Акустические колебания — определение
Акустические колебания – это волнообразные механические колебания частиц, распространяющиеся в упругих средах — газообразных, жидких и твёрдых. Образуются такие колебания от воздействия на эти среды какими-либо механическими колебательными системами. Простейшими акустическими колебаниями являются гармонические колебания синусоидальной формы. Они характеризуются: интенсивностью, звуковым давлением, частотой и спектральным составом. Гармонические колебания возникают от воздействия на колебательную систему периодически изменяющейся внешней силы, которая восполняет потери энергии, потраченной на преодоление сил сопротивления среды. Вследствие такого пополнения, вынужденные колебания являются незатухающими. Спектр акустических колебаний включает в себя несколько диапазонов.
Инфразвуковые колебания, с частотой ниже 16 Гц возникают как от естественных, так и искусственных источников колебаний: — цунами, грозовые разряды, землетрясения, взрывы, работающие двигатели, станки, и многие другие источники.
Распространяются такие колебания на значительные расстояния, что позволяет использовать их в сейсмических исследованиях.
Слышимый звук, с частотой в диапазоне 16 Гц – 20 кГц – это акустические колебания, воспринимаемые органами слуха. Источником слышимого звука могут быть различные тела, колеблющиеся с такой частотой. В мире человека и животных слышимый звук является одним из основных средств общения.
Ультразвуковые колебания с частотой в диапазоне 20 кГц – 1 ГГц — это акустические колебания за порогом предела слышимости. УЗ колебания по некоторым своим свойствам приближаются к световым лучам, — их также можно фокусировать, формировать излучение и направлять его в нужную сторону; они преломляются при переходе в другую среду и отражаются от препятствий.
до 16 Гц
— инфразвуковые колебания
16 гГц — 20 кГц
— слышимый звук
По другим свойствам они напоминают рентгеновское излучение, т.к. способны проникать в любые материальные среды в т.
ч. — прозрачные и непрозрачные; в проводники и диэлектрики. Это позволяет применять ультразвук для исследования таких материалов, а также оказывать на них определённые воздействия.
Генерировать акустические колебания УЗ частоты возможно как чисто механическими колебательными системами (свистки, сирены и пр.), так и преобразователями электрических СВЧ колебаний в механические. В настоящее время применяется только второй метод. Для генерации УЗ колебаний большой мощности излучатель строится на базе сердечника, выполненного из магнитострикционного материала, помещённого в переменное электромагнитное поле соленоида.
Излучатели небольшой мощности строятся на базе пьезоэлектрических материалов, способных менять свои геометрические размеры под действием приложенного к ним переменного напряжения.
Акустические колебания УЗ частоты нашли себе настолько широкое применение во всех сферах человеческой деятельности, что перечислить их все в короткой статье просто невозможно. В качестве иллюстраций можно привести несколько примеров использования ультразвука.
В медицине, кроме УЗИ, в лечебных целях применяется УЗ воздействие с интенсивностью до 0.4 Вт/см2. В промышленности УЗ колебания используются в технологических процессах при обработке стекла, керамики, хрупких и сверхтвёрдых металлов и сплавов. В навигации, гидрографии и рыболовстве широко применяются ультразвуковые гидролокаторы для определения морских глубин, сканирования дна водоёмов, обнаружения косяков рыбы.
На одном из первых мест стоят ультразвуковые дефектоскопы в средствах неразрушающего контроля. Их ценят за высокую чувствительность, большую проникающую способность УЗ излучения, точность определения положения дефекта и его оценку, а также за безопасность персонала при пользовании этими приборами.
20 гГц — 1 ГГц
— ультразвук
Инфразвук
Развитие
современной техники и транспортных
средств, совершенствование технологических
процессов и оборудования сопровождаются
увеличением мощности и габаритов машин,
что обусловливает тенденцию повышения
низкочастотных составлящих в спектрах
шумов на рабочих местах 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. Человеческое ухо не способно воспринимать колебания указанных частот.
Так называемый производственный инфразвук возникает за счет тех же процессов, что и шум слышимых частот, а именно: турбулентности, резонанса, пульсации и возвратно-поступательного движения. Вследствие этого инфразвук, как правило, сопровождается слышимым шумом, причем максимум колебательной энергии в зависимости от характеристик конкретного источника может приходиться на звуковую или инфразвуковую часть спектра.
В настоящее время максимальные уровни низкочастотных акустических колебаний от промышленных и транспортных источников достигают 100 — 110 дБ.
Наибольшую
интенсивность инфразвуковых колебаний
создают машины и механизмы, имеющие
поверхности больших размеров, совершающие
низкочастотные механические колебания
(инфразвук механического происхождения)
или турбулентные потоки газов или
жидкостей .
{инфразвук аэродинамического
или гидродинамического происхождения).
К объектам, на которых инфразвуковая область акустического спектра преобладает над звуковой, относятся автомобильный и водный транспорт, конвертерные и мартеновские цехи металлургических производств, компрессорные газоперекачивающих станций, портовые краны и др.
Инфразвук как физическое явление подчиняется общим закономерностям, характерным для звуковых волн, однако обладает целым рядом особенностей, связанных с низкой частотой колебаний упругой среды:
— инфразвук имеет во много раз большие амплитуды колебаний, чем акустические волны при равных мощностях источников звука;
— инфразвук распространяется на большие расстояния от источника генерирования ввиду слабого поглощения его атмосферой;
— большая длина волны делает характерным для инфразвука явление дифракции. Благодаря этому инфразвуки легко проникают в помещения и обходят преграды, задерживающие слышимые звуки;
—
инфразвуковые колебания способны
вызывать вибрацию крупных объектов
вследствие явлений резонанса.
Указанные особенности инфразвуковых волн затрудняют борьбу с ним, так как классические способы, применяемые для снижения шума (звукопоглощение и звукоизоляция), а также удаление от источника в данном случае малоэффективны.
Систематические экспериментальные 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 астенизацию организма, 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.
Особенностью
влияния инфразвука на организм в
производственных условиях является
его сочетание с шумами звукового
диапазона частот.
Таким образом, хотя всестороннее изучение биологического действия низкочастотных акустических колебаний продолжается, можно сделать вывод, что инфразвук, как распространенный гигиенический фактор, в зависимости от частоты и уровня звукового давления оказывает влияние на функциональное состояние слухового и вестибулярного анализаторов, функцию дыхания, нервную и сердечно-сосудистую системы. Особого внимания заслуживает действие инфразвука на эмоциональную сферу, работоспособность и утомляемость. Большинство исследователей пришли к мнению, что производственные шум и вибрация оказывают более агрессивное действие, чем инфразвуковые колебания сопоставимых параметров. Это поставило изучение инфразвукового фактора в общий ряд шумовых проблем.
Однако
тенденция возрастания уровней
низкочастотных акустических колебаний
в связи с научно-техническим прогрессом
наряду со способностью инфразвука
распространяться на большие расстояния
от источника и трудностями борьбы
обусловливает потенциальную возможность
неблагоприятного действия на все большие
контингенты работающих.
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:
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.
Похожие статьи
Акушерское УЗИ: может ли плод услышать волну и почувствовать тепло?
Абрамович Дж.С., Кремкау Ф.В., Мерц Э. Абрамович Дж. С. и соавт. Ультрашалл Мед. 2012 июнь;33(3):215-7. doi: 10.1055/s-0032-1312759. Epub 2012 14 июня. Ультрашалл Мед. 2012. PMID: 22700164 Немецкий.
Что такое инфразвук?
Левентхолл Г. Левентхолл Г. Прог Биофиз Мол Биол. 2007 г., январь-апрель; 93 (1-3): 130-7. doi: 10.1016/j.pbiomolbio.2006.07.006. Epub 2006 4 августа. Прог Биофиз Мол Биол. 2007. PMID: 16934315 Обзор.
Громкость работает со стимуляцией воздушной и костной проводимости у людей с нормальным слухом с использованием процедуры категориального масштабирования громкости.
Стенфельт С., Зейтуни М. Стенфельт С. и соавт. Услышьте рез. 2013 июль; 301: 85-92. doi: 10.1016/j.heares.2013.03.010. Epub 2013 3 апр. Услышьте Рез. 2013. PMID: 23562775
Звукопродукция и спектральная слуховая чувствительность у гавайской сержантской ласточки Abudefduf Abdenalis.
Марушка К.П., Бойл К.С., Деван Л.Р., Трикас Т.К. Маруська К.П. и др. J Эксперт Биол. 2007 ноябрь; 210 (часть 22): 3990-4004. doi: 10.1242/jeb.004390. J Эксперт Биол. 2007. PMID: 17981867
Влияние низкочастотного шума до 100 Гц.
Шуст М. Шуст М. Шумовое здоровье. 2004 г., апрель-июнь;6(23):73-85. Шумовое здоровье. 2004. PMID: 15273025 Обзор.
Посмотреть все похожие статьи
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
Инфразвук и низкочастотный звук
Слышно ли?
Звуки частотой 20 Гц и ниже называются инфразвуком. 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 и искусственные источники: поезда, воздушное и автомобильное движение, промышленность. Также известными источниками инфразвука и низкочастотного звука являются вентиляторы, кондиционеры, компрессоры и громкоговорители.
Раздражение из-за инфразвука и низкочастотного звука
Инфразвук и низкочастотный звук могут вызывать раздражение, даже если их не слышно. 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 определить или определить местонахождение источника низкочастотного гудения может вызвать чувство 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.
