Инфразвук это звуковые колебания с частотой: Инфразвук и ультразвук на рабочих местах

Содержание

Инфразвук и ультразвук на рабочих местах

  1. Инфразвук в трудовой деятельности

Любые звуковые волны представляют собой колебания определенной частоты, часть из которых воспринимается органами слуха человека. Вместе с тем, различимые человеком звуки — это только часто общего спектра: при этом существуют колебания, характеризующиеся частотами, которые человеческое уход не в состоянии воспринять. Тем не менее, говорить о том, что они не оказывают никакого влияния на организм, было бы неправильно: такие колебания способны нанести серьезный вред здоровью человека, если он постоянно вынужден трудиться в таких условиях.

Инфразвук в трудовой деятельности

Инфразвуковые колебания относятся к частотам низкого спектра, значение которых не превышает 20 Гц. Такие звуки на практике нередко производятся тяжелыми механизмами, машинами и оборудованием в процессе своей работы. При этом в зависимости от характера действующего механизма продуцируемый им инфразвук может быть как постоянным, так и непостоянным, или периодическим.

Тем не менее, и тот, и другой тип звуковых колебаний небезопасны для здоровья сотрудников, которые работают в непосредственной близости от их источника. Поэтому действующее законодательство в области охраны здоровья персонала устанавливает конкретные нормы допустимого уровня инфразвука на производстве, который работодатель обязан строго контролировать. Эти нормы зафиксированы в СН 2.2.4/2.1.8.583-96 «Инфразвук на рабочих местах, в жилых и общественных помещениях и на территории жилой застройки».

Тип помещения Интенсивность давления звука, Дб в конкретных октавных полосах с частотами, измеряемыми как среднегеометрическое, Гц Общая интенсивность давления звука, Дб Лин
2 4 8 16
Помещения для работ разной степени физической тяжести 100 95 90 85 100
Помещения для работ разной степени интеллектуальной и эмоциональной тяжести 95 90 85 80 95
Территория жилых комплексов 90 85 80 75 90
Общественные здания и жилье 75 70 65 60 75

Ультразвук в трудовой деятельности

Ультразвук, напротив, относится к той части звукового спектра, которую человеческое ухо не слышит по причине излишне высокой частоты. Принято считать, что к этой категории относятся все звуки частотой свыше 20 тыс. Гц, однако с точки зрения оценки его влияния на здоровье человека его целесообразно подразделять на следующие категории:

  • ультразвук низкой частоты — от 1,12*104 до 1,0*105 Гц;
  • ультразвук высокой частоты — от 1,0*105 до 1,0*109 Гц.

Ультразвук также является следствием работы оборудования, однако, в отличие от инфразвука, его чаще всего производят машины и техника небольшой величины, работающие на высоких скоростях, — например, медицинское оборудование, механизмы для осуществления сварочных работ и т. д. Допустимые на предприятии нормы интенсивности ультразвука приведены в ГОСТ 12.1.001-89 «ССБТ. Ультразвук. Общие требования безопасности».

Среднегеометрические частоты третьоктавных полос, кГц Интенсивность давления звука, дБ
12,5 80
16 80 (90)
20 100
25 105
31,5-100 110

Инфразвук представляет серьезную опасность для состояния здоровья тех сотрудников, чья трудовая деятельность протекает под его регулярным воздействием. Он становится особенно вреден в случае, если его частота превышает санитарные нормы и совпадает с частотой естественных колебаний внутренних органов человека, создавая так называемый резонанс. В частности, в такой ситуации вероятно возникновение следующих проблем со здоровьем:

  • повреждение внутренних органов и серьезные расстройства их деятельности;
  • потеря чувствительности и функциональности отдельных внутренних органов;
  • нарушение мозгового кровообращения, головные боли, высокий уровень утомляемости;
  • нарушения нормального состояния психики.

Главный вред ультразвука состоит в том, что он может распространяться как по воздуху, так и при непосредственном контакте с телом человека, например, в случае, если его руки соприкасаются с механизмом, издающим ультразвуковые колебания. Человек, регулярно подвергающийся воздействию ультразвука, превышающего нормативы, часто сталкивается со следующими проблемами:

  • расстройства нервной системы, включая повышенную раздражительность, бессонницу, утомляемость и другие;
  • нарушение нормального функционирования компонентов эндокринной системы;
  • возникновение дисфункций сердечно-сосудистой системы.

Таким образом, главной задачей работодателя, который привлекает сотрудников к производственной деятельности, сопряженной с воздействием ультразвука или инфразвука, является обеспечение уровней его воздействия, не превышающих гигиенических норм. В этой связи особенно важным становится своевременное проведение соответствующих замеров, которые может осуществить только специализированная организация, имеющая в распоряжении необходимое оборудование и штат квалифицированных сотрудников.

Звуковые волны. Инфразвук и ультразвук

С.И.КИРКОВА,
школа № 1138 СВАО, г. Москва

Выдержки из ученических проектов. 9-й класс

ШУМОВОЕ ЗАГРЯЗНЕНИЕ

Сильный продолжительный и особенно постоянный шум – скрытый и опасный враг человека и других живых существ. Значительный и продолжительный шум ограничивает продолжительность труда, приводит к преждевременному расстройству и разрушению слухового аппарата, развитию сердечно-сосудистых заболеваний (гипертонии, аритмии), поражению нервной системы, язвенной болезни и другим расстройствам. Наиболее распространённые симптомы шумового влияния – раздражительность, рассеянность и, как следствие, невроз. Шум обостряет хронические заболевания. Любопытно, что во время сна шум оказывает более негативное воздействие, чем в часы бодрствования.

Воздействие шума на человека определяется его уровнем (громкостью, интенсивностью) и высотой составляющих его звуков, а также продолжительностью воздействия. Понятия «интенсивность» и «громкость шума» принимаются в быту за синонимы, однако не совсем тождественны: интенсивность – объективная характеристика звука; громкость – характеристика его субъективного восприятия. Установлено, что громкость звука возрастает гораздо медленнее, чем интенсивность. Уровень шума выражается в логарифмической шкале, в децибелах (дБ). 1 дБ – это десятая часть логарифма отношения давления, которое оказывают звуковые волны на барабанную перепонку уха, к предельно низкому, ещё ощущаемому ухом давлению.

Минимальная интенсивность звука, воспринимаемая ухом, называется порогом слышимости. Порог слышимости различен для звуковых колебаний разных частот. Органы слуха человека наиболее чувствительны к частоте 1000–3000 Гц. Верхнюю границу интенсивности звука, которую человек ещё способен воспринимать, называют порогом болевого ощущения. Шум 0 дБ создаёт зимний лес в безветренную погоду. Шум 1 дБ еле уловим при исключительно остром слухе. Шум от нормального дыхания оценивается как 10 дБ, и такой уровень принимают за порог слышимости людей с нормальным слухом. Шёпот создаёт шум 20 дБ. Отдых и сон считают полноценным, когда шум не превышает 25–30 дБ, в учреждениях и на предприятиях шум достигает 40–60 дБ. На шумных предприятиях шум достигает 70 дБ. Кратковременно допустим шум 80 дБ. Более сильный шум вреден, болевой порог лежит обычно в пределах 120–130 дБ, за которым возможно повреждение слухового аппарата. Согласно санитарным нормам, уровень шума около зданий днём не должен превышать 55 дБ, а ночью (с 23 до 7 ч) 45 дБ, в квартирах соответственно 40 и 30 дБ.

В диапазоне слышимых человеком звуков (от 16 до 20 000 Гц) самое неблагоприятное воздействие на человека оказывает шум, в спектре которого преобладают высокие частоты (выше 800 Гц). Ультразвук (выше 20 кГц) и инфразвук (ниже 16–25 Гц) не воспринимаются человеческим ухом, но они также могут оказывать негативное влияние. По данным австрийских исследователей, шум в больших городах сокращает продолжительность жизни их жителей на 10–12 лет. Поставлены опыты, которые доказывают, что повышенный шум неблагоприятно влияет и на развитие растений. Уровни шумов от различных источников и реакция организма на акустические воздействия приведены в таблице.

Для человека практически безвреден шум 20–30 дБ, допустимая граница – 80 дБ, 130 дБ вызывают болевые ощущения, 150 дБ уже непереносимы.

Суммарный шум от больших транспортных потоков составляет 90–95 дБ (высокий уровень) и стоит на магистралях почти круглосуточно. От транспортного шума страдают прежде всего жители городов, а также посёлков, находящихся вблизи крупных автомагистралей, железнодорожных путей и станций, морских и речных портов, аэродромов, автопредприятий. Уровень шума в домах вдоль главных магистралей Москвы достигает 60 дБ. Самые шумные места – на Садовом кольце. В часы пик шум от трамваев на улицах превышает 77 дБ.

Транспортные средства создают шум, дБ

Легковой автомобиль……………………………………………. 65–80

Автобус………………………………………………………………… 80–85

Грузовой автомобиль……………………………………………. 80–90

Мотоцикл…………………………………………………………….. 90–95

Моторная лодка……………………………………………………. 90–95

Поезд метро………………………………………………………….. 90–95

Обычный поезд……………………………………………………. 95–100

Самолёт на взлёте………………………………………………. 110–130

Крупный реактивный самолёт……………………………. 155–160

В настоящее время в ряде стран установлены предельно допустимые уровни шума для предприятий, отдельных машин, транспортных средств. Например, к эксплуатации на международных линиях допускаются самолёты, создающие шум не выше 112 дБ днём и 102 дБ ночью. Начиная с моделей 1985 г. максимально допустимые уровни шума: для легковых автомобилей 80 дБ, для автобусов и грузовых автомобилей в зависимости от массы и вместимости соответственно 81–85 дБ и 81–88 дБ.

Особую опасность представляют плееры и дискотеки для подростков. Скандинавские учёные пришли к выводу, что каждый пятый подросток плохо слышит, хотя и не всегда об этом догадывается. Причина – злоупотребление переносными плеерами и долгое пребывание на дискотеках. Обычно уровень шума на дискотеке составляет 80–100 дБ, что сравнимо с уровнем шума интенсивного уличного движения или взлетающего в 100 м турбореактивного самолёта. Громкость звука плеера составляет 100–114 дБ. Почти так же оглушительно работает отбойный молоток. Правда, для рабочих в таких ситуациях предусмотрена шумовая защита. Если ею пренебречь, то уже через 4 ч непрерывного грохота (в неделю) возможны кратковременные нарушения слуха в области высоких частот, а позднее появляется звон в ушах.

Здоровые барабанные перепонки без ущерба могут переносить громкость плеера в 110 дБ максимум в течение 1,5 мин. Французские учёные отмечают, что нарушения слуха в наш век активно распространяются среди молодых людей; с возрастом они скорее всего будут вынуждены пользоваться слуховыми аппаратами. Даже низкий уровень громкости мешает концентрации внимания во время умственной работы. Музыка, пусть даже совсем тихая, снижает внимание – это следует учитывать при выполнении домашней работы. Когда звук нарастает, организм производит много гормонов стресса, например, адреналин. При этом сужаются кровеносные сосуды, замедляется работа кишечника. В дальнейшем всё это может привести к нарушениям работы сердца и кровообращения. Эти перегрузки – причина каждого по крайней мере десятого инфаркта.

Первый симптом ухудшения слуха называется эффектом званого ужина. На многолюдном вечере человек перестаёт различать голоса, не может понять, почему все смеются. Он начинает избегать многолюдных встреч, что ведёт к его социальной изоляции. Многие люди с нарушением слуха впадают в депрессию и даже страдают манией преследования.

Существуют методы борьбы с шумом: хороши зелёные насаждения и шумозащитные экраны для защиты малоэтажной застройки; для защиты индивидуальных квартир применяют стеклопакеты (окна с улучшенной звукоизоляцией) либо заменяют стёкла на более толстые (при двойном остеклении первые должны быть толщиной 4 мм, вторые – 6 мм).

ИНФРАЗВУК

Поющие пески. Есть на земле места (отмели Кольского полуострова, долины рек Вилюя и Лены, побережье Байкала), где обширные площади движущихся песков звучат так, что кажется, будто вокруг «поёт» вся пустыня. Особенно громко пески поют на гребнях барханов и дюн. В других местах звучат лишь небольшие участки, песчаные косы и пляжи, подчас поросшие кустарником. Порой звуки раздаются самые неожиданные: то лай собаки, то звон натянутой струны, то звучание органа, а то и рёв авиационных двигателей. Жители города Никополя многократно слышали звучание песка на косе речки Лапинки (один из рукавов Днепра). Очень хорошо это пение было слышно в 1952 г., особенно после дождя, когда верхний слой песка слипался, а затем подсыхал, образуя рыхлую корку. Когда по нему шли, он издавал звуки, похожие на свист воздуха, выпускаемого из автомобильной камеры.

На правом берегу реки Или, в ста восьмидесяти двух километрах от Алма-Аты, находится знаменитый Поющий бархан. Длина его достигает двух километров, ширина – полукилометра, а высота – ста пятидесяти метров. Сложен он из чистого жёлтого песка, отливающего золотом. Венчает бархан острый гребень. Песок тут звучит, когда начинает осыпаться.

Что же заставляет пески звучать? Некоторые учёные считают, что звук рождается при трении множества песчинок друг о друга. Песчинки покрыты тонким налётом соединений кальция и магния, и звуки возникают так же, как под скрипичным смычком, когда им проводят по струнам, натёртым канифолью. Другие полагают, что основная причина заключена в движении воздуха в промежутках между песчинками. Когда бархан осыпается, промежутки то увеличиваются, то уменьшаются, воздух то проникает в них, то выталкивается оттуда. Есть и такое объяснение: звуки вызываются электризацией песка. Благодаря трению песчинки заряжаются разноимённо и начинают отталкиваться одна от другой. А это порождает звуки, как при обычном электрическом разряде. Советскому учёному Я.В.Рыжко удалось искусственно получить такой звучащий песок. Он взял обычный речной песок, просушил, очистил от пыли, удалил из него все посторонние примеси и затем наэлектризовал при помощи обычной электрофорной машины. И песок зазвучал – при нажиме рукой издавал скрипящие звуки.

Гул песка (очень похожий на рёв реактивного самолёта) можно объяснить следующим. В любом бархане на небольшой глубине вследствие конденсации влаги из воздуха образуется слой уплотнённого влажного песка. Весной и осенью, после дождей, он смыкается с поверхностным, тоже влажным, слоем, – и тогда бархан становится немым. Летом, в жару, песок сверху высыхает, под ним остаётся влажный слой, а ещё ниже – снова сухой. Когда по бархану течёт песчаная лавина, то верхние слои песка, испытывая меньше трения, обгоняют нижние, при этом возникает своеобразная, хорошо заметная волнистость поверхности. Она передаётся толчками на слои влажного песка, и он, как дека музыкального инструмента, резонирующая от колебания струны, начинает вибрировать, издавая характерный гул.

Между прочим, когда такой песок привозят для изучения в лабораторию, он замолкает. Но если его поместить в герметично закрытый сосуд, он снова начинает звучать. Почему? Пока можно только высказывать предположения.

Инфразвук (от лат. infra ниже, под) – упругие волны, аналогичные звуковым, но имеющие частоты ниже слышимых человеком частот. Обычно за верхнюю границу инфразвукового (ИЗ) диапазона принимают 16–25 Гц, нижняя граница не определена. Практический интерес могут представлять колебания частотой от десятых и даже сотых долей герца, т.е. периодами в десяток секунд. Инфразвук содержится в шуме атмосферы, леса, моря. Источниками ИЗ-колебаний являются грозовые разряды (гром), взрывы, орудийные выстрелы. В земной коре наблюдаются ИЗ-колебания, возбуждаемые самыми разнообразными источниками, в том числе землетрясениями, взрывами, обвалами и даже транспортными средствами.

Поскольку инфразвук слабо поглощается в различных средах, он может распространяться на очень большие расстояния в воздухе, воде и земной коре. Это находит практическое применение при определении местоположения эпицентра землетрясения, сильного взрыва или стреляющего орудия. Распространение инфразвука на большие расстояния в море даёт возможность предсказывать стихийные бедствия, например, цунами. Взрывы, порождающие большой спектр ИЗ-частот, применяются для исследования верхних слоёв атмосферы, свойств водной среды.

Развитие промышленного производства и транспорта привело к значительному увеличению источников инфразвука в окружающей среде и возрастанию его уровня. Основные техногенные источники инфразвука в городе приведены в таблице.

Влияние инфразвука на организм человека. В конце 60-х гг. французский исследователь Гавро обнаружил, что инфразвуки определённых частот могут вызывать у человека тревожность и беспокойство, головную боль, снижать внимание и работоспособность, даже нарушать функцию вестибулярного аппарата и вызывать кровотечение из носа и ушей. Инфразвук частотой 7 Гц смертелен. Свойство инфразвука вызывать страх используется полицией в ряде стран мира: для разгона толпы включаются мощные генераторы, частоты которых отличаются на 5–9 Гц. Биения, возникающие вследствие различия частот этих генераторов, имеют
ИЗ-частоту и вызывают у многих людей неосознанное чувство страха, желание поскорее уйти из этого места.

Профессор Гавро познакомился с инфразвуками почти случайно. В одном из помещений лаборатории, где работали его сотрудники, с некоторых пор стало невозможно находиться. Достаточно было пробыть здесь два часа, чтобы почувствовать себя совсем больным: кружилась голова, наваливалась усталость, мысли путались, а то и вовсе не хотелось думать о чём-либо.

Прошёл не один день, прежде чем исследователи сообразили, где следует искать неизвестного врага. Им оказались инфразвуки большой мощности, создаваемые вентиляционной системой нового завода, построенного близ лаборатории. Частота этих волн равнялась 7 Гц. Профессор Гавро высказал предположение, что биологическое действие инфразвука проявляется, если частота волны совпадает с так называемым альфа-ритмом головного мозга.

Механизм восприятия инфразвука и его физиологического действия на человека пока полностью не установлен. Возможно, что оно связано с возбуждением резонансных колебаний в организме. Так, собственная частота нашего вестибулярного аппарата близка к 6 Гц, и многим знакомы неприятные ощущения при длительной езде в автобусе, поезде, при плавании на корабле или качании на качелях. Говорят: «Меня укачало».

При воздействии инфразвука могут отличаться друг от друга картины, создаваемые левым и правым глазом, начинает «ломаться» горизонт, возникают проблемы с ориентацией в пространстве, приходят необъяснимые тревога и страх. Подобные же ощущения вызывают и пульсации света частотой 4–8 Гц. Ещё египетские жрецы, чтобы добиться признания у пленника, связывали его и с помощью зеркала пускали в глаза пульсирующий солнечный луч. Через некоторое время у пленника появлялись судороги, начинала идти пена изо рта, психика подавлялась, и он начинал отвечать на вопросы.

Сходные воздействия инфразвука и мигающего света, не считая даже повышенную громкость звука, испытывают посетители дискотек. Вполне возможно, что они не проходят бесследно, и в организме могут происходить какие-либо нежелательные и необратимые изменения.

Британские учёные продемонстрировали, что под воздействием инфразвука люди испытывают примерно те же ощущения, что и при «встречах» с призраками. Был поставлен такой эксперимент. С помощью семиметровой трубы учёным удалось подмешать к звучанию обычных музыкальных инструментов на концерте классической музыки сверхнизкие частоты. После концерта слушателей (а их было 750 человек) попросили описать впечатления. «Подопытные» сообщили, что чувствовали внезапный упадок настроения, печаль, у некоторых по коже бежали мурашки, у кого-то возникало тяжёлое чувство страха.

При землетрясениях и подвижках земной коры генерируются волны трёх типов: P, S, и L. P-волны (от англ. primaryпервичный) – продольные волны сжатия-растяжения, распространяются на огромные расстояния со скоростью звука в данной среде. S-волны (от англ. secondaryвторичный) – поперечные, они могут распространяться только в скальных породах. L-волны (волны Лява, по имени открывшего их учёного A.Love) подобны морским и распространяются вдоль границ разных сред с малой скоростью, зависящей от частоты. Волна инфразвука, дойдя до поверхности Земли от центра землетрясения, превращается в L-волну, которая и вызывает наблюдаемые многочисленные разрушения. Такие же, но более слабые, волны возникают при подземных ядерных взрывах.

Инфразвук – причина катастроф. Дело в том, что в Мировом океане громадные запасы метангидрата – метанового льда. Это конгломерат воды и газа, состоящий из кластеров из 32 молекул воды и 8 молекул метана. Метангидраты образуются там, где на морском дне через трещины в земной коре выделяется природный газ. Инфразвуковая волна, обладая огромной энергией, разрушает метановый лёд, и газ метан выделяется в воду. Кратеры, выделяющие метан, были обнаружены научно-исследовательским кораблём «Полярная звезда» (ФРГ) в море Лаптевых и у берегов Пакистана в 1987 г. Образующаяся при выделении метана газоводяная смесь имеет очень малую плотность, и корабль, оказавшийся в этой зоне, может внезапно утонуть. Так же и самолёт, пролетающий над таким местом, может неожиданно глубоко «провалиться» в воздушную яму и удариться о поверхность воды. Считается, что многие необъяснённые катастрофы кораблей и самолётов связаны именно с непредсказуемым выделением метана из морских глубин.

Инфразвуковые колебания в атмосфере Земли являются результатом действия многочисленных причин: галактических космических лучей, гравитационных воздействий Луны и Солнца, падений метеоритов, электромагнитных излучений и корпускулярных потоков от Солнца, а также геосферных процессов. Взаимодействие электромагнитного излучения с оптическими неоднородностями атмосферы может приводить к генерации акустических колебаний в широком диапазоне частот. Следует ожидать поэтому, что в спектре ИЗ-колебаний атмосферы должна проявляться ритмика солнечной активности. Это может обуславливать широко известную связь солнечной активности с биосферными процессами.

ИЗ-колебания в атмосфере связаны также с сейсмической активностью, причём они могут быть и внешним воздействием на подготовительные процессы, и их результатом. Связь интенсивности сейсмических процессов с солнечной активностью была обнаружена при анализе глобальной сейсмичности и
11-летних солнечных циклов. Сейчас считается, что эта связь осуществляется через циклоническую активность в атмосфере.

В ЛЦ ИКИ в результате анализа спектров инфразвука, полученных в период 1997–2000 гг., обнаружены годовые, сезонные, 27-суточные и суточные периоды колебаний. Подтверждена гипотеза о возрастании энергии инфразвука при уменьшении солнечной активности. Максимальная годовая энергия инфразвука наблюдалась в 1997 г., когда солнечная активность была в минимуме, аналогичное наблюдалось и при её кратковременных (5–10 суток) изменениях. Исследования ИЗ-спектров до и после крупных землетрясений показало их характерные изменения перед крупными землетрясениями. В результате экспериментов по наблюдению электромагнитных откликов на акустические возмущения в атмосфере, создаваемые с помощью мобильного акустического излучателя, доказана связь инфразвука с геомагнитными вариациями.

Таким образом, Солнце, межпланетная среда, атмосфера и литосфера представляют собой единую систему, и существенную роль в процессах их взаимодействия играют ИЗ-волны.

Ультразвук – упругие волны высокой (более 20 кГц) частоты. Хотя о существовании ультразвука учёным было известно давно, практическое использование его в науке, технике и промышленности началось сравнительно недавно. Сейчас ультразвук широко применяется в различных физических и технологических методах.

Генерация ультразвуковых (УЗ) волн. Ультразвук можно получить от механических, электромагнитных и тепловых источников. В газовой среде УЗ-волны обычно возбуждаются механическими излучателями разного рода – сиренами прерывистого действия. Мощность ультразвука – до нескольких киловатт на частотах до 40 кГц. УЗ-волны в жидкостях и твёрдых телах обычно возбуждают электроакустическими, магнитострикционными и пьезоэлектрическими преобразователями.

Сирена – один из видов механических УЗ-излучателей. Она обладает относительно большой мощностью и применяется в милицейских и пожарных машинах. Все ротационные сирены имеют камеру, закрытую сверху диском (статором) с большим количеством отверстий. Столько же отверстий имеется и на вращающемся внутри камеры диске – роторе. При вращении ротора положение отверстий в нём периодически совпадает с положением отверстий на статоре. В камеру непрерывно подаётся сжатый воздух, который вырывается в те короткие мгновения, когда отверстия на роторе и статоре совпадают. Основная задача при изготовлении сирен – это, во-первых, увеличить число отверстий в роторе и, во-вторых, увеличить скорость его вращения. Однако совместить эти требования очень трудно.

Свисток Гальтона. Первый ультразвуковой свисток сделал в 1883 г. англичанин Ф.Гальтон. При пропускании под высоким давлением воздуха через маленькую цилиндрическую резонансную полость в результате удара цилиндрического поршня о губу (металлическую пластинку) в зазоре генерируется ультразвук частотой около 170 кГц (определяется размерами кольцевого сопла и губы). Мощность свистка Гальтона невелика, его в основном применяют для подачи команд при дрессировке собак.

 

Применение ультразвука
Медицина

Гигиена. То, что ультразвук активно воздействует на биологические объекты (например, убивает бактерии), известно уже более 70 лет, но до сих пор среди медиков нет единого мнения о конкретном механизме его воздействия на больные органы. Одна из гипотез: высокочастотные УЗ-колебания вызывают внутренний разогрев тканей, сопровождаемый микромассажем.

Санитария. Широко применяются в больницах и клиниках УЗ-стерилизаторы хирургических инструментов.

Диагностика. Электронная аппаратура со сканированием УЗ-лучом служит для обнаружения опухолей мозга и постановки диагноза.

Акушерство – область медицины, где эхоимпульсные УЗ-методы наиболее прочно укоренились, как, например, ультразвуковое исследование (УЗИ) движения плода, которое недавно прочно вошло в практику. Сейчас происходит накопление информации по движению конечностей плода, псевдодыханию, по динамике сердца и сосудов. Пока исследуются физиология и развитие плода, а до обнаружения аномалий пока ещё далеко.

Офтальмология. Ультразвук особенно удобен для точного определения размеров глаза, а также для исследования патологий и аномалий его структур в случае непрозрачности и, следовательно, недоступности для обычного оптического исследования. Область позади глаза – орбита – доступна обследованию через глаз, поэтому ультразвук вместе с компьютерной томографией стал одним из основных методов исследования патологий этой области.

Кардиология. Ультразвуковые методы широко применяются при обследовании сердца и прилегающих магистральных сосудов. Это связано с возможностью быстрого получения пространственной информации, а также возможностью её объединения с томографической визуализацией.

Терапия и хирургия. Давно известно, что
УЗ-излучение можно сделать узконаправленным. Французский физик Поль Ланжевен впервые заметил его повреждающее действие на живые организмы. Результаты его наблюдений, а также сведения о том, что УЗ-волны могут проникать сквозь мягкие ткани человеческого организма, привели к тому, что с начала 1930-х гг. возник большой интерес к проблеме применения ультразвука для терапии различных заболеваний. Особенно широко ультразвук стал применяться в физиотерапии. Тем не менее лишь недавно стал намечаться научный подход к анализу явлений, возникающих при взаимодействии УЗ-излучения с биологической средой. Терапевтический ультразвук можно разделить на ультразвук низких и высоких интенсивностей – соответственно неповреждающий нагрев (или какие-либо нетепловые эффекты) и стимуляция и ускорение нормальных физиологических реакций при лечении повреждений (физиотерапия и некоторые виды терапии рака). При более высоких интенсивностях основная цель – вызвать управляемое избирательное разрушение в тканях (хирургия). Электронная аппаратура используется в нейрохирургии для инактивации отдельных участков головного мозга мощным сфокусированным высокочастотным (порядка 1000 кГц) пучком.

Оценка безопасности применения ультразвука в медицине. Пока невозможно выделить один или даже несколько физических параметров, которые служили бы в качестве адекватных количественных характеристик, позволяющих предсказать конечный биологический эффект. И всё же полезно выдвинуть некоторые критерии для правильного применения ультразвука:

1. Оператор должен использовать минимальные интенсивности и экспозиции, позволяющие получить у пациента желаемый клинический эффект.

2. Обслуживающий персонал не должен облучаться без необходимости.

3. Все процедуры должны выполняться хорошо обученным персоналом или под его руководством.

Гидролокация. Давление в УЗ-волне превосходит давление в волне обычного звука в тысячи раз и легко обнаруживается с помощью микрофонов в воздухе и гидрофонов в воде. Это даёт возможность применения ультразвука для обнаружения косяков рыбы или других подводных объектов. Одна из первых практических УЗ-систем обнаружения подводных лодок появилась в конце Первой мировой войны.

Ультразвуковой расходомер. Принцип действия такого прибора основан на эффекте Доплера. Импульсы ультразвука направляются попеременно по потоку и против него. При этом скорость прохождения сигнала то складывается со скоростью потока, то вычитается из неё. Возникающая разность фаз импульсов в двух ветвях измерительной схемы регистрируется электронным оборудованием, в итоге вычисляется скорость потока, а по ней – и массовая скорость (расход). Этот измеритель может применяться как в замкнутом контуре (например, для исследований кровотока в аорте или охлаждающей жидкости в атомном реакторе), так и в открытом (например, реки).

Химическая технология. Вышеописанные методы относятся к категории маломощных, в которых физические характеристики среды не изменяются. Но существуют и методы, в которых на среду направляют ультразвук большой интенсивности. При этом в жидкости развивается мощный кавитационный процесс (образование множества пузырьков, или каверн, которые при повышении давления схлопываются), вызывая существенные изменения физических и химических свойств этой среды. Многочисленные методы УЗ-воздействия на химически активные вещества объединяются в научно-техническую отрасль знаний, называемую УЗ-химией. Она исследует и стимулирует такие процессы, как гидролиз, окисление, перестройка молекул, полимеризация, диполимеризация, ускорение реакций.

УЗ-пайка. Кавитация, обусловленная мощными УЗ-волнами в металлических расплавах, и разрушает оксидную плёнку алюминия, и позволяет производить его пайку оловянным припоем без флюса. Изделия из спаянных ультразвуком металлов стали обычными промышленными товарами.

УЗ-механическая обработка. Энергия ультразвука успешно используется при машинной обработке деталей из очень твёрдых и хрупких материалов, как, например, стекло, керамика, карбид вольфрама, закалённая сталь. В промышленности также используется большой ассортимент оборудования для очистки поверхностей кварцевых кристаллов и оптического стекла, малых прецизионных шарикоподшипников, снятия заусенцев с малогабаритных деталей.

Широко применяется ультразвук для приготовления однородных смесей. Ещё в 1927 г. американские учёные Лимус и Вуд обнаружили, что если две несмешивающиеся жидкости (например, масло и воду) слить в одну мензурку и облучить ультразвуком, то в мензурке образуется эмульсия, т.е. мелкая взвесь масла в воде. Это широко используется в промышленности для изготовления лаков, красок, фармацевтических изделий, косметики.

Литература

Агранат Б.А. и др. Основы физики и техники ультразвука. – М., 1987.

Баулан И. За барьером слышимости. – М., 1971.

Пахомова Н.Ю. Метод учебного проекта в образовательных учреждениях. – М., 2005.

Хорбенко И.Г. Звук, ультразвук, инфразвук. – М., 1986.

Хотунцев Ю.Л. Экология и экологическая без-опасность. – М., 2002.

_____________________________________

Приводятся отредактированные выдержки. Проект выполнили учащиеся 9-го класса Кира Руденко и Алексей Медведев.

Проект «Плазменные излучатели звуковых волн»

Инновационные проекты, получившие положительное заключение  экспертизы, организованной ГУНИД Минобороны.  

 

 

 

 

 

Проект 10  

 

Из описания проекта:   

Инфразвуковые колебания действуют на живые организмы за счет возникновения резонанса, так как собственные частоты колебаний органов живых организмов находятся в инфразвуковом диапазоне: 

  • сокращения сердца – 1…2 Гц; 
  • дельта-ритм мозга (состояние сна) – 0,5…3,5 Гц; 
  • тета-ритм мозга – 4…8 Гц; 
  • альфа-ритм мозга (состояние покоя) – 8…13 Гц; 
  • бета-ритм мозга (умственная работа) – 14…35 Гц. 

Самым опасным считается промежуток инфразвуковых частот от 6 до 9 Гц. Значительные психотронные эффекты сильнее всего проявляются на частоте 7 Гц, созвучной тета-ритму природных колебаний мозга.

Согласно действующим нормативным документам для человека уровни звукового давления в октавных полосах со среднегеометрическими частотами 2, 4, 8, 16, Гц должны быть не больше 105 дБ.

В зависимости от силы инфразвукового воздействия могут возникать чувства страха, ужаса или паники и психозов на их почве до соматических расстройств (от расстройств органов зрения до повреждения внутренних органов, вплоть до летального исхода). Для инфразвука характерно малое поглощение в различных средах и благодаря большой длине волны инфразвуковые волны могут распространяться в воздухе, воде и в земной коре на большие расстояния.

Практически невозможно остановить инфразвук при помощи строительных конструкций на пути его распространения. Не эффективны также средства индивидуальной защиты.

Основные способы получения инфразвуковых волн большой мощности: 

  1. акустический способ — резонансная труба длиной 10..20 м возбуждаемая механической «сиреной», в которой поток воздуха прерывается затвором с нужной частотой; 
  2. использование объемных резонаторов Гельмгольца, при этом резонатор имеет меньшие размеры, чем резонансная труба; 
  3. сложение двух совпадающих по фазе ультразвуковых сигналов большой мощности, излучаемых двумя разнесенными пьезокерамическими динамиками. 

Для получения инфразвуковой волны использование резонансной трубы или резонатора Гельмгольца и любых других излучателей прямого преобразования электрической мощности в звуковую волну нерентабельно, поскольку в этом случае размеры излучателя инфразвуковой волны, например, частотой 19 Гц должны быть не менее 4,5 м в длину, а диаметр фокусирующего зеркала должен быть, как минимум в 10 раз больше линейного размера излучателя.

Поэтому при создании систем современного звукового (шумового) оружия разработчики предпочитают использовать пьезокерамические импульсные излучатели. Такие излучатели разработаны в США и применялись в Югославии и Ираке.

В данном проекте предложен механизм получения мощных звуковых колебаний, основанный на постоянно горящем низкотемпературном плазменном канале сверхвысокой частоты (СВЧ), на который накладывается электрическое воздействие в области звуковых частот.

Аналогов излучателей звуковых волн, использующих низкотемпературную плазму, нет.

Задачи, предлагаемые к решению в рамках проекта:

  • создание компактных плазменных излучателей, способных формировать звуковые колебания в инфразвуковом, акустическом и ультразвуковом участках диапазона звуковых волн в воздушной и водной средах; 
  • разработка на основе плазменных излучателей макетных образцов инфразвуковой специальной техники, действующей на расстоянии по различным биообъектам и бортовому оборудованию техники. 

Актуальность реализации проекта определяется необходимостью решения проблемы нейтрализации различных биообъектов (террористы и т.д.), использующих различного рода укрытия на земле, под землей и под водой.

В гражданской области результаты реализации проекта могут быть использованы для освобождения от ледяного покрова акваторий портов, нефтяных и газовых платформ в арктической зоне, доков ремонтных заводов и маршрутов движения судов, а также борьбы с биообъектами (грызуны и т.д.) при хранении различной продукции.

Во всех известных источниках звука для возбуждения звуковых волн используется движение твердой поверхности (мембрана, поверхности кристаллов, способных изменять свои размеры при воздействии приложенного к ним электрического поля — пьезоэлектрики, магнитострикционные преобразователи) или колебания газовых или водяных струй. Указанные источники звука не могут создавать интенсивные (более 105 дБ) звуковые волны в диапазоне инфразвуковых частот (1..25 Гц).

Несмотря на многочисленные исследования, ученым так и не удалось создать компактный макет мощного инфразвукового излучателя направленного действия из-за низкого КПД твердотельной мембраны и отсутствия дальнейшей возможности фокусировки и направленного излучения инфразвуковых колебаний из-за слишком большой длины волны.

Для создания звуковой волны большой амплитуды в проекте предлагается использовать плазменный шнур, возникающий внутри плазматрона в момент подведения к нему СВЧ мощности в импульсном режиме. Созданное устройство основано на постоянно горящем плазменном СВЧ канале, на который накладывается модулированное электрическое воздействие в различных областях звуковых частот.

В результате электрического воздействия возникают поперечные колебания границ плазменного канала, порождающие появление звуковой (ударной) волны вокруг плазменного шнура, на частотах полосы модуляции.

При разработке устройства использовалась технология формирования излучения, позволяющая создавать в плазматроне управляемую низкотемпературную плазму.

Установлено, что при модуляции несущего сигнала СВЧ генератора короткими импульсами порядка 1..10 мкс (микросекунд) с крутым фронтом нарастания в области звуковых частот интенсивность выходных звуковых колебаний может достигать 30% преобразования в звук подведенной к генератору электрической мощности, которая в свою очередь может достигать десятков киловатт.

Благодаря безинерционности процесса колебания плазменного шнура звуковые колебания могут быть получены в очень широком диапазоне частот без искажений амплитудно-частотной характеристики (АЧХ). Такая линейность выходной АЧХ не может быть достигнута ни на одном ныне существующем звуковоспроизводящем устройстве. Человеческая речь и музыка воспроизводятся практически без искажений.

Дальность распространения интенсивности звуковой волны, значительно превышающей болевой порог чувствительности человеческого уха, при модуляции короткими импульсами, длительностью 1..10 мкс на частоте 1..10 кГц может достигать до 1000 м.

Разработанная заявителем проекта лабораторная установка мощностью 2 кВт прошла экспериментальную проверку и имеет следующие технические характеристики:

  1. Выходной генератор СВЧ мощности — магнетронный.
  2. Несущая частота — 2,45 ГГц.
  3. Выходная СВЧ мощность — 2 кВт.
  4. Потребляемая мощность от сети 380В/50Гц (3 фазы) — 4,5 кВт.
  5. Охлаждение — водяное.
  6. Подведение СВЧ мощности — волноводное.
  7. Плазмообразующий газ — воздух (без предварительной осушки).
  8. Давление в системе воздухоподачи (не менее) — 2 атм.
  9. Длина плазменного канала (не более) — 100 мм.
  10. Объем плазменного шнура (не менее) -1,26*10-5 м.
  11. Длина излучающей поверхности (не более) — 50 мм.
  12. Площадь излучающей поверхности (не более) — 7,54*10-3 кв. м.
  13. Выходная мощность звука (не менее) — 90 дБ.
  14. Режим работы — непрерывный/импульсный.
  15. Метод фокусировки плазменного шнура — волноводно-резонансный.
  16. Режимы модуляции несущей частоты — амплитудная модуляция с изменяемой глубиной/ШИМ.
  17. Поддерживаемые классы усиления звукового сигнала — класс А, АВ, D.
  18. Количество электрических модулей в установке — 3 шт.
  19. Габариты основного силового модуля — 1x1x1 м.
  20. Общий вес установки — 320 кг.

Изготовленный действующий макет СВЧ плазменного источника звуковых колебаний с СВЧ генератором мощностью 2 кВт способен развивать мощность выходного звукового сигнала до 200 Вт. При общей площади излучающей поверхности плазмы 7,54*10-3 кв. м выходная мощность звука установки составляет примерно 90 дБ. Для достижения уровня громкости равного болевому порогу 130 дБ и выше создана установка, работающая на частоте 915 МГц с выходной мощностью 50 кВт (см. рис. 1). Длина излучающей поверхности плазменного шнура в ней составляет не менее 700..800 мм, а ее площадь не менее 0,42 кв. м.

Рис. 1 – Установка с выходной мощностью 50 кВт

Рис. 2 − Работа плазматрона с выходной мощностью 50 кВт на частоте 915 МГц

 

Разработка малогабаритных источников инфразвука, способных на расстоянии обеспечить уровни звукового давления более 105 дБ, является предпосылкой к созданию инфразвуковой специальной техники.

В предлагаемом устройстве реализован принцип модуляции «навязывания» звуковых частот на заранее заданную несущую, практически являющуюся когерентной волной, что позволяет использовать различные антенные системы, дающие возможность фокусировать и изменять диаграмму направленности звукового излучения.

Проблема фокусировки и направленности звуковой волны решается путем фокусировки не самого звука, а применения систем фокусировки СВЧ излучения, порождающего направленный плазменный шнур, являющийся в свою очередь источником звуковой волны.

Таким образом, в экспериментальном образце удалось на порядок повысить КПД источника звука путем ухода от каких-либо твердотельных мембран и перехода к системе передачи колебаний «плазма-окружающая среда».

В качестве перспективного направления в противодействии робототехническим системам (РТК) представляется возможным рассмотреть использование звуковых волн высокой интенсивности в определенном диапазоне частот для выведения из строя бортового оборудования РТК (двигателей, автопилотов, гироскопов и элементов MEMS). Подобные исследования по воздействию на гироскопы проводятся в Корейском передовом институте науки и техники, результаты которых представлены на конференции в Вашингтоне в августе 2015 года.

С целью уменьшения массогабаритных размеров инфразвукового устройства в проекте возможна разработка аналога созданной экспериментальной установки, который будет построен с использованием современной элементной базы. Предполагаемый экспериментальный образец будет размещаться в одном блоке с размерами, примерно 700x450x350 мм и иметь вес не более 20 кг. Образец будет изготовлен полностью на отечественной элементной базе, без использования комплектующих компонентов изготовленных за рубежом.

В рамках проекта возможна реализация варианта использования
излучателей инфразвука в водной среде, например, для борьбы с различными
биообъектами, непилотируемыми подводными аппаратами или разрушения
(измельчения) льда в акватории портов, освобождения от пакового льда судов и
морских платформ (см. рис. 3).

 

 

Рис. 3 − Технологическая схема излучателя инфразвука в водной среде

Известно, что лед, в отличие от жидкой воды и водяного пара, является практически прозрачным для электромагнитных колебаний в широком диапазоне частот, поэтому прямое воздействие на него направленными электромагнитными колебаниями ВЧ, УВЧ или СВЧ диапазонов не приведет к таянию. Лед также является хорошим диэлектриком, что не позволяет воздействовать на него прямым электрическим разрядом или воздействием ТВЧ. Резание же льда лазером требует огромных затрат энергии, а при учете толщины льда в северных широтах, делает это совершенно невозможным. Даже если на поверхность толстого льда, подвергаемую электромагнитному воздействию, нанести поглощающую жидкость, то для того чтобы лед растаял, хотя бы до состояния трещины, необходимы будут огромные затраты энергии. В результате получается, что самым эффективным методом колки ледяных глыб больших размеров и толщины является механический метод воздействия, а точнее – удар.

Предлагаемая идея состоит в том, что толстые ледяные северные глыбы должны быть подвергнуты именно механическому воздействию, а точнее упругому звуковому удару. Звуковая волна должна приходить к толще ледяной поверхности из-под воды, где скорость распространения звука на много выше, площадь взаимодействия на много больше, а КПД передачи энергии на границе раздела сред значительно выше. Еще необходимо отметить, что нижние слои льда имеют пористую структуру, где поры и вакуоли льда заполнены соленой водой. При ударе звуковой волной в этих порах и вакуолях возникает дополнительный эффект кавитации, что усиливает разрушение.

Для создания звуковой волны большой амплитуды мы предлагаем использовать плазменный шнур, возникающий внутри плазматрона в момент подведения к нему СВЧ мощности в импульсном режиме. Не смотря на то, что исследования проводились в области низких (инфразвуковых) частот в газовой среде, разработанный плазматрон способен работать и в области высоких (ультразвуковых) частот с минимальными доработками электронной схемы модулятора (замена микросхем тракта усиления на более широкополосные).

Преимущества предлагаемых в проекте решений по сравнению с существующими подтверждаются результатами теоретических исследований и экспериментального подтверждения возможности создания сверхмощных звуковых колебаний с уровнями до 170 дБ на дальности до 1000 метров с помощью компактных устройств массой до 20 кг.

 

РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРТИЗЫ 

Дата проведения экспертизы: октябрь 2017 г. 

Экспертиза проводилась экспертами следующих организаций

ФГБУН «Институт мониторинга климатических и экологических систем» СО РАН, ФГБУН «Институт физики атмосферы им. А.М.Обухова» РАН, ФГБУ «РАРАН», НИЦ (СОТИ СВ) ВУНЦ «ОВА ВС РФ», ФГУП «18 ЦНИИ» МО РФ, АО «Концерн «ЦНИИ «Электроприбор». 

Вывод экспертизы:  

Разработка плазменных излучателей звуковых волн в интересах Вооружённых Сил Российской Федерации в представленном виде нецелесообразна. Проект требует доработки по замечаниям экспертов. 

Недостатки, рекомендации и замечания экспертов:  

Представленный проект демонстрирует новый подход к генерации звуковых волн, основанный на постоянно горящем низкотемпературном плазменном СВЧ канале, на который накладывается электрическое моделирующее воздействие. Реализуемость создания плазменного генератора акустического излучения авторами проекта сомнений не вызывает.

Однако в представленных материалах отсутствуют полные характеристики разработанных образцов и результаты их испытаний, что не позволяет оценить проект в полной мере. Не приведены эксперименты по созданию инфразвукового излучения требуемой интенсивности. Не понятно, как предлагается обеспечить направленность акустического излучения путем фокусировки исходного СВЧ излучения, порождающего плазменный шнур. Также вызывает сомнение возможность создания мощного (интенсивностью не менее 170 дБ) и при этом компактного излучателя.

В целом, в представленном виде проект не дает оснований на создание эффективного комплекса акустического оружия направленной энергии инфразвукового диапазона в интересах Сухопутных войск из-за низкого КПД по отношению к первичному источнику питания и отсутствия экспериментального подтверждения реализации его в инфразвуковом диапазоне частот.

Для дальнейшего рассмотрения реализации проекта в интересах Вооруженных Сил Российской Федерации целесообразно увеличить КПД излучателя более 40% по отношению к первичному источнику питания и провести исследования на безопасность применения излучателя, его использование в водной среде.

2 апреля 2018г.  
Источник: ГУНИД Минобороны РФ 

 


Справка 

Проработка проектов для достижения целей экспертизы проводилась несколькими методами, а именно эвристическим (заключения экспертов, организаций и заинтересованных органов военного управления), измерительным и регистрационным (проведение апробации или оценочных испытаний). 

Более 340 перспективных инновационных разработок и технологий предварительно были отобраны специалистами органов военного управления, научно-исследовательских организаций и военно-учебных заведений Минобороны России в период проведения форума «АРМИЯ-2017». 

Посмотреть все проекты можно в блоге ГУНИД Минобороны на нашем сайте.  

 

 

Звуковые колебания это акустические колебания с частотой

Нашли неточность, а о шибку в тексте? Мы бесплатно разместим статьи, тексты, книги, публикации на Эко портале обращайтесь portaleco. Акустическое воздействие — шум представляет собой беспорядочные колебания сложной спектральной структуры, часто смешанные с периодическими акустическими колебаниями. Интенсивность и спектральный состав шума определяют качественные особенности восприятия его органами слуха человека и степень воздействия на организм в целом. Акустические колебания в зависимости от частоты подразделяются на ультразвук, звук и инфразвук. При частоте от 16 до 20 ООО Гц акустические колебания воспринимаются органами слуха человека.


Поиск данных по Вашему запросу:

Звуковые колебания это акустические колебания с частотой

Схемы, справочники, даташиты:

Прайс-листы, цены:

Обсуждения, статьи, мануалы:

Дождитесь окончания поиска во всех базах.

По завершению появится ссылка для доступа к найденным материалам. ПОСМОТРИТЕ ВИДЕО ПО ТЕМЕ: Урок 376. Звук и его характеристики

Вы точно человек?


В зависимости от частоты звуковые колебания подразделяются на инфразвуковые, акустические, ультразвуковые. Инфразвуком называют акустические колебания с частотой ниже 20 Гц. Звуковые колебания в диапазоне от 20 Гц до 20 кГц — акустические слышимые , выше 20 кГц — ультразвуковые. Этот частотный диапазон лежит ниже слухового порога. Слуховой анализатор человека не способен воспринимать колебания таких частот. Инфразвук по физическим характеристикам имеет одинаковую природу со звуком, он мало поглощается воздухом, поэтому может распространяться на большие расстояния.

Инфразвук характеризуется инфразвуковых давлением, интенсивностью, которые измеряются в децибелах. В производственных условиях инфразвук образуется при работе компрессоров, турбин, дизельных двигателей, промышленных вентиляторов и других крупногабаритных машин, осуществляющих вращающиеся и возвратно-поступательные движения, а также турбулентные процессы, возникающие во время движения больших потоков газов или жидкостей результате инфразвук сопровождается звуковой или инфразвуковой частью спектра.

К объектам, на которых инфразвук акустического спектра преобладает над звуковым, относится автомобильный и водный транспорт, металлургическое производство, компрессорные, газоперекачивающие станции, портовые краны и т. Инфразвук, как физическое явление, подчиняется закономерностям, характерным для звуковых волн, но кроме этого имеет ряд особенностей, связанных с низкой частотой колебания упругой среды.

К таким особенностям инфразвука относятся:. Указанные особенности инфразвуковых волн оказывают трудности в борьбе с ними, потому что классические средства, такие как звукопоглощение, звукоизоляция или удаления от источника, используемых для снижения шума, оказываются малоэффективным. Из литературных источников известно о высокой чувствительности организма человека до уровня колебаний с максимумом энергии в области инфразвуковых частот.

В результате длительного действия низкочастотных колебаний у работающих наблюдается слабость, снижение работоспособности, появляется раздражение и ухудшение сна. Особого внимания заслуживает действие инфразвука на эмоциональную сферу человека, на его работоспособность и утомляемость, а у некоторых лиц даже наблюдается нарушение психики.

Установлено, что у лиц, которые находятся на расстоянии от реактивных самолетов, появляется ощущение беспричинного страха, повышается артериальное давление, случаи обмороков. При работе реактивных двигателей возникает сотрясение грудной клетки, наблюдается состояние, напоминающее морскую болезнь, развивается головокружение, тошнота. Характер и выраженность изменений в организме зависит от диапазона частот, уровня звукового давления и времени воздействия.

Инфразвук с уровнем звукового давления до дБ находится в пределах выносливости человека только при кратковременном воздействии, а с уровнем свыше дБ вовсе не переносится человеком. Особенно неблагоприятное воздействие оказывает инфразвук с частотой колебаний от 2 до 15 Гц, вследствие возникновения резонансных явлений в организме, опасным для человека является инфразвук с частотой 8 Гц, поскольку он может совпадать с альфа-ритмом биотока мозга.

Итак, инфразвук как профессиональный фактор, может неблагоприятно воздействовать на организм человека и оказывать специфическое действие на орган слуха. Причиной такого биологического действия инфразвука является то, что он воспринимается не только слуховым анализатором, а всей поверхностью тела человека.

О том, как ведется гигиеническое нормирование инфразвука и какими методами возможно предотвращать его воздействие на организм человека — тема следующей статьи.

Разработка и продвижение сайта — FMF. Консультационный центр по защите прав потребителей. Гигиена труда Гигиена питания Гигиена детей и подростков Коммунальная гигиена Эпидемиология. Инфразвук и его влияние на организм человека В зависимости от частоты звуковые колебания подразделяются на инфразвуковые, акустические, ультразвуковые.

К таким особенностям инфразвука относятся: — большая амплитуда колебаний, чем акустических волн при различной мощности источника звука; — распространения на большое расстояние от источника через слабое поглощение его атмосферным воздухом; — создания явления дифракции из-за большой длины волн; — способность создавать вибрацию крупных объектов через явление резонанса.

Как влияет инфразвук на организм человека? Версия для печати Версия для MS Word. О центре Услуги Орган инспекции Испытательно-лабораторный центр Пресс-центр Консультационный центр по защите прав потребителей Здоровье населения Актуальные темы. Версия для печати. Версия для MS Word. Адрес: , г. Саратов, Большая Горная ул.


Акустическая энциклопедия

За последнее десятилетие было создано немало миниатюрных устройств, позволяющих управлять не только звуковыми и ультразвуковыми волнами, но и тепловыми колебаниями вещества. Изображение из статьи T. Gorishnyy et al. Sound Ideas.

У. В. применяются как для обеспечения подводно звуковой УЛЬТРАЗВУК — упругие волны с частотой колебаний от 20 кГц до 1 ГГц, Распространение У. подчиняется основным законам, общим для акустических .

Версия. Звуковые колебания и человек

В зависимости от частоты звуковые колебания подразделяются на инфразвуковые, акустические, ультразвуковые. Инфразвуком называют акустические колебания с частотой ниже 20 Гц. Звуковые колебания в диапазоне от 20 Гц до 20 кГц — акустические слышимые , выше 20 кГц — ультразвуковые. Этот частотный диапазон лежит ниже слухового порога. Слуховой анализатор человека не способен воспринимать колебания таких частот. Инфразвук по физическим характеристикам имеет одинаковую природу со звуком, он мало поглощается воздухом, поэтому может распространяться на большие расстояния. Инфразвук характеризуется инфразвуковых давлением, интенсивностью, которые измеряются в децибелах. В производственных условиях инфразвук образуется при работе компрессоров, турбин, дизельных двигателей, промышленных вентиляторов и других крупногабаритных машин, осуществляющих вращающиеся и возвратно-поступательные движения, а также турбулентные процессы, возникающие во время движения больших потоков газов или жидкостей результате инфразвук сопровождается звуковой или инфразвуковой частью спектра.

2.1.2. Акустические колебания. Шум.

Действие вибрации, шума, вибрации, ультразвука, инфразвука на организм. Гигиеническое нормирование. Шум, вибрация, инфра — и ультразвук по своей физической природе являются упругими колебаниями твердых тел, газов и жидкостей. Вибрация — механические колебания упругих тел, проявляющиеся в изменении положения центра тяжести, оси симметрии или формы которую тело имело в статическом состоянии. Резонанс человеческого тела, отдельных его органов наступает под действием внешних сил при совпадении собственных частот колебаний внутренних органов с частотами внешних сил.

Физическое понятие об акустических колебаниях охватывает как слышимые, так и неслышимые колебания упругих сред. Акустические колебания в диапазоне 16 Гц — 20 кГц, воспринимаемые человеком с нормальным слухом, называются слуховыми, с частотой менее 16 Гц — инфразвуковыми, выше 20 кГц — ультразвуковыми.

Урок физики по теме «Звуковые колебания». 9-й класс

Звук, издаваемый человеком, является по своей сути сложнейшим образованием, отражающим не только физическое и эмоциональное, но и ментальное состояние, а если этот звук выражен в виде слова, то он несёт определённую мыслеформу. Таким образом, сила, плотность звука, тембр голоса — это суть самого человека, его генетики, жизненного опыта, болезней, радостей и страданий. Большую смысловую нагрузку несёт слово — символ, мыслеформа — связывающее людей между собой, а также с Космосом, с единым семантическим лингвистическим полем. Словом можно вылечить или покалечить. Но перед войной понадобилась иная музыка, музыка, которая будет внушать воевать, музыка, которая будет указывать, что делать, что потреблять и так далее. Несмотря на протест многих музыкантов, нас буквально заставили слушать музыку на частоте Гц.

Акустические колебания. Вибрация

Звук — это упругие колебания, распространяющиеся волнообразно в газообразной, жидкой и твёрдой среде. Звуковая волна характеризуется звуковым давлением, длиной волны, частотой и законами распространения. Звуковое давление — дополнительно возникающее в упругой сфере переменное давление при прохождении через неё звуковых волн. Порог слышимости — на меньшее звуковое давление ощущаемое ухом человека. Частота звуковых колебаний f , длина волны x и скорость распространения звука связаны зависимостью:. Частота f — основная характеристика, по которой человек различает звуки. Чем выше частота — тем выше тон звука.

механические колебания с частотой не ниже 16 Гц, но не выше 20 Гц. Механические колебания с указанными частотами называются звуковыми или акустическими. Колебания с частотами ниже 16 Гц (Вспомните, что температура − это мера средней кинетической энергии молекул.) Прочитайте про.

Акустические колебания

Звуковые колебания это акустические колебания с частотой

Разделы: Физика , Биология. Цели урока: Развивать знания учеников о звуке, его характеристиках, показать роль звуков в природе и для человека. Введение понятий источник звука, звуковые колебания, акустика; 2. Повторение процессов голосообразования и речеобразования у человека; 3.

2.1.2. Акустические колебания. Шум.

ВИДЕО ПО ТЕМЕ: 432 Гц Частоты Счастья — Музыка Погружает в Состояние Блаженства — Райские Сферы — Нектар Для Души

Создан в Москве в на базе Акустической лаборатории Физического института им. Основные направления работ института : исследования по распространению и дифракции звука, физиологической акустике, нелинейной акустике, ультразвуку, физической акустике жидкости и газов, акустике твёрдого тела и квантовой акустике, акустике океана; изыскание новых материалов, применяемых в акустических преобразователях; изыскание новых вибропоглощающих материалов и методов борьбы с шумами и вибрациями. Архитектурная акустика — акустика помещений, область акустики, изучающая распространение звуковых волн в помещении, отражение и поглощение их поверхностями, влияние отражённых волн на слышимость речи и музыки. Целью исследований служит создание приёмов проектирования залов театральных, концертных, лекционных, радиостудий и т. Число N белов, соответствующее отношению двух энергетических величин P1 и P2 к которым относятся мощность, энергия, плотность энергии и т.

В современном мире в условиях НТП шум стал одним из серьезных отрицательных факторов окружающей среды. Рост городов, бурное развитие транспорта, внедрение в производство и быт техники сопровождается увеличением акустического загрязнения.

В узком смысле под звуком имеют в виду эти колебания, рассматриваемые в связи с тем, как они воспринимаются органами чувств животных [1]. Как и любая волна, звук характеризуется амплитудой и частотой. Амплитуда характеризует громкость звука. Частота определяет тон , высоту см. Обычный человек способен слышать звуковые колебания в диапазоне частот от 16—20 Гц до 15—20 кГц [2]. Среди слышимых звуков следует особо выделить фонетические, речевые звуки и фонемы из которых состоит устная речь и музыкальные звуки из которых состоит музыка.

К акустическим колебаниям относят шум , инфразвук , ультразвук , которые могут быть как слышимыми, так и неслышимыми. Акустические колебания в диапазоне 16 Гц — 20 КГц называют звуками. Колебания с частотой меньше 16 Гц — инфразвук. Колебания с частотой больше 20 КГц — ультразвук.


Когда, как и зачем физики визуализировали звук / Хабр

Всю школу и универ я прошла с установкой «точные науки — не моё». Сейчас мне интересно «доучиться», закрыть пробелы в математике, химии, физике.

Школьная физика для меня — это задачи, где надо выписать дано, привести единицы измерения, записать решение и ответ. О физике с точки зрения «когда и как люди до этого дошли», я не задумывалась, пока не наткнулась на лекцию физика-теоретика Игоря Иванова «Звучащий мир: голос, ультразвук, терагерцы». Я сделала конспект его лекции.


Игорь Иванов — физик-теоретик, кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник Лаборатории ядерных проблем Объединенного института ядерных исследований (Дубна).

В этот раз конспект подробный, минут на 20 чтения.

Базовые понятия звука


Звуковые колебания — это колебания той среды, в которой распространяется звук. Это по сути волны сгущения и разрежения, которые движутся вперёд, как вы видите на анимации:

У среды, скажем, у воздуха, есть средняя плотность, среднее давление. Когда в среде распространяется звуковая волна, то ее плотность и давление колеблются относительно среднего значения. Можно нарисовать график плотности, это будет периодическая кривая.

Волна заключается в том, что это кривая не просто стоит, а движется вперед во времени.

Звук, звуковые колебания — это периодический процесс, причем периодичность у него есть как и во времени, так и в пространстве. Это важная характеристика волны, а не просто колебания.

Периодичность во времени описывается с помощью периода Т, то есть через сколько времени колебания повторяются. Но удобнее периодичность описывать с помощью частоты, это обратная характеристика ко времени.

Если период составляет одну миллисекунду, то есть одну тысячную секунды, то обратная величина, частота, составляет 1000 герц или 1 килогерц, кГц, МГц и т.д. — это высокие частоты звуковых колебаний.

Периодичность в пространстве описывается длиной волны, то есть через какую дистанцию в пространстве волна повторяет сама себя. На рисунке это расстояние между двумя одинаковыми впадинами волны или одинаковыми буграми волны.

Звуковая волна в веществе может идти в разные стороны, необязательно вдоль какого-то удобного направления.

Квадрат из точек в правом углу рисунка — двухмерный кристалл, в котором есть волны сгущения и разрежения и даже изгибные волны. Всё это дело вместе по диагонали бежит вперёд.

Точки гуще — фронты сгущения, там где реже — фронты разряжения. Волна бежит перпендикулярно этим фронтам. Длина волны — это расстояние между двумя одинаковыми фазами колебания, между линиями сгущения и линиями разряжения.

Две периодичности, в пространстве и во времени, связаны друг с другом. Длина волны связана с периодом через скорость звука. Скорость волны, в данном случае, — скорость звука. Вместо периода можно поставить частоту и тогда связь получается вот такая:

λ = с T = с / f

Скорость звуковой волны практически не меняется. Она почти не зависит от частоты или длины волны, зато она зависит от среды, в которой распространяется волна.

В нормальных условиях, при обычной температуре и обычном давлении, скорость звука в воздухе составляет примерно 340 м/с.

В воде скорость примерно в 5 раз больше, ≈1,5 км/с. В твёрдых телах скорость может быть несколько километров в секунду.

У волн есть поляризация. Бывают продольные волны, бывают поперечные.

Продольные волны — это волны, в которых сами частички колеблются в том направлении, вдоль которого бежит волна.

Поперечные волны — это, когда частички колеблются поперек направления, вдоль которого бежит волна.

Обычный звук в воздухе или в воде — это продольный звук. А в твёрдом теле, поскольку у него есть упругость на изгиб, может распространяться звук и в виде поперечной волны, как нарисовано справа.13 Гц. Это много, примерно 10 терагерц. Так что есть смысл обсуждать звук в твёрдом теле с частотами вплоть до нескольких ТГц.

В воздухе ситуация другая. Там молекулы не «держатся» друг за друга, они свободно летают и иногда сталкиваются. В качестве минимальной длины волны нужно брать не расстояние между молекулами, а среднюю длину пробега для молекул в воздухе. При нормальных условиях она около сотни нанометров.

Подставив в ту же формулу это расстояние, мы получаем максимальную частоту звука в воздухе несколько ГГц — на три порядка ниже, чем в твёрдом теле.

В сплошных телах или в жидкости у нас бывает намного более частотный, высокочастотный звук, чем в воздухе.

Даже 1 ГГц в воздухе толком не распространяется, а тут же затухает превращаясь тепловые колебания. Когда мы говорим про очень высокие частоты, про звук в воздухе говорить не очень осмысленно.

Наконец, у звука есть ещё одна очень важная вещь. Это его профиль по времени.

Звук — это более-менее периодическое колебание, оно повторяется, точно или не точно — не важно. Главное, что повторяется. Но внутри каждого периода есть профиль колебания, он может быть очень сложным.

В таком профиле закодировано всё богатство звучания голоса человека или инструментов.
Как именно наше ухо и наш мозг восстанавливает это звучание — это отдельный разговор.

Сложный профиль можно разложить на сумму простых колебания разных частот. У периодического колебания всегда есть основная частота, на основную частоту накладываются кратные частоты — двукратные, трёхкратный и так далее. И вместе они суммируясь, дают сложный профиль.

Для примера. Здесь я поигрался с программой для изучения звуков Praat:

Я записал два звука собственного голоса на одинаковой основной частоте. Это звуки «А» и «И». Частоты здесь примерно одинаковые — 150 герц. То есть в 26 миллисекунд попадает примерно 4 периода. И вы видите насколько профили отличаются.

В этом звучании закодирован как-то звук «А» и звук «И», которые мы чувствуем по-разному, воспринимаем по-разному. В этих же мелких колебаниях зашифрован тембр голоса.

Можно подумать, что основная частота очень важна для восприятия речи. На самом деле нет. Вы можете полностью вырезать основную частоту, и всё равно будете хорошо воспринимать речь человека. Так происходит, когда мы говорим шёпотом. Звуки определяются высокочастотными колебаниями внутри этого профиля.

Ранняя история акустики

В XVIII-XIX века люди научились визуализировать звук.

Изобретение фотографии было шокирующим для публики открытием, люди не думали, что можно захватить свет и зафиксировать его надолго. Зафиксировать звук кажется ещё более сложной задачей, потому что звук мы не видим.

Исследователи понимали, что звук это колебания. Похоже, человек начал исследовать звук ещё в эпоху античности.

Пифагор и его ученики интересовались звучанием музыкальных инструментов, потому что для Древней Греции музыка была важным элементом. Они выяснили, что струны, которые имеют кратные длины, производят гармоничные звуки. Это для Пифагора стало важным подтверждением, что всё в нашем мире можно свести к целым числам.

Аристотель тоже исследовал звук. Он впервые указал, что звук может распространяться не только в воздухе, но и в воде. В это время люди понимали, что есть связь между колебаниями и звуком.

Это не очевидно, когда мы слышим звук, мы не слышим пульсаций. Обычный звук — это просто звук какой-то частоты, который как-то меняется во времени, но мы не слышим сами колебания.
Леонардо да Винчи исследовал звук и убедился, что звук в воде распространяется намного дальше, чем воздухе. В 1490 году он описал опыт, что если в спокойной воде остановиться и опустить трубочку, то можно услышать звук корабля, который находится так далеко, что мы его не видим и не слышим через воздух, но можем услышать через воду.

Исследования звуковых колебаний начались в XVII веке: Френсис Бэкон, Галилео Галилей.
Первый, кто с помощью формул связал высоту звукового колебания с частотой, был Марен Мерсенн. В 1636 году он построил теорию звуковых колебаний, вывел формулу колебаний струны в зависимости от её длины и высоты. Он впервые измерил скорость звука в воздухе, она правда у него получилось чуть больше — 450 м/с.

В начале XVIII века результаты Мерсенна перепроверил и уточнил исследователь Жозеф Совёр, который ввёл термин «акустика».

Совёр говорил, что до этого люди изучали звучания музыкальных инструментов. Их интересовали звуки с точки зрения благозвучия. Жозеф Совёр считал, что есть смысл исследовать звуки сами по себе, как природное явление.

Он измерил скорость звука своим способом. Совёр достаточно точно смог сопоставить высоту ноты, которую мы слышим, с частотой колебаний. Сделал он это с помощью явления, которое называется «биение».

Когда у нас звучит какая-то нота на определенной частоте, то мы слышим «сплошное» звучание, условный писк на какой-то частоте. Если у нас есть два источника звука на двух близких частотах, то они накладываются друг на друга, их одновременное звучание порождает интересный эффект.

Появляется не просто какая-то средняя нота, появляется звук, который становится то громче, то тише. Это и есть «биение». Нота как будто пульсирует, эти пульсации происходят медленнее, чем сами колебания и мы можем их посчитать. Так люди начали измерять частоты, которые напрямую не смогли бы измерить.

С помощью биения и разных инструментов, которые его используют, например, камертона, люди научились измерять частоты колебаний: струн, голоса.

Исследования Совёра привели к созданию серии из настроенных камертонов, которые назывались тонометры. По ним бы можно было настраивать музыкальные инструменты.

В конце XVII века было понятно, что звук — это колебания, там есть частоты, эти частоты соответствуют воспринимаемый высоте звука. Не было понятно, как именно внутри каждого периода колеблется звук, непонятно до каких частот человек может слышать.

Возникла задача не измерить частоту звучания, которую производит музыкальный инструмент, а наоборот, получить звук при заданной частоте.

В 1830 году французский физик Феликс Савар построил зубчатую машину, которая как раз решала эту задачу.

В ней было несколько колёс, рукоятка и ременная передача. У колеса были зубчики, когда человек вращал одну рукоятку, то зубчики могли с очень высокой частотой задевать пластинку, когда они задевали пластинку, к примеру, тысячу раз в секунду, они порождали звук на этой частоте. Зная скорость вращения и количество зубчиков, Феликс Савар мог исследовать, какой частоты звук человек слышит.

После несколько экспериментов, он убедился, что начиная примерно с 24 кГц, человек перестает слышать звук. Фактически, он впервые получил ультразвук руками.

24 кГц, как верхний предел доступного для слуха диапазона — это очень близко к современному пониманию, около 20 кГц.

В течении всего XIX века исследователи акустики независимо пытались измерить верхнюю частоту доступного слуху диапазона, и получали сильно разные оценки.

В конце XIX века Гельмгольц, один из отцов современной акустики, получил значения почти в 40 килогерц. Он ошибался.

Кёниг зафиксировал значение около 20 килогерц и убедился, что верхний порог снижается с возрастом: у детей он выше, но по мере взросления снижается.

Сейчас есть музыканты, которые используют современные вариации колеса Савара как музыкальный инструмент.

Стало понятно соотношение между высотой звука и частотой, но всё равно не было понятно, что происходит внутри каждого колебания, что представляет из себя звуковой профиль, чем отличаются разные звуки друг от друга.

Звуковой профиль надо было визуализировать. Но звук не видно. И звук — это очень быстро, нужно что-то показывать с частотой в тысячи, десятки тысяч раз в секунду. Как это все сделать?

Интересное устройство придумал Жуль Антуан Лиссажу в 1855 году. Он взял два одинаковых камертона и установил у них зеркала. Колебания камертонов настроены перпендикулярно, частоты у них одинаковые, в результате лучик света в отражении двух зеркал выписывает фигуры. Такие загогулины называются с тех пор «фигуры Лиссажу».

Джон Тиндалл чуть позже усовершенствовал технологию. Он вместо одного из камертонов поставил равномерно поворачивающееся зеркало.

Колебания простых инструментов, типа камертона, научились видеть. Но остался сложный звук, например, звук музыкальных инструментов или звук голоса.

Эту задачу смог впервые решить Рудольф Кёниг, которого называют «Фарадеем звука». Он родился в Кёнигсберге, но в молодости переехал в Париж, поступил на службу ассистентом в фирме, которая изготовляла скрипки. После он сам переключился на изготовление акустических инструментов, не только музыкальных, но и научных.

В течение 40 лет он изготавливал приборы, которыми пользовались все акустики того времени. Это были приборы непревзойденного качества и многие из них работают до сих пор. Огромный тонометр, который он построил из нескольких сотен настроенных камертонов, рабочий, по нему можно настраивать инструменты и сейчас.

Кёниг сотрудничал с Гельмгольцем и, впервые, они начали проводить в конце XIX века эксперименты с электрическим синтезатором голоса.

Как Кёниг смог визуализировать звуковое колебание.

Он взял газовую горелку, где камера, через которую шел газ, была разделена на две части эластичной каучуковой мембраной. В нормальном состоянии газ входит через канал А, потом передается в трубочку В и горит равномерно.

Если со стороны D во вторую половину камеры, попадает звук, то резиновая мембрана начинает колебаться, и когда она колеблется, то выдавливает или втягивает газ. Поступление газа меняется, пламя становится то ярче, то тусклее.

Плюс нужно взять вращающееся зеркало, чтобы видеть быстрые колебания в реальном времени. К примеру, параллелепипед как на рисунке, который со всех сторон покрыт зеркалами, нужно вращать с большой скоростью. В отражении языков пламени вы увидите закодированный звуковой профиль.

Кёниг был товарищ систематический и эксперимент повторял много раз. Он садился перед горелкой, в трубочку D напевал звук на определённой высоте, стараясь держать высоту. В процессе напевания, он смотрел на отражение, на форму пламени и зарисовывал. При этом у него был ассистент, который независимо от него тоже зарисовывал. Если рисунки сходились, то считалось, что оба зарисовали правильно. Если нет, то Кёниг повторял эксперимент. Он изучил 5 гласных звуков на 15 разных нотах.

С возрастом он уже не смог продолжать работу, собрал все зарисовки звука и опубликовал в конце 1880-х.

Все эти красивые и хитроумные приспособления почти сразу же стали достоянием истории, как только появился способ механически записывать звук на долгую память.

Томас Эдисон предложил способ, как зафиксировать профиль звукового колебания на твердом носителе с помощью фонографа.

Фонограф люди подхватили и буквально за несколько лет усовершенствовали до граммофона, патефона и т.д… Дальше пошла вся индустрия звукозаписи, которая сохранялась почти до 1980-х. Она была доминирующей, пока люди не перешли на звуковые кассеты.

Появился способ записать звук. Если он записан, то его можно дальше исследовать, эксперименты с зарисовками стали не сильно важны.

Вот если вам хочется изучать звуковые колебания в реальном времени, то фонограф не очень подходящая вещь. Здесь прогресс шел долго. Он начался с изобретение телефона, как комбинация микрофона и динамика, в 70-х годах 19 века. Для нормальной записи и воспроизведения звука эти устройства совершенствовали еще несколько десятилетий.

Такого типа картинки на экране осциллографа, люди научились получать только в 1920-е. С этого момента все можно считать, что мы можем исследовать звук во всех его сложных колебаниях в реальном времени.

Краткая история ультразвука и гидроакустики


Частоты ниже примерно 20 Гц человеческое ухо уже не воспринимает, это называется инфразвук. Рабочий диапазон человеческого уха ≈ 20 Гц — 20 кГц. Это наш акустический диапазон. При этом основная частота голоса занимает очень узкий интервал ≈100-200 Гц.

Начиная с 20 кГц, начинается ультразвук. Все, что выше 20 кГц, можно называть ультразвуком, но в районе 100 МГЦ используется часто иной термин — «гиперзвук».

Уточнение, гиперзвук — это ультразвук, с частотой 100 МГЦ, а есть еще «гиперзвуковая скорость» — это скорость летательных аппаратов, выше скорости звука в 5 раз и больше. Это разные термины, случайно получилось, что в них одинаковое слово используется.

Чтобы совсем запутать людей, в начале XX века вместо слова ультразвук или «ultrasonic», использовали термин «supersonic», то есть то, что сейчас мы называем «сверхзвук». Сейчас это не используется, потому что под словом «сверхзвук» связан с летательными аппаратами, которые движутся со скоростью больше скорости звук. Но если вы будете читать какую-то литературу по ультразвуку 100-летней давности, то будьте готовы увидеть там вместо ультразвука – сверхзвук.

Звук отличается не только длиной волны, но и поглощением. Это вот очень важная вещь, которая реально влияет на приложение.

Чем больше частота звука, то есть чем меньше длина волны звука, тем сильнее он поглощается в среде. При этом темп поглощения, то есть насколько далеко звук может распространяться, зависит не только от самой среды, но и от конкретных условий в ней.

Если взять обычный звук на частоте 1 кГц, то он в воздухе затухает на расстоянии 1 километра. На расстоянии в несколько километров вы высокие частоты вообще не услышите, они затухнут.

Если взять ультразвук на частоте 100 кГц, это довольно высокий ультразвук уже, то он затухает на считанных метрах. Если взять 1 МГц, то он буквально на десятках сантиметров затухнет. Поэтому в воздухе ультразвук выше 1МГц не используется, он просто далеко не улетает.

В воде, на той же частоте 1 КГц, звук может распространяться сотни километров, 1 МГЦ может распространяться на десятки метров. 1 ГГц распространяется на несколько миллиметров.
По мере уменьшения длины волны, то есть по мере роста частоты, у нас резко уменьшается дальность ультразвука. Он резко поглощается, поэтому 1 ГГц уже поглощается на долях миллиметра, ТГц буквально на несколько межатомных расстояний.

В воде 1 МГц, звук может распространяться на десятки метров, а в организме, если говорить про медицинское применение ультразвука, ультразвук распространяется еще меньше, потому что он не просто поглощается, но и рассеивается.

Если взять тот же 1 МГц и запустить его в человека, то в жировой ткани, во внутренних органах, он пройдет несколько десятков сантиметров. В мышцах пройдет всего 5 сантиметров, а в кости вообще несколько миллиметров.

Звук слишком высокой частоты вообще в организме использовать бессмысленно, т.к. он быстро поглотится.

У ультразвука есть 2 главных характеристики, которые делают его очень удобным:

  • маленькая длина волны
  • способность отражаться от границы раздела сред

Если мы переходим из жировой ткани в мышцы или в кость, то у нас на границе раздела происходит отражение звука.

Если у нас длина волны сильно меньше, чем размеры излучателя, то из звука можно создать узкий сфокусированный звуковой луч и не тратить попусту звуковой энергию.

Если длина волны много меньше размеров препятствий, тогда этот звук будет хорошо отражаться от этих препятствий. От сравнительно маленьких препятствий он как бы не отражается, он их огибает. Если препятствие крупное, размером с длину волны или больше, тогда звук хорошо отражается.

С одной стороны, поглощение звука — вроде бы плохо. Крикнули, а звук никуда не долетел.
Но с другой стороны, это способ внедрять энергию в вещество.

Вы можете без разрезания тела, заставить маленькую опухоль внутри тела нагреваться, просто сфокусировав там ультразвук. Это используется и медицине и в материаловедении.

Приложение ультразвука так велико, что существуют десятки научных журналов, в которых публикуются статьи только по приложениям ультразвука.

Впервые человек столкнулся с ультразвуком, не осознавая того, что речь идёт про ультразвук.

В XVIII веке итальянский исследователь Ладзаро Спалланцани заинтересовался тем фактом, что летучие мыши свободно и безошибочно ориентируется в полной темноте.

Спалланцани провел ряд экспериментов на летучих мышах, из чего сделал вывод, что даже не имея зрения, летучие мыши способны уклоняться от препятствий, избегать натянутых проволочек и спокойно летать. Потом выяснилось, что за эту навигацию отвечают уши, а не глаза.

То есть Спалланцани и его последователи его, они проводили другие эксперименты, фактически, заливая воском ушки мышкам. Тогда летучие мышки не могли избегать препятствий и натыкались на них.

Спалланцани никакого вывода из своего исследования не сделал, просто опубликовал работу, где сообщил о том, что он открыл новый орган чувств у летучих мышей. Он не догадался, что это не слышимый нами ультразвук.

Это было бы революционным заявлением для той эпохи, потому что тогда исследователи считали, что если что-то есть, мы обязательно должны это или видеть или слышать.

Только в 1920-х и 30-х годах, исследователи, вооружившись современными технологиями, вернулись к летучим мышам и, доказали, что, они испускают ультразвук и с помощью отражения ультразвука ориентируются в окружающем пространстве.

«Занимательная биоакустика» рассказывает очень подробно про эту историю.

Как летучей мыши используют ультразвук для ориентации и охоты

У летучих мышей есть орган, который испускает высокий писк, от 30 до 100 КГц. В воздухе длина волны отвечающая этим частотам, всего несколько миллиметров.

Мышка летит в полной темноте, испускает десятки раз в секунду короткие ультразвуковые импульсы. Ультразвуковой импульс, если есть какое-то препятствие, отражается и возвращается обратно к летучей мыши. По времени задержки между испусканием импульса и приходом эха, мышка определяет размеры предмета и расстояние до него.

Как только мышь поняла, что есть какая-то мишень, она начинает на нее охотится, испускает звуковые волны чаще. За доли секунды перед поимкой, мышь переключается на другой режим, сотни раз в секунду испускает сигнал. В момент поимки мышь с точностью до миллиметра знает расстояние до цели. Это все происходит в полной темноте, только с помощью эхолокации.

Примерно то же самое человек тоже научился делать в XX веке.

Ультразвук в воздухе распространяется плохо, поэтому дальнейшие успехи ультразвука будут относиться к распространению в сплошных средах, например, в воде или в теле, поэтому сразу поговорим про гидроаккустику.

Люди пытались заниматься гидроакустикой еще в XVII-XVIII веках, но еще не понимали с какой скоростью звук распространяется.

Это значение в 1826 году измерил Жан-Даниэль Колладон. Он с ассистентом провел на Женевском озере серию экспериментов и измерил скорость звука. Она оказалась примерно 1,5 км/с.

Поскольку мы знаем скорость звука, теоретически появляется возможность дистанционно под водой измерять расстояние до каких-нибудь препятствий, если мы запустим туда сигнал какой-то и потом послушаем эхо.

С 1830-х годов, как только Колладон измерил скорость звука в воде, десятилетиями люди проводили бесчисленное количество экспериментов. Они пытались измерить глубину океана, услышав эхо от его дна. Безуспешно.

Только 1890-е люди научились с помощью звука связываться между кораблями.

В 1914 году с помощью новых инструментов, электрических, мощных генераторов звука, впервые люди научились детектировать айсберги на расстоянии и прослушивать дно. Но для «Титаника» это было поздновато.

Похоже, «Титаник» стал вызовом для инженеров того времени.

В первые недели после катастрофы, Льюис Ричардсон, британский математик получил два патента на такую акустическую дистанционную эхолокацию, сначала в воздухе, а потом под водой.

Он понял, что нужно сформировать из звука узкий звуковой луч, направить его на нужную мишень и послушать эхо от этого луча.

Микрофон, который будет под водой слушать эхо, должен находиться в фокусе акустического зеркала, то есть надо максимально усилить приходящий слабый звук.

Ричардсон впервые подчеркнул, что если уже мы хотим реально излучать узконаправленные лучи звука, нам нужно, чтоб наш излучатель был размерами намного больше, чем длина волны звука. Для звука обычной частоты, около 1 кГц, длина волны составляет метры, получается излучатель должен быть размером в десятки метров. Это слишком затратно. Если мы хотим создать узконаправленный луч, надо использовать ультразвук, то есть звук маленькой длинной волны. В этом польза ультразвука.

Не всегда предложения изобретателей реализуются. По поводу гибели «Титаника», было внесено еще одно интересное предложение про дистанционное детектирование айсбергов, которое внес оружейник Хайрам Максим.

Это оружейник американского происхождения, который потом переехал в Европу, в течении XIX века он изобретал разные варианты оружия, в том числе пулемет Максим, который был очень популярен в России.

Хайрам Максим предложил детектировать айсберги, как это делают летучие мыши, то есть с помощью инфразвука. В тот момент люди еще не знали на самом деле, чем пользоваться летучие мыши. Многие думали, что летучие мыши используют инфразвук, звук низких частот от собственных крыльев. Поэтому он предложил поставить на корабль излучатели инфразвука и потом детектировать отражение инфразвука.

Как мы сейчас понимаем, это не очень полезная технология, потому что звук сильно рассеивается и плохо отражается, если он длинноволновый. Так что его идея не прижилась.

Когда началась первая мировая война, она резко потребовала от британцев, американцев, французов найти способ детектировать подводные лодки Германии.

У Германии был отличный подводный флот, который топил корабли и гражданские суда. Сначала было вообще не понятно, что с ними делать.

Константин Шиловский — электротехник, изобретатель из России. Первая мировая война застала его в Швейцарии. Еще до начала войны он уехал в Швейцарию лечиться.

Шиловский, узнав про проблемы с подводным флотом, предложил французскому правительству схему, которая представляла из себя улучшенную версию идеи Ричардсона, то есть ультразвуковую эхолокацию.

Правительство рассмотрело, одобрило и подключило к этому исследованию физика Поля Ланжевена.

Вместе с Шиловским, они за год создали первый прибор, вот который одновременно работал как излучатель и микрофон, назвали «трансдьюсер».

В 1916 году с помощью него уже начали передавать сигналы между кораблями и впервые стали регистрировать отражение от металлического листа на расстоянии 100 метров.

Два года спустя Ланжевен с помощью пьезоэлектрического эффекта, создал улучшенный трансдьюсер, который от одного кристалла кварца выдавал киловатт энергии.

Технология ультразвуковой гидрологации была создана, готова, ее можно было бы использовать на войне, но война к тому времени уже закончилась.

В последующие годы было бурное развитие тех же самых технологий для мирных целей: исследования глубины океана, детектирования подводных препятствий.

Ко второй мировой войне воюющие державы подошли во всеоружии, не просто эхолокация была, а торпеды, которые самонаводились по звуку.

В послевоенное время опять начались исследований океана, морских жителей с помощью ультразвука.

Сегодня сонары — приборы, которые сканируют с помощью гидроэхолокации предметы под водой, доступны в магазинах. Если вы занимаетесь рыбалкой, то возможно видели их в профмагазинах.

Типичные частоты, на которых работают современные сонары это килогерцы, в т.ч. десятки и даже сотни килогерц, вплоть до мегагерца. Частота зависит от того, что вы хотите.

На картинке — затонувший корабль на глубине несколько десятков метров. Изображение получили с помощью сонар бокового действия с частотой 325 кГц.

Ультразвук в медицине

Вот типичная картинка, которую часто видят беременные.

Когда хотят посмотреть в каком виде плод, как он развивается, все ли в порядке, делают ультразвуковое исследование.

Как двумерные картинки получаются. По сути, та же самая эхолокация, но только уже в организме человека.

Прибор для УЗИ — это тоже трансдьюсер, то есть одновременно и датчик и излучатель. Он излучает направленный луч ультразвука на частоте нескольких мегагерц.

Например, его направляют сверху вниз. Ультразвук распространяется сквозь ткани. Если есть какая-то граница раздела, скажем жировая ткань и органы или там плод начинается, то тогда от границы происходит отражение звука и звук возвращается обратно к датчику. По времени возвращения эха можно определить, на какой глубине находится эта граница.

Сканирование с помощью одного луча занимает очень немного времени. При типичной скорости звука, 200 микросекунд вполне достаточно для того, чтобы измерить такой профиль в одну сторону. 200 микросекунд означает, что такие измерения вы можете делать 5 000 раз в секунду, то есть 5 000 раз в секунду вы можете получать такие одномерные картинки.

Двумерная картинка строится очень просто. Внутри головки датчика есть вращающийся источник звука. Он, поворачиваясь туда-сюда, каждый раз посылает одномерный луч 5 000 раз в секунду. Это означает, что он может колебнуться туда-сюда 30 раз в секунду, и за каждое колебание он около 100 раз может просканировать одномерное направление.

В результате этого за 1/30-ую секунды вы сможете получить такую двумерную картинку, как совокупность одномерных картинок в разных направлениях.

Все это занимает всего лишь 1/30-ую секунды, вы можете 30 раз в секунду обновлять эту картинку, т.е. у вас получается настоящее видео в реальном времени, что происходит внутри. Так происходит ультразвуковая диагностика тел. Есть еще более тонкие технологии, в которых не просто изучается, что там внутри, а еще измеряется скорость кровотока.

Диагностика с помощью ультразвука использует ультразвук низкой интенсивности. Такой ультразвук вообще никакого вредного воздействия не оказывает, это просто звуковое колебание, которые так есть, но просто в другом частотном диапазоне.

Однако, еще в 1920-х выяснили, если интенсивность ультразвука повышать, то он поглощается, выделяет энергию в виде теплоты и локально нагревает предметы. Раз нагревает, значит приводит к механическим воздействиям.

Когда Ланжевен вместе с Шиловским делали первый трансдьюсер и получили киловатные мощности ультразвука, они обнаружили, что если на аквариум с рыбами направить интенсивный ультразвук, то рыбы умирают.

В 20-х годах проводили разного типа исследования.

Был любопытный эксперимент Роберта Вуда и Альфреда Лумиса. Роберт Вуд был известным в то время профессором физики. Альфред Лумис был адвокат по образованию, из обеспеченной семьи, интересовался и наукой и техникой, инвестировал свои деньги разные исследования и поддерживал науку.

Лумис скооперировался с Вудом, выкупил несколько зданий, где они построили лаборатории и проводили исследования, как воздействует ультразвук высокой интенсивности на всё подряд.

В огромном исследовании 1927 года они перечислили кучу экспериментов, которые они проводили: нагрев жидкости, вскипание жидкости, превращение жидкости в эмульсии, воспламенение дерева, воспламенение тканей, прижатие предмета друг к другу, эффект сверления и так далее. В т.ч. они изучали и биологические воздействия на мелкие организмы, к примеру, они измеряли на каком пороге интенсивности происходит смерть рыбок.

Потом началась Вторая мировая война, от этих исследований временно отказались. После войны, уже с новой техникой, люди вернулись к вопросу, как действует ультразвук высокой интенсивности на живые организмы.

В 50-х годах в США в университете Иллинойса, два брата-исследователя Фрай создали специальную лабораторию для изучения нейрохирургии с помощью ультразвукового скальпеля.

Хирургия внутри головы обычным способом — дело опасное, приходится разрезать череп и залезать внутрь. А ультразвуковой луч позволяет без вскрытия организма наносить внутренние точечные воздействия на ткани с точностью в миллиметры.

Фрай сначала теорию разработали, потом на разных материалах опробовали действие ульразвукового луча, потом проводили эксперименты на животных и уже в 1955 году начали лечить опухоли мозга.

С тех пор эта технология сильно развилась сейчас широко используется. Единственное ограничение этого метода в том, что вы не сможете обрабатывать большие участки ткани, требуется фокусировать ультразвук с точностью до миллиметров. Если вам нужно, скажем, прижечь орган, чтобы остановить внутреннее кровотечение, для этого вполне достаточно ультразвука.

Терагерцы

Зачем нам вообще нужен ультразвук такой высокой частоты? Что с помощью такого ультразвука можно изучить?

Поскольку длина поглощения терагерца составляет десятки расстояний между атомами, то нет смысла как-то воздействовать на макроскопические предметы.(-12) секунды. Вот один пример:

Вода в твердом состоянии, в виде льда, образует кристаллическую решетку с помощью водородных связей. Это такие связи, которые как бы через протоны связывают друг с другом разные молекулы. Эти связи во льду прочные, они держатся.

А что происходит в воде? В воде тоже толпа молекул, она даже более плотная, чем лёд, поэтому там тоже образуется водородные связи. Но поскольку в воде молекулы толкутся туда-сюда, эти связи устанавливаются на небольшое время, потом разрушаются.

На масштабе порядка долей пикосекунды в воде появляется дополнительная упругость, потому что эти связи еще держатся, но если вы посмотрите на время порядка наносекунд, то эти связи разрушаются и жидкость течет.

Возникает желание найти какой-то способ проверить долговременность этих водородных связей внутри воды и то, как они влияют на структурные свойства, на упругость воды на временах порядка пикасекунды. Это можно делать с помощью ультразвука огромной частоты, порядка терагерц.

С середины XX века, когда появились первые компьютеры, люди стали исследовать, как разные молекулы внутри вещества движутся относительно друг друга и как складывается из движения отдельных молекул свойства сплошных веществ.

В 1974 году провели эксперимент и применили метод молекулярной динамики на 216 молекул воды. Кроме обычного звукового колебания, исследователи нашли еще какую-то новую форму колебаний, они назвали это «быстрым звуком».

Вот это то, что мы при обычных частотах не видим, мы можем в воде измерить звук и мы видим, что вот он составляет 1500 метров в секунду примерно и он один, а в моделировании люди обнаружили, что есть какой-то 2-й быстрый звук, который имеет скорость примерно вдвое быстрее.

В 1985 году эти расчеты были экспериментально подтверждены, исследователи фиксировали быстрый звук в воде, но что это за звук, было непонятно. В 1990-х годах с помощью серии экспериментов и теоретических расчетов, люди разобрались в этой картине.

Оказывается быстрый звук — это обычный звук, продольный звук, он такой как и всегда. Но из-за того, что при ультразвуковых частотах вода приобретает дополнительную упругость, звук распространяется быстрее, как будто во льду, со скоростью примерно 3 км/с.

А то, что люди сначала восприняли как обычный звук на скорости ≈1,5-1,8 км/с, был новый поперечный звук в воде. Это очень необычная вещь.

В кристаллах такой звук вполне может быть, потому что в кристаллах есть упругость. Вы можете в кристалле сдвинуть относительно друг друга плоскости, и они будут пытаться восстановиться. В воде, казалось бы, никакой упругости нет, она текучая, но оказывается, что текучесть изменяется на времени порядка пикосекунд. На частоте порядка терагерц, из-за водородных связей, которые не успевают еще разрушится, вода начинает себя вести не просто как обычная жидкость, а как вискоэластик. Вискоэластик — некая среда, у которой есть одновременно есть и текучесть и упругости. Поэтому в воде при очень высоких частотах возможны и поперечный и продольный звуки.

Сам факт, что некоторые жидкости допускают существование поперечного звука — не тривиальный. Неизвестно заранее, та или иная жидкость способна это делать или нет, и при каких температурах и давлениях. В последние годы люди начали исследовать, когда этот звук может появляться, во всех ли жидкостях, при всех ли температурах и так далее.

В серии работ, выполненных в институте высокого давления в Троицке, Вадим Брашкин и его коллеги смогли доказать, что есть области на фазовой диаграмме, то есть давления температуры, например, аргоном, в которой у нас может существовать быстрый звук, а в другой области не существует. Эти две области разделены фазовым переходом. Этот фазовый переход они предложили назвать «линии Френкеля», в честь знаменитого российского советского физика Якова Френки. Этот фазовый переход был обнаружен экспериментально буквально несколько лет назад. Так что это видите звук на терагерцах и необычный взгляд на вещество — это самая современная физика звука.

Звук, ультразвук, инфразвук и их влияние на организм человека

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение

Сагутьевская средняя общеобразовательная школа

Звук, ультразвук, инфразвук и их

влияние на организм человека

Шеламкова Ольга, 11 класс, МБОУ Сагутьевская СОШ

   

    Цыганкова Светлана Николаевна, учитель физики

Д.Сагутьево, 2020 г.

Введение:

Цель проекта:

-Изучить проблемы влияния «неслышимых звуков» на организм человека и окружающую среду, и применение инфразвуков и ультразвуков в деятельности человека.

Задачи:

-разобрать звук, как явление.

-изучить свойства и разновидности звука.

-изучить влияние инфразвука и ультразвука на живые организмы.

-рассмотреть использование и применение ультразвука и инфразвука человеком и в природе

Актуальность выбранной темы:

Ультразвук и инфразвук – это достаточно часто встречаемые явления в природе, широко используются в технике и промышленности и поскольку еще очень много вопросов о пользе и вреде этих колебаний, так как они недостаточно изучены, поэтому эта тема меня заинтересовала.

Содержание работы:

1.Волны и их характеристики

2.Звук, разновидности и источники

3.Распространение ультразвука и инфразвука в природе

4.Влияние ультразвука и инфразвука на организм человека

5.Применение ультразвука и инфразвука

Мир, окружающий нас, можно назвать миром звуков. Звучат вокруг нас голоса людей и музыка, шум ветра и щебет птиц, рокот моторов и шелест листвы. С помощью речи люди общаются, с помощью слуха получают информацию об окружающем мире. Не меньшее значение звук имеет для животных. С точки зрения физики, звук — это механические колебания, которые распространяются в упругой среде: воздухе, воде, твёрдом теле и т.п.
Способность человека воспринимать упругие колебания, слушать их отразились в названии учения о звуке — акустика (от греческого akustikos — слуховой, слышимый). Вообще человеческое ухо слышит звук только тогда, когда на слуховой аппарат уха действуют механические колебания с частотой не ниже 16 Гц но не выше 20 000 Гц. Колебания же с более низкими или с более высокими частотами для человеческого уха неслышимы.

1.Волны и их характеристики

Волна – это распространение колебаний в среде. Чтобы колебания могли распространяться, среда должна быть упругой.

Продольные и поперечные волны:

Волна называется продольной, если частицы среды колеблются параллельно направлению распространения волны. Продольная волна состоит из чередующихся деформаций растяжения и сжатия. Продольная волна, представляющая собой колебания плоских слоёв среды; направление, вдоль которого колеблются слои, совпадает с направлением распространения волны (т. е. перпендикулярно слоям).

Волна называется поперечной, если частицы среды колеблются перпендикулярно направлению распространения волны. Поперечная волна вызывается деформациями сдвига одного слоя среды относительно другого.

Скоростью распространения волны называется отношение длины волны к периоду колебаний частиц среды:

 v = λ T .

 Частотой волны называется частота колебаний частиц:

ν = 1/T .

Отсюда получаем связь скорости волны, длины волны и частоты:

v = λν.

2.Звук, разновидности и источники

Звук – это то, что слышит ухо. Мы слышим голоса людей, пение птиц, звуки музыкальных инструментов,
шум леса, гром во время грозы и т.д.

Звуковыми волнами в широком смысле называются всякие волны, распространяющиеся в упругой среде. В узком смысле звуком называют звуковые волны в диапазоне частот от 16 Гц до 20 кГц, воспринимаемые человеческим ухом. Ниже этого диапазона лежит область инфразвука, выше — область ультразвука.

Ультразвук — это звук диапазона, выше предела слышимости человека, т.е. с частотой звуковой волны свыше 20 КГц.

Инфразвук — упругие колебания и волны с частотами, лежащими ниже области слышимых человеком частот. Обычно за верхнюю границу инфразвукового диапазона принимают 16-20 Гц. Такое определение условно, поскольку при достаточной интенсивности слуховое восприятие возникает и на частотах в единицы Гц, хотя при этом исчезает тональный характер ощущения и делаются различимыми лишь отдельные циклы колебаний. Нижняя частотная граница инфразвука неопределенна; в настоящее время область его изучения простирается вниз примерно до 0,001 Гц.

Источники ультразвука:

Ультразвук — это колебания с частотами, большими 20000Гц. Частота сверхвысокочастотных ультразвуковых волн, применяемых в промышленности и биологии, лежит в диапазоне порядка нескольких МГц. Фокусировка таких пучков обычно осуществляется с помощью линз и зеркал. Ультразвуковой пучок с необходимыми параметрами можно получить с помощью соответствующего преобразователя.

В тех случаях, когда основное значение имеет мощность ультразвукового пучка, обычно используются механические источники ультразвука. Первоначально все ультразвуковые волны получали механическим путем (камертоны, свистки, сирены).

Источники инфразвука:

1) Естественные источники: землетрясения, бури, цунами, «разговор» китов.

    2) Техногенные источники: станки, котельные, транспорт, подводные и подземные взрывы,  ветряные электростанции

Инфразвук почти невозможно изолировать — на низких частотах все звукопоглощающие материалы практически полностью теряют свою эффективность.

Скорость распространения ультразвуковых волн:

Ультразвуковые волны в тканях организма распространяются с некоторой конечной скоростью, которая определяется упругими свойствами среды и ее плотностью. Скорость звука в жидкостях и твердых средах значительно выше, чем в воздухе, где она приблизительно равна 330 м/с. Для воды она будет равна 1482 м/с при 20о С. Скорость распространения ультразвука в твердых средах, например, в костной ткани, составляет примерно 4000 м/с.

3.Распространение ультразвука и инфразвука в природе

Сонар дельфина.

То, что у дельфина необычайно развитый слух, известно уже десятки лет. Объемы тех отделов мозга, которые заведуют слуховыми функциями, у него в десятки(!) раз больше, чем у человека (при том, что общий объем мозга примерно одинаков). Дельфин способен воспринимать частоты звуковых колебаний, в 10 раз более высокие (до 150 кГц), чем человек (до 15-18 кГц), и слышит звуки, мощность которых в 10-30 раз ниже, чем у звуков, доступных слуху человека, каким бы хорошим ни было зрение дельфина, его возможности ограничены из-за невысокой прозрачности воды. Поэтому основные сведения об окружающей обстановке дельфин получает с помощью слуха. При этом он использует активную локацию: слушает эхо, возникающее при отражении издаваемых им звуков от окружающих предметов. Эхо дает ему точные сведения не только о положении предметов, но и об их величине, форме, материале. Иными словами, слух позволяет дельфину воспринимать окружающий мир не хуже или даже лучше, чем зрение.

Летучие мыши издают звуки высотой в 50 000-60 000 Гц и воспринимают их. Этим объясняется их способность избегать столкновения с предметами даже при выключенном зрении (принцип радара). В пределах своего диапазона нормальное человеческое ухо воспринимает все тоны беспрерывно, без пропусков.

У летучих мышей ультразвуки обычно возникают в гортани, которая по устройству напоминает обычный свисток. Выдыхаемый из легких воздух вихрем проносится через него и с такой силой вырывается наружу, словно выброшен взрывом. Давление проносящегося через гортань воздуха вдвое больше, чем в паровом котле! Более того, издаваемые звуки очень громкие: если бы мы их улавливали, то воспринимали бы, как рев двигателя реактивного истребителя с близкого расстояния. Не глохнут же летучие мыши потому, что у них есть мышцы, закрывающие уши в момент испускания разведывательных ультразвуков. Безопасность ушей гарантируется совершенством их конструкции: при максимальной частоте следования зондирующих импульсов — 250 в секунду — заслонка в ухе летучей мыши успевает открываться и закрываться 500 раз в секунду.

А вот в ультразвуковых диапазонах человек не ориентируется. Хотя собакам доступны частоты до 60 тысяч герц, а кошкам — и того больше. Но в нашем голосе есть звуки частотой до 130-140 тысяч герц. Зачем? Скорее всего, ультразвук, как и инфразвук, придает голосу эмоциональную окраску. Иными словами, если мы не слышим многие звуки, которыми обмениваются животные, из этого еще не следует, что они не действуют на нас и через них мы не связаны с природой. Они проникают в наше сознание и вызывают необъяснимые пока эмоции.

У ночных бабочек из семейства медведиц развился генератор ультразвуковых помех, «сбивающий со следа» летучих мышей, преследующих этих насекомых.

Не менее умелые навигаторы — жирные козодои, или гуахаро. Населяют они горные пещеры Латинской Америки — от Панамы на северо-западе до Перу на юге и Суринама на востоке. Самый большой подарок природы — это способность гуахаро к эхолокации. Живя в кромешной тьме, жирные козодои, тем не менее, приспособились виртуозно летать по пещерам. Они издают негромкие щелкающие звуки, свободно улавливаемые и человеческим ухом (их частота примерно 7 000 герц). Каждый щелчок длится одну-две миллисекунды. Звук щелчка отражается от стен подземелья, разных выступов и препятствий и воспринимается чуткой птицей.

Инфразвук иногда порождается морем — его называют «голос моря». Образуется во время шторма в результате периодических  сжатей и разряжений воды.

4.Влияние ультразвука и инфразвука на организм человека

При действии локального ультразвука возникают явления вегетативного полиневрита рук (реже ног) разной степени выраженности, вплоть до развития пареза кистей и предплечий, вегетативно-сосудистой дисфункции.

Характер изменений, возникающих в организме под воздействием ультразвука, зависит от дозы воздействия. Малые дозы — уровень звука 80-90 дБ — дают стимулирующий эффект — микромассаж, ускорение обменных процессов. Большие дозы — уровень звука 120 и более дБ — дают поражающий эффект. Исследования биологического действия инфразвука на организм показали, что при уровне от 110 до 150 дБ и более он может вызывать у людей неприятные субъективные ощущения и многочисленные реактивные изменения, к числу которых следует отнести изменения в центральной нервной, сердечно-сосудистой и дыхательной системах, вестибулярном анализаторе. Имеются данные о том, что инфразвук вызывает снижение слуха преимущественно на низких и средних частотах. Выраженность этих изменений зависит от уровня интенсивности инфразвука и длительности действия фактора.

В качестве индивидуальных средств защиты рекомендуется применение наушников, вкладышей, защищающих ухо от неблагоприятного действия сопутствующего шума.

К мерам профилактики организационного плана следует отнести соблюдение режима труда и отдыха, запрещение сверхурочных работ. При контакте с ультразвуком более 50% рабочего времени рекомендуются перерывы продолжительностью 15 мин через каждые 1,5 часа работы. Значительный эффект дает комплекс физиотерапевтических процедур — массаж, УТ-облучение, водные процедуры, витаминизация и др.

Частота инфразвука в 6 Гц может вызвать у нас ощущение усталости, тоски, морскую болезнь.

 Инфразвук в 7 Гц особо чувствителен: смерть наступает от внезапной остановки сердца.

Частота в 5 Гц повреждает печень. Другие низкие частоты способны вызвать приступы безумия

5.Применение ультразвука и инфразвука

Применение ультразвука:

Медицина.

Косметология.

Военная промышленность (подводный флот).

Геология и геофизика.

Дробление тел.

Удаление ржавчины.

Получение смесей.

Эхолот для определения глубины моря.

Дефектоскопия – обнаружение дефектов в деталях литья.

Бытовое использование ( ультразвуковые стиральные машины, дальномеры, в т. ч. милицейские радары и т. д.)

Применение ультразвука в терапии и хирургии

Ультразвук, применяемый в медицине, может быть условно разделен на ультразвук низких и высоких интенсивностей. Основная задача применения ультразвука низких интенсивностей (0,125 — 3,0 Вт/см2) — неповреждающий нагрев или какие-либо нетепловые эффекты, а также стимуляция и ускорение нормальных физиологических реакций при лечении повреждений. При более высоких интенсивностях (> 5 Вт/см2) основная цель — вызвать управляемое избирательное разрушение в тканях.

Первое направление включает в себя большинство применений ультразвука в физиотерапии и некоторые виды терапии рака, второе — ультразвуковую хирургию.

Ультразвук  широко применяется для диагностики  заболеваний внутренних органов человека, особенно в  брюшной полости и   полости таза.

Ультразвуковая дефектоскопия:

Ультразвук применяется для выявления дефектов в литых изделиях. Его используют в металлургической промышленности, в железнодорожной и стекольной отраслях.

Эхолокация

Отражаясь от дна моря, ультразвуковой сигнал  достигает приемника

Применение инфразвука:
Предсказание штормов на море.

Предсказание землетрясений.

Военное дело.

Рыболовецкий промысел.

Криминалистика.

Изучение поведения животных.

Существуют и такие приборы, которые с уверенностью можно назвать инфразвуковыми аппаратами. Зачастую они применяются в технологических процессах для работы в жидких средах, где необходимо использовать низкочастотные акустические (звуковые) колебания. Особенное это касается инфразвуков частотой до 20 Гц. 

Литература и интернет-ресурсы:

  1. Жданов А.С. Учебник по физике для средних специальных учебных заведений. – М.: Наука, 1975.
  2. Яворский Б.М., Селезнев Ю.А. Справочное руководство по физике. Для поступающих в вузы и для самообразования. – М.: Наука, 1989.
  3. Хорбенко И.Г. Звук. Ультразвук. Инфразвук. – М.: Знание, 1986
  4. http://refoteka.ru/
  5. http://infrazvuk.info/

Презентация на тему ультразвук и инфразвук. Презентация «ультразвук и инфразвук в природе»

1 слайд

2 слайд

Инфразвук Инфразвук (от лат. infra — ниже, под)– механические волны, аналогичные звуковым, но имеющие частоту менее 20 Гц. Они не воспринимаются человеческим ухом. Для инфразвука характерно малое поглощение в различных средах, поэтому он способен распространятся на огромные расстояния в воздухе, в воде и в земной коре.

3 слайд

Инфразвук в воде Инфразвук может порождаться морем в результате периодических сжатий и разрежений воды. В этом случае инфразвук называют «голос моря».

4 слайд

Инфразвук в воде «Голос моря» может предупредить о приближающемся шторме. Своеобразными индикаторами шторма являются медузы. На краю «колокола» у медуз расположены примитивные слуховые колбочки, способные воспринимать инфразвуки с частотой 8-13 Гц. Они слышат шторм за сотни километров и за 20 часов до того, как он достигнет этой местности, и уходят на глубину.

5 слайд

В определенных условиях, при совпадении частоты корпуса судна и воздействующих на него инфразвуковых волн, судно само становится источником этих волн, причем значительно усиленных. Крысы, услышав голос моря, спешат уйти с корабля, резонансная частота которого совпадает с частотой волн шторма. Они чувствуют, что такому кораблю может не поздоровится.

6 слайд

Естественными источниками инфразвуковых волн является не только шторм, но и цунами, землетрясения, ураганы, извержения вулканов, гром.

7 слайд

К основным техногенный источникам инфразвука относится мощное оборудование (станки, котельные, транспорт), подводные и подземные взрывы, ветряные электростанции и даже вентиляционные шахты.

8 слайд

Инфразвук в медицине В современной медицине используются не мало оборудования, применяющего для лечения инфразвук. В основном инфразвук применяется при лечении рака и глазных заболеваниях. Сложность применения инфразвука в медицине обусловлена, тем, что он оказывает губительное воздействие на организм человека. Нужно провести большое количество испытаний, потратить множество лет работы, чтобы найти подходящие параметры воздействия.

9 слайд

Влияние инфразвука на человека Инфразвук негативно влияет на здоровье людей, особенно на психическое здоровье. Наш мозг, работая, колеблется с разными частотами, в зависимости от вида деятельности. Мозг спящего человека колеблется с частотой 0,3-4 Гц, мозг бодрствующего человека – с частотой 9-13 Гц. Если на наш мозг будут действовать колебания той же или очень близкой частоты, то произойдет сбой работы мозга, сопровождаемый галлюцинациями. Инфразвук может воздействовать на центральную нервную систему, поэтому люди под действием инфразвука испытывают неприятные ощущения: от угнетенности до панического страха.

10 слайд

быть обусловлено еще одно необычное явление: «Летучий голландец» — легендарный корабль-призрак. Наше глазное яблоко колеблется с собственной частотой 18 Гц. При наступлении резонанса ухудшается острота зрения и снижается цветовая чувствительность. Возникает зрительная галлюцинация, видение фантомов. Такое влияние инфразвука на психику человека могло быть причиной многочисленных случаев с исчезновением экипажа при полной сохранности судна и отличной погоде. Но до сих пор неизвестно, на самом ли деле именно инфразвук вынуждал людей сбрасываться с судна, испытывая дикий необъяснимый ужас. Инфразвуком может

11 слайд

Воздействием инфразвука обусловлена и морская болезнь: волна с частотой 12 Гц вызывает у человека сильное головокружение, так как заставляет резонировать его вестибулярный аппарат. Инфразвук высокой интенсивности, влекущий за собой резонанс, из-за совпадения частот колебаний внутренних органов и инфразвука, приводит к нарушению работы практически всех внутренних органов, возможен смертельный исход из-за остановки сердца, или разрыва кровеносных сосудов. (Инфразвук с частотой 7 Гц смертелен)

12 слайд

оружие, воздействуя на весь организм, выводит его из строя. В США разработали 4 вида инфразвукового оружия (на картинке – вид инфразвукового оружия, предназначенное для одиночного бойца). Планируется, что инфразвуковое оружие войдет в военное применение и станет атрибутом американских полицейских. Инфразвуковое оружие Инфразвуковое оружие – один из видов ОМП (оружие массового поражения), основанное на использовании направленного излучения мощных инфразвуковых колебаний. Это излучение способно проникать даже через бетонные стены и металлические преграды. Это

13 слайд

Ультразвук – механические волны, аналогичные звуковым, но имеющие частоту от 20 кГц до миллиарда Гц. (Волны, имеющие частоту более миллиарда Гц, называются гиперзвуком). О существовании ультразвука ученым было известно давно, однако его практическое использование началось только в XX веке. На данный момент ультразвук широко применяют в самых разных сферах. Ультразвук

14 слайд

Эхолокация Эхолокация (от греч. еcho –отголосок и от лат. locatio – положение, размещение) – способ определения расстояния до объекта, по средству излучения и восприятия отраженных ультразвуковых сигналов. Эхолокация помогает некоторым животным ориентироваться в пространстве, обнаруживать объекты и охотиться в условиях абсолютной темноты: на глубинах океана, под землей, в пещерах.

15 слайд

Летучие мыши – одни из животных, которые используют эхолокацию для ориентации в пространстве. Они извлекают ультразвуковые волны с частотой от 40 до 100 кГц. В момент испускания этих волн мышцы в ушах летучих мышей закрывают ушные раковины для того, чтобы предотвратить повреждения слухового аппарата. Волны, извлеченные мышью, отражаются от препятствий, от насекомых и от других объектов. Мышь улавливает отраженные волны и оценивает, в каком направлении от неё находится препятствие или добыча. Ультразвук в природе. Эхолокация.

16 слайд

Ультразвук в природе. Эхолокация. Дельфины тоже используют эхолокацию. Они способны излучать и воспринимать ультразвуковые волны с частотой до 300 кГц. Благодаря этому, они могут исследовать пространство, обнаруживать препятствия, искать пищу, общаться друг с другом и даже выражать своё эмоциональное состояние.

17 слайд

Метод определения расстояния до объектов под водой при помощи ультразвуковых сигналов называется гидролокацией. На дне судна помещают излучатель и приемник ультразвука. Излучатель посылает ко дну короткие ультразвуковые сигналы. Время отправления каждого сигнала регистрируется прибором. Отражаясь от морского дна, сигнал через некоторое время достигает приемника. Момент приёма сигнала тоже регистрируется. Таким образом, за время, которое проходит с момента отправления сигнала до момента его приёма, сигнал проходит путь, равный удвоенной глубине моря.

18 слайд

Гидролокация имеет большое значение в навигации для обнаружения невидимых подводных препятствий, при рыбной ловле для обнаружения косяков и отдельных крупных рыб, в океанологии для исследования дна, поиска затонувших судов, а также в военных целях: для обнаружения подводных лодок или кораблей, наблюдения за ними, для определения координат объекта при применении торпедного или ракетного оружия.

20 слайд

Ультразвук в медицине Ультразвук широко используют в медицине: как в диагностических целях, так и в качестве лечебного средства. Он обладает противовоспалительным и рассасывающим действием, ослабляет чувство боли. Ультразвуковые волны с частотой от 0,5 до 15 мГц способны проходить через ткани организма, частично отражаясь от границ тканей разного состава и плотности. Таким образом, есть возможность распознать патологические изменения органов и тканей без хирургического вмешательства. Ультразвуковая терапия основана на том, что ультразвуковые волны определенных частот оказывают механическое, тепловое, физико-химическое воздействие на ткани, в результате чего в организме активируются обменные процессы и реакции иммунитета.

21 слайд

Аппарат ультразвукового исследования Ультразвуковая терапия Портативный аппарат УЗИ

22 слайд

В лабораториях и на производстве применяют ультразвуковые ванны для очистки лабораторной посуды и деталей от мелких частиц. В ювелирной промышленности ювелирные изделия тоже очищают от мелких частиц в ультразвуковых ваннах. Их также используют для очистки корнеплодов от частиц земли. В некоторых стиральных машинах ультразвук применяется для особо тщательной стирки белья. Широко применяется ультразвук для приготовления однородных смесей. Если две несмешивающиеся жидкости (например масло и воду) влить в одну колбу и подвергнуть облучению ультразвуком, то образуется эмульсия. Из подобных эмульсий производят крема, краски для волос, косметику, фармацевтические изделия и др. Существует множество сфер применения ультразвука.

Cлайд 1

Cлайд 2

ЗВУК Человек живет в мире звуков. Звук – это то, что слышит ухо. Мы слышим голоса людей, пение птиц, звуки музыкальных инструментов, шум леса, гром во время грозы. Звучат работающие машины, движущийся транспорт и т.д. Что такое звук? Как он возникает? Чем одни звуки отличаются от других? Ответы на эти вопросы хотели узнать люди. Раздел физики, в котором изучаются звуковые явления, называется акустикой. Услышав какой-то звук, мы обычно можем установить, что он дошел до нас от какого-то источника. Рассматривая этот источник, мы всегда найдем в нем что-то колеблющееся. Если, например, звук исходит от репродуктора, то в нем колеблется мембрана – легкий диск, закрепленный по его окружности. Если звук издает музыкальный инструмент, то источник звука – это колеблющийся столб воздуха и другие.

Cлайд 3

Звуковые волны Упругие волны, вызывающие у человека ощущение звука, называются звуковыми волнами. 16 – 2 10 4 Гц – слышимые звуки; меньше 16 Гц – инфразвуки; больше 2 10 4 Гц – ультразвуки. Обязательное условие для возникновения звуковой волны – наличие упругой среды. Механизм возникновения звуковой волны аналогичен возникновению механической волны в упругой среде. Совершая колебания в упругой среде, вибратор воздействует на частицы среды. Звук создают долговременные периодические источники звука.

Cлайд 4

Скорость звука Зависит от среды и ее состояния, как и для любой механической волны: ύ = λν = λ/Т. При t = 0 ºC ύводы = 1430 м/с, ύстали = 5000 м/с, ύвоздуха = 331 м/с. Физические характеристики звука 1. Звуковое давление – давление, оказываемое звуковой волной на стоящее перед ней препятствие. 2. Спектр звука – разложение сложной звуковой волны на составляющие ее частоты. 3. Интенсивность звуковой волны: I = W/St, где S – площадь поверхности; W – энергия звуковой волны; t – время; I = 1 Дж/м² · с = 1 Вт/1 м²

Cлайд 5

Громкость, как и высота, звука связана с ощущением, возникающим в сознании человека, а также с интенсивностью волны.

Cлайд 6

Высота звука зависит от частоты колебаний: чем > ν, тем выше звук. Тембр звука позволяет различать два звука одинаковой высоты и громкости, издаваемых различными инструментами. Он зависит от спектрального состава.

Cлайд 7

Cлайд 8

Cлайд 9

Cлайд 10

ЧТО ТАКОЕ ЗВУК? Что же такое звук? Звук — это распространяющиеся в упругих средах: газах, жидкостях и твердых телах- механические колебания, воспринимаемые органами слуха. Рассмотрим примеры, поясняющие физическую сущность звука. Струна музыкального инструмента передает свои колебания окружающим частицам воздуха. Эти колебания будут распространяться все дальше и дальше, а достигнув уха, вызовут колебания барабанной перепонки. Мы услышим звук. Таким образом, то, что мы называем звуком, представляет собой быструю смену, частицы воздуха не перемещаются, они только колеблются, попеременно смещаясь в одну и другую сторону на очень небольшие расстояния. Но изолированных колебании одного тела не существует. В каждой среде в результате взаимодействия между частицами колебания передаются все новым и новым частицам, т.е. в среде распространяются звуковые волны.

Cлайд 11

Cлайд 12

Другим простым примером колебательного движения могут служить колебания маятника. Если маятник отклонить от его положения равновесия, а затем отпустить то он будет совершать свободные колебания. Под действием силы тяжести маятник возвращается в свое первоначальное положение, по инерции проходит исходную точку и поднимается вверх, при этом сила тяжести будет тормозить его движение. В точке максимального отклонения маятник становится и через мгновение начнет движение в обратном направлении. Циклы колебаний маятника непрерывно повторяются. Колебания могут быть периодическими, когда изменения повторяются через равный промежуток времени и не периодическими когда нет полного повторения процесса изменения. Среди периодических колебаний очень важную роль играют гармонические колебания. В зависимости от процесса различают колебания механические, электрического тока и напряжения звуковых колебаний.

Cлайд 13

Наиболее наглядны волны на поверхности воды. Если бросить камень в воду, вначале появится углубление, затем — возвышение воды, а потом возникают волны, представляющие собой последовательно чередующиеся гребни и впадины. Увеличиваясь по фронту, они распространяются по всем направлениям, но отдельные частицы не передвигаются вместе с волнами, а колеблются только в небольших пределах около некоторого неизменного положения. В этом можно убедиться, например, наблюдая за щепкой, подпрыгивающую на волнах. Она будет подниматься и опускаться, т.е. колебаться, пропуская под собой бегущую волну. Волны бывают продольные и поперечные; в первом случае колебания частиц среды совершаются вдоль направления распространения волны, во втором — поперек него. Человеческое ухо способно воспринимать колебания с частотой примерно от 200 до 20000 колебаний в секунду. Соответственно этому механические колебания с указанными частотами называются звуковыми, или акустическими. Вопросы, которыми занимается акустика, очень разнообразны. Некоторые из них связаны со свойствами и особенностями органов слуха.

Cлайд 14

В теплом воздухе скорость звука больше, чем в холодном, что приводит к изменению направления распространения звука.

Cлайд 15

Общая акустика изучает вопросы возникновения, распространения и поглощение звука. Физическая акустика занимается изучением самих звуковых колебаний, а за последние десятилетия охватила и колебания, лежащие за пределами слышимости (ультраакустика). При этом она широко пользуется разнообразными методами превращения механические колебания, электрические и обратно. Применительно к звуковым колебаниям, число задач физической акустики входит и изучение физических явлений, обусловливающих те или иные качества звука, различимые на слух. Электроакустика, или техническая акустика, занимается получением, передачи, приемом и записью звуков при помощи электрических приборов. Архитектурная акустика изучает распространение звука в помещениях, влияние на звук размеров и формы помещений, свойств материалов, покрывающих стены и потолки и. т. д. При этом имеется в виду слуховое восприятие звука.

Cлайд 16

Cлайд 17

Музыкальная акустика исследует природу музыкальных звуков, а также музыкальные настрой и системы. Мы различаем, например, музыкальные звуки (пение, свист, звон, звучание струн) и шумы (треск, стук, скрип, шипение, гром). Музыкальные звуки более простые, чем шумы. Комбинация музыкальных звуков может вызвать ощущение шума, но никакая комбинация не даст музыкального звука. Гидроакустика (морская акустика) занимается изучением явлений, происходящих в водной среде, связанных с излучением, приемом и распространением акустических волн. Она включает вопросы разработки и создания акустических приборов, предназначенных для использования в водной среде. Атмосферная акустика изучает звуковые процессы в атмосфере, в частности распространение звуковых волн, условие сверхдальнего распространения звука.

Cлайд 18

Подводный звуковой канал в океане: а) скорость звука на разных глубинах; б) траектория звуковых лучей, создаваемых источником в точке А; на глубине минимума скорости звука zк происходит концентрация звуковых лучей – это ось звукового канала.

Cлайд 19

Cлайд 20

Физиологическая акустика исследует возможности органов слуха, их устройство и действие. Она изучает образование звуков органами речи и восприятие звуков органами слуха, а также вопросы анализа и синтеза речи. Создание систем; способных анализировать человеческую речь — важный этап на пути проектирования машин, в особенности роботов- манипуляторов и электронно-вычислительных машин, послушным устным распоряжениям оператора. Аппарат для синтеза речи может дать большой экономический эффект. Если по международным телефонным каналам, передавать не сами речевые сигналы, а коды, полученные в результате их анализа, а на выходе линий синтезировать речь, потому же каналу можно передавать несколько раз больше информации. Правда, абонент не услышит настоящего голоса собеседника, но слова-то будут те же, что были сказаны в микрофон. Конечно, это не совсем подходит для семейных разговоров, но удобно для деловых бесед, а именно они- то и перегружают каналы связи. Биологическая акустика рассматривает вопросы звукового и ультразвукового общения животных и изучает механизм локации, которым они пользуются, исследует так же проблемы шумов, вибрации и борьбы сними за оздоровление окружающей среды.

Cлайд 21

Cлайд 22

УЛЬТРАЗВУК В последнее время все более широкое распространение в производстве находят технологические процессы, основанные на использовании энергии ультразвука. Ультразвук нашел также применение в медицине. В связи с ростом единичных мощностей и скоростей различных агрегатов и машин растут уровни шума, в том числе и в ультразвуковой области частот. Ультразвуком называют механические колебания упругой среды с частотой, превышающей верхний предел слышимости — 20 кГц. Единицей измерения уровня звукового давления является дБ. Единицей измерения интенсивности ультразвука является ватт на квадратный сантиметр (Вт/с²) Человеческое ухо не воспринимает ультразвук, однако некоторые животные, например, летучие мыши могут и слышать, и издавать ультразвук. Частично воспринимают его грызуны, кошки, собаки, киты, дельфины. Ультразвуковые колебания возникают при работе моторов автомобилей, станков и ракетных двигателей. В практике для получения ультразвука обычно применяют электромеханические генераторы ультразвука, действие которых основано на способности некоторых материалов изменять свои размеры под действием магнитного (магнитострикционные генераторы) или электрического поля (пьезоэлектрические генераторы), при этом генераторы издают звуки высокой частоты.

Cлайд 23

Вследствие большой частоты (малой длины волны) ультразвук обладает особыми свойствами. Так, подобно свету, ультразвуковые волны могут образовывать строго направленные пучки. Отражение и преломление этих пучков на границе двух сред подчиняется законам геометрической оптики. Он сильно поглощается газами и слабо — жидкостями. В жидкости под воздействием ультразвука образуются пустоты в виде мельчайших пузырьков с кратковременным возрастанием давления внутри них. Кроме того, ультразвуковые волны ускоряют протекание процессов диффузии (взаимопроникновения двух сред друг в друга). Ультразвуковые волны существенно влияют на растворимость вещества и в целом на ход химических реакций. Эти свойства ультразвука и особенности его взаимодействия со средой обусловливают его широкое техническое и медицинское использование. Ультразвук применяют в медицине и биологии для эхолокации, для выявления и лечения опухолей и некоторых дефектов в тканях организма, в хирургии и травматологии для рассечения мягких и костных тканей при различных операциях, для сварки сломанных костей, для разрушения клеток (ультразвук большой мощности). В ультразвуковой терапии для лечебных целей используют колебания 800-900 кГц.

Cлайд 24

Cлайд 25

ИНФРАЗВУК Развитие техники и транспортных средств, совершенствование технологических процессов и оборудования сопровождаются увеличением мощности и габаритов машин, что обусловливает тенденцию повышения низкочастотных составляющих в спектрах и появление инфразвука, который является сравнительно новым, не полностью изученным фактором производственной среды. Инфразвуком называют акустические колебания с частотой ниже 20 Гц. Этот частотный диапазон лежит ниже порога слышимости и человеческое ухо не способно воспринимать колебания указанных частот. Производственный инфразвук возникает за счет тех же процессов что и шум слышимых частот. Наибольшую интенсивность инфразвуковых колебаний создают машины и механизмы, имеющие поверхности больших размеров, совершающие низкочастотные механические колебания (инфразвук механического происхождения) или турбулентные потоки газов и жидкостей (инфразвук аэродинамического или гидродинамического происхождения). Максимальные уровни низкочастотных акустических колебаний от промышленных и транспортных источников достигают 100-110 дБ.

Cлайд 26

Выполнив данную работу — собрав, обработав и обобщив большое количество материала по данной проблеме, я узнала много нового о природе звука. Об опасности, которую он может представлять для организма человека, и о том, насколько широко его можно использовать в хозяйстве. Я взяла именно эту тему, т.к. я считаю, что это актуальная тема в наше время и ученикам будет легче ее изучать наглядно. Будучи сторонницей мира, я обеспокоена информацией об удобстве, простоте и успехах в разработке оружия массового воздействия с использованием ультра и инфразвука. Мне было очень приятно и интересно работать над этой темой, так как я считаю её перспективной и крайне мало освещенной для широкого круга людей. Ультра и инфразвук — сила природы, которую человек поставил себе на службу! Учащиеся могут проверить свои знания на тесте.

Описание презентации по отдельным слайдам:

1 слайд

Описание слайда:

2 слайд

Описание слайда:

Инфразвук Инфразвук (от лат. infra — ниже, под)– механические волны, аналогичные звуковым, но имеющие частоту менее 20 Гц. Они не воспринимаются человеческим ухом. Для инфразвука характерно малое поглощение в различных средах, поэтому он способен распространятся на огромные расстояния в воздухе, в воде и в земной коре.

3 слайд

Описание слайда:

Инфразвук в воде Инфразвук может порождаться морем в результате периодических сжатий и разрежений воды. В этом случае инфразвук называют «голос моря».

4 слайд

Описание слайда:

Инфразвук в воде «Голос моря» может предупредить о приближающемся шторме. Своеобразными индикаторами шторма являются медузы. На краю «колокола» у медуз расположены примитивные слуховые колбочки, способные воспринимать инфразвуки с частотой 8-13 Гц. Они слышат шторм за сотни километров и за 20 часов до того, как он достигнет этой местности, и уходят на глубину.

5 слайд

Описание слайда:

В определенных условиях, при совпадении частоты корпуса судна и воздействующих на него инфразвуковых волн, судно само становится источником этих волн, причем значительно усиленных. Крысы, услышав голос моря, спешат уйти с корабля, резонансная частота которого совпадает с частотой волн шторма. Они чувствуют, что такому кораблю может не поздоровится.

6 слайд

Описание слайда:

Естественными источниками инфразвуковых волн является не только шторм, но и цунами, землетрясения, ураганы, извержения вулканов, гром.

7 слайд

Описание слайда:

К основным техногенный источникам инфразвука относится мощное оборудование (станки, котельные, транспорт), подводные и подземные взрывы, ветряные электростанции и даже вентиляционные шахты.

8 слайд

Описание слайда:

Влияние инфразвука на человека Инфразвук негативно влияет на здоровье людей, особенно на психическое здоровье. Наш мозг, работая, колеблется с разными частотами, в зависимости от вида деятельности. Мозг спящего человека колеблется с частотой 0,3-4 Гц, мозг бодрствующего человека – с частотой 9-13 Гц. Если на наш мозг будут действовать колебания той же или очень близкой частоты, то произойдет сбой работы мозга, сопровождаемый галлюцинациями. Инфразвук может воздействовать на центральную нервную систему, поэтому люди под действием инфразвука испытывают неприятные ощущения: от угнетенности до панического страха.

9 слайд

Описание слайда:

быть обусловлено еще одно необычное явление: «Летучий голландец» — легендарный корабль-призрак. Наше глазное яблоко колеблется с собственной частотой 18 Гц. При наступлении резонанса ухудшается острота зрения и снижается цветовая чувствительность. Возникает зрительная галлюцинация, видение фантомов. Такое влияние инфразвука на психику человека могло быть причиной многочисленных случаев с исчезновением экипажа при полной сохранности судна и отличной погоде. Но до сих пор неизвестно, на самом ли деле именно инфразвук вынуждал людей сбрасываться с судна, испытывая дикий необъяснимый ужас. Инфразвуком может

10 слайд

Описание слайда:

Воздействием инфразвука обусловлена и морская болезнь: волна с частотой 12 Гц вызывает у человека сильное головокружение, так как заставляет резонировать его вестибулярный аппарат. Инфразвук высокой интенсивности, влекущий за собой резонанс, из-за совпадения частот колебаний внутренних органов и инфразвука, приводит к нарушению работы практически всех внутренних органов, возможен смертельный исход из-за остановки сердца, или разрыва кровеносных сосудов. (Инфразвук с частотой 7 Гц смертелен)

11 слайд

Описание слайда:

Ультразвук – механические волны, аналогичные звуковым, но имеющие частоту от 20 кГц до миллиарда Гц. (Волны, имеющие частоту более миллиарда Гц, называются гиперзвуком). О существовании ультразвука ученым было известно давно, однако его практическое использование началось только в XX веке. На данный момент ультразвук широко применяют в самых разных сферах. Ультразвук

12 слайд

Описание слайда:

13 слайд

Описание слайда:

Эхолокация Эхолокация (от греч. еcho –отголосок и от лат. locatio – положение, размещение) – способ определения расстояния до объекта, по средству излучения и восприятия отраженных ультразвуковых сигналов. Эхолокация помогает некоторым животным ориентироваться в пространстве, обнаруживать объекты и охотиться в условиях абсолютной темноты: на глубинах океана, под землей, в пещерах.

14 слайд

Описание слайда:

Ультразвук в природе. Эхолокация. Дельфины тоже используют эхолокацию. Они способны излучать и воспринимать ультразвуковые волны с частотой до 300 кГц. Благодаря этому, они могут исследовать пространство, обнаруживать препятствия, искать пищу, общаться друг с другом и даже выражать своё эмоциональное состояние.

15 слайд

Описание слайда:

Эхолокация дельфинов Некоторые морские млекопитающие, такие как дельфины и морские свиньи могут использовать эхолокацию для охоты и ориентации в пространстве. Ультразвук дельфинов используется в качестве звуковых сигналов, эти ультразвуковые волны хорошо распространяются в водной среде, и имеют ряд собственных свойств. Ультразвук дельфинов может иметь лучи различной частоты и может быть направлен в разные стороны одновременно. Считается, что для формирования двух сигналов используется два независимых органа, что означает они работают не завися один от другого и могут параллельно формировать ультразвуковые сигналы разной частоты и длины в различных друг другу направлениях.

16 слайд

Описание слайда:

Дельфины общаются с помощью звуков, однако воспринимают их совсем не так, как люди — они используют в качестве «слов» звуковые «иероглифы», смысл которых зависит от формы пространственной структуры, образованной звуковыми волнами в воде. Существуют достаточно свидетельств, что дельфины способны «видеть» с помощью звука, примерно так же, как люди могут видеть нерожденное дитя в утробе матери с помощью ультразвукового аппарата. Дельфины в мутной воде уверенно ориентируются, посылая ультразвуковые импульсы и улавливая импульсы, отраженные от предметов или добычи.

17 слайд

Описание слайда:

Летучие мыши – одни из животных, которые используют эхолокацию для ориентации в пространстве. Они извлекают ультразвуковые волны с частотой от 40 до 100 кГц. В момент испускания этих волн мышцы в ушах летучих мышей закрывают ушные раковины для того, чтобы предотвратить повреждения слухового аппарата. Волны, извлеченные мышью, отражаются от препятствий, от насекомых и от других объектов. Мышь улавливает отраженные волны и оценивает, в каком направлении от неё находится препятствие или добыча. Ультразвук в природе. Эхолокация.

Слайд 2

Инфразвук это звуковые волны, имеющие частоту ниже воспринимаемой человеческим ухом, а ультразвук соответственно выше, оба эти явления достаточно интересны и всегда сопровождали человечество в природе, а с продвижением прогресса человек научился довольно широко использовать их.

Слайд 3

Инфразву́к (от лат. infra — ниже,) — звуковые волны, имеющие частоту ниже воспринимаемой человеческим ухом. Человеческое ухо способно слышать звуки в диапазоне частот 16—20″000 Гц, за верхнюю границу частотного диапазона инфразвука обычно принимают 16 Гц.

Слайд 4

Особенности инфразвука

Поскольку поглощение инфразвука атмосферой незначительно, инфразвук гораздо дальше распространяется в воздухе Благодаря большой длине волны инфразвук, легко проникает в помещения и огибает преграды, задерживающие слышимые звуки; Инфразвук вызывает вибрацию крупных объектов, так как входит в резонанс с ними. А в следствии всего вышеперечисленного он способен распространятся на огромные расстояния в воздухе, в воде и в земной коре.

Слайд 5

Инфразвук в воде:“Голос моря”.

Инфразвук в воде Инфразвук может порождаться морем в результате периодических сжатий и разрежений воды. В этом случае инфразвук называют «голос моря». Это явление может предупредить о приближающемся шторме. Своеобразными индикаторами шторма являются медузы, способные воспринимать инфразвуки с частотой 8-13 Гц. Они слышат шторм за сотни километров и за 20 часов до того, как он достигнет этой местности, и уходят на глубину

Слайд 6

Источниками инфразвуковых волн в природе является не только шторм, но и землетрясения, ураганы, извержения вулканов, гром. К основным техногенный источникам инфразвука относится мощное оборудование,подводные и подземные взрывы, ветряные электростанции и даже вентиляционные шахты.

Слайд 7

Хоть в медицине используется оборудование, применяющие для лечения инфразвук(В основном инфразвук применяется при лечении рака и глазных заболеваниях). Инфразвук негативно влияет на здоровье людей, особенно на психическое здоровье. Мозг бодрствующего человека колеблется — с частотой 9-13 Гц. Если на наш мозг будут действовать колебания той же или очень близкой частоты, то произойдет сбой работы мозга, сопровождаемый галлюцинациями. Люди под действием инфразвука испытывают неприятные ощущения: от угнетенности до панического страха.

Слайд 8

Ультразвук

Ультразвук — механические волны, аналогичные звуковым, но имеющие частоту от 20 кГц до миллиарда Гц. Его практическое использование началось только в XX веке. И в отличие от инфразвука,ультразвук широко применяют в самых разных сферах.

Слайд 9

Свойства ультразвука

Основное и самое используемое свойство ультразвука это “упругость”. В ультразвуковом поле развиваются значительные акустические течения. Поэтому воздействие ультразвука на среду порождает специфические эффекты: физические, химические, биологические.

Слайд 10

Метод определения расстояния до объектов под водой или в среде при помощи ультразвуковых сигналов это все использование “Упругости’’ ультразвука. Допустим на дне судна помещают излучатель и приемник ультразвука. Излучатель посылает ко дну короткие ультразвуковые сигналы. Время отправления каждого сигнала регистрируется прибором. Отражаясь от морского дна, сигнал через некоторое время достигает приемника(это называется гидролокацией).Существует еще великое множество сфер применения ультразвука. Он прочно вошел в жизнь человека и это прекрасный пример обуздания природы человечеством во благо.

Посмотреть все слайды

Рисунки. Расшифруйте ребус. Фронтальный опрос. Рефлексия. А возможно ли создать вечный двигатель? Обобщающий урок по физике в 7 классе. Вечные двигатели. Решение задач. Физика Опыт Работа. Вудворда. Орг. момент. Винт Архимеда. Закон равновесия сил на наклонной плоскости. Что вы понимаете под термином «Вечный двигатель»? Идеальный двигатель. Задание 1. «Науку всё глубже постигнуть стремись, Познанием вечного жаждой томись. Устройство «вечного» двигателя, основанное на магните.

«Строение вещества физика» — Практическое применение диффузии. Урок № 1 «Что изучает физика. А если свечи нагреть? 2. Объясните действие клея, припоя. Опора на жизненный опыт учащихся. Опора на знания из природоведения и начальной школы. Воспитательные задачи. Основной материал: Явление диффузии. Учет особенностей класса. Смачивание и несмачивание. Различия в молекулярном строении твердых тел, жидкостей и газов. Тематическое планирование.

«Физика диффузия» — Твёрдые тела. БАЛАШОВ – 2010 г. S внутренней поверхности кишечника человека — 0,65 кв.М; за счёт ворсинок достигает 4-5 кв. Зависимость скорости протекания диффузии от температуры. От чего зависит диффузия. Диффузия и безопасность человека. Одинаковые. Лао-Тсе. Самое могущественное в мире то, что не видно, не слышно и неосязаемо. Мельчайшие частицы, из которых состоят различные вещества. Дыхание и пищеварение человека. Продолжите предложение. Разные. Жидкости. Водяной пар.

«Механическое движение 7 класс» — 300 м. Траектория движения. Траектория. Криволинейное движение (лыжник по трассе). Механическое движение. Рельсов Столика Колеса вагона. Относительно каких тел книга находится в покое? Прямолинейное движение (лифт). Выберите правильный ответ. Изменение положения тела в пространстве, относительно других тел с течением времени. На столике в вагоне движущегося поезда лежит книга.

«Давление 7 класс» — Как увеличить давление Как уменьшить давление. Сила упругости. Физическая пауза. Приложен к опоре или подвесу. Урок изучения нового материала 7 класс. Пора садиться на диету! 300000 кПа. P=F/S. Тест. Посмотрите в окно вдаль 1 минуту. Формула для нахождения силы тяжести Fт =mg. Сила. А почему я проваливаюсь? Коготь животного. Увеличение давления в природе.

«Физика 7 класс Механическая работа» — В гору семеро тащат, а с горы и один толкает. Какие типы сил Вам известны? Формула для расчета работы. Не печь кормит, а руки. Санки движутся под действием силы мускул. Почему? А = F тяги ·s. Если сила и направление движения совпадают, то А>0. Берись дружно, не будет грузно. 1 м. Сила трения покоя. 1 кДж = 1000 Дж 1 МДж = 1000 кДж = 1000000 Дж 1 мДж = 0,001Дж. Опыт 2.Нагруженная тележка перемещается на 1 м. Увеличиваем нагрузку и повторяем опыт.

Инфразвук: шум, который вы чувствуете

31 октября 2017 г.

Инфразвук очень реальная проблема. Примите меры, чтобы свести шум к минимуму.

Представьте, что вы только что переехали в новый дом и продолжаете слышать тревожный, пульсирующий низкочастотный грохочущий шум. Вы думаете, что это приходит извне. В дневное время заглушается. Но ночью, когда вокруг тихо, его слышно. На самом деле, это шум, который вы можете почувствовать.Что бы ты сделал?

Инфразвук – практический пример

К сожалению, этот сценарий основан на одном из наших клиентов, а звук называется Infrasound. Самое простое определение инфразвука, иногда называемого низкочастотным звуком, — это звук с частотой ниже 20 Гц или циклов в секунду, что является «нормальным» пределом человеческого слуха. Слух постепенно становится менее чувствительным по мере уменьшения частоты, поэтому для восприятия человеком инфразвука звуковое давление должно быть достаточно высоким.Ухо является основным органом восприятия инфразвука, но при более высоких интенсивностях можно ощущать инфразвуковые колебания в различных частях тела. Посмотрите на этот рисунок для справки об источниках «Частота звука».

Исследование инфразвука, проведенное компанией AV Bend

Низкочастотный шум в диапазоне частот примерно от 10 Гц до 200 Гц был признан особой проблемой шума окружающей среды, особенно для чувствительных людей в их домах. В то время как источники шума, вызывающие раздражение дома, могут быть неизвестны, в офисах они часто представляют собой вентиляторы или насосы в коммунальных службах.Было показано, что воздействие низкочастотного звука может изменить внутреннее ухо. Это приводит к повышению чувствительности к низкочастотным звукам, в результате чего ранее незаметные для человека звуки становятся слышимыми. Низкочастотный шум (LFN) может иметь серьезные последствия для здоровья, такие как головокружение, нарушение сна, стресс, гипертония и нарушения сердечного ритма.

Увеличилось количество жалоб от тех, кто дольше подвергался воздействию шума общественной инфраструктуры.Выявлено, что с возрастом увеличивается распространенность НЛН-жалоб. Это подтверждает вывод о том, что длительное воздействие низкочастотного шума, годами неслышимого для подвергающихся воздействию лиц, может в долгосрочной перспективе привести к изменению улитки (спиральной полости внутреннего уха, содержащей кортиев орган, который производит нервные импульсы в ответ на звуковые колебания).

Итак, как только LFN внезапно становится слышимым для людей, они начинают пытаться найти источник шума. Но недавние или близкие изменения в окружающей среде являются основной и единственной причиной.Наземные колебания имеют длину распространения десятки километров. Таким образом, поиск одной уникальной структуры в качестве источника помех часто может быть невозможным и нелогичным. Это объясняет, почему попытки инженеров локализовать источник шума часто оказываются безрезультатными

.

Одна из вещей, которую сказал наш партнер, акустик, заключалась в том, что важно определить, откуда исходит звук. Затем он также сказал, что есть продукты, которые можно использовать для улучшения звука. Его первоначальная мысль заключалась в том, что это был звук, исходящий из дома (например, кондиционер, холодильник, водонагреватель).

Как остановить шум

К сожалению, басы LFN труднее всего приглушить. Обладая широкой длиной волны, они распространяются дальше и вызывают колебания крупных объектов. Так что, если есть возможность найти источник в доме (можно попытаться отключить все питание, используя главный выключатель автоматического выключателя. Затем проверить, сохраняется ли шум), то будет легче заглушить источник. звук. Если источник внешний или неизвестный, то уровень сложности выше.Низкие частоты могут исходить издалека.

Предлагаемые возможные методы лечения включают:

Наборы для ухода за окнами

Комплекты уплотнителей дверей

Зеленый клей со вторым слоем гипсокартона Quietrock

Массовый винил (MLV)

Бастер Бастер

Диффузорная панель

Итог

К сожалению, инфразвук — очень реальная проблема, но без окончательного решения. После обращения к инженерам-акустикам и инструкторам мы узнали, что этот тип шума влияет на 2.5% населения. Им мешает вести мирную жизнь в зависимости от того, насколько близко они живут к источнику шума. Большинство людей ради облегчения продадут свой дом или уволятся с работы. И хотя средств для устранения «гула» инфразвука нет, владельцы домов могут предпринять шаги, чтобы свести звуки к минимуму.

Помогу вам насладиться тишиной,

Тони, АВ-парень


Инфразвук и низкочастотный звук

Слышно?

Звуки частотой 20 Гц и ниже называются инфразвуками.Под низкочастотным звуком понимают звук, частота которого ниже 125 Гц. Инфразвук и низкочастотный звук плохо слышны, но и совсем неслышимыми их назвать нельзя. Скорее, говорят о том, являются ли эти уровни неслышимыми звуками или нет: их можно услышать, если уровень звука достаточно высок.

Помимо естественных источников инфразвука и низкочастотных звуков, таких как извержения вулканов, гром и землетрясения, существуют также искусственные источники: поезда, воздушное и дорожное движение, промышленность.Также известными источниками инфразвука и низкочастотного звука являются вентиляторы, кондиционеры, компрессоры и громкоговорители.

Раздражение инфразвуком и низкочастотным звуком

Инфразвук и низкочастотный звук могут вызывать раздражение, даже если они неслышны. Это связано с чувствительностью к этому типу акустических колебаний некоторых слуховых нервных клеток, наружных волосковых клеток. Благодаря этому неслышимые уровни инфразвука и низкочастотного звука могут ощущаться как давление в ушах.

Также невозможность идентифицировать или локализовать источник низкочастотного гудения может вызвать ощущение дискомфорта. Это так, потому что звук с низкой частотой может достигать большего, чем звук с высокой частотой. Вот почему источник звука трудно распознать: человек слышит только низкочастотный звук и иногда не может определить, исходит ли воспринимаемый звук от поезда, грузовика или технической установки. Также трудно определить направление, откуда исходит низкочастотный звук, потому что трудно обнаружить разницу между тем, что слышит правое и левое ухо.

Иногда слышны звуки, которых нет (тиннитус). По нечеткому восприятию низкочастотного звука трудно определить, относится ли он к «настоящему» звуку. Существуют также большие различия в индивидуальной чувствительности, в результате чего у людей часто возникает ощущение, что их неправильно понимают. Один человек может действительно слышать низкочастотный звук инфразвука, тогда как другой человек может его не слышать.

Стандартизация инфразвука и низкочастотного звука

В области инфразвука и низкочастотного звука нет специального регулирования.Низкочастотный звук должен подчиняться тем же законам, что и другие звуки. Инфразвук обычно не принимают во внимание. Возможным решением является поддержание уровня звука ниже порога слышимости (как описано в стандарте ISO 226 или ISO 389) инфразвука, хотя это не всегда возможно. При измерении низкочастотного звука лучше всего применять взвешивание G в соответствии со стандартом ISO 7196.

По жалобам, связанным с раздражающим действием инфразвука или низкочастотного звука в вашей жилой среде, обращайтесь в региональную администрацию, отвечающую за ограничение шума. загрязнение.Обследование на месте может помочь локализовать источник шума.
 

Урок шестой. Как среда, в которой живут животные, влияет на частоту звуков, которые они используют?

Введение:


Животные используют песни и звуки для общения. Некоторые из этих звуков воспроизводятся в пределах человеческого слуха, который для большинства из нас составляет от 20 до 20 000 колебаний в секунду. (20 Гц-20 кГц) Звук с частотой ниже 20 колебаний называется инфразвуком.Это звуки, которые мы не слышим, но видим на спектрограмме. Грозы и землетрясения производят звуки инфразвукового диапазона. Слоны общаются с помощью инфразвука. Это позволяет им общаться друг с другом на очень больших расстояниях. Некоторые животные издают звуки с частотой более 20 000 колебаний в секунду. Это так называемые УЗИ. Летучие мыши используют ультразвук для общения и поиска насекомых для еды. Летучая мышь издает пронзительный писк, и эхо ультразвуковой волны отражается от насекомого, указывая голодной летучей мыши его положение.Человеческое ухо может распознавать одиночные синусоидальные волны, потому что звуки с такой формой волны звучат для человека «чисто» или «ясно»; некоторые звуки, которые приближаются к чистой синусоидальной волне, — это свист, хрустальный стакан, настроенный на вибрацию, если провести мокрым пальцем по его краю, и звук, издаваемый камертоном. Для человеческого уха звук, состоящий из более чем одной синусоидальной волны, будет либо звучать «шумно», либо иметь обнаруживаемые гармоники; это можно описать как другой тембр.

Результаты обучения:


Учащийся сделает вывод, что вибрации необходимы для создания звука.Они продемонстрируют, как низкие звуки имеют более медленные вибрации, а высокие звуки имеют более быстрые вибрации.

Согласование учебного плана:


Национальные стандарты естественнонаучного образования

Стандарт содержания A: Способности, необходимые для проведения научных исследований.

  • Понимание научных исследований.
  • Используйте простое оборудование и инструменты для сбора данных и расширения чувств.

Стандарт содержания B: Физические науки

  • Положение и движение объектов
  • Звук создается вибрирующими объектами.Высота звука может быть изменена путем изменения скорости вибрации.

Стандарт контента C: Науки о жизни

  • Характеристики организмов
  • Организмы и среда их обитания

Стандарт контента E: наука и техника

  • Способности к технологическому проектированию
  • Понимание науки и техники
  • Способность различать природные объекты и объекты, созданные человеком.

Стандарт контента F: наука с личной и социальной точек зрения

  • Характеристики и изменения популяций
  • Изменения в средах
  • Наука и техника в решении локальных задач

Стандарт контента G: История и природа науки

  • Наука как человеческая деятельность

Музыкальная программа NC SCOS


Цель 8: Учащийся поймет взаимосвязь между музыкой, другими искусствами и предметными областями вне искусства.(Национальный стандарт 8)

  • 8.01 Определите сходства и различия в значениях общих терминов, используемых в других областях.
  • 8.02 Определите, каким образом принципы и предмет других предметных областей, изучаемых в школе, связаны с музыкальным.

Время:


60-минутный период

Материалы:


  • Изображения и спектрограммы летучих мышей и слонов
  • Учебник
  • Лента
  • деревянная линейка длиной 30 см

Технологические ресурсы: Raven Lite



Задействовать:


Покажите учащимся собачий свисток.Дайте свисток и спросите учащихся, что они знают особенного о собачьих ушах? Обсудите, как собаки могут слышать вещи, которые мы не можем услышать своими ушами. Скажите учащимся, что они будут исследовать, как изменить звуки.

Исследуйте:


Дайте каждой паре учащихся линейку, ленту и учебник. Спросите учащихся, как мы можем издавать звуки с помощью линейки. Предложите учащимся работать в группах, чтобы разработать стратегии для создания звука. Если у них возникают трудности, продемонстрируйте учащимся, как положить линейку на стол, накрыть конец линейки книгой и оторвать конец, свисающий со стола.Линейка будет вибрировать, вызывая звук. Предложите учащимся протестировать линейку разной длины и прослушать каждый звук. Учащиеся заполняют таблицу данных о звуках, которые они производят и слышат.

Пример:


Длина вне стола Наблюдения Шаг
5 см Линейку трудно выщипывать, быстро вибрирует Высоко
10см
15см
20см Линейка медленно вибрирует Низкий

Объясните:


Обсудите собранные данные.Более высокие звуки создавались, когда более короткая линейка свисала со стола. Низкие звуки создавались при перещипывании длинной линейки. Обсудите, как мы можем слышать различные высоты звука, потому что наши уши чувствительны к определенному диапазону. Обсудите, почему собачьего свистка не было в нашем ассортименте. Что это говорит нам о слухе животных? Предложите учащимся обсудить, как некоторые животные слышат то, чего не можем мы.

Разработка:


Рассмотрите изображения летучей мыши и слона.Обсудите, какие типы звуков и высоту тона они создают. Спросите учащихся, что мы могли бы использовать для обнаружения звуков, которые находились за пределами нашего диапазона. Просмотрите спектрограммы, которые учащиеся использовали на предыдущих уроках. Спросите учащихся, как спектрограммы помогают нам увидеть звук. Покажите учащимся две спектрограммы (одна летучая мышь, один слон). Обсудите частоту появления каждого животного. Учащиеся должны сделать вывод, что у летучих мышей более высокая частота (ультразвук), а у слонов более низкая частота (инфразвук). Спросите учащихся, как это приспособлено к среде обитания каждого животного.

Нарисуйте на доске две синусоидальные волны (см. схему ниже), не используя слов, и спросите учащихся, что они замечают в линиях? Принять все ответы. Обсудите, почему на верхнем рисунке пиков больше и они расположены ближе друг к другу. Обсудите, почему нижняя линия имеет ту же высоту, но их меньше, а расстояние между вершинами больше. Обсуждайте линии как волны и делайте «волну».

Сравните высокие и низкие частоты летучей мыши и слона с расстоянием.Установите, как низкие частоты распространяются дальше, чем высокие частоты. Позвольте учащимся продемонстрировать, ударяя по парте молоточками с мягким наконечником, чтобы воспроизвести звуки/топанье слона. Сравните низкие звуки с высокими частотами маленьких колокольчиков, цимбал или хоровых перезвонов. Кроме того, узнайте, как культурные инструменты создаются в их первоначальной среде обитания. Культурные сообщества выбирают материалы из-за своего окружения. Коммуникаторы людей и животных одинаково используют материалы, которые производят приятные для слуха звуки.Какаду использует ветку, чтобы бить по бревну. Если какаду понравится звук этой ветки, он спасет ветку. Многие музыканты предпочитают один инструмент другому. Концертный пианист предпочтет рояль консольному фортепиано. Позвольте учащимся изучить инструментарий из различных международных культур.

Расширение:


Воспользуйтесь веб-сайтом Wild Music, чтобы проверить свой диапазон слуха. С возрастом наш слух становится не таким хорошим, поэтому могут быть звуки, которые слышат ваши ученики, но которые вы не сможете услышать.

Оценить:


Таблица данных научной тетради

Словарь:


  • Частота — количество волн, производимых в секунду, равное количеству колебаний, производимых в секунду.
  • Высота тона — высота или низость тона, определяемая частотой колебаний в секунду.
  • Инфразвук — звук с частотой слишком низкой для восприятия человеческим ухом
  • Ультразвук — акустическая энергия в виде волн, частота которых превышает диапазон человеческого слуха

Веб-сайты:


Шум, который вы чувствуете — rAVe [PUBS]

Инфразвук очень реальная проблема.Примите меры, чтобы свести шум к минимуму.

Представьте, что вы только что переехали в новый дом и продолжаете слышать тревожный, пульсирующий низкочастотный грохочущий шум. Вы думаете, что это приходит извне. В дневное время заглушается. Но ночью, когда вокруг тихо, его слышно. На самом деле, это шум, который вы можете почувствовать. Что бы ты сделал?

Инфразвук – практический пример

К сожалению, этот сценарий основан на одном из наших клиентов, а звук называется Infrasound.Самое простое определение инфразвука, иногда называемого низкочастотным звуком, — это звук с частотой ниже 20 Гц или циклов в секунду, что является «нормальным» пределом человеческого слуха. Слух постепенно становится менее чувствительным по мере уменьшения частоты, поэтому для восприятия человеком инфразвука звуковое давление должно быть достаточно высоким. Ухо является основным органом восприятия инфразвука, но при более высоких интенсивностях можно ощущать инфразвуковые колебания в различных частях тела. Посмотрите на этот рисунок для справки об источниках «Частота звука».

Исследование инфразвука, проведенное компанией AV Bend

Низкочастотный шум в диапазоне частот примерно от 10 Гц до 200 Гц был признан особой проблемой шума окружающей среды, особенно для чувствительных людей в их домах. В то время как источники шума, вызывающие раздражение дома, могут быть неизвестны, в офисах они часто представляют собой вентиляторы или насосы в коммунальных службах. Было показано, что воздействие низкочастотного звука может изменить внутреннее ухо. Это приводит к повышению чувствительности к низкочастотным звукам, в результате чего ранее незаметные для человека звуки становятся слышимыми.Низкочастотный шум (LFN) может иметь серьезные последствия для здоровья, такие как головокружение, нарушение сна, стресс, гипертония и нарушения сердечного ритма.

Увеличилось количество жалоб от тех, кто дольше подвергался воздействию шума общественной инфраструктуры. Выявлено, что с возрастом увеличивается распространенность НЛН-жалоб. Это подтверждает вывод о том, что длительное воздействие низкочастотного шума, годами неслышимого для подвергающихся воздействию лиц, может в долгосрочной перспективе привести к изменению улитки (спиральной полости внутреннего уха, содержащей кортиев орган, который производит нервные импульсы в ответ на звуковые колебания).

Итак, как только LFN внезапно становится слышимым для людей, они начинают пытаться найти источник шума. Но недавние или близкие изменения в окружающей среде являются основной и единственной причиной. Наземные колебания имеют длину распространения десятки километров. Таким образом, поиск одной уникальной структуры в качестве источника помех часто может быть невозможным и нелогичным. Это объясняет, почему попытки инженеров локализовать источник шума часто оказываются безрезультатными

.

Одна из вещей, которую сказал наш партнер, акустик, заключалась в том, что важно определить, откуда исходит звук.Затем он также сказал, что есть продукты, которые можно использовать для улучшения звука. Его первоначальная мысль заключалась в том, что это был звук, исходящий из дома (например, кондиционер, холодильник, водонагреватель).

Как остановить шум

К сожалению, басы LFN труднее всего приглушить. Обладая широкой длиной волны, они распространяются дальше и вызывают колебания крупных объектов. Итак, если есть возможность найти источник в доме (можно попытаться отключить все питание, используя главный выключатель автоматического выключателя.Затем проверьте, остался ли шум), тогда будет легче заглушить звук. Если источник внешний или неизвестный, то уровень сложности выше. Низкие частоты могут исходить издалека.

Предлагаемые возможные методы лечения включают:

  • Наборы для ухода за окнами
  • Комплекты уплотнителей дверей
  • Зеленый клей со вторым слоем гипсокартона Quietrock
  • Винил с массовой загрузкой (MLV)
  • Бастер Бастер
  • Диффузорная панель

Практический результат

К сожалению, инфразвук — очень реальная проблема, но без окончательного решения.После обращения к инженерам-акустикам и инструкторам мы узнали, что этот тип шума затрагивает 2,5 процента населения. Им мешает вести мирную жизнь в зависимости от того, насколько близко они живут к источнику шума. Большинство людей ради облегчения продадут свой дом или уволятся с работы. И хотя средств для устранения «гула» инфразвука нет, владельцы домов могут предпринять шаги, чтобы свести звуки к минимуму.

Помогу вам насладиться тишиной,

Тони, АВ-парень

Высота тона и частота — действие

(1 оценка)

Быстрый просмотр

Уровень: 4 (3-5)

Необходимое время: 30 минут

Расходные материалы Стоимость/группа: 0 долларов США.20

Размер группы: 2

Зависимость от действия: Нет

предметных областей: Физические науки, наука и техника

Ожидаемые характеристики NGSS:


Поделиться:

Резюме

Чтобы углубить свое понимание звуковой энергии, учащиеся определяют различные высоты тона и частоты, создаваемые вибрирующей линейкой и соломенной казу.Они создают высокие и низкие звуковые волны. Эта инженерная учебная программа соответствует научным стандартам следующего поколения (NGSS).

Инженерное подключение

Инженеры-электрики понимают звуковую энергию как часть электронных устройств и инструментов, которые они разрабатывают, таких как iPod, радиоприемники, испытательное оборудование, медицинское оборудование и гидролокаторы. Часто они разрабатывают оборудование, способное «слышать» ультразвук и инфразвуковые звуки, не воспринимаемые человеческим слухом.Ультразвук может проверять металлы и пластмассы в промышленном оборудовании на наличие крошечных дефектов и трещин, которые указывают на недостатки продукта. Они также разрабатывают медицинское оборудование, которое использует ультразвук для диагностики невидимых состояний тела или травм. Инженеры-акустики — это специалисты по контролю шума и акустическому дизайну в заданном пространстве или структуре, например, в аудиториях, аэропортах или художественных галереях. Аудиоинженеры (или звукорежиссеры) работают в области мультимедиа, механически генерируя и транслируя звуки.

Цели обучения

После этого задания учащиеся должны уметь:

  • Определение высоты тона и частоты.
  • Опишите звук с высоким или низким тоном и частотой.
  • Опишите, как изменить высоту звука.
  • Приведите пример того, как инженеры используют высоту тона и частоту при разработке новых продуктов.

Образовательные стандарты

Каждый урок или занятие TeachEngineering соотносится с одной или несколькими науками K-12, технологические, инженерные или математические (STEM) образовательные стандарты.

Все более 100 000 стандартов K-12 STEM, включенных в TeachEngineering , собираются, поддерживаются и упаковываются сетью стандартов достижений (ASN) , проект D2L (www.achievementstandards.org).

В ASN стандарты структурированы иерархически: сначала по источнику; напр. по штатам; внутри источника по типу; напр. , естественные науки или математика; внутри типа по подтипу, затем по сортам, и т.д. .

NGSS: научные стандарты следующего поколения — наука
Ожидаемая производительность NGSS

4-ПС3-2. Проведите наблюдения, чтобы доказать, что энергия может передаваться с места на место с помощью звука, света, тепла и электрического тока.(4 класс)

Согласны ли вы с таким раскладом? Спасибо за ваш отзыв!

Нажмите, чтобы просмотреть другую учебную программу, соответствующую этому ожидаемому результату
Это занятие сосредоточено на следующих аспектах трехмерного обучения NGSS:
Научная и инженерная практика Ключевые дисциплинарные идеи Концепции раскряжевки
Проводите наблюдения для получения данных, которые служат основой для объяснения явления или проверки проектного решения.

Соглашение о согласовании: Спасибо за отзыв!

Энергия может перемещаться с места на место посредством перемещения объектов или посредством звука, света или электрического тока.

Соглашение о согласовании: Спасибо за отзыв!

Энергия присутствует всегда, когда есть движущиеся объекты, звук, свет или тепло. Когда объекты сталкиваются, энергия может передаваться от одного объекта к другому, тем самым изменяя их движение.При таких столкновениях часть энергии обычно также передается окружающему воздуху; в результате воздух нагревается и возникает звук.

Соглашение о согласовании: Спасибо за отзыв!

Свет также переносит энергию с места на место.

Соглашение о согласовании: Спасибо за отзыв!

Энергия также может передаваться с места на место с помощью электрических токов, которые затем можно локально использовать для создания движения, звука, тепла или света.Токи могли быть созданы для начала путем преобразования энергии движения в электрическую энергию.

Соглашение о согласовании: Спасибо за отзыв!

Энергия может передаваться различными способами и между объектами.

Соглашение о согласовании: Спасибо за отзыв!

Общие базовые государственные стандарты — математика
  • Представлять и интерпретировать данные.(Оценка 4) Подробнее

    Посмотреть согласованную учебную программу

    Согласны ли вы с таким раскладом? Спасибо за ваш отзыв!

  • Графические точки на координатной плоскости для решения реальных и математических задач.(Оценка 5) Подробнее

    Посмотреть согласованную учебную программу

    Согласны ли вы с таким раскладом? Спасибо за ваш отзыв!

  • Представляйте реальный мир и математические задачи, изображая точки в первом квадранте координатной плоскости и интерпретируя значения координат точек в контексте ситуации.(Оценка 5) Подробнее

    Посмотреть согласованную учебную программу

    Согласны ли вы с таким раскладом? Спасибо за ваш отзыв!

Международная ассоциация преподавателей технологий и инженерии – Технология
  • Энергия приходит в разных формах.(Оценки 3 — 5) Подробнее

    Посмотреть согласованную учебную программу

    Согласны ли вы с таким раскладом? Спасибо за ваш отзыв!

  • Объясните, как могут существовать различные отношения между технологией и инженерией и другими областями контента.(Оценки 3 — 5) Подробнее

    Посмотреть согласованную учебную программу

    Согласны ли вы с таким раскладом? Спасибо за ваш отзыв!

ГОСТ Предложите выравнивание, не указанное выше

Какое альтернативное выравнивание вы предлагаете для этого контента?

Список материалов

Каждой группе нужно:

Рабочие листы и вложения

Посетите [www.Teachengineering.org/activities/view/cub_energy2_lesson05_activity3] для печати или загрузки.

Больше учебных программ, подобных этому

Введение/Мотивация

Что такое звуковая энергия ? Это энергия, производимая при создании звука. Сегодня мы поговорим в основном о двух характеристиках звуковой энергии: высоте тона и частоте. Все: Создайте звук, любой звук.Слышите ли вы более высокие или низкие звуки в комнате? Эта характеристика звука называется высотой тона . Что такое частота ? Число колебаний для каждой звуковой высоты называется его частотой. Высокие звуки имеют более высокие частоты или больше вибраций, чем низкие звуки с медленными частотами.

Как мы используем звук? Мы используем звук для общения, предупреждаем, разговариваем друг с другом и отправляем сообщения друзьям по телефону. Мы также используем звуки, чтобы развлечься, расслабиться или зарядиться энергией, когда слушаем музыку.Инженеры также прислушиваются к звукам и создают машины, которые обнаруживают звуки, которые наши уши даже не могут слышать! Наши уши улавливают широкий диапазон частот. Однако некоторые животные слышат частоты, слишком высокие или низкие для человеческого слуха. Эти частоты называются ультразвуками и инфразвуками.

Инженеры разработали приборы, которые «слушают» ультразвук и инфразвук. Ультразвук может обнаруживать крошечные дефекты в металлах, пластмассах и других материалах, используемых для изготовления деталей и компонентов.Способность обнаруживать эти крошечные дефекты помогает предотвратить продажу поврежденных продуктов в магазинах. Кто захочет использовать реактивный самолет, автомобиль или велосипед с крошечными трещинами в нем? Каждый раз, когда что-то ломается, это ослабляет общую прочность предмета, и в конечном итоге он может сломаться.

Инженеры разрабатывают другие инструменты с учетом высоты тона и частоты. Ультразвук широко используется в медицинском оборудовании, особенно в устройствах, которые помогают нам видеть то, что мы обычно не видим. Эти медицинские инструменты помогают баскетболисту увидеть, не помешает ли ему травма лодыжки до конца игры, или позволяют медицинскому персоналу заглянуть внутрь травмы человека в автокатастрофе.Инженеры НАСА используют эту технологию для диагностики травм в космосе.

Сегодня мы рассмотрим звуковую энергию и то, как изменение длины объекта меняет его высоту и частоту. Вы готовы немного пошуметь?

Процедура

Перед занятием

Со студентами: эксперимент с линейкой

  1. Попросите учеников приложить конец линейки к столу и ударить по другому концу, который выходит за край стола.
  2. Повторите это действие несколько раз, каждый раз вытягивая линейку на стол.
  3. Спросите учащихся, как изменение длины той части линейки, которая свисает со стола, меняет вибрации линейки. Как это влияет на высоту и частоту звука, издаваемого линейкой? (Ответ: Чем длиннее линейка за краем стола, тем ниже высота тона и частота.)
  4. Чтобы добавить математический компонент, попросите учащихся записать в рабочем листе, как долго линейка колеблется на разных длинах, и изобразить результаты в виде графика на рабочем листе.

Со студентами: Straw Kazoo Activity

  1. Сделайте казу из соломы, обрезав один конец соломинки до конца.
  2. Подуйте на соломинку, а затем отрежьте немного другой конец, чтобы сделать казу короче.
  3. Наблюдайте за изменением высоты тона, когда соломенное казу укорачивается.
  4. Обсудите закономерности и наблюдения: Вспомните, что высота тона — это высота или низость звука, а частота — это частота колебаний высоты тона.Для какого типа звука характерны более медленные колебания? (Ответ: Низкий тон.) Для какого типа звука характерны более быстрые колебания? (Ответ: Высокий тон.)

Словарь/Определения

частота: скорость колебаний на разных высотах.

инфразвук: звуковые волны или вибрации с частотами ниже слышимого звука (слишком низкие для человеческого слуха).

казу: игрушечный музыкальный инструмент с мембраной, которая издает жужжащий звук, когда игрок напевает или поет в мундштук.

высота тона: высота или низость звука.

звуковая энергия: Звуковая энергия, которая высвобождается, когда вы говорите, играете на музыкальных инструментах или хлопаете дверью.

звуковая волна: Продольная волна давления слышимого или неслышимого звука.

ультразвук: звуковые волны или вибрации с частотами выше слышимого звука (слишком высокие для человеческого слуха).

вибрация: когда что-то движется вперед и назад, говорят, что оно вибрирует.Звук создается вибрациями, которые обычно слишком быстры, чтобы их можно было увидеть.

Громкость: Когда звук становится громче или тише.

волна: Возмущение, распространяющееся в среде, такой как воздух или вода.

Оценка

Предварительная оценка

Мозговой штурм: Всем классом предложите учащимся участвовать в открытом обсуждении. Напомните им, что в мозговом штурме никакая идея или предложение не является «глупой».» Все идеи должны быть выслушаны с уважением. Займите некритическую позицию, поощряйте дикие идеи и препятствуйте критике идей. Спросите учащихся:

  • Что вы можете придумать, чтобы шуметь?
  • Чем отличаются и похожи все эти шумы?
  • Выберите два или три из этих шумов и начертите на доске диаграмму Венна, чтобы сравнить и сопоставить их. (Примечание: на диаграмме Венна для представления наборов используются круги, а положение и перекрытие кругов указывают на отношения между наборами.)

Встроенная оценка активности

Закономерности и наблюдения: Предложите учащимся записать свои наблюдения и закономерности, которые они заметили в ходе эксперимента с линейкой и упражнения с казу. Сравните свои наблюдения с наблюдениями соседа (не члена их команды) и определите похожие и разные наблюдения. Попросите каждую группу сообщить о своих выводах классу.

Оценка после активности

Pitch It: Обойдите комнату и попросите каждого учащегося определить шум низкого или высокого тона и сказать, распространяются ли звуковые волны быстрее или медленнее, чем звук, определенный предыдущим учащимся.Например: Ученик 1: Барабан — Низкий тон; Ученик 2: Флейта. Волны высокого тона распространяются быстрее, чем звуковые волны барабана; Ученик 3: Рычание собаки — волны низкого тона распространяются медленнее, чем звуковые волны флейты и т. д.

Kazoo Hullabaloo: Скажите ученикам, что они инженеры, пытающиеся спроектировать идеальное казу. Дайте группам учащихся по три-четыре новые соломинки и попросите их спроектировать и изменить дизайн своего казу, пока у них не будет четырех разных звуков, каждая из которых будет немного выше, чем у человека рядом с ними! Как отличить казу? (Ответ: Самый низкий казу имеет самый высокий тон.) Есть ли что-нибудь, что они могли бы сделать, чтобы сделать казу еще лучше? Как насчет того, чтобы проткнуть маленькие дырочки сбоку и сыграть как на магнитофоне? Предложите учащимся создать джингл, в котором используются казу и сообщается аудитории, как работает казу.

Вопросы безопасности

Напомните учащимся, чтобы они крепко держались за линейки, чтобы они случайно не полетели через комнату при ударе.

Советы по устранению неполадок

Это действие может быть шумным.Подумайте о том, чтобы учащиеся работали в группах за пределами класса, чтобы свести к минимуму звуковые (!) помехи в других классах.

Расширения деятельности

Предложите учащимся сделать различные простые инструменты (см. идеи в Sound Lab: Simple Instruments). Попросите каждого ученика объяснить, как их инструменты издают звуки и почему. В заключение предложите учащимся использовать свои инструменты для исполнения песни. Если занятие вызывает у учащихся желание издавать более высокие или низкие звуки, отведите их в музыкальную комнату, чтобы узнать о высоте нот фортепиано.Например, нота среднего C в середине клавиатуры фортепиано имеет частоту 261 Гц. Длина звуковой волны этой ноты составляет 126 см (49,6 дюйма).

Масштабирование активности

Для младших школьников удалите математический компонент, удалив рабочий лист высоты тона и частоты.

Рекомендации

Общество аудиотехники.Audio Engineering Society, Inc., Нью-Йорк, штат Нью-Йорк. По состоянию на 3 октября 2005 г. http://www.aes.org/

.

Аудиотехника, The Pre-Engineering Times. Опубликовано в ноябре 2004 г., выпуск № 34. JETS, Ваш путь к карьере инженера, Александрия, Вирджиния. По состоянию на 3 октября 2005 г. (Описание карьеры звукорежиссера) http://www.jets.org/newsletter/1104/feature.htm

Словарь.com. Издательская группа Лексико, ООО. По состоянию на 19 декабря 2005 г. (Источник некоторых словарных определений с некоторой адаптацией.) http://www.dictionary.com

Авторские права

© 2005 Регенты Колорадского университета

Авторы

Шарон Перес; Натали Мах; Малинда Шефер Зарске; Дениз В. Карлсон

Программа поддержки

Комплексная программа преподавания и обучения, Инженерный колледж Колорадского университета в Боулдере

Благодарности

Содержание этой учебной программы цифровой библиотеки было разработано в рамках грантов Фонда улучшения послесреднего образования (FIPSE), U.С. Министерство образования и Национальный научный фонд (грант ГК-12 № 0338326). Однако это содержание не обязательно отражает политику Министерства образования или Национального научного фонда, и вы не должны исходить из того, что оно одобрено федеральным правительством.

Последнее изменение: 16 апреля 2022 г.

Понимание Герца | NetWell

Что такое Hertz?

Понимание Hertz важно для звукоизоляции.Одно полное колебание звуковой волны называется Циклом. Герц просто измеряет частоту цикла. Один герц равен одному циклу в секунду.

Циклы также называют вибрациями. Частота звуковой волны относится к числу циклов (колебаний) в единицу времени. Стандартная мера частоты называется герцем. Один герц (Гц) равен одному колебанию в секунду. Человеческий голос в среднем находится в полосе частот 1000 герц или 1 килогерц (кГц). Это равно тысяче колебаний в секунду.Чем больше число циклов в секунду, тем выше частота, тем выше высота звука. Слышимые для человеческого уха источники звука находятся в диапазоне от 20 до 20 000 Гц. Звуки выше этой частоты называются «ультразвуковыми», а звуки ниже этой частоты называются «инфразвуковыми».

Длинные плоские звуковые волны

При выполнении звукоизоляционных работ ключевую роль при выборе продукта играет высота звука. Для звуков более низкой тональности с более низкими значениями частоты в герцах длины волн становятся длиннее и более плоскими, что требует меньшего расстояния и времени для прохождения через поверхность.С этими источниками звука труднее бороться, и это помогает объяснить, почему вы можете обнаружить басовые тона соседа из его стереосистемы, но не человеческий голос из его телевизора. На следующем рисунке сравнивается высокий тон с низким тоном, проходящим через ту же поверхность. Сравните расстояние, пройденное через эту поверхность от обоих источников звука:

Для снижения уровня шума заранее обратите внимание на частоту вашего источника шума. Если ваша цель звукоизоляции состоит в том, чтобы контролировать реверберацию с помощью акустических панелей NetWell, более толстый материал даст более сильные результаты, если у вас низкие басовые тона.Например, предположим, что вы хотите обшить барабанную будку акустической пеной. Применяя пенопластовые панели NetWell толщиной 3″ Pyramid вместо панели толщиной 2″, вы утроите свои результаты поглощения на низком низком уровне до 125 Гц. Причина? Потому что длинные плоские звуковые волны, создаваемые барабанами, вынуждены проходить через большее количество материала, что дает Пирамидам больше времени и расстояния для захвата энергии и ее преобразования.

Back to Sound 101

Почему от некоторых звуков людей тошнит?

Хотя слишком громкое воспроизведение музыки может повредить слух, есть и другие вещи, которые вам следует знать о влиянии некоторых звуков на организм человека.

Децибелы используются для измерения интенсивности звуков (длительное воздействие звуков выше 85 дБ может привести к потере слуха), а частота, измеряемая в герцах (Гц), относится к количеству звуковых волн, возникающих каждую секунду. Человеческие уши обычно улавливают звуки в диапазоне от 20 Гц до 20 кГц. Частоты выше этого называются ультразвуковыми, а частоты ниже 20 Гц иногда называют инфразвуковыми. Инфразвук возникает как в природе (землетрясения, океанские волны, молнии в верхних слоях атмосферы и т.) и рукотворные. Некоторые исследования показали, что при высокой интенсивности инфразвуковые звуки могут иметь внеушные биоэффекты, включая тошноту, головные боли и головокружение, но почему? Короткий ответ: плохие вибрации.

Звук — это волна давления, проходящая через среду. Инфразвук, например, имеет большую длину волны, что, согласно Popular Science , «делает его гораздо более способным огибать или проникать в ваше тело, создавая систему колеблющегося давления». Каждый объект, включая части тела, имеет естественную частоту вибрации, явление, известное как резонанс. Popular Science больше говорит о влиянии низкочастотного резонанса на организм:

«Человеческие глазные яблоки представляют собой заполненные жидкостью яйцевидные образования, легкие представляют собой мембраны, заполненные газом, а брюшная полость человека содержит множество жидких, твердых и , и газонаполненные карманы. Все эти структуры имеют пределы того, насколько они могут растягиваться под действием силы, поэтому, если вы приложите достаточную мощность для вибрации, они будут растягиваться и сжиматься во времени с низкочастотными колебаниями молекул воздуха вокруг них.

Исследование 1983 года о воздействии вибрации на человеческое тело, опубликованное в The Journal of the Acoustical Society of America , показало, что

«воздействие вертикальных вибраций в диапазоне 5–10 Гц обычно вызывает резонанс в грудно-абдоминальной системе. , в системе голова-шея-плечо 20-30 Гц, в глазном яблоке 60-90 Гц. Когда колебания в теле затухают, его энергия поглощается тканями и органами… Вибрация приводит как к произвольным, так и к непроизвольным сокращениям мышц и может вызывать локальную мышечную усталость, особенно когда вибрация находится на уровне резонансной частоты.Кроме того, это может вызвать рефлекторные сокращения, что снизит двигательную активность».

Другие исследования показывают, что низкочастотные шумы, например, производимые ветряными турбинами, вызывают реакцию в мозгу, которая может привести к неблагоприятным последствиям для здоровья.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.