakeste, mikroorganismide ja temperatuurianomaaliate esinemine põhjustab ka akustilise laine nõrgenemist vees. Reeglina on need kaod väikesed ja sisalduvad kogu neeldumises, kuid mõnikord, nagu näiteks laeva kiiluveest hajumise korral, võivad need kaod ulatuda kuni 90%. Temperatuurianomaaliate olemasolu toob kaasa asjaolu, et akustiline laine langeb akustilistesse varjutsoonidesse, kus see võib läbida mitu peegeldust.
Vee - õhu ja vee - põhja vaheliste liideste olemasolu viib akustilise laine peegeldumiseni neist ja kui esimesel juhul peegeldub akustiline laine täielikult, siis teisel juhul sõltub peegelduskoefitsient põhja materjalist: mudane põhi peegeldab halvasti, liivane ja kivine hästi. Madalatel sügavustel tekib akustilise laine mitmekordse peegelduse tõttu põhja ja pinna vahel veealune helikanal, milles akustiline laine võib levida pikkade vahemaade taha. Heli kiiruse muutmine erinevatel sügavustel viib heli "kiirte" paindumiseni - murdumiseni.
Heli murdumine (helikiire tee kõverus)
Heli murdumine vees: a - suvel; b - talvel; vasakul on kiiruse muutus sügavusega. Heli levimise kiirus muutub koos sügavusega ning muutused sõltuvad aasta- ja päevaajast, veehoidla sügavusest ja mitmetest muudest põhjustest. Horisondi suhtes teatud nurga all olevast allikast väljuvad helikiired painutatakse ja painde suund sõltub helikiiruste jaotusest keskkonnas: suvel, kui ülemised kihid on alumisest soojemad, painduvad kiired allapoole. ja peegelduvad enamasti alt, kaotades olulise osa oma energiast. talvel, kui alumised veekihid hoiavad oma temperatuuri, samas kui ülemised kihid jahtuvad, painduvad kiired ülespoole ja peegelduvad korduvalt veepinnalt, samal ajal kaob oluliselt vähem energiat. Seetõttu on talvel heli leviku ulatus suurem kui suvel. Helikiiruse vertikaaljaotus (VSD) ja kiirusgradient mõjutavad otsustavalt heli levikut merekeskkonnas. Helikiiruse jaotus maailma ookeani eri piirkondades on erinev ja ajas muutuv. VRSD tüüpilisi juhtumeid on mitu: |
Heli hajumine ja neeldumine keskkonna ebahomogeensuse tõttu.
Heli levik veealuses helis. kanal: a - heli kiiruse muutus sügavusega; b - kiirgustee helikanalis. Kõrgsageduslike helide levimist, kui lainepikkused on väga väikesed, mõjutavad väikesed ebahomogeensused, mida tavaliselt leidub looduslikes veekogudes: gaasimullid, mikroorganismid jne. Need ebahomogeensused toimivad kahel viisil: nad neelavad ja hajutavad heli energiat. lained. Selle tulemusena väheneb helivõnke sageduse kasvades nende leviku ulatus. See efekt on eriti märgatav vee pinnakihis, kus esineb kõige rohkem ebahomogeensusi. Heli hajumine ebahomogeensuste, aga ka veepinna ja põhja ebatasasuste tõttu põhjustab veealuse järelkaja nähtuse, mis kaasneb heliimpulsi saatmisega: ebahomogeensuste kogumilt peegelduvad ja ühinevad helilained tekitavad heliimpulsi pikenemine, mis jätkub pärast selle lõppu. Veealuste helide leviulatuse piire piirab ka mere loomulik müra, millel on kahekordne päritolu: osa mürast tekib lainete mõjust veepinnale, meresurfist, veeremise müra vms; teine osa on seotud merefaunaga (hüdrobiontide tekitatud helid: kalad ja muud mereloomad). Biohüdroakustika tegeleb selle väga tõsise aspektiga. |
Helilainete leviku ulatus
Helilainete levimisulatus on kiirgussageduse kompleksfunktsioon, mis on üheselt seotud akustilise signaali lainepikkusega. Nagu teada, nõrgenevad kõrgsageduslikud akustilised signaalid kiiresti veekeskkonna tugeva neeldumise tõttu. Madala sagedusega signaalid, vastupidi, on võimelised levima veekeskkonnas pikkade vahemaade taha. Seega võib 50 Hz sagedusega akustiline signaal levida ookeanis tuhandete kilomeetrite kaugusele, samas kui külgskaneerimise sonarile omase sagedusega 100 kHz signaali levimisulatus on vaid 1-2 km. . Erineva akustilise signaali sagedusega (lainepikkusega) kaasaegsete kajaloodide ligikaudsed vahemikud on toodud tabelis:
Kasutusvaldkonnad.
Hüdroakustika on laialt levinud praktiline kasutamine, kuna seda pole veel loodud tõhus süsteem elektromagnetlainete edastamine vee all mis tahes olulise vahemaa tagant ning seetõttu on heli ainuvõimalik vee all suhtlemise viis. Nendel eesmärkidel kasutatakse helisagedusi 300 kuni 10 000 Hz ja ultraheli alates 10 000 Hz. Helivaldkonnas kasutatakse emitterite ja vastuvõtjatena elektrodünaamilisi ja piesoelektrilisi emittereid ja hüdrofone ning ultrahelivaldkonnas piesoelektrilisi ja magnetostriktiivseid.
Hüdroakustika kõige olulisemad rakendused:
- sõjaliste probleemide lahendamiseks;
- merenavigatsioon;
- Helikommunikatsioon;
- kalapüügi uurimine;
- Okeanoloogilised uuringud;
- Tegevusvaldkonnad ookeanipõhja ressursside arendamiseks;
- Akustika kasutamine basseinis (kodus või sünkroonujumise treeningkeskuses)
- Mereloomade koolitus.
Märkmed
Kirjandus ja teabeallikad
KIRJANDUS:
- V.V. Šuleikin Mere füüsika. - Moskva: "Teadus", 1968. - 1090 lk.
- I.A. rumeenlane Hüdroakustika alused. - Moskva: "Laevaehitus", 1979 - 105 lk.
- Yu.A. Koryakin Hüdroakustilised süsteemid. - Peterburi: “Peterburi teadus ja Venemaa merejõud”, 2002. - 416 lk.
Kas olete kunagi mõelnud, et heli on üks silmatorkavamaid elu, tegevuse ja liikumise ilminguid? Ja ka sellest, et igal helil on oma “nägu”? Ja isegi suletud silmadega, ilma midagi nägemata, saame ainult heli järgi aimata, mis meie ümber toimub. Me suudame eristada sõprade hääli, kuulda kahinat, möirgamist, haukumist, niitmist jne. Kõik need helid on meile lapsepõlvest tuttavad ja me tunneme neid kergesti ära. Pealegi kuuleme isegi absoluutses vaikuses sisekuulmine iga loetletud heli. Kujutage ette, nagu oleks see tegelikkuses.
Mis on heli?
Inimkõrvaga tajutavad helid on üks olulisemaid meid ümbritseva maailma teabeallikaid. Mere- ja tuulekohin, linnulaul, inimhääled ja loomahüüded, äikeseplaginad, liikuvate kõrvade helid muudavad muutuvate välistingimustega kohanemise lihtsamaks.
Kui näiteks kivi kukkus mägedes ja läheduses polnud kedagi, kes kuulis selle kukkumise häält, siis kas see heli oli olemas või mitte? Küsimusele saab vastata võrdselt nii positiivselt kui ka negatiivselt, kuna sõnal "heli" on kahekordne tähendus. Seetõttu on vaja kokku leppida. Seetõttu tuleb kokku leppida, mida peetakse heliks - füüsikaliseks nähtuseks. helivibratsiooni õhus levimise või kuulaja aistingu vorm. Esimene on sisuliselt põhjus, teine on tagajärg, samas kui esimene heli mõiste on objektiivne, teine on subjektiivne. Esimesel juhul heli on tegelikult energiavoog, mis voolab nagu jõevool. Selline heli võib muuta keskkonda, mida ta läbib, ja muutub selle poolt ka ise." Teisel juhul peame heli all silmas neid aistinguid, mis tekivad kuulajas, kui helilaine mõjub ajule läbi kuuldeaparaadi Heli kuuldes saab inimene kogeda erinevaid tundeid See keeruline helide kompleks, mida nimetame muusikaks, kutsub meis esile väga erinevaid emotsioone Helid moodustavad kõne aluse, mis toimib inimühiskonna peamise suhtlusvahendina. Ja lõpuks on heli vorm, mida nimetatakse müraks. Heli analüüs subjektiivse taju seisukohast on keerulisem kui objektiivse hinnanguga.
Kuidas heli luua?
Kõigi helide ühisosa on see, et neid tekitavad kehad ehk heliallikad vibreerivad (kuigi enamasti on need võnked silmale nähtamatud). Näiteks inimeste ja paljude loomade hääled tekivad nende häälepaelte vibratsiooni tagajärjel, tekitatakse puhkpillide heli, sireeni heli, tuule vile ja äikesehelin. õhumasside vibratsiooni tõttu.
Joonlaua näitel saate sõna otseses mõttes oma silmaga näha, kuidas heli sünnib. Millise liigutuse teeb joonlaud, kui kinnitame ühe otsa, tõmbame teisest ja vabastame? Märkame, et ta näis värisevat ja kõhklevat. Selle põhjal järeldame, et heli tekib mõne objekti lühikese või pika vibratsiooniga.
Heli allikaks ei saa olla ainult vibreerivad objektid. Kuulide või mürskude vilistamine lennu ajal, tuule ulumine, reaktiivmootori mürin sünnivad õhuvoolu katkestest, mille käigus tekivad ka harvendamine ja kokkusurumine.
Samuti saab heli vibratsioonilisi liikumisi märgata seadme – häälehargi abil. See on kumer metallvarras, mis on paigaldatud resonaatorikarbil olevale jalale. Kui lööd haamriga vastu häälehargi, siis see kõlab. Hoonihargi okste vibratsioon on märkamatu. Kuid neid saab tuvastada, kui tuua helinahasse väikese niidi otsa riputatud kuuli. Pall põrkab perioodiliselt, mis näitab Cameroni okste vibratsiooni.
Heliallika ja ümbritseva õhu vastasmõju tulemusena hakkavad õhuosakesed heliallika liigutustega ajas (või “peaaegu ajas”) kokku suruma ja laienema. Seejärel kanduvad vibratsioonid õhu kui vedela keskkonna omaduste tõttu ühelt õhuosakelt teisele.
Helilainete levimise selgituse poole
Selle tulemusel kanduvad vibratsioonid läbi õhu üle vahemaa, st heli või akustiline laine või lihtsalt heli levib läbi õhu. Inimkõrva jõudev heli omakorda ergastab oma tundlikes piirkondades vibratsioone, mida me tajume kõne, muusika, müra jne kujul (olenevalt heli omadustest, mille dikteerib selle allika olemus) .
Helilainete levik
Kas on võimalik näha, kuidas heli "jookseb"? Läbipaistvas õhus või vees on osakeste endi vibratsioon märkamatu. Kuid võite kergesti leida näite, mis ütleb teile, mis juhtub heli levimisel.
Helilainete levimise vajalik tingimus on materiaalse keskkonna olemasolu.
Vaakumis helilained ei levi, kuna seal pole osakesi, mis edastaksid vibratsiooni allikast tulenevat interaktsiooni.
Seetõttu valitseb Kuul atmosfääri puudumise tõttu täielik vaikus. Isegi meteoriidi kukkumine selle pinnale pole vaatlejale kuuldav.
Helilainete levimiskiiruse määrab osakeste vaheliste interaktsioonide ülekandekiirus.
Heli kiirus on helilainete levimise kiirus keskkonnas. Gaasi puhul osutub heli kiirus molekulide termilise kiiruse suurusjärgus (täpsemalt mõnevõrra väiksemaks) ja seetõttu suureneb gaasi temperatuuri tõustes. Mida suurem on aine molekulide interaktsiooni potentsiaalne energia, seda suurem on heli kiirus, seega ka heli kiirus vedelikus, mis omakorda ületab heli kiirust gaasis. Näiteks merevees on heli kiirus 1513 m/s. Terases, kus põik- ja pikilained võivad levida, on nende levimiskiirus erinev. Ristlained levivad kiirusega 3300 m/s, pikilained aga kiirusega 6600 m/s.
Heli kiirus mis tahes keskkonnas arvutatakse järgmise valemiga:
kus β on söötme adiabaatiline kokkusurutavus; ρ - tihedus.
Helilainete levimise seadused
Heli levimise põhiseaduste hulka kuuluvad selle peegelduse ja murdumise seadused erinevate meediumite piiridel, samuti heli difraktsioon ja hajumine takistuste ja ebahomogeensuse olemasolul keskkonnas ja meediumite vahelistel liidestel.
Heli levimise ulatust mõjutab helineeldumistegur, st helilaine energia pöördumatu üleminek muudeks energialiikideks, eriti soojuseks. Oluline tegur on ka kiirguse suund ja heli levimise kiirus, mis sõltub keskkonnast ja selle spetsiifilisest olekust.
Heliallikast levivad akustilised lained igas suunas. Kui helilaine läbib suhteliselt väikese augu, siis see levib igas suunas, mitte ei liigu suunatud kiires. Näiteks tänavaheli, mis tungib läbi avatud akna tuppa, kostub kõigis punktides, mitte ainult akna vastas.
Helilainete levimise iseloom takistuse läheduses oleneb takistuse suuruse ja lainepikkuse vahelisest seosest. Kui takistuse suurus on lainepikkusega võrreldes väike, siis laine voolab ümber selle takistuse, levides igas suunas.
Helilained, mis tungivad ühest keskkonnast teise, kalduvad oma algsest suunast kõrvale, see tähendab, et nad murduvad. Murdumisnurk võib olla langemisnurgast suurem või väiksem. See sõltub sellest, millisesse meediumisse heli tungib. Kui heli kiirus teises keskkonnas on suurem, on murdumisnurk suurem kui langemisnurk ja vastupidi.
Kohtades oma teel takistust, peegelduvad helilained sellelt rangelt teatud reegel– peegeldusnurk võrdub langemisnurgaga – sellega on seotud kaja mõiste. Kui heli peegeldub mitmelt pinnalt erinevatel kaugustel, tekib mitu kaja.
Heli levib lahkneva sfäärilise laine kujul, mis täidab järjest suurema helitugevuse. Kauguse kasvades keskkonna osakeste vibratsioon nõrgeneb ja heli hajub. Teatavasti tuleb edastusulatuse suurendamiseks heli koondada etteantud suunas. Kui tahame, et meid näiteks kuuldakse, paneme peopesad suu juurde või kasutame megafoni.
Difraktsioonil ehk helikiirte paindumisel on suur mõju heli leviku ulatusele. Mida heterogeensem on meedium, seda rohkem on helikiir painutatud ja sellest tulenevalt lühem on heli levimisulatus.
Heli omadused ja selle omadused
Heli peamised füüsikalised omadused on vibratsiooni sagedus ja intensiivsus. Need mõjutavad inimeste kuulmist.
Võnkeperiood on aeg, mille jooksul toimub üks täielik võnkumine. Näitena võib tuua kõikuva pendli, kui see liigub vasakpoolsest äärmisest asendist äärmisesse parempoolsesse asendisse ja pöördub tagasi algsesse asendisse.
Võnkesagedus on täielike võnkumiste (perioodide) arv sekundis. Seda ühikut nimetatakse hertsiks (Hz). Mida kõrgem on vibratsiooni sagedus, seda kõrgemat heli kuuleme, see tähendab, et heli kõrgus on kõrgem. Vastavalt tunnustatud rahvusvahelisele mõõtühikute süsteemile nimetatakse 1000 Hz kilohertsiks (kHz) ja 1 000 000 megahertsiks (MHz).
Sagedusjaotus: kuuldavad helid – vahemikus 15Hz-20kHz, infrahelid – alla 15Hz; ultrahelid - 1,5 (104 - 109 Hz; hüperheli - 109 - 1013 Hz) piires.
Inimkõrv on kõige tundlikum helide suhtes, mille sagedus on vahemikus 2000–5000 kHz. Suurimat kuulmisteravust täheldatakse vanuses 15-20 aastat. Vanusega kuulmine halveneb.
Lainepikkuse mõiste on seotud võnkumiste perioodi ja sagedusega. Heli lainepikkus on kaugus kahe järjestikuse keskkonna kondenseerumise või haruldase vahel. Veepinnal levivate lainete näitel on see kahe harja vaheline kaugus.
Helid erinevad ka tämbri poolest. Heli põhitooni saadavad sekundaarsed toonid, mis on alati kõrgema sagedusega (ületoonid). Tämber on heli kvalitatiivne omadus. Mida rohkem ülemtoone põhitoonile peale kantakse, seda “mahlasem” on heli muusikaliselt.
Teine põhitunnus on võnkumiste amplituud. See on harmooniliste vibratsioonide ajal suurim kõrvalekalle tasakaaluasendist. Pendli näitel on selle maksimaalne kõrvalekalle äärmisesse vasakpoolsesse asendisse või äärmisse parempoolsesse asendisse. Vibratsioonide amplituud määrab heli intensiivsuse (tugevuse).
Heli tugevuse ehk selle intensiivsuse määrab akustilise energia hulk, mis voolab ühes sekundis läbi ühe ruutsentimeetri suuruse ala. Järelikult sõltub akustiliste lainete intensiivsus allika poolt keskkonnas tekitatava akustilise rõhu suurusest.
Helitugevus on omakorda seotud heli intensiivsusega. Mida suurem on heli intensiivsus, seda valjem see on. Need mõisted ei ole aga samaväärsed. Helitugevus on heli tekitatud kuulmisaistingu tugevuse mõõt. Sama tugevusega heli võib tekitada erinevates inimestes erineva helitugevuse kuuldava taju. Igal inimesel on oma kuulmislävi.
Inimene lõpetab väga tugevate helide kuulmise ja tajub neid surve- ja isegi valutundena. Seda heli intensiivsust nimetatakse valuläveks.
Heli mõju inimese kuulmisorganitele
Inimese kuulmisorganid on võimelised tajuma vibratsioone sagedusega 15-20 hertsi kuni 16-20 tuhat hertsi. Näidatud sagedustega mehaanilisi vibratsioone nimetatakse helideks või akustilisteks (akustika on heli uurimine) Inimese kõrv on kõige tundlikum helide suhtes, mille sagedus on 1000 kuni 3000 Hz. Suurimat kuulmisteravust täheldatakse vanuses 15-20 aastat. Vanusega kuulmine halveneb. Alla 40-aastasel inimesel on suurim tundlikkus 3000 Hz, 40-60-aastastel - 2000 Hz, üle 60-aastastel - 1000 Hz. Kuni 500 Hz vahemikus suudame eristada isegi 1 Hz sageduse vähenemist või suurenemist. Kõrgematel sagedustel muutuvad meie kuuldeaparaadid selliste väikeste sagedusmuutuste suhtes vähem tundlikuks. Seega saame pärast 2000 Hz üht heli teisest eristada ainult siis, kui sageduste erinevus on vähemalt 5 Hz. Väiksema erinevusega tunduvad helid meile samad. Siiski pole peaaegu ühtegi reeglit ilma eranditeta. On inimesi, kellel on ebatavaliselt hea kuulmine. Andekas muusik suudab heli muutuse tuvastada vaid murdosa vibratsioonist.
Väliskõrv koosneb auricle ja kuulmekäiku, mis ühendab seda kuulmekilega. Väliskõrva põhiülesanne on määrata heliallika suund. Kuulmekäik, mis on kahe sentimeetri pikkune sissepoole kitsenev toru, kaitseb kõrva sisemisi osi ja täidab resonaatori rolli. Kuulmekäik lõpeb kuulmekile, helilainete mõjul vibreeriva membraaniga. Just siin, keskkõrva välispiiril, toimub objektiivse heli muutumine subjektiivseks. Kuulmekile taga on kolm väikest omavahel ühendatud luud: malleus, incus ja jalus, mille kaudu edastatakse vibratsioon sisekõrva.
Seal, kuulmisnärvis, muundatakse need elektrilisteks signaalideks. Väike õõnsus, kus asuvad malleus, incus ja stapes, täidetakse õhuga ja ühendatakse Eustachia toru abil suuõõnega. Tänu viimasele säilib võrdne rõhk kuulmekile sise- ja välisküljel. Tavaliselt Eustachia toru on suletud ja avaneb ainult järsu rõhu muutusega (haigutamisel, neelamisel), et seda võrdsustada. Kui inimese Eustachia toru on suletud, näiteks seoses külmetushaigused, siis rõhk ei ühtlustu ja inimene tunneb kõrvades valu. Järgmisena kanduvad vibratsioonid kuulmekilest ovaalsesse aknasse, mis on sisekõrva algus. Kuulmekile mõjuv jõud võrdub rõhu ja kuulmekile pindala korrutisega. Kuid tõelised kuulmise saladused saavad alguse ovaalsest aknast. Helilained liiguvad läbi vedeliku (perilümfi), mis täidab kochlea. See sisekõrva sisekõrva elund, mis on kujundatud kõrvuni, on kolm sentimeetrit pikk ja on kogu pikkuses vaheseinaga jagatud kaheks osaks. Helilained jõuavad vaheseinani, lähevad selle ümber ja levivad seejärel peaaegu sama koha suunas, kus nad esimest korda vaheseina puudutasid, kuid teisele poole. Sisekõrva vahesein koosneb põhimembraanist, mis on väga paks ja tihe. Helivõnked tekitavad selle pinnal lainetaolisi lainetusi, mille membraani väga spetsiifilistes piirkondades paiknevad erinevatele sagedustele vastavad ribid. Mehaanilised vibratsioonid muudetakse elektrilisteks spetsiaalses organis (Corti organ), mis asub ülal ülemine osa peamine membraan. Corti elundi kohal on tektoriaalne membraan. Mõlemad elundid on sukeldatud vedelikku, mida nimetatakse endolümfiks, ja eraldatakse ülejäänud sisekõrvast Reissneri membraaniga. Corti elundist kasvavad karvad tungivad peaaegu läbi tektoriaalse membraani ja heli tekkimisel puutuvad nad kokku - heli muundatakse, nüüd kodeeritakse see elektriliste signaalide kujul. Kolju nahal ja luudel on nende hea juhtivuse tõttu oluline roll meie helide tajumise võime parandamisel. Näiteks kui paned oma kõrva rööpale, saab läheneva rongi liikumise tuvastada ammu enne selle ilmumist.
Heli mõju inimkehale
Viimastel aastakümnetel on järsult kasvanud erinevat tüüpi autode ja muude müraallikate hulk, sageli suure helitugevusega sisse lülitatud kaasaskantavate raadiote ja magnetofonide levik ning kirg valju levimuusika vastu. On täheldatud, et linnades tõuseb müratase iga 5-10 aasta järel 5 dB (detsibelli) võrra. Tuleb meeles pidada, et kaugete inimeste esivanemate jaoks oli müra häiresignaal, mis viitas ohu võimalusele. Samal ajal aktiveerus kiiresti sümpaatiline-neerupealiste ja kardiovaskulaarsüsteem, gaasivahetus ning muutusid muud tüüpi ainevahetused (veresuhkru ja kolesterooli tase tõusid), valmistades keha ette võitluseks või põgenemiseks. Kuigi tänapäeva inimeses on see kuulmise funktsioon praktilise tähtsuse kaotanud, on "olelusvõitluse vegetatiivsed reaktsioonid" säilinud. Seega põhjustab isegi lühiajaline müra 60-90 dB hüpofüüsi hormoonide sekretsiooni suurenemist, stimuleerides paljude teiste hormoonide, eriti katehhoolamiinide (adrenaliin ja norepinefriin) tootmist, südame töö suureneb, veresooned ahenevad, ja vererõhk (BP) tõuseb. Märgiti, et kõige tugevamat vererõhu tõusu täheldatakse hüpertensiooniga patsientidel ja inimestel, kellel on selle pärilik eelsoodumus. Müra mõjul on ajutegevus häiritud: muutub elektroentsefalogrammi iseloom, väheneb taju ja vaimne jõudlus. Täheldati seedimise halvenemist. On teada, et pikaajaline kokkupuude mürarikka keskkonnaga põhjustab kuulmislangust. Olenevalt individuaalsest tundlikkusest hindavad inimesed müra ebameeldivaks ja häirivaks erinevalt. Samas saab kuulajat huvitavat muusikat ja kõnet isegi 40-80 dB juures suhteliselt kergelt taluda. Tavaliselt tajub kuulmine vibratsioone vahemikus 16-20 000 Hz (võnkumisi sekundis). Oluline on rõhutada, et ebameeldivaid tagajärgi ei põhjusta mitte ainult liigne müra kuuldavas võnkevahemikus: ka ultra- ja infraheli vahemikes, mida inimese kuulmine ei taju (üle 20 tuhande Hz ja alla 16 Hz) närvipinge, halb enesetunne, pearinglus, muutused siseorganite, eriti närvi- ja kardiovaskulaarsüsteemi aktiivsuses. On leitud, et suurte rahvusvaheliste lennujaamade läheduses asuvate piirkondade elanikel on hüpertensiooni esinemissagedus selgelt suurem kui sama linna vaiksemas piirkonnas elavatel inimestel. Liigne müra (üle 80 dB) mõjutab mitte ainult kuulmisorganeid, vaid ka teisi organeid ja süsteeme (vereringe-, seede-, närvi- jne), elutähtsad protsessid on häiritud, energiavahetus hakkab plastilise ainevahetuse üle domineerima, mis viib enneaegse vananemiseni. kehast.
Nende tähelepanekute ja avastustega hakkasid ilmnema meetodid inimeste sihipäraseks mõjutamiseks. Inimese meelt ja käitumist saate mõjutada mitmel viisil, millest üks nõuab spetsiaalset varustust (tehnotroonilised tehnikad, zombistamine.).
Heliisolatsioon
Hoonete mürakaitse aste määratakse eelkõige normidega lubatud müra selleks otstarbeks mõeldud ruumide jaoks. Standardiseeritud parameetrid pidev müra arvutatud punktides on helirõhutasemed L, dB, oktaavi sagedusribad geomeetriliste keskmiste sagedustega 63, 125, 250, 500, 1000, 2000, 4000, 8000 Hz. Ligikaudsete arvutuste tegemiseks on lubatud kasutada helitasemeid LA, dBA. Standardiseeritud parameetrid katkendlik müra arvutatud punktides on ekvivalentsed helitasemed LA eq, dBA ja maksimaalsed helitasemed LA max, dBA.
Lubatud helirõhutasemed (ekvivalentsed helirõhutasemed) on standarditud SNiP II-12-77 "Mürakaitsega".
Tuleb arvestada, et ruumide välistest allikatest lähtuvad lubatud müratasemed kehtestatakse ruumide standardse ventilatsiooni tagamisel (eluruumide, palatite, klassiruumide jaoks - avatud ventilatsiooniavadega, ahtripeeglitega, kitsaste aknatiibadega).
Õhumüra isolatsioon on helienergia sumbumine selle edastamisel läbi korpuse.
Elamute ja ühiskondlike hoonete, samuti abihoonete ja tööstusettevõtete ruumide heliisolatsiooni reguleeritud parameetrid on piirdekonstruktsiooni õhumüra isolatsiooniindeks Rw, dB ja laealuse löögimüra vähendatud taseme indeks. .
Müra. Muusika. Kõne.
Kuulmisorganite helide tajumise seisukohalt võib need jagada peamiselt kolme kategooriasse: müra, muusika ja kõne. Need on erinevad helinähtuste valdkonnad, millel on inimesele omane info.
Müra on suure hulga helide ebasüstemaatiline kombinatsioon, st kõigi nende helide ühendamine üheks ebakõlaks hääleks. Müra peetakse helide kategooriaks, mis häirib või häirib inimest.
Inimesed taluvad vaid teatud määral müra. Kui aga möödub tund-kaks ja müra ei lakka, siis tekib pinge, närvilisus ja isegi valu.
Heli võib inimese tappa. Keskajal oli isegi selline hukkamine, kui inimesele pandi kella alla ja hakati seda peksma. Tasapisi tappis kellade helin mehe. Aga see oli keskajal. Tänapäeval on ilmunud ülehelikiirusega lennukid. Kui selline lennuk lendab üle linna 1000-1500 meetri kõrgusel, siis lähevad majadel aknad lõhki.
Muusika on helide maailmas eriline nähtus, kuid erinevalt kõnest ei anna see edasi täpseid semantilisi ega keelelisi tähendusi. Emotsionaalne küllastumine ja meeldivad muusikalised assotsiatsioonid saavad alguse juba varases lapsepõlves, mil lapsel on veel verbaalne suhtlus. Rütmid ja laulud ühendavad teda emaga ning laulmine ja tants on mängudes suhtlemise element. Muusika roll inimese elus on nii suur, et viimastel aastatel on meditsiin omistanud sellele raviomadusi. Muusika abil saate normaliseerida biorütme ja tagada südame-veresoonkonna süsteemi optimaalse aktiivsuse taseme. Kuid peate lihtsalt meeles pidama, kuidas sõdurid lahingusse lähevad. Laul oli iidsetest aegadest sõduri marsi asendamatu atribuut.
Infraheli ja ultraheli
Kas saame nimetada heliks midagi, mida me üldse ei kuule? Mis siis, kui me ei kuule? Kas need helid on kellelegi või millelegi muule kättesaamatud?
Näiteks helisid, mille sagedus on alla 16 hertsi, nimetatakse infraheliks.
Infraheli on elastsed vibratsioonid ja lained, mille sagedused jäävad inimesele kuuldavast sagedusalast allapoole. Tavaliselt võetakse infraheli vahemiku ülempiiriks 15-4 Hz; See määratlus on tinglik, kuna piisava intensiivsusega tekib kuulmistaju ka mõne Hz sagedustel, kuigi tunnetuse tonaalne iseloom kaob ja eristatavad saavad vaid üksikud võnketsüklid. Infraheli alumine sageduspiir on ebakindel. Selle praegune uurimisala ulatub umbes 0,001 Hz-ni. Seega hõlmab infraheli sageduste ulatus umbes 15 oktaavi.
Infrahelilained levivad õhus ja vees, aga ka maapõues. Infraheli alla kuuluvad ka suurte ehitiste, eelkõige sõidukite ja hoonete madalsageduslikud vibratsioonid.
Ja kuigi meie kõrvad selliseid vibratsioone ei “püüa”, tajub inimene neid kuidagi ikkagi. Samal ajal kogeme ebameeldivaid ja mõnikord häirivaid aistinguid.
Ammu on märgatud, et mõned loomad kogevad ohutunnet palju varem kui inimesed. Nad reageerivad eelnevalt kaugele orkaanile või eelseisvale maavärinale. Teisest küljest on teadlased avastanud, et looduses toimuvate katastroofiliste sündmuste ajal tekib infraheli – madala sagedusega õhuvõnked. See tekitas hüpoteese, et loomad tajuvad tänu oma teravale haistmismeelele selliseid signaale varem kui inimesed.
Kahjuks tekitavad infraheli paljud masinad ja tööstusrajatised. Kui see juhtub näiteks autos või lennukis, siis mõne aja pärast muutuvad piloodid või juhid ärevaks, väsivad kiiremini ja see võib olla õnnetuse põhjuseks.
Infrahelimasinad teevad müra ja siis on nendega raskem töötada. Ja kõigil ümberringi on raske. Pole parem, kui elumaja ventilatsioon “sumiseb” infrahelist. Tundub, et see on kuuldamatu, kuid inimesed ärrituvad ja võivad isegi haigestuda. Spetsiaalne "test", mille iga seade peab läbima, võimaldab teil vabaneda infraheli ebaõnnetest. Kui see "helib" infraheli tsoonis, ei saa see inimestele juurdepääsu.
Mida nimetatakse väga kõrgeks heliks? Selline kriuks, mis on meie kõrvadele kättesaamatu? See on ultraheli. Ultraheli on elastsed lained sagedustega ligikaudu (1,5–2) (104 Hz (15–20 kHz) kuni 109 Hz (1 GHz), sageduslainete piirkonda 109–1012–1013 Hz nimetatakse tavaliselt hüperheliks. , ultraheli on mugavalt jagatud 3 vahemikku: madala sagedusega ultraheli (1,5 (104 - 105 Hz), keskmise sagedusega ultraheli (105 - 107 Hz), kõrge sagedusega ultraheli (107 - 109 Hz). Kõiki neid vahemikke iseloomustatakse selle genereerimise, vastuvõtmise, levitamise ja rakendamise spetsiifiliste omaduste järgi.
Ultraheli on oma füüsilise olemuselt elastsed lained ja selles ei erine see helist, seetõttu on heli ja ultrahelilainete sageduspiir meelevaldne. Kuid kõrgemate sageduste ja seega ka lühikeste lainepikkuste tõttu ilmnevad ultraheli levimise tunnused.
Ultraheli lühikese lainepikkuse tõttu määrab selle olemuse eelkõige keskkonna molekulaarstruktuur. Ultraheli gaasis ja eriti õhus levib suure sumbumisega. Vedelikud ja tahked ained on reeglina head ultrahelijuhid, nende sumbumine on palju väiksem.
Inimese kõrv ei ole võimeline ultraheli signaale tajuma. Paljud loomad võtavad selle aga vabalt vastu. Need on muuhulgas meile nii tuttavad koerad. Kuid paraku ei saa koerad ultraheliga "haukuda". Aga nahkhiirtel ja delfiinidel on hämmastav võime ning kiirgavad ja võtavad vastu ultraheli.
Hüperheli on elastsed lained sagedustega 109–1012–1013 Hz. Oma füüsilise olemuse poolest ei erine hüperheli heli- ja ultrahelilainetest. Tänu kõrgematele sagedustele ja seega ka lühematele lainepikkustele kui ultraheli valdkonnas, muutuvad hüperheli vastasmõjud keskkonnas olevate kvaasiosakestega palju olulisemaks - juhtivuselektronide, termiliste fononitega jne. Hüperheli kujutatakse sageli ka vooluna. kvaasiosakestest – fonoonidest.
Hüperheli sagedusvahemik vastab elektromagnetiliste võnkumiste sagedustele detsimeetri-, sentimeetri- ja millimeetrivahemikus (nn ülikõrged sagedused). Sagedus 109 Hz õhus normaalsel atmosfäärirõhul ja toatemperatuuril peaks olema samas suurusjärgus kui molekulide vaba tee õhus samadel tingimustel. Kuid elastsed lained saavad keskkonnas levida ainult siis, kui nende lainepikkus on märgatavalt suurem kui osakeste vaba tee gaasides või suurem kui aatomitevahelised kaugused vedelikes ja tahketes ainetes. Seetõttu ei saa hüperheli lained normaalsel atmosfäärirõhul gaasides (eriti õhus) levida. Vedelikes on hüperheli sumbumine väga kõrge ja levimisulatus lühike. Hüperheli levib suhteliselt hästi tahketes ainetes – üksikkristallides, eriti madalatel temperatuuridel. Kuid isegi sellistes tingimustes on hüperheli võimeline läbima vaid 1, maksimaalselt 15 sentimeetrit.
Heli on kuulmisorganite poolt tajutav elastses keskkonnas – gaasides, vedelikes ja tahketes ainetes – leviv mehaaniline vibratsioon.
Spetsiaalsete instrumentide abil saate näha helilainete levikut.
Helilained võivad kahjustada inimeste tervist ja, vastupidi, aidata ravida haigusi, see sõltub heli tüübist.
Selgub, et on helisid, mida inimkõrv ei taju.
Bibliograafia
Perõškin A. V., Gutnik E. M. Füüsika 9. klass
Kasjanov V. A. Füüsika 10. klass
Leonov A. A "Ma avastan maailma" Det. entsüklopeedia. Füüsika
Peatükk 2. Akustiline müra ja selle mõju inimesele
Eesmärk: uurida akustilise müra mõju inimkehale.
Sissejuhatus
Maailm meie ümber on ilus maailm helid. Meie ümber kostab inimeste ja loomade hääli, muusikat ja tuulekohinat ning linnulaulu. Inimesed edastavad teavet kõne kaudu ja tajuvad seda kuulmise kaudu. Loomade jaoks pole heli vähem oluline ja mõnes mõttes isegi olulisem, sest nende kuulmine on teravamalt arenenud.
Füüsika seisukohalt on heli mehaanilised võnked, mis levivad elastses keskkonnas: vees, õhus, tahketes ainetes jne. Inimese võime helivõnke tajuda ja neid kuulata kajastub heliõppe – akustika – nimetuses. (kreeka keelest akustikos – kuuldav, kuuldav). Helitunne meie kuulmisorganites tekib õhurõhu perioodiliste muutuste tõttu. Helirõhumuutuste suure amplituudiga helilaineid tajub inimkõrv valjude helidena ja väikese helirõhumuutuste amplituudiga - vaiksete helidena. Heli tugevus sõltub vibratsiooni amplituudist. Heli tugevus sõltub ka selle kestusest ja kuulaja individuaalsetest omadustest.
Kõrgsageduslikke helivibratsioone nimetatakse kõrgete helideks, madala sagedusega helivibratsioone madalateks helideks.
Inimese kuulmisorganid on võimelised tajuma helisid, mille sagedus on vahemikus umbes 20 Hz kuni 20 000 Hz. Pikisuunalisi laineid keskkonnas, mille rõhumuutuse sagedus on alla 20 Hz, nimetatakse infraheliks ja sagedusega üle 20 000 Hz - ultraheliks. Inimese kõrv ei taju infraheli ja ultraheli, see tähendab, ei kuule. Tuleb märkida, et helivahemiku näidatud piirid on meelevaldsed, kuna need sõltuvad inimeste vanusest ja nende heliaparaadi individuaalsetest omadustest. Tavaliselt väheneb vanuse kasvades tajutavate helide sageduse ülemine piir oluliselt – mõned vanemad inimesed kuulevad helisid, mille sagedus ei ületa 6000 Hz. Lapsed, vastupidi, tajuvad helisid, mille sagedus on veidi kõrgem kui 20 000 Hz.
Mõned loomad kuulevad vibratsiooni, mille sagedus on üle 20 000 Hz või alla 20 Hz.
Füsioloogilise akustika uurimise teemaks on kuulmisorgan ise, selle struktuur ja tegevus. Arhitektuurne akustika uurib heli levimist ruumides, suuruste ja kujundite mõju helile ning seinte ja lagede katmiseks kasutatavate materjalide omadusi. See viitab heli kuuldavale tajule.
Samuti on muusikaline akustika, mis uurib muusikainstrumente ja nende parima kõlamise tingimusi. Füüsikaline akustika tegeleb helivõnke enda uurimisega ning Hiljuti hõlmas ka vibratsiooni, mis on väljaspool kuuldavust (ultraakustika). See kasutab laialdaselt mitmesuguseid meetodeid mehaaniliste vibratsioonide muundamiseks elektrilisteks ja vastupidi (elektroakustika).
Ajalooline viide
Helisid hakati uurima iidsetel aegadel, sest inimest iseloomustab huvi kõige uue vastu. Esimesed akustilised vaatlused tehti 6. sajandil eKr. Pythagoras lõi seose helikõrguse ja heli tekitava pika keele või toru vahel.
4. sajandil eKr sai Aristoteles esimesena õigesti aru, kuidas heli õhus levib. Ta ütles, et helisev keha põhjustab õhu kokkusurumist ja hõrenemist; ta selgitas kaja heli peegeldumisega takistustelt.
Leonardo da Vinci sõnastas 15. sajandil helilainete sõltumatuse põhimõtte erinevatest allikatest.
1660. aastal tõestasid Robert Boyle'i katsed, et õhk on helijuht (heli ei liigu vaakumis).
Aastatel 1700-1707 Joseph Saveuri memuaarid akustika kohta avaldas Pariisi Teaduste Akadeemia. Saveur uurib selles memuaaris orelidisaineritele hästi tuntud nähtust: kui oreli kaks toru tekitavad korraga kahte heli, mille kõrgus on vaid veidi erinev, siis kostub heli perioodilisi võimendusi, mis sarnanevad trummi veeremisega. . Saveur selgitas seda nähtust mõlema heli vibratsioonide perioodilise kokkulangemisega. Kui näiteks üks kahest helist vastab 32 vibratsioonile sekundis ja teine 40 vibratsioonile, siis esimese heli neljanda vibratsiooni lõpp langeb kokku teise heli viienda vibratsiooni lõpuga ja seega heli võimendatakse. Orelipillidelt liikus Saveur edasi keelpillivõngete eksperimentaalse uurimise juurde, jälgides vibratsioonisõlmesid ja antisõlmesid (need teaduses siiani eksisteerivad nimetused võttis ta kasutusele) ning märkas ka, et kui keel on erutatud, siis koos põhinoot, muud noodid kõlavad, mille lainepikkus on ½, 1/3, ¼,. peamisest. Ta nimetas neid noote kõrgeimateks harmoonilisteks toonideks ja see nimi oli määratud teadusesse jääma. Lõpuks püüdis Saveur esimesena määrata vibratsiooni helina tajumise piiri: madalate helide puhul määras ta piiriks 25 vibratsiooni sekundis ja kõrgete helide puhul 12 800. Seejärel Newton, tuginedes nendele Saveuri eksperimentaalsetele töödele. , andis esimese arvutuse heli lainepikkuse kohta ja jõudis nüüdseks füüsikas hästi tuntud järeldusele, et mis tahes avatud toru puhul on väljastatava heli lainepikkus võrdne toru kahekordse pikkusega.
Heliallikad ja nende olemus
Kõigil helidel on ühine see, et neid tekitavad kehad, st heliallikad, vibreerivad. Kõik on tuttavad helidega, mis tekivad trummi kohale venitatud naha liikumisest, meresurfi lainetest ja tuule õõtsutavatest okstest. Nad kõik erinevad üksteisest. Iga üksiku heli "värvimine" sõltub rangelt liikumisest, mille tõttu see tekib. Nii et kui vibratsiooniline liikumine on ülikiire, sisaldab heli kõrgsageduslikke vibratsioone. Vähem kiire võnkuv liikumine tekitab madalama sagedusega heli. Erinevad katsed näitavad, et iga heliallikas tingimata vibreerib (kuigi enamasti pole need vibratsioonid silmaga märgatavad). Näiteks inimeste ja paljude loomade hääled tekivad nende häälepaelte vibratsiooni tagajärjel, tekitatakse puhkpillide heli, sireeni heli, tuule vile ja äikesehelin. õhumasside vibratsiooni tõttu.
Kuid mitte iga võnkuv keha pole heliallikas. Näiteks keermele või vedrule riputatud võnkuv raskus ei tee häält.
Võnkumiste kordumise sagedust mõõdetakse hertsides (või tsüklites sekundis); 1Hz on sellise perioodilise võnke sagedus, periood on 1s. Pange tähele, et sagedus on omadus, mis võimaldab meil üht heli teisest eristada.
Uuringud on näidanud, et inimkõrv on võimeline helina tajuma kehade mehaanilisi vibratsioone sagedusega 20 Hz kuni 20 000 Hz. Väga kiire, üle 20 000 Hz või väga aeglase, alla 20 Hz helivibratsiooniga me ei kuule. Seetõttu vajame spetsiaalseid instrumente, et salvestada helisid, mis jäävad väljaspool inimkõrva tajutavat sagedusvahemikku.
Kui võnkeliikumise kiirus määrab heli sageduse, siis selle suurus (ruumi suurus) määrab helitugevuse. Kui sellist ratast pöörata suurel kiirusel, ilmub kõrge sagedusega toon, aeglasem pöörlemine tekitab madalama sagedusega tooni. Veelgi enam, mida väiksemad on ratta hambad (nagu on näidatud punktiirjoonega), seda nõrgem on heli ja mida suuremad on hambad, st mida rohkem nad sunnivad plaati kõrvale kalduma, seda valjem on heli. Seega võime märkida veel üht heli omadust - selle helitugevust (intensiivsust).
Ei saa mainimata jätta sellist heli omadust nagu kvaliteet. Kvaliteet on tihedalt seotud struktuuriga, mis võib ulatuda liiga keerulisest kuni äärmiselt lihtsani. Resonaatori poolt toetatud häälestushargi toon on väga lihtsa ülesehitusega, kuna sisaldab ainult ühte sagedust, mille väärtus sõltub ainult häälekahvli konstruktsioonist. Sel juhul võib hääletuskahvli heli olla nii tugev kui nõrk.
Võimalik on luua keerulisi helisid, seega sisaldavad paljud sagedused näiteks oreli akordi heli. Isegi mandoliini keele kõla on üsna keeruline. See on tingitud asjaolust, et venitatud string ei vibreeri mitte ainult koos peamise (nagu häälehark), vaid ka teiste sagedustega. Need genereerivad lisatoone (harmoonikuid), mille sagedused on põhitooni sagedusest täisarv korda suuremad.
Müra puhul ei ole sageduse mõistet kohane rakendada, kuigi me saame rääkida mõnest selle sageduse piirkonnast, kuna need eristavad üht müra teisest. Müraspektrit ei saa enam esitada ühe või mitme joonega, nagu monokromaatilise signaali või palju harmoonilisi sisaldava perioodilise laine puhul. Seda on kujutatud terve ribana
Mõnede helide, eriti muusikaliste helide sagedusstruktuur on selline, et kõik ülemtoonid on põhitooni suhtes harmoonilised; sellistel juhtudel öeldakse, et helidel on kõrgus (määratakse põhitooni sagedusega). Enamik helisid ei ole nii meloodilised, neil puudub muusikahelidele omane täisarvuline suhe sageduste vahel. Need helid on oma struktuurilt sarnased müraga. Seetõttu võib öeldu kokkuvõtteks öelda, et heli iseloomustavad helitugevus, kvaliteet ja kõrgus.
Mis juhtub heliga pärast selle tekkimist? Kuidas see näiteks meie kõrva jõuab? Kuidas seda levitatakse?
Me tajume heli kõrvaga. Heliseva keha (heliallika) ja kõrva (helivastuvõtja) vahel on aine, mis edastab helivibratsiooni heliallikast vastuvõtjasse. Enamasti on see aine õhk. Heli ei saa õhuta ruumis edasi liikuda. Nii nagu lained ei saa eksisteerida ilma veeta. Eksperimendid kinnitavad seda järeldust. Vaatleme ühte neist. Asetage kelluke õhupumba kella alla ja lülitage see sisse. Siis hakkavad nad õhku välja pumpama. Kui õhk muutub hõredamaks, muutub heli kuuldavaks üha nõrgemaks ja lõpuks kaob peaaegu täielikult. Kui hakkan uuesti kella alla õhku laskma, muutub kellahelin uuesti kuuldavaks.
Muidugi ei liigu heli mitte ainult õhus, vaid ka teistes kehades. Seda saab ka katseliselt kontrollida. Isegi nii nõrk heli kui tiksumine taskukell, mis asub laua ühes otsas, on selgelt kuuldav, kui asetate kõrva laua teise otsa.
On hästi teada, et heli edastatakse pikkade vahemaade taha maapinnal ja eriti raudteel. Asetades oma kõrva rööpa või maapinnale, kuulete kaugele ulatuva rongi häält või kappava hobuse trampimist.
Kui lööme vee all olles kivi vastu kivi, kuuleme selgelt löögi heli. Järelikult liigub heli ka vees. Kalad kuulevad kaldal inimeste samme ja hääli, see on kaluritele hästi teada.
Katsed näitavad, et erinevad tahked ained juhivad heli erineval viisil. Elastsed kehad on head helijuhid. Enamik metalle, puitu, gaase ja vedelikke on elastsed kehad ja juhivad seetõttu hästi heli.
Pehmed ja poorsed kehad on halvad helijuhid. Kui näiteks käekell on taskus, on see ümbritsetud pehme riie ja me ei kuule neid tiksumas.
Muide, heli levimine tahkis on seotud sellega, et katse kapoti alla pandud kellaga pikka aega ei tundunud kuigi veenev. Fakt on see, et katsetajad ei isoleerinud kella piisavalt hästi ja heli oli kuulda isegi siis, kui kapoti all polnud õhku, kuna vibratsioonid edastati paigalduse erinevate ühenduste kaudu.
1650. aastal jõudsid Athanasius Kirch'er ja Otto Hücke kellaga tehtud katse põhjal järeldusele, et heli levimiseks pole õhku vaja. Ja alles kümme aastat hiljem tõestas Robert Boyle veenvalt vastupidist. Näiteks õhus olevat heli edastavad pikilained, st vahelduvad kondensatsioonid ja heliallikast tuleva õhu haruldased. Kuid kuna meid ümbritsev ruum on erinevalt kahemõõtmelisest veepinnast kolmemõõtmeline, siis levivad helilained mitte kahes, vaid kolm suunda– lahknevate sfääride kujul.
Helilained, nagu kõik teised mehaanilised lained, ei levi kosmoses silmapilkselt, vaid teatud kiirusega. Kõige lihtsamad tähelepanekud võimaldavad meil seda kontrollida. Näiteks äikese ajal näeme esmalt välku ja alles mõni aeg hiljem kuuleme äikest, kuigi õhu võnked, mida tajume helina, tekivad samaaegselt välgusähvatusega. Fakt on see, et valguse kiirus on väga suur (300 000 km/s), seega võime eeldada, et me näeme välku selle toimumise hetkel. Ja äikeseheli, mis tekib samaaegselt välguga, nõuab üsna märgatavat aega, et jõuda selle tekkekohast maapinnal seisva vaatlejani. Näiteks kui kuuleme äikest rohkem kui 5 sekundit pärast välgu nägemist, võime järeldada, et äike on meist vähemalt 1,5 km kaugusel. Heli kiirus sõltub helikandja omadustest, milles heli liigub. Teadlased on välja töötanud erinevaid meetodeid heli kiiruse määramiseks mis tahes keskkonnas.
Heli kiirus ja selle sagedus määravad lainepikkuse. Tiigis laineid vaadeldes märkame, et kiirgavad ringid on vahel väiksemad ja vahel suuremad ehk teisisõnu võib laineharjade või laineõõnte vaheline kaugus varieeruda olenevalt need tekitanud objekti suurusest. Hoides kätt piisavalt madalal veepinnast kõrgemal, tunneme iga pritsme, mis meist möödub. Mida suurem on järjestikuste lainete vaheline kaugus, seda harvemini puudutavad nende harjad meie sõrmi. See lihtne katse võimaldab järeldada, et lainete korral veepinnal vastab antud laine levimiskiiruse korral suurem sagedus väiksemale laineharjade vahekaugusele, st lühematele lainetele ja vastupidi madalam sagedus vastab pikematele lainetele.
Sama kehtib ka helilainete kohta. Seda, et helilaine läbib teatud ruumipunkti, saab hinnata rõhu muutuse järgi selles punktis. See muutus kordab täielikult heliallika membraani vibratsiooni. Inimene kuuleb heli, kuna helilaine avaldab tema kõrva trummikile erinevat survet. Niipea, kui helilaine hari (või kõrgrõhuala) jõuab meie kõrva. Me tunneme survet. Kui alad kõrge vererõhk Kuna helilained järgivad üksteist piisavalt kiiresti, vibreerib meie kõrva trummikile kiiresti. Kui helilaine harjad jäävad üksteisest oluliselt maha, siis trummikile vibreerib palju aeglasemalt.
Heli kiirus õhus on üllatavalt konstantne väärtus. Oleme juba näinud, et heli sagedus on otseses seoses helilaine harude vahelise kaugusega, see tähendab, et heli sageduse ja lainepikkuse vahel on teatav seos. Seda seost saame väljendada järgmiselt: lainepikkus võrdub kiirusega jagatuna sagedusega. Teine võimalus on see, et lainepikkus on pöördvõrdeline sagedusega, proportsionaalsuskoefitsient on võrdne heli kiirusega.
Kuidas heli kuuldavaks muutub? Kui helilained sisenevad kuulmekäiku, vibreerivad nad kuulmekile, keskkõrva ja sisekõrva. Sisekõrvitsat täitvasse vedelikku sisenedes mõjutavad õhulained Corti organi sees olevaid juukserakke. Kuulmisnärv edastab need impulsid ajju, kus need muudetakse helideks.
Müra mõõtmine
Müra on ebameeldiv või ebasoovitav heli või helide kogum, mis häirib kasulike signaalide tajumist, rikub vaikust, avaldab kahjulikku või ärritavat mõju inimkehale, vähendades selle jõudlust.
Mürarikastes piirkondades kogevad paljud inimesed mürahaiguse sümptomeid: suurenenud närviline erutuvus, kiire väsimus, kõrge vererõhk.
Mürataset mõõdetakse ühikutes,
Rõhu helide astme väljendamine, detsibellid. Seda survet ei tajuta lõputult. 20-30 dB müratase on inimesele praktiliselt kahjutu – see on loomulik taustmüra. Mis puudutab valju heli, siis siin on lubatud piir umbes 80 dB. Juba 130 dB heli tekitab inimeses valu ja 150 muutub tema jaoks väljakannatamatuks.
Akustiline müra on erineva füüsikalise iseloomuga juhuslikud helivõnked, mida iseloomustavad juhuslikud amplituudi ja sageduse muutused.
Kui helilaine, mis koosneb kondenseerumisest ja õhu harvaesinemisest, levib, muutub rõhk kuulmekile. Rõhu mõõtühik on 1 N/m2 ja helivõimsuse mõõtühik 1 W/m2.
Kuulmislävi on minimaalne helitugevus, mida inimene tajub. U erinevad inimesed see on erinev ja seetõttu loetakse kuuldavuse läveks tavapäraselt helirõhku, mis on võrdne 2x10"5 N/m2 sagedusel 1000 Hz, mis vastab võimsusele 10"12 W/m2. Nende väärtustega võrreldakse mõõdetud heli.
Näiteks mootorite helivõimsus reaktiivlennuki õhkutõusmisel on 10 W/m2 ehk ületab läve 1013 korda. Nii suurte numbritega on ebamugav opereerida. Erineva tugevusega helide kohta öeldakse, et üks on teisest valjem mitte nii mitu korda, vaid nii palju ühikuid. Helitugevuse ühikut nimetatakse Bel - telefoni leiutaja A. Beli (1847-1922) järgi. Helitugevust mõõdetakse detsibellides: 1 dB = 0,1 B (Bel). Visuaalne esitus sellest, kuidas heli intensiivsus, helirõhk ja helitugevus on seotud.
Heli tajumine ei sõltu ainult selle kvantitatiivsetest omadustest (rõhk ja võimsus), vaid ka selle kvaliteedist - sagedusest.
Sama heli erinevatel sagedustel erineb helitugevuselt.
Mõned inimesed ei kuule kõrgsagedusheli. Nii langeb vanematel inimestel heli tajumise ülempiir 6000 Hz-ni. Nad ei kuule näiteks sääse kriginat või kriketi trillis, mis tekitavad helisid sagedusega umbes 20 000 Hz.
Kuulus inglise füüsik D. Tyndall kirjeldab üht oma jalutuskäiku sõbraga järgmiselt: „Mõlemal pool teed kubisevad heinamaad putukatest, mis minu kõrvadele täitsid õhu oma terava suminaga, kuid sõber ei kuulnud. kõik see – putukate muusika lendas üle tema kuulmispiiride.” !
Müratasemed
Helitugevust – heli energiataset – mõõdetakse detsibellides. Sosin võrdub ligikaudu 15 dB-ga, häälte kahin õpilaste klassiruumis ulatub ligikaudu 50 dB-ni ja tänavamüra tiheda liikluse ajal on ligikaudu 90 dB. Üle 100 dB müra võib olla inimkõrvale talumatu. Umbes 140 dB müra (nt reaktiivlennuki õhkutõusmise heli) võib kõrvale valusalt mõjuda ja kahjustada kuulmekile.
Enamiku inimeste jaoks väheneb kuulmisteravus vanusega. Seda seletatakse sellega, et kõrva luud kaotavad oma esialgse liikuvuse ja seetõttu ei kandu vibratsioonid üle sisekõrva. Lisaks võivad kõrvapõletikud kahjustada kuulmekile ja mõjutada negatiivselt luukude tööd. Kui teil tekib kuulmisprobleeme, peate viivitamatult konsulteerima arstiga. Teatud tüüpi kurtus on põhjustatud sisekõrva või kuulmisnärvi kahjustusest. Kuulmislangust võivad põhjustada ka pidev kokkupuude müraga (näiteks tehase põrandas) või äkilised ja väga valjud helipursked. Isiklike stereopleierite kasutamisel peaksite olema väga ettevaatlik, kuna liigne helitugevus võib põhjustada ka kurtust.
Lubatud müra ruumides
Müratasemete osas väärib märkimist, et selline mõiste ei ole õigusloome seisukohalt efemeerne ja reguleerimata. Seega kehtivad Ukrainas veel NSV Liidu päevil vastu võetud sanitaarnormid lubatud müra kohta elamutes ja avalikes hoonetes ning elamurajoonides. Selle dokumendi kohaselt ei tohi eluruumides müratase ületada päeval 40 dB ja öösel (kell 22.00-8.00) 30 dB.
Sageli müra kannab oluline teave. Auto- või motosportlane kuulab tähelepanelikult liikuva sõiduki mootori, šassii ja muude osade tekitatavaid helisid, sest igasugune kõrvaline müra võib olla õnnetuse eelkuulutaja. Müral on oluline roll akustikas, optikas, arvutitehnoloogias ja meditsiinis.
Mis on müra? Selle all mõistetakse erineva füüsilise olemusega juhuslikke keerulisi vibratsioone.
Müraprobleem on olnud pikka aega. Juba iidsetel aegadel tekitas munakivitänavatel rataste kohin paljudel unetust.
Või tekkis probleem juba varem, kui naabrid koopas tülitsema hakkasid, kuna üks neist kivinoa või kirvest tehes liiga kõvasti koputas?
Mürasaaste keskkond kasvab kogu aeg. Kui 1948. aastal vastas suurlinnade elanikke küsitledes küsimusele, kas müra nende korteris neid häirib, jaatavalt 23% küsitletutest, siis 1961. aastal oli see näitaja juba 50%. Viimasel kümnendil on müratase linnades tõusnud 10-15 korda.
Müra on teatud tüüpi heli, kuigi seda nimetatakse sageli "soovimatuks heliks". Samal ajal on ekspertide hinnangul trammi müra hinnanguliselt 85-88 dB, trollibussi - 71 dB, bussi, mille mootori võimsus on üle 220 hj. Koos. - 92 dB, alla 220 l. Koos. - 80-85 dB.
Ohio osariigi ülikooli teadlased jõudsid järeldusele, et inimestel, kes puutuvad regulaarselt valju müraga kokku, on 1,5 korda suurem tõenäosus haigestuda akustilisele neuroomile.
Akustiline neuroom on healoomuline kasvaja mis viib kuulmiskaotuseni. Teadlased uurisid 146 akustilise neuroomiga patsienti ja 564 patsienti terved inimesed. Neilt kõigilt esitati küsimusi selle kohta, kui sageli nad kokku puutusid valjud helid mitte vähem kui 80 detsibelli (müra liiklust). Ankeetküsitluses võeti arvesse seadmete, mootorite, muusika müra, laste karjeid, müra spordiüritustel, baarides ja restoranides. Uuringus osalejatelt küsiti ka, kas nad kasutasid kuulmiskaitsevahendeid. Neil, kes kuulasid regulaarselt valju muusikat, oli 2,5 korda suurem risk akustilise neuroomi tekkeks.
Tehnilise müraga kokkupuutuvatele – 1,8 korda. Inimeste jaoks, kes kuulavad regulaarselt laste karjumist, on müra staadionidel, restoranides või baarides 1,4 korda suurem. Kuulmiskaitsevahendite kandmisel ei ole akustilise neuroomi tekke oht suurem kui inimestel, kes ei puutu üldse müraga kokku.
Akustilise müra mõju inimestele
Akustilise müra mõju inimestele on erinev:
A. Kahjulik
Müra põhjustab healoomulise kasvaja arengut
Pikaajaline müra kahjustab kuulmisorganit, venitab kuulmekile, vähendades seeläbi helitundlikkust. See toob kaasa südame-, maksa-, kurnatuse ja ülepinge närvirakud. Suure võimsusega helid ja mürad mõjutavad kuuldeaparaati, närvikeskusi ning võivad põhjustada valu ja šokki. Nii toimib mürasaaste.
Kunstlikud, tehislikud mürad. Need mõjutavad negatiivselt inimese närvisüsteemi. Üks kahjulikumaid linnamüra on mootorsõidukite müra suurtel maanteedel. See ärritab närvisüsteemi, mistõttu inimest piinab ärevus ja ta tunneb väsimust.
B. Soodne
Kasulikud helid hõlmavad lehtede müra. Lainete loksumine mõjub meie psüühikale rahustavalt. Vaikne lehtede kohin, oja kohin, kerge veeprits ja surfihelin on inimesele alati meeldivad. Nad rahustavad teda ja leevendavad stressi.
C. Meditsiiniline
Loodushääli kasutav terapeutiline toime inimestele tekkis astronautidega tegelenud arstide ja biofüüsikute seas 20. sajandi 80. aastate alguses. Psühhoterapeutilises praktikas kasutatakse ravis looduslikke müra mitmesugused haigused abivahendina. Psühhoterapeudid kasutavad ka nn valget müra. See on omamoodi susisemine, mis ähmaselt meenutab lainete häält ilma veepritsmeteta. Arstid usuvad, et "valge müra" rahustab ja uinutab teid.
Müra mõju inimorganismile
Kuid kas müra mõjutab ainult kuulmisorganeid?
Õpilastel soovitatakse seda teada saada, lugedes järgmisi väiteid.
1. Müra põhjustab enneaegset vananemist. Kolmekümnel juhul sajast vähendab müra seal viibivate inimeste eluiga suuremad linnad 8-12 aastaks.
2. Iga kolmas naine ja iga neljas mees kannatavad suurenenud müratasemest tingitud neurooside all.
3. Selliseid haigusi nagu gastriit, mao- ja soolehaavandid avastatakse kõige sagedamini inimestel, kes elavad ja töötavad mürarikkas keskkonnas. Popmuusikute jaoks on maohaavand kutsehaigus.
4. Piisavalt tugev müra 1 minuti pärast võib põhjustada muutusi aju elektrilises aktiivsuses, mis muutub sarnaseks aju elektrilise aktiivsusega epilepsiahaigetel.
5. Müra surub närvisüsteemi alla, eriti kui see kordub.
6. Müra mõjul toimub pidev hingamissageduse ja -sügavuse langus. Mõnikord ilmnevad südame rütmihäired ja hüpertensioon.
7. Müra mõjul muutuvad süsivesikute, rasvade, valkude ja soolade ainevahetus, mis väljendub muutustes vere biokeemilises koostises (veresuhkru tase langeb).
Liigne müra (üle 80 dB) mõjutab mitte ainult kuulmisorganeid, vaid ka teisi organeid ja süsteeme (vereringe-, seede-, närvi- jne), elutähtsad protsessid on häiritud, energiavahetus hakkab plastilise ainevahetuse üle domineerima, mis viib enneaegse vananemiseni. kehast.
MÜRAPROBLEEM
Suurlinna saadab alati liiklusmüra. Viimase 25-30 aasta jooksul on maailma suuremates linnades müra suurenenud 12-15 dB (s.t. müra maht on suurenenud 3-4 korda). Kui linnas on lennujaam, nagu see on Moskvas, Washingtonis, Omskis ja paljudes teistes linnades, põhjustab see helistiimulite maksimaalse lubatud taseme mitmekordset ületamist.
Ja ometi on maanteetransport linnas peamine müraallikas. Just see tekitab linnade peatänavatel müramõõturi skaalal kuni 95 dB. Müratase elutubades kl suletud aknad, suunaga maanteele, on vaid 10-15 dB madalamad kui tänaval.
Autode müra oleneb paljudest põhjustest: auto mark, hooldatavus, kiirus, teekatte kvaliteet, mootori võimsus jne. Mootori müra suureneb järsult selle käivitumisel ja soojenemisel. Kui auto liigub esimesel kiirusel (kuni 40 km/h), on mootori müra 2 korda suurem kui teisel kiirusel tekitatav müra. Kui auto järsult pidurdab, suureneb oluliselt ka müra.
Selgunud on inimkeha seisundi sõltuvus keskkonnamüra tasemest. Täheldatud on teatud mürast tingitud muutusi kesknärvi- ja kardiovaskulaarsüsteemi funktsionaalses seisundis. Südame isheemia, hüpertooniline haigus, kõrgenenud kolesteroolitase veres esineb sagedamini mürarikastes piirkondades elavatel inimestel. Müra häirib oluliselt und, vähendades selle kestust ja sügavust. Uinumiseks kuluv aeg pikeneb tunni või rohkemgi ning pärast ärkamist tunnevad inimesed väsimust ja peavalu. Aja jooksul muutub see kõik krooniliseks väsimuseks, nõrgestab immuunsüsteemi, soodustab haiguste teket ja vähendab töövõimet.
Praegu arvatakse, et müra võib lühendada inimese eluiga ligi 10 aasta võrra. Psüühiliselt haigeid on üha rohkem helistiimulite suurenemise tõttu, eriti tugevalt mõjub müra naistele. Üldiselt on vaegkuuljate arv linnades suurenenud, kuid levinumad nähtused on muutunud peavalu ja suurenenud ärrituvus.
MÜRASAASTE
Heli ja suure võimsusega müra mõjutavad kuuldeaparaati, närvikeskusi ning võivad põhjustada valu ja šokki. Nii toimib mürasaaste. Vaikne lehtede sahin, oja kohin, linnuhääled, kerge veeprits ja surfihelin on inimesele alati meeldivad. Nad rahustavad teda ja leevendavad stressi. Seda kasutatakse meditsiiniasutustes, psühholoogilise abi ruumides. Looduslikud loodusemürad muutuvad järjest harvemaks, kaovad täielikult või upuvad tööstus-, transpordi- ja muude müradega.
Pikaajaline müra kahjustab kuulmisorganit, vähendades helitundlikkust. See põhjustab südame ja maksa häireid ning närvirakkude kurnatust ja ülekoormust. Närvisüsteemi nõrgestatud rakud ei suuda erinevate kehasüsteemide tööd piisavalt koordineerida. Siin tekivad häired nende tegevuses.
Teame juba, et 150 dB müra on inimestele kahjulik. Ega asjata hukati keskajal kella all. Kellade mürin piinas ja aeglaselt tappis.
Iga inimene tajub müra erinevalt. Palju sõltub vanusest, temperamendist, tervisest ja keskkonnatingimustest. Müral on kuhjuv toime, see tähendab, et kehas kuhjuvad akustilised ärritused suruvad üha enam närvisüsteemi alla. Müral on eriti kahjulik mõju organismi neuropsüühilisele aktiivsusele.
Mürad põhjustavad funktsionaalseid häireid südame-veresoonkonna süsteemist; avaldab kahjulikku mõju visuaalsetele ja vestibulaarsetele analüsaatoritele; vähendada refleksi aktiivsust, mis põhjustab sageli õnnetusi ja vigastusi.
Müra on salakaval, selle kahjulik mõju organismile ilmneb nähtamatult, märkamatult, kehakahjustusi ei tuvastata kohe. Lisaks on inimkeha müra vastu praktiliselt kaitsetu.
Üha enam räägivad arstid mürahaigusest, mis mõjutab eelkõige kuulmist ja närvisüsteemi. Mürasaaste allikaks võib olla tööstusettevõte või transport. Eriti valju müra tekitavad rasked kallurautod ja trammid. Müra mõjutab inimese närvisüsteemi ja seetõttu rakendatakse linnades ja ettevõtetes mürakaitsemeetmeid. Raudtee- ja trammiliinid ning maanteed, mida mööda kulgeb kaubavedu, on vaja viia linnade keskosadest hajaasustusaladele ja nende ümber luua hästi müra neelavatesse rohealadesse. Lennukid ei tohiks lennata üle linnade.
HELIPILDUS
Heliisolatsioon aitab vältida müra kahjulikke mõjusid
Mürataseme vähendamine saavutatakse ehitus- ja akustiliste meetmete abil. Hoone välispiiretes on akendel ja rõduustel oluliselt väiksem heliisolatsioon kui seinal endal.
Hoonete mürakaitse astme määravad eelkõige antud otstarbega ruumide lubatud müranormid.
VÕITLUS AKUSTILISE MÜRAGA
MNIIP Akustikalabor arendab projekti dokumentatsiooni osana rubriike “Akustiline ökoloogia”. Teostatakse projekte ruumide heliisolatsiooni, müratõrje, helitugevdussüsteemide arvutuste ja akustiliste mõõtmiste osas. Kuigi tavaruumides soovivad inimesed üha enam akustilist mugavust – head kaitset müra eest, arusaadavat kõnet ja nn. akustilised fantoomid - negatiivsed helipildid, mille moodustavad mõned. Disainides, mis on mõeldud täiendavalt detsibellide vastu võitlemiseks, vahelduvad vähemalt kaks kihti - "kõva" (kipsplaat, kipskiud). Samuti peaks akustiline disain hõivama oma tagasihoidliku niši sees. Akustilise müra vastu võitlemiseks kasutatakse sagedusfiltreerimist.
LINN JA ROHELISED KOHAD
Kui kaitsete oma kodu puude poolt müra eest, on kasulik teada, et lehed ei neela helisid. Lööb vastu tüve, helilained purunevad, suundudes alla pinnasesse, kus need neelduvad. Parim eestkostja kuusk loetakse vaikuseks. Isegi kõige tihedama liiklusega maantee ääres saate rahus elada, kui kaitsete oma kodu roheliste kuuskede reaga. Ja lähedale oleks tore istutada kastaneid. Üks täiskasvanud kastanipuu puhastab kuni 10 m kõrguse, kuni 20 m laiuse ja kuni 100 m pikkuse ruumi autode heitgaasidest. Pealegi lagundab kastan erinevalt paljudest teistest puudest mürgiseid gaase, kahjustamata peaaegu tema „tervist. ”
Linnatänavate haljastuse tähtsus on suur - tihedad põõsaistutused ja metsavööndid kaitsevad müra eest, vähendades seda 10-12 dB (detsibellide) võrra, vähendavad kahjulike osakeste kontsentratsiooni õhus 100-lt 25-le%, vähendavad tuule kiirust alates. 10 kuni 2 m/s, vähendada autodest väljuvate gaaside kontsentratsiooni kuni 15% õhuühiku kohta, muuta õhk niiskemaks, alandada selle temperatuuri, s.t muuta see hingamiseks vastuvõetavamaks.
Rohealad neelavad ka heli; mida kõrgemad on puud ja mida tihedam on nende istutamine, seda vähem heli kostab.
Rohealad koos muru ja lillepeenardega mõjuvad soodsalt inimese psüühikale, rahustavad nägemist ja närvisüsteemi, on inspiratsiooniallikaks ning suurendavad inimeste sooritusvõimet. Suurimad kunsti- ja kirjandusteosed, teadlaste avastused, tekkisid looduse kasulikul mõjul. Nii sündis Beethoveni, Tšaikovski, Straussi ja teiste heliloojate suurim muusikalooming, suurepäraste vene maastikukunstnike Šiškini, Levitani maalid ning vene ja nõukogude kirjanike teosed. Pole juhus, et Siberi teaduskeskus rajati Priobsky metsa haljasalade vahele. Siin, linnamüra eest varjus ja rohelusest ümbritsetuna viivad meie Siberi teadlased edukalt läbi oma uurimistööd.
Linnade nagu Moskva ja Kiievi rohelus on kõrge; viimases on näiteks elaniku kohta 200 korda rohkem istutusi kui Tokyos. Jaapani pealinnas hävis üle 50 aasta (1920-1970) ligikaudu pooled kõigist keskusest kümne kilomeetri raadiuses asuvatest rohealadest. Ameerika Ühendriikides on viimase viie aasta jooksul kadunud ligi 10 tuhat hektarit keskseid linnaparke.
← Müra mõjub halvasti inimese tervisele eelkõige kuulmise ning närvi- ja kardiovaskulaarsüsteemi seisundi halvenemise kaudu.
← Müra saab mõõta spetsiaalsete instrumentide – helitasememõõturite abil.
← Me peame võitlema kahjulik mõju müra, kontrollides mürataset, samuti kasutades mürataseme vähendamiseks erimeetmeid.