Инфразвук это звуковые колебания с частотой. Инфразвук: Звуковые волны низких частот и их влияние на человека — Производство и поставка электростанций, Бензиновые и дизельные генераторы от 1 до 100 кВт. Мини ТЭЦ на базе двигателя Стирлинга.

Что такое инфразвук и как он возникает. Какое воздействие оказывает инфразвук на организм человека. Где применяется инфразвук в природе и технике. Как защититься от негативного влияния инфразвуковых колебаний.

Содержание

Что такое инфразвук и каковы его основные характеристики

Инфразвук представляет собой звуковые колебания очень низкой частоты, которые не воспринимаются человеческим ухом. Каковы основные характеристики инфразвука?

Частота колебаний менее 20 Гц (ниже порога слышимости человека)
Длина волны от 17 м и более
Слабое поглощение различными средами, способность распространяться на большие расстояния
Высокая проникающая способность

Инфразвуковые волны могут огибать или проникать сквозь препятствия с малым затуханием. Это позволяет инфразвуку распространяться на десятки и сотни километров практически без потерь энергии.

Основные источники инфразвука в природе и технике

Инфразвуковые колебания могут возникать как естественным путем, так и в результате деятельности человека. Каковы основные природные и техногенные источники инфразвука?

Природные источники инфразвука:

Землетрясения, извержения вулканов
Штормы, ураганы, грозы
Обвалы, оползни, снежные лавины
Колебания морских волн («голос моря»)
Полярные сияния

Техногенные источники инфразвука:

Транспорт (самолеты, автомобили, поезда)
Промышленное оборудование
Системы вентиляции и кондиционирования
Ветрогенераторы
Взрывы, выстрелы

Некоторые животные, например слоны и киты, способны генерировать и воспринимать инфразвуковые сигналы для коммуникации на больших расстояниях.

Воздействие инфразвука на организм человека

Хотя человек не слышит инфразвук, он может оказывать заметное влияние на самочувствие и здоровье. Как инфразвуковые колебания воздействуют на организм?

Вызывают резонанс внутренних органов
Нарушают работу вестибулярного аппарата

Влияют на сердечно-сосудистую систему
Вызывают головные боли, головокружение, тошноту
Провоцируют чувство тревоги и страха
Снижают работоспособность и концентрацию

Особенно опасны частоты 4-8 Гц, совпадающие с альфа-ритмом головного мозга. Длительное воздействие мощного инфразвука может приводить к нарушениям работы внутренних органов.

Применение инфразвука в науке и технике

Несмотря на потенциальную опасность, инфразвуковые колебания нашли применение в различных областях. Где используется инфразвук?

Сейсмология — регистрация землетрясений
Метеорология — прогнозирование погоды
Океанография — изучение морских течений
Навигация — ориентирование подводных лодок
Военное дело — обнаружение взрывов и запусков ракет
Медицина — диагностика заболеваний

Способность инфразвука распространяться на большие расстояния позволяет использовать его для дистанционного мониторинга различных процессов и явлений.

Методы защиты от негативного влияния инфразвука

Учитывая потенциальную опасность инфразвуковых колебаний, важно обеспечить защиту от их вредного воздействия. Какие методы применяются для защиты от инфразвука?

Звукоизоляция помещений
Виброизоляция оборудования
Использование глушителей и резонаторов
Увеличение жесткости конструкций
Применение средств индивидуальной защиты

При работе с источниками инфразвука необходимо проводить регулярный контроль уровня колебаний и соблюдать допустимое время воздействия. Важно также своевременно проходить медицинские осмотры.

Перспективы изучения и использования инфразвука

Исследования инфразвука продолжаются, открывая новые возможности его применения. Каковы перспективные направления в этой области?

Разработка инфразвуковых систем связи
Создание более совершенных методов прогнозирования стихийных бедствий
Использование инфразвука для управления погодой
Применение в альтернативной энергетике
Изучение влияния на психику и сознание человека

Дальнейшее изучение свойств и эффектов инфразвука может привести к появлению революционных технологий в различных сферах деятельности человека.

Мифы и заблуждения об инфразвуке

Вокруг темы инфразвука существует немало мифов и заблуждений. Какие из них наиболее распространены?

Инфразвук абсолютно неслышим для человека
Инфразвук всегда опасен и вреден
Инфразвуком можно управлять сознанием людей
Животные предчувствуют катастрофы благодаря инфразвуку
Инфразвук — идеальное оружие

На самом деле многие эффекты инфразвука преувеличены или не доказаны научно. Необходимы дальнейшие исследования для изучения всех аспектов влияния инфразвуковых колебаний.

Нормативное регулирование в области инфразвука

Для защиты здоровья людей разработаны нормативы по допустимым уровням инфразвука. Как регулируется эта сфера?

Установлены предельно допустимые уровни инфразвука на рабочих местах
Определены санитарные нормы для жилых и общественных зданий
Регламентированы методы измерения и контроля инфразвука
Предусмотрены требования по защите от инфразвука
Разработаны рекомендации по профилактике вредного воздействия

Соблюдение установленных норм позволяет минимизировать риски для здоровья людей, связанные с воздействием инфразвуковых колебаний в быту и на производстве.

Инфразвук. Работа и применение. Особенности и влияние

Инфразвук представляет собой звуковые волны низкой частоты, которые люди не слышат. Так как слуховой аппарат людей может воспринимать звуки в пределах частот от 16 до 20 тысяч, то за верхний уровень частот инфразвука принято считать 16 Гц. Наименьший уровень этого диапазона расположен на уровне 0,001 Гц. Однако на практике интерес представляют колебания, имеющие десятую или сотую доли герца.

Инфразвуковые волны представляют низкочастотные механические колебания менее 16 Гц. Его источниками могут являться естественные объекты в виде грозовых разрядов или землетрясений, а также искусственные объекты в виде станков, автомобилей, взрывов или специальных устройств. Волны также могут сопровождать шумы при работе транспорта и промышленных установок. Типичным примером таких низкочастотных колебаний является вибрация.

Так как инфразвуковые колебания слабо поглощаются разными средами, они могут перемещаться на весьма значительные расстояния по поверхности земли, воды и воздуха. Благодаря такому свойству удается определить расположение эпицентра землетрясения, мощного взрыва либо стреляющей пушки. Так колебания в океане идут на большие расстояния, то фиксирующее оборудование может за определенный период времени получить данные о возникновении стихийного бедствия, к примеру, цунами.

Природа появления инфразвуковых колебаний аналогична слышимому звуку, вследствие чего им свойственны те же физические принципы, что и обычному звуку. Инфразвук имеет достаточно большую длину волны, вследствие чего у них наблюдается ярко выраженная дифракция. Вообще дальнобойность является важным свойством сверхнизкого звука. Благодаря способности отражения и дальнобойности инфразвуковые волны находят широкое применение в самых разных областях науки и техники.

Принцип действия

Инфразвук может создавать любое тело, которое имеет определенное колебательное движение. Так как частота собственных колебаний снижается с увеличением размеров объекта, то в большинстве случаев инфразвуковые волны появляются при колебаниях или быстрых перемещениях. Например, в домашних условиях их можно получить ударом по натянутому полотну ткани или резком закрытии двери и так далее. Источниками таких колебаний могут послужить и природные явления: гроза, землетрясения и тому подобное.

Генераторами незатухающих волн являются устройства, которые напоминают свистки. Если труба имеет закрытый конец, то длина волны соответствует 1/4 стоячей волны. Так как длина волны является большой, то следует брать большую трубу. При помощи свистков можно получить весьма значительные мощности. К примеру, инфразвуковой «свисток», который создал французский ученый Гавро, имел наибольшую мощность в 2 кВт и диаметр в 1,5 м. При его использовании появлялись волны, которые приводили к появлению трещин на стенах. Если бы его включили на всю мощность, то волны могли бы разрушить целое здание.

Инфразвуковые волны гораздо лучше проникают в помещения, чем звуковые. К тому же они оказывают неблагоприятное влияние на человека. При длительном воздействии у людей появляется раздражение, головная боль и усталость.

Действие волн на человека объясняется резонансной природой. В случае приближения частот колебаний тела к частотам внешней инфразвуковой волны наблюдается эффект резонанса.

Если человек лежит, то его частота тела человека равняется 4 Гц, в стоячем положении она составляет от 5 до 12 Гц. При этом каждый орган человека имеет свою частоту колебаний. Для брюшной полости частота составляет 3-4 Гц, для грудной клетки – в пределах 6-8 Гц и так далее. При совпадении волн с этими частотами происходит резонанс, который вызывает неприятные ощущения, а в некоторых случаях приводит к весьма тяжелым последствиям. Именно поэтому в промышленности, транспорте и жилых домах принимаются меры, чтобы снизить воздействие инфразвуковых колебаний.

При возникновении резонанса человеку кажется, что его внутренние органы начинают вибрировать. Инфразвук определенной частоты способен вызвать даже расстройства мозга, привести к слепоте и даже вызвать смерть. По такому же принципу инфразвуковые волны воздействуют и на другие объекты. К примеру, в истории известен случай, когда по каменному мосту маршем, чеканя шаг, передвигался отряд солдат. В результате возникли колебания, которые совпали с внутренней частотой моста. Возник резонанс, который привел к разрушению моста.

Применение

Инфразвук является не только нежелательным и опасным явлением, его часто используют и в полезных целях. Так инфразвуковые колебания применяют для исследования океанов, атмосферы, в том числе нахождения мест, где происходят взрывы или извержения вулканов. При помощи них предсказывают цунами и контролируют проведение подземных ядерных взрывов. Для регистрации инфразвуковых волн используют геофоны, гидрофоны или микрофоны.

На сегодняшний день инфразвуковые волны начинают медленно, но успешно использовать в медицинских целях. Главным образом их применяют для удаления опухолей во время лечения рака, лечения болезней роговицы, а также в ряде иных областей. В нашей стране инфразвуковыми колебаниями впервые лечили роговицу в детской клинической больнице. С этой целью был создан и использован инфразвуковой фонофорез.

При помощи этого прибора и создаваемых им инфразвуковых волн к роговице были доставлены лекарственные вещества, которые ускорили выздоровление и привели к рассасыванию помутнений в роговице.

На данный момент разрабатываются различные физиотерапевтические технологии, в которых используются инфразвуковые волны. Однако такое лечение используют только отдельные специалисты и узконаправленно. В лечении рака применяются только отдельные экземпляры приборов, которые работают на инфразвуковых колебаниях. У них большая перспектива, однако, развитие подобных методов останавливает вредное воздействие, которое оказывают инфразвуковые волны на живой организм. Тем не менее, в будущем эти проблемы должны быть решены.

Военное применение

Сегодня американскими, российскими и иными зарубежными специалистами разрабатывается инфразвуковое оружие. Каждая страна желает преуспеть в этом деле, ведь это позволит получить недорогое, но эффективное средство, которое будет способно скрытно оказывать действие на множество людей. В зависимости от используемой частоты на поле боя инфразвук будет приводить противника к паническому состоянию, вызывать сумасшествие, страх, плохое самочувствие и смерть. Обладателю такого оружие будет достаточно направить его в сторону солдат, чтобы те разбежались.

Инфразвуковое оружие уже находит применение против толпы. Подобное оружие было применено в Грузии против протестующих. Люди под воздействием волн ощущали невероятный страх, они хотели спрятаться. Им казалось, что они сходят с ума и даже погибают. Некоторые люди теряли контроль и на некоторое время полностью забывали, кто они и что вокруг происходит. Затем люди приходили в себя, но не понимали, как они оказывались в том или ином месте. После этих событий многие люди имели стойкий страх перед участием в митингах или любых других массовых мероприятиях.

Хотя инфразвуковое оружие и показало свою состоятельность, однако последствия, которые оно может оказать на людей, до сих пор толком не изучено. Проблемой является и то, что инфразвук в городских условиях преломляется и отражается, воздействуя в обратном направлении. Явление резонанса также можно использовать и при осаде строения, где располагаются террористы. Но здесь также достаточно много «белых» пятен.

Подоплека военного применения инфразвука

Тем не менее, у изобретателей есть исторический пример вполне успешного применения инфразвукового оружия. Так в Библии описывается случай, когда евреи разрушили стены Иерихона с помощью звука, которые издавали священные трубы. На этом примере и “немцы” пытались создать свое инфразвуковое оружие для уничтожения самолетов противника. Но это не привело к успеху.

“Немцы” пытались устраивать диверсии против англичан. Они посылали в Великобританию специальные грампластинки, на которых были записаны мелодии. При включении записи пластинки должны были излучать инфразвук. Однако и здесь немецких военных ждала неудача.

Тем не менее, немецкие ученые не останавливали свои изобретательские работы. Ричард Валлаушек продолжил создание устройства, которое могло бы привести к смерти противника. В 1944 году он продемонстрировал установку Schallkanone, которая напоминала параболический отражатель, внутри которого располагался инжектор с зажиганием. В него подавалось горючее вещество и кислород.

При поджигании смеси устройство через определенные промежутки времени выдавало волны требуемой частоты. В результате, люди, которые находились на расстоянии 60 метров от устройства. Падали замертво и погибали. Установка показала эффективность, однако уже был конец войны, ее не удалось полноценно испытать и запустить в серию. Саму же установку после разгрома “немцев” вывезли в Америку, как и многие другие образцы акустического оружия.

Сегодня идеи “немцев” получили свое развитие. Не так давно американская армия продемонстрировала устройство, которое генерирует «акустические пули». Специалисты из России также показали свою установку, которая создает инфразвуковые «акустические пули», которые поражают противника за сотни метров.

Инфразвук и ультразвук на рабочих местах

Ткаченко Павел

08 декабря, 2016

Печать

4,64 (Проголосовало: 31)

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.

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
Тип помещения	2	4	8	16	Общая интенсивность давления звука, Дб Лин
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.

Пожалуйста, оцените качество статьи:

Рейтинг статьи:

4,64 (Проголосовало: 31)

Вам может быть интересно:

Техническая составляющая экспертизы зданий и сооружений
Освещение как фактор условий труда
Оборудование, необходимое для получения лицензии МЧС
Объем пожарно-технического минимума

Вам необходимо провести СОУТ?

Доверьте проведение СОУТ аккредитованной компании. 3Гц.$

Генерировать ультразвук может и неживая природа. Он возникает при ветре, ультразвуковые частоты имеются в шуме водопада и звуках моря.

Технические устройства при своей работе способны издавать ультразвук, например, некоторые двигатели и станки.

Ультразвук получают целенаправленно с помощью генераторов ультразвука. Для того чтобы регистрировать и анализировать ультразвук используют пьезоэлектрические или магнитострикционные датчики.

Биологические последствия воздействия волн ультразвука

Биологические эффекты, которые способны вызывать ультразвуковые волны зависят от интенсивности, частоты и длительности воздействия. Если ультразвуковые волны имеют низкую интенсивность и ими облучают биологический объект, то возникает микровибрация на уровне клетки. При этом активизируются транспортные процессы, улучшаются процессы обмена в тканях, достигается положительный эффект. При увеличении интенсивности ультразвуковое давление может вести к повреждению молекул. При длительном воздействии ультразвука, например, на производстве у человека возникает повышенная утомляемость, сонливость, может наступить расстройство нервной системы.

Инфразвук

Инфразвуком называют упругие механические волны, имеющие частоты ниже частот слышимого человеком звука. Верхняя граница инфразвуковых волн 16-25 Гц, верхняя граница не определена.

Инфразвук мало поглощается в разных веществах, поэтому эти волны способны распространяться на большие расстояния.

Источники инфразвука

Инфразвук имеется в шуме атмосферы, деревьев в лесу и воды в море. В коре Земли можно детектировать инфразвуковые частоты от разных источников, например, обвалов, взрывов, работы транспорта.

Так называемый «голос моря» — это волны инфразвука, которые появляются над морской поверхностью, как результат образования вихрей за гребнями волн при сильном ветре. Так как инфразвук мало поглощается, то «голос моря» может распространяться на большие расстояния и достаточно большой скоростью. Это свойство инфразвука служит для предсказания шторма. Некоторые живые организмы способны воспринимать инфразвук. Так медузы имеют «инфа уши», которые слышат инфразвук, имеющий частоту 8-13 Гц. Если шторм находится ещё за сотни километров от берега и приблизится к нему почти через сутки, то медузы его уже слышат и уходят в глубину вод.

Источником инфразвука служат: ураганы, бури и некоторые виды землетрясений. Некоторые животные используют инфразвук при охоте, так считают, что тигр может издавать рев, имеющий частоту 18 Гц. Слоны применяют инфразвук для коммуникаций.

Человек не слышит инфразвук, но эти волны способны вызывать у него беспокойство, страх. Инфразвук может вызывать у человека агрессию.

Некоторые музыкальные инструменты позволяют генерировать инфразвуки. Некоторые музыкальные произведения, состоящие из прерывистых пульсаций, могут вызвать биопсихическую реакцию организма человека, которая может оказать влияние на функции органов человека.

Механизмы, которые работают с частотами меньшими 20$\frac{об}{с},$ генерируют инфразвук. Если автомобиль перемещается со скоростью более 100 $\frac{км}{ч}$, то он источник инфразвука, появляющегося за счет отрыва потока воздуха с его поверхности.

Действие волн инфразвука

Многие процессы, которые происходят в организме человека, находятся в диапазоне частот соответствующем частоте инфразвука, так:

человеческое сердце сокращается с частотой 1-2 Гц;
дельта — ритм мозга составляет 0,5-3,5 Гц;
альфа ритм мозга — 8-13 Гц.

Если колебания инфразвуковой волны совпадает с колебаниями органов человека, то вследствие резонанса, можно получить травму резонирующего органа. От 8 до 15 Гц — это собственная частота колебаний человеческого тела. Можно сказать, что любое движение каждой мышцы создает затухающую микро судорогу тела с этой частотой. Если на тело человека воздействовать инфразвуком и попасть в резонанс, амплитуда микро судорог увеличится в десятки раз.

При частоте инфразвука 7-13 Гц (частота землетрясений и тайфунов, извержения вулканов) животные стараются покинуть очаг стихийного бедствия.

Самым опасным считают инфразвук с частотами 6-9 Гц. Частота инфразвука 7 Гц соответствует колебаниям мозга в состоянии покоя, при таком звуке психотропный эффект максимален, любая умственная нагрузка невозможна, голова разрывается. В середине XX века экспериментально установили, что при частоте инфразвука 6 Гц человек чувствует усталость, затем беспокойство, которое переходит в ужас. При 7 Гц возможно наступление паралича сердца и нервной системы.

Примеры задач с решением

Пример 1

Задание. Летучая мышь издает ультразвук с частотой ${\nu }_0,$ двигаясь в направлении неподвижного резонатора, который настроен на частоту ${\nu }_r\ (рис.1)$. С какой скоростью двигалась мышь, если созданные ей звуковые волны вызвали колебания резонатора? Температура воздуха $T,\ $молярная масса $\mu $, коэффициент Пуассона — $\gamma $.

Решение. В соответствии с эффектом Доплера частота звука, который будет воспринимать резонатор, равна:

\[\nu =\frac{v’+u}{v’-v}{\nu }_0\left(1. 1\right),\]

где ${\nu }_0$ — частота звука, который издает мышь; $v’$ — скорость звука в веществе (в воздухе). Так как резонатор неподвижен, то выражение (1.1) преобразуем к виду:

\[\nu =\frac{v’}{v’-v}{\nu }_0\left(1.2\right),\]

Из формулы (1.2) получим скорость полета мыши:

\[v=v’\left(1-\frac{{\nu }_0}{\nu }\right)\left(1.3\right).\]

Скорость звука найдем, как:

\[v’=\sqrt{\frac{\gamma RT}{\mu }}\left(1.4\right).\]

Для того чтобы волны, которые приходят к резонатору вызывали его колебания их частота должна совпадать с собственной частотой резонатора:

\[\nu ={\nu }_r\left(1.5\right).\]

Учитывая (1.4) и (1.5) выражение (1.3) преобразуем к виду:

\[v=\sqrt{\frac{\gamma RT}{\mu }}\left(1-\frac{{\nu }_0}{{\nu }_r}\right)\ (\frac{м}{с}).\]

Ответ. 5Гц$?

Решение. Для того чтобы получить большую точность местоположения окружающих объектов следует применять волны, имеющие большие частоты (небольшие длины), так как если размеры предметов больше длины волны, то получается зеркальное отражение волны. С целью осуществления коммуникации целесообразнее использовать длинные волны (низкие частоты), которые слабо затухают при преодолении существенных расстояний.

Читать дальше: формула Максвелла.

236

проверенных автора готовы помочь в написании работы любой сложности

Мы помогли уже 4 396 ученикам и студентам сдать работы от решения задач до дипломных на отлично! Узнай стоимость своей работы за 15 минут!

Слух на низких и инфразвуковых частотах

Обзор

. 2004 г., апрель-июнь;6(23):37-57.

Х Мёллер ¹ , К. С. Педерсен

принадлежность

¹ Акустический факультет Ольборгского университета, Дания. [email protected]

PMID: 15273023

Обзор

H Møller et al. Шумовое здоровье. 2004 апрель-июнь.

. 2004 г., апрель-июнь;6(23):37-57.

Авторы

Х Мёллер ¹ , К. С. Педерсен

принадлежность

¹ Акустический факультет Ольборгского университета, Дания. [email protected]

PMID: 15273023

Абстрактный

Рассмотрено восприятие человеком звука на частотах ниже 200 Гц. Знания о нашем восприятии этого частотного диапазона очень важны, поскольку большая часть звуков, с которыми мы сталкиваемся в повседневной жизни, содержит значительную энергию в этом диапазоне. Звук с частотой 20-200 Гц называется низкочастотным звуком, а для звука ниже 20 Гц используется термин инфразвук. Слух постепенно становится менее чувствительным к уменьшению частоты, но, несмотря на общее понимание того, что инфразвук неслышим, человек может воспринимать инфразвук, если уровень достаточно высок. Ухо является основным органом восприятия инфразвука, но на уровнях несколько выше порога слышимости можно ощущать вибрации в различных частях тела. Порог слышимости стандартизирован для частот до 20 Гц, но есть достаточно хорошее согласие между исследованиями ниже этой частоты. С уменьшением частоты меняется не только чувствительность, но и воспринимаемый характер звука. Чистые тона постепенно становятся менее непрерывными, тональное ощущение прекращается около 20 Гц, а ниже 10 Гц можно воспринимать отдельные циклы звука. Также возникает ощущение давления на барабанные перепонки. Динамический диапазон слуховой системы уменьшается с уменьшением частоты. Это сжатие можно увидеть на контурах уровня равной громкости, и оно подразумевает, что небольшое увеличение уровня может изменить воспринимаемую громкость от едва слышимой до громкой. В сочетании с естественным разбросом порогов это может привести к тому, что звук, неслышимый для одних людей, может быть громким для других. Некоторые исследования свидетельствуют о лицах с необычайной чувствительностью в низком и инфразвуковом диапазоне частот, но для подтверждения и объяснения этого явления необходимы дальнейшие исследования.

Цитируется

Реакции уха на низкочастотные звуки, инфразвук и ветряные турбины.
Соль AN, Халлар TE. Солт А.Н. и др. Услышьте Рез. 2010 1 сентября; 268 (1-2): 12-21. doi: 10.1016/j.heares.2010.06.007. Epub 2010 16 июня. Услышьте Рез. 2010. PMID: 20561575 Бесплатная статья ЧВК. Обзор.

Типы публикаций

термины MeSH

Звуковые волны | PASCO

Что такое звук

В физиологии звук возникает, когда вибрации объекта проходят через среду, пока не достигают барабанной перепонки человека. В физике звук возникает в виде волны давления. Когда объект вибрирует, он заставляет вибрировать окружающие молекулы воздуха, инициируя цепную реакцию колебаний звуковых волн во всей среде. В то время как физиологическое определение включает восприятие звука субъектом, физическое определение признает, что звук существует независимо от восприятия звука человеком. Вы можете узнать этот раздел из нашего сообщения в блоге «Что такое звуковая волна в физике?» Продолжайте читать для более глубокого изучения звуковых волн.

Типы звука

Существует множество различных типов звука, включая слышимый, неслышимый, неприятный, приятный, тихий, громкий, шум и музыку. Вы, вероятно, найдете звуки, издаваемые пианистом, мягкими, слышимыми и музыкальными. И хотя звук дорожных работ ранним субботним утром тоже слышен, он, конечно, не приятный и не тихий. Другие звуки, например собачий свист, не слышны человеческому уху. Это связано с тем, что собачьи свистки производят звуковые волны ниже диапазона человеческого слуха от 20 до 20 000 Гц. Волны ниже 20 Гц называются инфразвуковыми волнами (инфразвуком), а более высокие частоты выше 20 000 Гц известны как ультразвуковые волны (ультразвук).

Инфразвуковые волны (инфразвук)

Инфразвуковые волны имеют частоту ниже 20 Гц, что делает их неслышимыми для человеческого уха. Ученые используют инфразвук для обнаружения землетрясений и извержений вулканов, для картирования горных пород и нефтяных образований под землей, а также для изучения активности человеческого сердца. Несмотря на нашу неспособность слышать инфразвук, многие животные используют инфразвуковые волны для общения в природе. Киты, бегемоты, носороги, жирафы, слоны и аллигаторы используют инфразвук для общения на внушительных расстояниях — иногда на сотни миль!

Ультразвуковые волны (ультразвук)

Звуковые волны с частотой выше 20 000 Гц создают ультразвук. Поскольку ультразвук возникает на частотах за пределами диапазона человеческого слуха, он неслышим для человеческого уха. Ультразвук чаще всего используется медицинскими специалистами, которые используют сонограммы для исследования внутренних органов своих пациентов. Некоторые менее известные применения ультразвука включают навигацию, визуализацию, смешивание образцов, связь и тестирование. В природе летучие мыши излучают ультразвуковые волны, чтобы найти добычу и избежать препятствий.

Как производится звук?

Звук возникает, когда объект вибрирует, создавая волну давления. Эта волна давления заставляет частицы в окружающей среде (воздухе, воде или твердом теле) совершать колебательное движение. Когда частицы вибрируют, они перемещают близлежащие частицы, передавая звук дальше по среде. Человеческое ухо улавливает звуковые волны, когда вибрирующие частицы воздуха вибрируют мелкие части внутри уха.

Во многих отношениях звуковые волны похожи на световые волны. Оба они происходят из определенного источника и могут распространяться или рассеиваться с помощью различных средств. В отличие от света звуковые волны могут распространяться только через среду, такую как воздух, стекло или металл. Это означает, что в космосе нет звука!

Как распространяется звук?

Среды

Прежде чем мы обсудим, как распространяется звук, важно понять, что такое среда и как она влияет на звук. Мы знаем, что звук может распространяться через газы, жидкости и твердые тела. Но как они влияют на его движение? Звук распространяется быстрее всего через твердые тела, потому что его молекулы плотно упакованы вместе. Это позволяет звуковым волнам быстро передавать колебания от одной молекулы к другой. Точно так же звук распространяется в воде, но его скорость более чем в четыре раза выше, чем в воздухе. Скорость звуковых волн, движущихся в воздухе, может быть дополнительно снижена за счет высоких скоростей ветра, которые рассеивают энергию звуковой волны.

Среды и скорость звука

Скорость звука зависит от типа среды, через которую проходят звуковые волны. В сухом воздухе при 20°С скорость звука составляет 343 м/с! В морской воде комнатной температуры звуковые волны распространяются со скоростью около 1531 м/с! Когда физики наблюдают возмущение, которое распространяется быстрее локальной скорости звука, это называется ударной волной. Когда над головой пролетает сверхзвуковой самолет, можно наблюдать локальную ударную волну! Как правило, звуковые волны распространяются быстрее в более теплых условиях. По мере того как океан нагревается из-за глобального климата, как, по вашему мнению, это повлияет на скорость звуковых волн в океане?

Распространение звуковых волн

Когда объект вибрирует, он создает кинетическую энергию, которая передается молекулами среды. Когда вибрирующая звуковая волна вступает в контакт с частицами воздуха, она передает свою кинетическую энергию ближайшим молекулам. Когда эти заряженные молекулы начинают двигаться, они возбуждают другие молекулы, которые повторяют этот процесс. Представьте, как скользкий спускается по лестнице. При падении с лестницы движение слинки начинается с расширения. По мере того, как первое кольцо расширяется вперед, оно тянет за собой кольца вперед, вызывая волну сжатия. Эта цепная реакция толкания и вытягивания приводит к тому, что каждое кольцо катушки слинки смещается из исходного положения, постепенно передавая первоначальную энергию от первой катушки к последней. Сжатие и разрежение звуковых волн похоже на то, как слинки толкает и тянет свои катушки.

Сжатие и разрежение

Звуковые волны состоят из моделей сжатия и разрежения. Сжатие происходит, когда молекулы плотно упакованы вместе. С другой стороны, разрежение происходит, когда молекулы находятся на расстоянии друг от друга. Когда звук проходит через среду, его энергия заставляет молекулы двигаться, создавая попеременное сжатие и разрежение. Важно понимать, что молекулы не движутся со звуковой волной. Когда волна проходит, молекулы получают энергию и перемещаются из своих первоначальных положений. После того, как молекула передает свою энергию соседним молекулам, движение молекулы уменьшается до тех пор, пока на нее не повлияет другая проходящая волна. Перенос энергии волны — это то, что вызывает сжатие и разрежение. При сжатии давление высокое, а при разрежении низкое. Разные звуки вызывают разные паттерны изменений высокого и низкого давления, что позволяет их идентифицировать. Длина волны звуковой волны состоит из одного сжатия и одного разрежения.

Звуковые волны теряют энергию при прохождении через среду, что объясняет, почему вы не можете слышать людей, говорящих далеко, но можете слышать, как они шепчутся поблизости. Когда звуковые волны движутся в пространстве, они отражаются от таких сред, как стены, колонны и скалы. Это отражение звука более известно как эхо. Если вы когда-либо были в пещере или каньоне, вы, вероятно, слышали, как ваше эхо разносится намного дальше, чем обычно. Это связано с тем, что большие каменные стены отражают ваш звук друг от друга.

Типы волн

Итак, какой тип волны является звуком? Звуковые волны делятся на три категории: продольные волны, механические волны и волны давления. Продолжайте читать, чтобы узнать, что квалифицирует их как таковые.

Продольные звуковые волны

Продольная волна — это волна, в которой движение частиц среды параллельно направлению переноса энергии. Звуковые волны в воздухе и жидкостях являются продольными волнами, потому что частицы, переносящие звук, колеблются параллельно направлению распространения звуковой волны. Если вы толкаете слинки вперед и назад, катушки двигаются параллельно (взад и вперед). Точно так же, когда ударяют по камертону, направление звуковой волны параллельно движению частиц воздуха.

Механические звуковые волны

Механическая волна — это волна, которая зависит от колебаний материи, что означает, что она передает энергию через среду для распространения. Эти волны требуют начального ввода энергии, которая затем проходит через среду до тех пор, пока первоначальная энергия не будет эффективно передана. Примеры механических волн в природе включают волны на воде, звуковые волны, сейсмические волны и внутренние волны на воде, которые возникают из-за различий в плотности в водоеме. Различают три типа механических волн: поперечные волны, продольные волны и поверхностные волны.

Почему звук представляет собой механическую волну? Звуковые волны распространяются по воздуху, перемещая частицы воздуха в цепной реакции. Когда одна частица смещается из своего положения равновесия, она толкает или притягивает соседние молекулы, заставляя их смещаться из своего положения равновесия. Поскольку частицы продолжают вытеснять друг друга механическими колебаниями, возмущение распространяется по всей среде. Эти механические колебания звуковой проводимости от частицы к частице квалифицируют звуковые волны как механические волны. Звуковая энергия или энергия, связанная с вибрациями, создаваемыми вибрирующим источником, требует среды для перемещения, что делает звуковую энергию механической волной.

Беспроводной датчик звука

Беспроводной датчик звука включает в себя два ключевых датчика в одном портативном корпусе: датчик звуковых волн для измерения относительных изменений звукового давления и датчик уровня звука со шкалой как по дБА, так и по дБС. Благодаря передаче данных в реальном времени и широкому спектру дисплеев (БПФ, осциллограф, цифры) простой дизайн беспроводного датчика звука позволяет легко использовать его для вводных звуковых исследований, а его встроенная память и надежные программные функции поддерживают исследования более высокого уровня в науке. звука.
Звуковые волны давления
Волна давления или волна сжатия имеет регулярную структуру областей высокого и низкого давления. Поскольку звуковые волны состоят из сжатий и разрежений, их области колеблются между моделями низкого и высокого давления. По этой причине звуковые волны считаются волнами давления. Например, когда человеческое ухо принимает звуковые волны из окружающей среды, оно определяет разрежение как периоды низкого давления, а сжатие — как периоды высокого давления.
Поперечные волны
Поперечные волны движутся с колебаниями, перпендикулярными направлению волны. Звуковые волны не являются поперечными волнами, потому что их колебания параллельны направлению переноса энергии; однако звуковые волны могут стать поперечными волнами при очень специфических обстоятельствах. Поперечные волны, или поперечные волны, распространяются с меньшей скоростью, чем продольные волны, а поперечные звуковые волны могут создаваться только в твердых телах. Океанские волны являются наиболее распространенным примером поперечных волн в природе. Более наглядный пример можно продемонстрировать, покачивая одну сторону струны вверх и вниз, в то время как другой конец закреплен (см. видео о стоячих волнах ниже). Все еще немного запутался? Посмотрите визуальное сравнение поперечных и продольных волн ниже.
Визуальное сравнение продольных и поперечных волн.
Как создать стоячие волны
С помощью струнного вибратора PASCO, генератора синусоидальных волн и стробоскопической системы учащиеся могут создавать, манипулировать и измерять стоячие волны в режиме реального времени. Генератор синусоидальной волны и струнный вибратор работают вместе, чтобы распространять синусоидальную волну по веревке, а систему стробоскопа можно использовать для «замораживания» волн во времени. Создавайте четко определенные узлы, освещайте стоячие волны и исследуйте квантовую природу волн в режиме реального времени с помощью этого современного исследовательского подхода. Вы можете проверить некоторые из наших любимых волновых приложений в видео ниже.
4 Свойства звука
Чем музыка отличается от шума? Птичий крик мелодичнее автомобильной сигнализации. И мы обычно можем отличить сирены скорой помощи от полицейских, но как мы это делаем? Мы используем четыре свойства звука: высоту тона, динамику (громкость или мягкость), тембр (цвет тона) и продолжительность.
Частота (высота звука)
Высота звука — это качество, которое позволяет нам оценивать звуки как «высокие» и «низкие». Он обеспечивает метод организации звуков на основе частотной шкалы. Высота тона может быть интерпретирована как музыкальный термин для обозначения частоты, хотя это не совсем одно и то же. Высокий звук заставляет молекулы быстро колебаться, а низкий звук вызывает более медленные колебания. Высота тона может быть определена только тогда, когда частота звука достаточно четкая и постоянная, чтобы отличить его от шума. Поскольку высота звука в первую очередь зависит от восприятия слушателем, она не является объективным физическим свойством звука.
Амплитуда (динамика)
Амплитуда звуковой волны определяет ее относительную громкость. В музыке громкость ноты называется ее динамическим уровнем. В физике мы измеряем амплитуду звуковых волн в децибелах (дБ), что не соответствует динамическим уровням. Более высокие амплитуды соответствуют более громким звукам, а более короткие амплитуды соответствуют более тихим звукам. Несмотря на это, исследования показали, что люди воспринимают звуки очень низких и очень высоких частот мягче, чем звуки средних частот, даже если они имеют одинаковую амплитуду.
Тембр (цвет тона)
Тембр относится к цвету тона или «ощущению» звука. Звуки с разными тембрами производят волны разной формы, что влияет на нашу интерпретацию звука. Звук, воспроизводимый фортепиано, отличается от звука гитары тембром тона. В физике мы называем это тембром звука. Это то, что позволяет людям быстро распознавать звуки (например, кошачье мяуканье, журчание воды, звук голоса друга).
Длительность (Темп/Ритм)
В музыке продолжительность — это количество времени, в течение которого длится тон или тон. Их можно охарактеризовать как длинные, короткие или занимающие некоторое время. Продолжительность ноты или тона влияет на тембр и ритм звука. Классическая фортепианная пьеса, как правило, имеет более длительные ноты, чем ноты, сыгранные клавишником на поп-концерте. В физике продолжительность звука или тона начинается, когда звук регистрируется, и заканчивается, когда его невозможно обнаружить.
Создание музыки с использованием 4 свойств звука
Музыканты манипулируют четырьмя свойствами звука, создавая повторяющиеся паттерны, формирующие песню. Продолжительность – это время, в течение которого длится музыкальный звук. Когда вы играете на гитаре, продолжительность звука останавливается, когда вы успокаиваете струны. Высота тона — это относительная высота или низость, слышимая в звуке и определяемая частотой звуковых колебаний. Более быстрые вибрации производят более высокий тон, чем более медленные вибрации. Более толстые струны гитары производят более медленные вибрации, создавая более глубокий тон, в то время как более тонкие струны производят более быстрые вибрации и более высокий тон. Звук с определенной высотой или определенной частотой называется тоном. У тонов есть определенные частоты, которые достигают уха через равные промежутки времени, например, 320 циклов в секунду. Когда два тона имеют разную высоту тона, они звучат неодинаково, и разница между их высотами называется интервалом. Музыканты часто используют интервал, называемый октавой, который позволяет двум тонам разной высоты давать одинаковый звук. Динамика относится к степени громкости или мягкости звука и связана с амплитудой вибрации, которая производит звук. Чем сильнее зажата гитарная струна, тем громче будет звук. Цвет тона, или тембр, описывает общее ощущение от звучания инструмента. Если бы нам нужно было описать цвет тона трубы, мы могли бы назвать его ярким или блестящим. Когда мы рассматриваем виолончель, мы можем сказать, что она имеет насыщенный тембр. Каждый инструмент предлагает свой собственный цвет тона, и новые цвета тона могут быть созданы путем наложения инструментов вместе. Кроме того, современные музыкальные стили, такие как EDM, представили новые стили тона, которые были недоступны до создания цифровой музыки.
Что создает звук Музыка или шум?
Акустики, или ученые, изучающие звуковую акустику, изучали, как различные типы звуков, в первую очередь шум и музыка, влияют на человека. Случайные неприятные звуковые волны часто называют шумом. В качестве альтернативы, сконструированные образцы звуковых волн известны как музыка. Исследования показали, что человеческое тело по-разному реагирует на шум и музыку, что может объяснить, почему дорожные работы в субботу утром вызывают у нас большее напряжение, чем песня пианиста.
Акустика
Акустика — междисциплинарная наука, изучающая механические волны, включая вибрацию, звук, инфразвук и ультразвук в различных средах, таких как твердые тела, жидкости и газы. Профессионалы в области акустики могут варьироваться от инженеров-акустиков, которые исследуют новые приложения звука в технологии, до звукоинженеров, которые сосредоточены на записи и управлении звуком, до акустиков, которые являются учеными, занимающимися наукой о звуке.
Резонансная воздушная колонна
Нужен ли вам универсальный волновой демонстратор или доступное устройство, позволяющее учащимся экспериментировать с резонансом и гармониками, Resonance Air Column — ваш незаменимый помощник. Резонансная воздушная колонна состоит из полой трубы с поршнем внутри. По мере того, как поршень перемещается через резонансную воздушную колонну, каждый раз, когда он сталкивается с узлом, издается громкий звук. С помощью измерительных щупов и накладных колец учащиеся могут идентифицировать, измерять и отмечать расположение узлов и пучностей по всей воздушной колонне Resonance — и все это при просмотре данных в реальном времени с помощью дисплея Capstone FFT. Изучив резонансную частоту, узлы и пучности, учащиеся могут сравнить свои экспериментальные измерения с ожидаемыми, используя собственные графики и расчеты.
Характеристики звуковых волн
Существует пять основных характеристик звуковых волн: длина волны, амплитуда, частота, период времени и скорость. Длина волны звуковой волны указывает расстояние, которое проходит волна, прежде чем она повторяется. Сама длина волны представляет собой продольную волну, которая показывает сжатие и разрежение звуковой волны. Амплитуда волны определяет максимальное смещение частиц, возмущенных звуковой волной при прохождении через среду. Большая амплитуда указывает на большую звуковую волну. Частота звуковой волны показывает количество звуковых волн, производимых каждую секунду. Звуки низкой частоты производят звуковые волны реже, чем звуки высокой частоты. Период звуковой волны – это количество времени, необходимое для создания полного волнового цикла. Каждая вибрация от источника звука производит звук, равный волне. Каждый полный цикл волны начинается с впадины и заканчивается в начале следующей впадины. Наконец, скорость звуковой волны говорит нам, насколько быстро движется волна, и выражается в метрах в секунду.
Диаграмма звуковой волны. Волновой цикл происходит между двумя впадинами.
Единицы звука
Когда мы измеряем звук, нам доступны четыре различные единицы измерения. Первая единица называется децибел (дБ). Децибел — это логарифмическое отношение звукового давления к эталонному давлению. Следующей наиболее часто используемой единицей измерения является герц (Гц). Герц – это мера частоты звука. Герц и децибел широко используются для описания и измерения звуков, но также используются фон и сон. Сон — это воспринимаемая громкость звука, а фон — это единица громкости чистых тонов. Кроме того, фон относится к субъективной громкости, а сон — к воспринимаемой громкости.
Объяснение графиков звуковых волн
Звуковые волны можно описать графически либо смещением, либо плотностью. Графики смещения-времени показывают, насколько далеко частицы находятся от своих первоначальных мест, и указывают, в каком направлении они двигались. Частицы, которые отображаются на нулевой линии на графике смещения частиц, вообще не сдвинулись со своего нормального положения. Эти, казалось бы, неподвижные частицы испытывают большее сжатие и разрежение, чем другие частицы. Поскольку давление и плотность взаимосвязаны, график зависимости давления от времени будет отображать ту же информацию, что и график зависимости плотности от времени. Эти графики показывают, где частицы сжаты, а где сильно расширены. В отличие от графиков смещения, частицы вдоль нулевой линии на графике плотности никогда не сжимаются и не растягиваются. Наоборот, это частицы, которые больше всего движутся вперед и назад.
Звуковое давление
Звуковое давление описывает отклонение местного давления от окружающего атмосферного давления при распространении звуковой волны. Важно понимать, что звуковое давление и атмосферное давление — это не одно и то же. В целом скорость звука не зависит от атмосферного давления. Когда звуковые волны проходят от источника звука через воздух, они изменяют давление, испытываемое близлежащими частицами воздуха.
Уровень звука
Уровень звука — это сравнение давления звуковой волны относительно контрольной точки. Уровень звука измеряется в децибелах, причем более высокие децибелы соответствуют более высоким уровням звука. Некоторые звуковые инструменты измеряют уровень звука в дБн, что представляет собой отношение мощности (децибелы) сигнала к его несущему сигналу. Другие звуковые инструменты измеряют относительную громкость звуков, воспринимаемых человеческим ухом, используя децибелы, взвешенные по шкале А, известные как дБа. При использовании дБа значения звуков на низких частотах уменьшаются в децибелах по сравнению с невзвешенными децибелами.
Уровень звука — это сравнение давления звуковой волны относительно контрольной точки. Измеритель дБн измеряет высокие и низкие частоты, а измеритель дБА измеряет частоты среднего уровня.
Интенсивность звука
Интенсивность звука – это мощность на единицу площади, переносимая звуковой волной. Чем интенсивнее звук, тем больше будет амплитуда колебаний. По мере увеличения интенсивности звука увеличивается и давление, оказываемое звуковыми волнами на близлежащие объекты. Децибелы используются для измерения отношения заданной интенсивности (I) к порогу интенсивности слуха, который обычно имеет значение 1000 Гц для человеческого уха.
Интенсивность звука — это мощность звуковой волны на единицу площади. Чем интенсивнее звук, тем больше будет амплитуда колебаний. По мере увеличения интенсивности звука увеличивается и давление, оказываемое звуковыми волнами на близлежащие объекты.
Интенсивность звука в воздушном столбе
Воздушный столб представляет собой большую полую трубу, открытую с одной стороны и закрытую с другой. Условия, создаваемые столбом воздуха, особенно полезны для исследования звуковых характеристик, таких как интенсивность и резонанс. Посмотрите видео ниже, чтобы увидеть, как воздушные столбы можно использовать для исследования узлов, пучностей и резонанса.
Глубоко в инфразвуке – проект «Прислушивание слонов»
Трехмерная модель звуков, издаваемых лесными слонами, возбужденными во время спаривания на лесной поляне Дзанга, Центральноафриканская Республика. Самые низкие частоты находятся слева. Высота пиков указывает, сколько энергии находится на этой частоте.
Инфразвук — звук ниже диапазона человеческого слуха. Частота звука измеряется в герцах (Гц = количество циклов в секунду), а инфразвуковой диапазон включает все звуки ниже 20 Гц. Хотите проверить свой слух? Ниже приведены три чистых тона, сгенерированные компьютером. Большинство из вас услышит тон 30 Гц, но чтобы услышать 20 Гц, на пределе человеческого слуха, вам могут понадобиться наушники!
Краткие факты
Все взрослые слоны могут издавать инфразвуковые сигналы.
Гул слона обычно имеет много гармоник — кратных основной частоте — и люди могут слышать их, если зов громкий.
К другим животным, издающим инфразвуковые сигналы, относятся киты, носороги, жирафы и аллигаторы.
Инфразвук также возникает при извержениях вулканов, землетрясениях, лавинах и откалывании айсбергов.
Деятельность человека, производящая инфразвук, включает опоры больших кораблей, звуковые удары и ветряные турбины.
Инфразвуковые вызовы могут передаваться на большие расстояния — даже через Атлантический океан из Южной Америки в Африку в случае с синим китом!
Как мы узнали, что слоны используют инфразвук?
Когда слоны слушают, они склонны широко расставлять уши и держать их неподвижно. Но когда они урчат, они часто машут ушами, давая нам понять, что кто-то говорит, даже если мы их не слышим.
Открытие инфразвуковой связи между слонами произошло благодаря предчувствию Кэти Пейн во время посещения зоопарка Вашингтон Парк в Портленде, штат Орегон. Наблюдая за азиатскими слонами, Кэти почувствовала гудящую вибрацию в воздухе и предположила, что скорее чувствует, чем слышит общение слонов.
Дальнейшая работа в зоопарке с Уильямом Лангбауэром-младшим и Элизабет Томас показала, что слоны действительно издавали инфразвуковые сигналы (1). Позже это было подтверждено экспериментами по воспроизведению диких африканских слонов в сотрудничестве с Расселом Чарифом, Лизой Рапапорт и Феррелом Осборном (2). Был сделан вывод, что слоны используют свои мощные глубокие крики при общении на расстоянии, чтобы координировать групповые движения и находить особей в репродуктивном состоянии. Увлекательные наблюдения за слонами в чрезвычайно засушливом регионе Намибии, проведенные Майклом Гарстангом и его коллегами, позволяют предположить, что они могут использовать инфразвук, создаваемый отдаленными грозами, для поиска воды в периоды засухи (3).
Лесные слоны и инфразвук
Эксперименты по воспроизведению в саваннах Восточной Африки показали, что саванные слоны реагируют на вокализацию друг друга на расстоянии 2 км, и, поскольку сложно воспроизвести крики слонов так громко, как могут кричать сами слоны, Лангбауэр, Пейн и их коллеги оценили реальную дальность обнаружения 4 км (2). Это означает, что грохот слона может достичь членов семьи в любом месте в районе 50 квадратных километров вокруг звонящего!
Время, частота и сила (громкость или амплитуда) вокализации слона также оказываются важными. Распространение звука очень низкой частоты может варьироваться в зависимости от атмосферных условий, скорости и направления ветра, а также характеристик земли, на которой стоят слоны. Кроме того, на обнаружение вызовов получателем влияют фоновые звуки окружающей среды. В типичный вечер засушливого сезона в саванне образуется температурная инверсия, которая, по сути, действует как потолок и отражает звуковые волны обратно к земле (и приемнику), потенциально увеличивая зону прослушивания слонов в десять раз — с 30 кв. км. в полдень до 300 кв. км. в тот же вечер (4). В свете этого факта интересно, что саванные слоны издают большую часть своих громких низкочастотных криков в часы наилучшего распространения звука (4). Мы не знаем, является ли это врожденной или оппортунистической реакцией на колебания размера их коммуникационной области, но в любом случае ясно, что по мере того, как область сужается и расширяется, сеть потенциальных партнеров и партнеров, которых можно было бы охватить. акустически.
В лесу есть еще большие проблемы! В среде, где бродят лесные слоны, может быть не так много проблем с нарушением ветра при распространении звука, но плотность и разнообразие других акустически активных видов создают очень громкий фон. Тем не менее, как показано на рисунке ниже, низкие частоты в слоновьем грохоте по-прежнему проходят долгий путь через лес, даже несмотря на то, что деревья могут быть настолько густыми, что слонов невозможно увидеть.
На этом графике показано, как низкочастотные сигналы могут распространяться дальше, чем более высокочастотные вызовы, которые легче отражаются и поглощаются растительностью.
Компания ELP недавно измерила, насколько хорошо урчание лесных слонов проходит через тропические леса в Центральной Африке. Мы использовали записи акустического массива, разбросанного вокруг лесной поляны в Габоне. Массив позволил нам точно определить в пространстве, где был произведен каждый записанный звонок, и исходя из этого мы могли рассчитать расстояние, которое звонок должен был пройти до каждого из записывающих устройств. Рекордеры располагались на разных расстояниях от каждого звонка, поэтому, измеряя амплитуду зова на каждом расстоянии, мы могли оценить, сколько энергии теряется при прохождении звука через лес.
Мы подсчитали, что гораздо меньшие расстояния обнаружения для среднего грохота в этой среде тропического леса по сравнению с саванной — всего около 800 метров (а не 4 километра). Но почти полностью это было связано с относительно высоким уровнем фонового шума, на фоне которого слону нужно было бы распознавать грохот. Когда лес был в наибольшей тишине, гул можно было уловить на расстоянии более 3 км. Это имеет большое значение для того, как лесные слоны координируют взаимодействие между подгруппами семьи и между потенциальными партнерами (5).
Насколько эта находка отличается от того, что было обнаружено у саванных слонов? Возможно, не так сильно отличается, как может показаться на первый взгляд. Эксперименты в саванне в основном проводились в оптимальных условиях окружающей среды при слабом ветре или его отсутствии.