ΔΙΑΛΕΞΗ 3 ΑΚΟΥΣΤΙΚΗ. ΗΧΟΣ

1. Ήχος, είδη ήχου.

2. Φυσικά χαρακτηριστικά του ήχου.

3. Χαρακτηριστικά της ακουστικής αίσθησης. Μετρήσεις ήχου.

4. Πέρασμα ήχου κατά μήκος της διεπαφής.

5. Σωστή μέθοδοι έρευνας.

6. Παράγοντες που καθορίζουν την πρόληψη του θορύβου. Προστασία από το θόρυβο.

7. Βασικές έννοιες και τύποι. Πίνακες.

8. Καθήκοντα.

Ακουστική.Με την ευρεία έννοια, είναι ένας κλάδος της φυσικής που μελετά τα ελαστικά κύματα από τις χαμηλότερες έως τις υψηλότερες συχνότητες. Με μια στενή έννοια, είναι η μελέτη του ήχου.

3.1. Ήχος, είδη ήχου

Ο ήχος με την ευρεία έννοια είναι οι ελαστικοί κραδασμοί και τα κύματα που διαδίδονται σε αέριες, υγρές και στερεές ουσίες. με στενή έννοια, ένα φαινόμενο που γίνεται αντιληπτό υποκειμενικά από τα όργανα ακοής των ανθρώπων και των ζώων.

Κανονικά, το ανθρώπινο αυτί ακούει ήχο στην περιοχή συχνοτήτων από 16 Hz έως 20 kHz. Ωστόσο, με την ηλικία, το ανώτερο όριο αυτού του εύρους μειώνεται:

Ο ήχος με συχνότητα κάτω από 16-20 Hz ονομάζεται Υπόηχος,πάνω από 20 kHz -υπέρηχος,και τα ελαστικά κύματα υψηλότερης συχνότητας στην περιοχή από 10 9 έως 10 12 Hz - υπερήχου.

Οι ήχοι που βρίσκονται στη φύση χωρίζονται σε διάφορους τύπους.

Τόνος -είναι ένας ήχος που είναι μια περιοδική διαδικασία. Το κύριο χαρακτηριστικό του τόνου είναι η συχνότητα. Απλός τόνοςπου δημιουργείται από ένα σώμα που δονείται σύμφωνα με έναν αρμονικό νόμο (για παράδειγμα, μια διχάλα συντονισμού). Πολύπλοκος τόνοςδημιουργείται από περιοδικές ταλαντώσεις που δεν είναι αρμονικές (για παράδειγμα, ο ήχος ενός μουσικού οργάνου, ο ήχος που δημιουργείται από την ανθρώπινη συσκευή ομιλίας).

Θόρυβοςείναι ένας ήχος που έχει μια σύνθετη, μη επαναλαμβανόμενη χρονική εξάρτηση και είναι ένας συνδυασμός τυχαίων μεταβαλλόμενων σύνθετων τόνων (το θρόισμα των φύλλων).

Sonic boom- πρόκειται για βραχυπρόθεσμη ηχητική κρούση (χειροκρότημα, έκρηξη, χτύπημα, βροντή).

Ένας σύνθετος τόνος, ως περιοδική διαδικασία, μπορεί να αναπαρασταθεί ως άθροισμα απλών τόνων (που αποσυντίθενται σε τόνους συνιστωσών). Αυτή η αποσύνθεση ονομάζεται φάσμα.

Φάσμα ακουστικών τόνων είναι το σύνολο όλων των συχνοτήτων του με ένδειξη των σχετικών εντάσεων ή πλάτη τους.

Η χαμηλότερη συχνότητα στο φάσμα (ν) αντιστοιχεί στον θεμελιώδη τόνο και οι υπόλοιπες συχνότητες ονομάζονται υπέρτονες ή αρμονικές. Οι υπερτονισμοί έχουν συχνότητες που είναι πολλαπλάσιες της θεμελιώδης συχνότητας: 2ν, 3ν, 4ν, ...

Τυπικά, το μεγαλύτερο πλάτος του φάσματος αντιστοιχεί στον θεμελιώδη τόνο. Είναι αυτό που γίνεται αντιληπτό από το αυτί ως το ύψος του ήχου (βλ. παρακάτω). Οι υπέρηχοι δημιουργούν το «χρώμα» του ήχου. Οι ήχοι του ίδιου ύψους που δημιουργούνται από διαφορετικά όργανα γίνονται αντιληπτοί διαφορετικά από το αυτί ακριβώς λόγω των διαφορετικών σχέσεων μεταξύ των πλατών των αποχρώσεων. Το σχήμα 3.1 δείχνει τα φάσματα της ίδιας νότας (ν = 100 Hz) που παίζεται σε πιάνο και κλαρίνο.

Ρύζι. 3.1.Φάσματα από νότες πιάνου (α) και κλαρινέτου (β).

Το ακουστικό φάσμα του θορύβου είναι συνεχής.

3.2. Φυσικά χαρακτηριστικά του ήχου

1. Ταχύτητα(v). Ο ήχος ταξιδεύει σε οποιοδήποτε μέσο εκτός από το κενό. Η ταχύτητα διάδοσής του εξαρτάται από την ελαστικότητα, την πυκνότητα και τη θερμοκρασία του μέσου, αλλά δεν εξαρτάται από τη συχνότητα των ταλαντώσεων. Η ταχύτητα του ήχου σε ένα αέριο εξαρτάται από τη μοριακή του μάζα (M) και την απόλυτη θερμοκρασία (T):

Η ταχύτητα του ήχου στο νερό είναι 1500 m/s. Η ταχύτητα του ήχου στους μαλακούς ιστούς του σώματος είναι παρόμοιας σημασίας.

2. Ηχητική πίεση.Η διάδοση του ήχου συνοδεύεται από μεταβολή της πίεσης στο μέσο (Εικ. 3.2).

Ρύζι. 3.2.Αλλαγή της πίεσης σε ένα μέσο κατά τη διάδοση του ήχου.

Είναι αλλαγές στην πίεση που προκαλούν δονήσεις του τυμπάνου, οι οποίες καθορίζουν την αρχή μιας τόσο περίπλοκης διαδικασίας όπως η εμφάνιση ακουστικών αισθήσεων.

Ηχητική πίεση (ΔΡ) - αυτό είναι το πλάτος εκείνων των μεταβολών της πίεσης στο μέσο που συμβαίνουν κατά τη διέλευση ενός ηχητικού κύματος.

3. Ένταση ήχου(ΕΓΩ). Η διάδοση ενός ηχητικού κύματος συνοδεύεται από μεταφορά ενέργειας.

Ένταση ήχου είναι η πυκνότητα ροής της ενέργειας που μεταφέρεται από ένα ηχητικό κύμα(βλ. τύπο 2.5).

Σε ένα ομοιογενές μέσο, ​​η ένταση του ήχου που εκπέμπεται σε μια δεδομένη κατεύθυνση μειώνεται με την απόσταση από την πηγή του ήχου. Όταν χρησιμοποιείτε κυματοδηγούς, είναι δυνατό να επιτευχθεί αύξηση της έντασης. Χαρακτηριστικό παράδειγμα τέτοιου κυματοδηγού στη ζωντανή φύση είναι το αυτί.

Η σχέση μεταξύ της έντασης (Ι) και της ηχητικής πίεσης (ΔΡ) εκφράζεται με τον ακόλουθο τύπο:

όπου ρ είναι η πυκνότητα του μέσου. v- η ταχύτητα του ήχου σε αυτό.

Ονομάζονται οι ελάχιστες τιμές ηχητικής πίεσης και έντασης ήχου στις οποίες ένα άτομο βιώνει ακουστικές αισθήσεις κατώφλι της ακοής.

Για το αυτί ενός μέσου ατόμου σε συχνότητα 1 kHz, το κατώφλι ακοής αντιστοιχεί στις ακόλουθες τιμές ηχητικής πίεσης (ΔΡ 0) και έντασης ήχου (I 0):

ΔΡ 0 = 3x10 -5 Pa (≈ 2x10 -7 mm Hg); I 0 = 10 -12 W/m2.

Οι τιμές της ηχητικής πίεσης και της έντασης του ήχου στις οποίες ένα άτομο βιώνει έντονο πόνο ονομάζονται κατώφλι πόνου.

Για το αυτί ενός μέσου ατόμου σε συχνότητα 1 kHz, ο ουδός πόνου αντιστοιχεί στις ακόλουθες τιμές ηχητικής πίεσης (ΔΡ m) και έντασης ήχου (I m):

4. Επίπεδο έντασης(ΜΕΓΑΛΟ). Η αναλογία των εντάσεων που αντιστοιχεί στα κατώφλια ακρόασης και πόνου είναι τόσο υψηλή (I m / I 0 = 10 13) που στην πράξη χρησιμοποιούν μια λογαριθμική κλίμακα, εισάγοντας ένα ειδικό αδιάστατο χαρακτηριστικό - επίπεδο έντασης.

Το επίπεδο έντασης είναι ο δεκαδικός λογάριθμος του λόγου της έντασης του ήχου προς το κατώφλι ακοής:

Η μονάδα του επιπέδου έντασης είναι άσπρο(ΣΙ).

Συνήθως χρησιμοποιείται μικρότερη μονάδα επιπέδου έντασης - ηχόμετρο(dB): 1 dB = 0,1 B. Το επίπεδο έντασης σε ντεσιμπέλ υπολογίζεται χρησιμοποιώντας τους ακόλουθους τύπους:

Λογαριθμική φύση της εξάρτησης επίπεδο έντασηςαπό τον εαυτό της έντασησημαίνει ότι με την αύξηση ένταση 10 φορές επίπεδο έντασηςαυξάνεται κατά 10 dB.

Τα χαρακτηριστικά των ήχων που εμφανίζονται συχνά δίνονται στον Πίνακα. 3.1.

Αν κάποιος ακούσει ήχους που έρχονται από μια κατεύθυνσηαπό αρκετές ασυνάρτητοςπηγές, τότε αθροίζονται οι εντάσεις τους:

Τα υψηλά επίπεδα έντασης ήχου οδηγούν σε μη αναστρέψιμες αλλαγές στο ακουστικό βαρηκοΐας. Έτσι, ένας ήχος 160 dB μπορεί να προκαλέσει ρήξη του τυμπάνου και μετατόπιση των ακουστικών οστών στο μέσο αυτί, που οδηγεί σε μη αναστρέψιμη κώφωση. Στα 140 dB, ένα άτομο αισθάνεται έντονο πόνο και η παρατεταμένη έκθεση σε θόρυβο 90-120 dB οδηγεί σε βλάβη στο ακουστικό νεύρο.

Εργαστηριακή εργασία Νο 5

Ακοομετρία

Ο μαθητής πρέπει να ξέρει: αυτό που ονομάζεται ήχος, η φύση του ήχου, οι πηγές του ήχου. φυσικά χαρακτηριστικά του ήχου (συχνότητα, πλάτος, ταχύτητα, ένταση, επίπεδο έντασης, πίεση, ακουστικό φάσμα). φυσιολογικά χαρακτηριστικά του ήχου (ύψος, ένταση, χροιά, ελάχιστες και μέγιστες συχνότητες δόνησης που γίνονται αντιληπτές από ένα δεδομένο άτομο, κατώφλι ακρόασης, κατώφλι πόνου) τη σχέση τους με τα φυσικά χαρακτηριστικά του ήχου. ανθρώπινο ακουστικό σύστημα, θεωρίες αντίληψης ήχου. συντελεστής ηχομόνωσης? ακουστική αντίσταση, απορρόφηση και ανάκλαση ήχου, συντελεστές ανάκλασης και διείσδυσης ηχητικών κυμάτων, αντήχηση. φυσικές βάσεις των υγιών ερευνητικών μεθόδων στην κλινική, η έννοια της ακοομετρίας.

Ο μαθητής πρέπει να είναι σε θέση: χρησιμοποιώντας μια γεννήτρια ήχου, αφαιρέστε την εξάρτηση του ορίου ακοής από τη συχνότητα. προσδιορίστε τις ελάχιστες και μέγιστες συχνότητες δόνησης που αντιλαμβάνεστε, τραβήξτε ένα ακουόγραμμα χρησιμοποιώντας ένα ακουόμετρο.

Σύντομη θεωρία

Ήχος. Φυσικά χαρακτηριστικά του ήχου.

Ήχοςονομάζονται μηχανικά κύματα με συχνότητα δόνησης σωματιδίων ενός ελαστικού μέσου από 20 Hz έως 20.000 Hz, που γίνονται αντιληπτά από το ανθρώπινο αυτί.

Φυσικόςονομάστε εκείνα τα χαρακτηριστικά του ήχου που υπάρχουν αντικειμενικά. Δεν σχετίζονται με τις ιδιαιτερότητες της αίσθησης των ηχητικών δονήσεων ενός ατόμου. Τα φυσικά χαρακτηριστικά του ήχου περιλαμβάνουν συχνότητα, πλάτος δόνησης, ένταση, επίπεδο έντασης, ταχύτητα διάδοσης ηχητικών δονήσεων, ηχητική πίεση, ακουστικό φάσμα ήχου, συντελεστές ανάκλασης και διείσδυσης των ηχητικών δονήσεων κ.λπ. Ας τα εξετάσουμε εν συντομία.

1. Συχνότητα ταλάντωσης. Η συχνότητα των ηχητικών δονήσεων είναι ο αριθμός των δονήσεων των σωματιδίων ενός ελαστικού μέσου (στο οποίο διαδίδονται οι ηχητικές δονήσεις) ανά μονάδα χρόνου. Η συχνότητα των ηχητικών δονήσεων κυμαίνεται από 20 - 20000 Hz. Κάθε άτομο αντιλαμβάνεται ένα συγκεκριμένο εύρος συχνοτήτων (συνήθως λίγο πάνω από 20 Hz και κάτω από 20.000 Hz).

2. Εύροςη ηχητική δόνηση είναι η μεγαλύτερη απόκλιση των ταλαντούμενων σωματιδίων του μέσου (στο οποίο διαδίδεται η ηχητική δόνηση) από τη θέση ισορροπίας.

3. Ένταση ηχητικών κυμάτων(ή η δύναμη του ήχου) είναι ένα φυσικό μέγεθος που είναι αριθμητικά ίσο με τον λόγο της ενέργειας που μεταφέρεται από ένα ηχητικό κύμα ανά μονάδα χρόνου μέσω μιας μονάδας επιφάνειας προσανατολισμένης κάθετα στο διάνυσμα ταχύτητας του ηχητικού κύματος, δηλαδή:

Οπου W- ενέργεια κυμάτων, t- χρόνος μεταφοράς ενέργειας μέσω μιας περιοχής πλατφόρμας μικρό.

Μονάδα έντασης: [ Εγώ] = 1 J/(m 2 s) = 1 W/m 2.

Ας δώσουμε προσοχή στο γεγονός ότι η ενέργεια και, κατά συνέπεια, η ένταση του ηχητικού κύματος είναι ευθέως ανάλογη με το τετράγωνο του πλάτους " ΕΝΑ"και συχνότητες" ω » ηχητικές δονήσεις:

W ~ A 2Και I ~ A 2 ; W ~ ω 2Και I ~ ω 2.

4. Ταχύτητα ήχουονομάζεται ταχύτητα διάδοσης της ηχητικής ενέργειας δόνησης. Για ένα επίπεδο αρμονικό κύμα, η ταχύτητα φάσης (η ταχύτητα διάδοσης της φάσης ταλάντωσης (μέτωπο κύματος), για παράδειγμα, μέγιστη ή ελάχιστη, δηλ. ένας θρόμβος ή η αραίωση του μέσου) είναι ίση με την ταχύτητα κύματος. Για μια σύνθετη ταλάντωση (σύμφωνα με το θεώρημα Fourier, μπορεί να αναπαρασταθεί ως άθροισμα αρμονικών ταλαντώσεων), εισάγεται η έννοια ομαδική ταχύτητα– η ταχύτητα διάδοσης μιας ομάδας κυμάτων με την οποία μεταφέρεται ενέργεια από ένα δεδομένο κύμα.

Η ταχύτητα του ήχου σε οποιοδήποτε μέσο μπορεί να βρεθεί χρησιμοποιώντας τον τύπο:

Οπου μι- μέτρο ελαστικότητας του μέσου (μέτρο Young’s), r- πυκνότητα του μέσου.

Με αύξηση της πυκνότητας του μέσου (για παράδειγμα, 2 φορές), ο συντελεστής ελαστικότητας μιαυξάνεται σε μεγαλύτερο βαθμό (πάνω από 2 φορές), επομένως, με την αύξηση της πυκνότητας του μέσου, η ταχύτητα του ήχου αυξάνεται. Για παράδειγμα, η ταχύτητα του ήχου στο νερό είναι ≈ 1500 m/s, στον χάλυβα - 8000 m/s.

Για τα αέρια, ο τύπος (2) μπορεί να μετασχηματιστεί και να ληφθεί με την ακόλουθη μορφή:

(3)

όπου g = Σ Ρ /ΒΙΟΓΡΑΦΙΚΟ- ο λόγος της μοριακής ή ειδικής θερμικής ικανότητας ενός αερίου σε σταθερή πίεση ( Σ Ρ) και σε σταθερό όγκο ( ΒΙΟΓΡΑΦΙΚΟ).

R- καθολική σταθερά αερίου ( R=8,31 J/mol K);

Τ- απόλυτη θερμοκρασία στην κλίμακα Kelvin ( T=t o C+273);

Μ- μοριακή μάζα αερίου (για κανονικό μείγμα αερίων αέρα

Μ=29×10 -3 kg/mol).

Για αέρα στο T=273Kκαι κανονική ατμοσφαιρική πίεση, η ταχύτητα του ήχου είναι υ=331,5 "332 m/s. Θα πρέπει να σημειωθεί ότι η ένταση κύματος (διανυσματική ποσότητα) εκφράζεται συχνά σε όρους ταχύτητας κύματος:

ή , (4)

Οπου S×l- Ενταση ΗΧΟΥ, u=W/ S×l- ογκομετρική ενεργειακή πυκνότητα. Το διάνυσμα της εξίσωσης (4) ονομάζεται Διάνυσμα Umov.

5.Ηχητική πίεσηείναι ένα φυσικό μέγεθος που είναι αριθμητικά ίσο με τον λόγο του συντελεστή δύναμης πίεσης φάδονούμενα σωματίδια του μέσου στο οποίο ο ήχος διαδίδεται στην περιοχή μικρόκάθετη στην προσανατολισμένη περιοχή σε σχέση με το διάνυσμα της δύναμης πίεσης.

P = F/S [Π]= 1N/m2 = 1Pa (5)

Η ένταση ενός ηχητικού κύματος είναι ευθέως ανάλογη με το τετράγωνο της ηχητικής πίεσης:

I = P 2 /(2r υ), (7)

Οπου R- ηχητική πίεση, r- πυκνότητα του μέσου, υ - ταχύτητα ήχου σε ένα δεδομένο περιβάλλον.

6.Επίπεδο έντασης. Το επίπεδο έντασης (επίπεδο έντασης ήχου) είναι ένα φυσικό μέγεθος που ισούται αριθμητικά με:

L=lg(I/I 0), (8)

Οπου Εγώ- ένταση ήχου, I 0 =10 -12 W/m 2- η χαμηλότερη ένταση που γίνεται αντιληπτή από το ανθρώπινο αυτί σε συχνότητα 1000 Hz.

Επίπεδο έντασης μεγάλο, με βάση τον τύπο (8), μετριέται σε bels ( ΣΙ). L = 1 B, Αν I=10I 0.

Μέγιστη ένταση που γίνεται αντιληπτή από το ανθρώπινο αυτί I max =10 W/m 2, δηλ. I max / I 0 =10 13ή L max = 13 B.

Πιο συχνά το επίπεδο έντασης μετριέται σε ντεσιμπέλ ( dB):

L dB =10 log (I/I 0), L=1 dBστο I=1,26I 0.

Το επίπεδο έντασης του ήχου μπορεί να βρεθεί μέσω της ηχητικής πίεσης.

Επειδή I ~ P 2, Οτι L(dB) = 10log(I/I 0) = 10 log(P/P 0) 2 = 20 log(P/P 0), Οπου P 0 = 2 × 10 -5 Pa (σε I 0 = 10 -12 W/m 2).

7.τόνοςονομάζεται ήχος, που είναι μια περιοδική διαδικασία (περιοδικές ταλαντώσεις μιας ηχητικής πηγής δεν συμβαίνουν απαραίτητα σύμφωνα με έναν αρμονικό νόμο). Αν η ηχητική πηγή εκτελεί αρμονική ταλάντωση x=ASinωt, τότε αυτός ο ήχος ονομάζεται απλόςή ΚΑΘΑΡΗτόνος. Μια μη αρμονική περιοδική ταλάντωση αντιστοιχεί σε έναν σύνθετο τόνο, ο οποίος μπορεί να αναπαρασταθεί, σύμφωνα με το θεώρημα του Fournet, ως ένα σύνολο απλών τόνων με συχνότητες n περίπου(ριζικός τόνος) και 2n o, 3n oκ.λπ., που ονομάζεται αποχρώσειςμε αντίστοιχα πλάτη.

8.Ακουστικό φάσμαΟ ήχος είναι ένα σύνολο αρμονικών δονήσεων με αντίστοιχες συχνότητες και πλάτη δόνησης στα οποία μπορεί να αποσυντεθεί ένας δεδομένος σύνθετος τόνος. Το φάσμα ενός σύνθετου τόνου είναι γραμμωμένο, δηλ. συχνότητες n o, 2n oκαι τα λοιπά.

9. Θόρυβος(ακουστός θόρυβος ) ονομάζεται ήχος, ο οποίος είναι πολύπλοκες, μη επαναλαμβανόμενες δονήσεις σωματιδίων ενός ελαστικού μέσου. Ο θόρυβος είναι ένας συνδυασμός πολύπλοκων τόνων που αλλάζουν τυχαία. Το ακουστικό φάσμα του θορύβου αποτελείται από σχεδόν οποιαδήποτε συχνότητα στο ηχητικό εύρος, δηλ. το ακουστικό φάσμα του θορύβου είναι συνεχές.

Ο ήχος μπορεί επίσης να έχει τη μορφή ηχητικής έκρηξης. Sonic boom- πρόκειται για βραχυπρόθεσμη (συνήθως έντονη) ηχητική κρούση (χειροκρότημα, έκρηξη κ.λπ.).

10.Συντελεστές διείσδυσης και ανάκλασης ηχητικών κυμάτων.Ένα σημαντικό χαρακτηριστικό του μέσου που καθορίζει την ανάκλαση και τη διείσδυση του ήχου είναι η σύνθετη αντίσταση κύματος (ακουστική αντίσταση) Z=r υ, Οπου r- πυκνότητα του μέσου, υ - ταχύτητα ήχου στο μέσο.

Εάν ένα επίπεδο κύμα προσπίπτει, για παράδειγμα, κανονικά στη διεπαφή μεταξύ δύο μέσων, τότε ο ήχος περνά εν μέρει στο δεύτερο μέσο και μέρος του ήχου ανακλάται. Αν πέσει η ένταση του ήχου Ι 1, περνά - Ι 2, αντανακλάται I 3 = I 1 - I 2, Οτι:

1) συντελεστής διείσδυσης ηχητικών κυμάτων σιπου ονομάζεται b=I 2 /I 1;

2) συντελεστής ανάκλασης έναπου ονομάζεται:

a= I 3 /I 1 =(I 1 -I 2)/I 1 =1-I 2 /I 1 =1-b.

Ο Rayleigh το έδειξε β =

Αν υ 1 r 1 = υ 2 r 2,Οτι b=1(μέγιστη τιμή), ενώ a=0, δηλ. δεν υπάρχει ανακλώμενο κύμα.

Αν Z 2 >> Z 1ή υ 2 r 2 >> υ 1 r 1 ,Οτι b » 4 υ 1 r 1 / υ 2 r 2. Έτσι, για παράδειγμα, εάν ο ήχος πέσει από τον αέρα στο νερό, τότε b=4(440/1440000)=0,00122ή 0,122% η ένταση του προσπίπτοντος ήχου διεισδύει από τον αέρα στο νερό.

11. Η έννοια της αντήχησης. Τι είναι η αντήχηση; Σε έναν κλειστό χώρο, ο ήχος ανακλάται επανειλημμένα από την οροφή, τους τοίχους, το δάπεδο κ.λπ. με βαθμιαία φθίνουσα ένταση. Επομένως, μετά τη διακοπή της ηχητικής πηγής, ακούγεται ήχος για κάποιο χρονικό διάστημα λόγω πολλαπλών ανακλάσεων (βουητό).

Αντήχησηείναι η διαδικασία της σταδιακής εξασθένησης του ήχου σε κλειστούς χώρους μετά τη διακοπή της ακτινοβολίας από την πηγή ηχητικών κυμάτων. Χρόνος αντήχησηςείναι ο χρόνος κατά τον οποίο η ένταση του ήχου κατά την αντήχηση μειώνεται κατά 10 6 φορές. Όταν σχεδιάζετε αίθουσες διδασκαλίας, αίθουσες συναυλιών κ.λπ. λάβετε υπόψη την ανάγκη λήψης ενός συγκεκριμένου χρόνου (χρονικό διάστημα) αντήχησης. Έτσι, για παράδειγμα, για την Αίθουσα Στήλων του Σώματος των Ενώσεων και το Θέατρο Μπολσόι στη Μόσχα, ο χρόνος αντήχησης για άδεια δωμάτια είναι αντίστοιχα 4,55 δευτ. και 2,05 δευτ., για γεμάτες αίθουσες - 1,70 δευτ. και 1,55 δ.

Στόχοι:

• Εισαγάγετε την έννοια των ηχητικών δονήσεων, ανακαλύψτε τα χαρακτηριστικά και τις ιδιότητες των ηχητικών δονήσεων.
• Δείξτε την ενότητα της φύσης, τη σχέση φυσικής, βιολογίας, μουσικής.
• Καλλιεργώντας μια στάση φροντίδας για την υγεία σας.

Εξοπλισμός:ένας υπολογιστής με έναν προβολέα πολυμέσων, ένα πιρούνι συντονισμού, έναν χάρακα σφιγμένο σε μέγγενη, μια γεννήτρια ήχου.

Πλάνο μαθήματος.

1. Οργ. Στιγμή
2. Εκμάθηση νέου υλικού.
3. Σπίτι. Ασκηση.

Ο άνθρωπος ζει σε έναν κόσμο ήχων. Τι είναι ο ήχος; Πώς προκύπτει; Σε τι διαφέρει ένας ήχος από τον άλλο; Σήμερα στο μάθημα θα προσπαθήσουμε να απαντήσουμε σε αυτές και σε πολλές άλλες ερωτήσεις που σχετίζονται με ηχητικά φαινόμενα.

Ο κλάδος της φυσικής που μελετά τα ηχητικά φαινόμενα ονομάζεται ακουστική.

Τα ελαστικά κύματα που μπορούν να προκαλέσουν ακουστικές αισθήσεις στον άνθρωπο ονομάζονται ηχητικά κύματα.

Το ανθρώπινο αυτί είναι ικανό να αντιλαμβάνεται μηχανικούς κραδασμούς που συμβαίνουν με συχνότητα από 20 έως 20.000 Hz. (Επίδειξη σε γεννήτρια ηχητικών κυμάτων με συχνότητα από 20 έως 20000 Hz)

Οτιδήποτε δονείται σε μια ακουστική συχνότητα είναι πηγή ήχου. Αλλά όχι μόνο τα ταλαντευόμενα σώματα μπορούν να είναι πηγές ήχου: η πτήση μιας σφαίρας στον αέρα συνοδεύεται από ένα σφύριγμα, η γρήγορη ροή του νερού συνοδεύεται από θόρυβο.

Το ίδιο το γεγονός της απομόνωσης από ένα αρκετά μεγάλο σύνολο συχνοτήτων, που ονομάζεται ήχος, σχετίζεται με την ικανότητα της ανθρώπινης ακοής να αντιλαμβάνεται ακριβώς αυτά τα κύματα.

Διαφορετικά έμβια όντα έχουν διαφορετικά όρια για την αντίληψη του ήχου.

Όλες οι πηγές ήχου μπορούν να χωριστούν σε φυσικές και τεχνητές.

(επιδείξεις: ο ήχος ενός συντονιστικού πιρουνιού και ενός χάρακα που σφίγγεται ανάμεσα σε μια μέγγενη.)

Ας εξετάσουμε τις ιδιότητες του ήχου.

1. Ο ήχος είναι ένα διαμήκη κύμα.
2. Ο ήχος διαδίδεται σε ελαστικά μέσα (αέρας, νερό, διάφορα μέταλλα)
3. Ο ήχος έχει πεπερασμένη ταχύτητα.

Ουσία	Θερμοκρασία 0 C	Ταχύτητα ήχου m/s	Ουσία	Θερμοκρασία 0 C	Ταχύτητα ήχου m/s
Αζωτο	300	487	Υδρατμοί	100	405
Αζωτο	0	334	Ήλιο	0	965
Υγρό άζωτο	-199	962	Γραφίτης	20	1470
Αλουμίνιο	20	18 350	Χρυσός	20	3200
Διαμάντι	20	6260	Ερμής	20	1450
Βενζίνη	17	1170	Αλκοόλ	20	1180
Νερό	20	1483	Ατμοί οινοπνεύματος	0	230
Νερό	74	1555	Ατσάλι	20	5000-6100
Πάγος	-1-4	3980	Αιθέρας	25	985

Ας ακούσουμε ένα μήνυμα για το πώς καθορίστηκε η ταχύτητα του ήχου στο νερό και σε άλλες ουσίες.

(Μήνυμα μαθητή)

Ελεγξε τον εαυτό σου.

1. Το ρολόι ρυθμίζεται από τον ήχο ενός σήματος από έναν απομακρυσμένο ραδιοφωνικό δέκτη. Σε ποια περίπτωση το ρολόι θα ρυθμιστεί με μεγαλύτερη ακρίβεια: καλοκαίρι ή χειμώνα;
   (Το καλοκαίρι, καθώς η ταχύτητα του ήχου στον αέρα αυξάνεται με τη θερμοκρασία)
2. Μπορούν οι αστροναύτες να επικοινωνούν μεταξύ τους χρησιμοποιώντας ηχητική ομιλία κατά τη διάρκεια των διαστημικών περιπάτων;
   (Σε απόσταση, όχι, γιατί στο κενό του διαστήματος δεν υπάρχουν προϋποθέσεις για τη διάδοση των ηχητικών κυμάτων. Ωστόσο, αν οι αστροναύτες αγγίξουν τα κράνη της διαστημικής στολής τους, μπορούν να ακούσουν ο ένας τον άλλον.)
3. Γιατί βουίζουν οι πόλοι ρεύματος όταν φυσάει άνεμος;
   (Όταν υπάρχει άνεμος, τα καλώδια εκτελούν χαοτικές ταλαντωτικές κινήσεις, επηρεάζοντας τους μονωτές που είναι τοποθετημένοι σε πόλους. Τα στάσιμα ηχητικά κύματα διεγείρονται στους πόλους.)

Χαρακτηριστικά ήχου.

1. Ενταση ήχου.
2. Πίσσα
3. Ηχόχρωμα ήχου.

Η ένταση του ήχου είναι ένα χαρακτηριστικό του πλάτους ενός ηχητικού κύματος.
(εμφάνιση πειράματος με πιρούνι συντονισμού και γεννήτρια)

Η ένταση του ήχου εξαρτάται από το πλάτος των δονήσεων: όσο μεγαλύτερο είναι το πλάτος, τόσο πιο δυνατός είναι ο ήχος.

Αν όμως συγκρίναμε ήχους διαφορετικών συχνοτήτων, τότε εκτός από το πλάτος θα έπρεπε να συγκρίνουμε και τις συχνότητές τους. Με τα ίδια πλάτη, αντιλαμβανόμαστε ως πιο δυνατές συχνότητες που βρίσκονται στην περιοχή από 1000 έως 5000 Hz.

Η μονάδα της έντασης του ήχου ονομάζεται όνειρο.

Σε πρακτικά προβλήματα, η ένταση του ήχου συνήθως χαρακτηρίζεται από επίπεδο έντασης,μετρηθεί σε υπόβαθρα, ή στάθμη ηχητικής πίεσης, μετρημένο σε μπέλα(Β) ή ντεσιμπέλ(dB), που αποτελεί το δέκατο του λευκού.

Ήρεμος ψίθυρος, θρόισμα των φύλλων - 20 dB

Κανονική ομιλία - 60 dB

Ροκ συναυλία - 120 dB

Όταν η ένταση αυξάνεται κατά 10 dB, η ένταση του ήχου αυξάνεται 10 φορές.

Εργο:Υπολογίστε πόσες φορές η ένταση του ήχου σε μια ροκ συναυλία είναι μεγαλύτερη από την κανονική ομιλία;

(1000000 φορές)

Ένας όγκος 120 dB ονομάζεται κατώφλι πόνου. Με παρατεταμένη έκθεση σε τέτοιους ήχους, εμφανίζεται μη αναστρέψιμη απώλεια ακοής: ένα άτομο που είναι συνηθισμένο στις ροκ συναυλίες δεν θα ακούσει ποτέ έναν ήσυχο ψίθυρο ή θρόισμα φύλλων.

Υψοςήχος - χαρακτηριστικό της συχνότητας ενός ηχητικού κύματος, όσο υψηλότερη είναι η συχνότητα δόνησης της πηγής ήχου, τόσο υψηλότερος είναι ο ήχος που παράγει.

Ποιος χτυπά τα φτερά του πιο γρήγορα κατά την πτήση - μια μύγα, μια μέλισσα ή ένα κουνούπι;

Συχνότητα δονήσεων των φτερών των εντόμων και των πτηνών κατά την πτήση, Hz

Πελαργοί	2
Πεταλούδες από λάχανο	έως τις 9
Σπουργίτια	έως 13
Κοράκια	3-4
σκαθάρια του Μάη	45
κολίμπρι	35-50
Κουνούπια	500-600
Οικιακές μύγες	190-330
Μέλισσες	200-250
Μέλισσα	220
Αλογόμυγες	100
Λιβελλούλες	38-100

Ποια πουλιά και έντομα ακούμε και ποια όχι;

Ποιο έντομο έχει τον υψηλότερο ήχο; (Στο κουνούπι)

Η συχνότητα των ηχητικών δονήσεων που αντιστοιχούν στην ανθρώπινη φωνή κυμαίνεται από 80 έως 1400 Hz.

Όταν η συχνότητα διπλασιάζεται, ο ήχος αυξάνεται κατά μια οκτάβα - γι' αυτούς τους λόγους επιλέχθηκε η οκτάβα. Κάθε οκτάβα χωρίζεται σε 12 διαστήματα μισού τόνου το καθένα.

Τέμποο ήχος καθορίζεται από το σχήμα των ηχητικών δονήσεων.

Γνωρίζουμε ότι οι κλάδοι μιας διχάλας συντονισμού εκτελούν αρμονικές (ημιτονοειδείς) ταλαντώσεις. Τέτοιες ταλαντώσεις έχουν μόνο μία αυστηρά καθορισμένη συχνότητα. Οι αρμονικές δονήσεις είναι ο απλούστερος τύπος δόνησης. Ο ήχος ενός πιρουνιού συντονισμού είναι σε καθαρό τόνο.

Σε καθαρό τόνοείναι ο ήχος μιας πηγής που εκτελεί αρμονικές ταλαντώσεις της ίδιας συχνότητας.

Ήχοι από άλλες πηγές (για παράδειγμα, οι ήχοι διαφόρων μουσικών οργάνων, οι φωνές των ανθρώπων, ο ήχος μιας σειρήνας και πολλοί άλλοι) αντιπροσωπεύουν ένα σύνολο αρμονικών δονήσεων διαφορετικών συχνοτήτων, δηλαδή ένα σύνολο καθαρών τόνων.

Η χαμηλότερη (δηλαδή η μικρότερη) συχνότητα ενός τόσο σύνθετου ήχου ονομάζεται θεμελιώδης συχνότητα, και ο αντίστοιχος ήχος ορισμένου ύψους είναι κύριος τόνος(μερικές φορές αποκαλείται απλά τόνος). Το ύψος ενός σύνθετου ήχου καθορίζεται ακριβώς από το ύψος του θεμελιώδους τόνου του.

Όλοι οι άλλοι τόνοι ενός σύνθετου ήχου καλούνται αποχρώσεις. Οι συχνότητες όλων των φθόγγων ενός δεδομένου ήχου είναι ακέραιος αριθμός φορές μεγαλύτερος από τη συχνότητα του θεμελιώδους τόνου του (επομένως ονομάζονται και υψηλότεροι αρμονικοί τόνοι).

Οι υπέρηχοι καθορίζουν τη χροιά ενός ήχου, δηλαδή την ποιότητά του που μας επιτρέπει να διακρίνουμε τους ήχους ορισμένων πηγών από τους ήχους άλλων. Για παράδειγμα, ξεχωρίζουμε εύκολα τον ήχο ενός πιάνου από τον ήχο του βιολιού, ακόμα κι αν αυτοί οι ήχοι έχουν την ίδια ένταση, δηλ. την ίδια θεμελιώδη συχνότητα. Η διαφορά μεταξύ αυτών των ήχων οφείλεται σε ένα διαφορετικό σύνολο φθόγγων (το σύνολο των ήχων από διαφορετικές πηγές μπορεί να διαφέρει ως προς τον αριθμό των ήχων, τα πλάτη τους, τη μετατόπιση φάσης μεταξύ τους και το φάσμα συχνοτήτων).

Ελεγξε τον εαυτό σου.

1. Πώς μπορείτε να καταλάβετε από τον ήχο εάν ένα τρυπάνι λειτουργεί σε αδράνεια ή υπό φορτίο;
2. Σε τι διαφέρουν οι μουσικοί ήχοι από τον θόρυβο;
   (Ο θόρυβος διαφέρει από έναν μουσικό τόνο στο ότι δεν αντιστοιχεί σε κάποιο συγκεκριμένο ύψος. Ο θόρυβος περιέχει δονήσεις όλων των πιθανών συχνοτήτων και πλάτους.)
3. Η προβολή της ταχύτητας ενός από τα σημεία της χορδής του τσέλλου που ηχεί αλλάζει με την πάροδο του χρόνου όπως φαίνεται στο γράφημα. Προσδιορίστε τη συχνότητα ταλάντωσης της προβολής της ταχύτητας.

Ένα άτομο έχει ένα τόσο μοναδικό όργανο όπως το αυτί - έναν δέκτη ήχου. Ας δούμε πώς ακούει ένας άνθρωπος.

Τα ηχητικά κύματα που ταξιδεύουν στον αέρα ταξιδεύουν σε μια περίπλοκη διαδρομή πριν τα αντιληφθούμε. Αρχικά, διεισδύουν στο αυτί και προκαλούν δόνηση του τυμπάνου, που κλείνει τον έξω ακουστικό πόρο. Τα ακουστικά οστάρια μεταφέρουν αυτές τις δονήσεις στο οβάλ παράθυρο του έσω αυτιού. Η μεμβράνη που καλύπτει το παράθυρο μεταδίδει κραδασμούς στο υγρό που γεμίζει τον κοχλία. Τελικά οι δονήσεις φτάνουν στα ακουστικά κύτταρα του έσω αυτιού. Ο εγκέφαλος αντιλαμβάνεται αυτά τα σήματα και αναγνωρίζει θορύβους, ήχους, μουσική και ομιλία.

Ένα από τα πιο σημαντικά χαρακτηριστικά μιας φωνής είναι η χροιά της, δηλ. ένα σύνολο φασματικών γραμμών, μεταξύ των οποίων μπορεί κανείς να διακρίνει κορυφές που αποτελούνται από πολλούς τόνους - τους λεγόμενους σχηματιστές. Είναι οι μορφοποιητές που καθορίζουν το μυστικό του μεμονωμένου ήχου της φωνής και καθιστούν δυνατή την αναγνώριση ήχων ομιλίας, αφού σε διαφορετικούς ανθρώπους οι σχηματοποιητές ακόμη και του ίδιου ήχου διαφέρουν σε συχνότητα, πλάτος και ένταση. Η χροιά της φωνής είναι αυστηρά ατομική, αφού στη διαδικασία σχηματισμού του ήχου σημαντικό ρόλο παίζουν οι κοιλότητες συντονισμού του φάρυγγα, της μύτης, των παραρρινίων κόλπων κ.λπ., ειδικά για κάθε άτομο. Η μοναδικότητα της ανθρώπινης φωνής μπορεί να συγκριθεί μόνο με τη μοναδικότητα του μοτίβου των δακτυλικών αποτυπωμάτων. Σε πολλές χώρες σε όλο τον κόσμο, η ηχογράφηση ανθρώπινης φωνής θεωρείται αδιαμφισβήτητο νομικό έγγραφο που δεν μπορεί να πλαστογραφηθεί.

Το φάσμα των φωνών των τραγουδιστών διαφέρει από το φάσμα της φωνής ενός συνηθισμένου ανθρώπου: έχουν μια εξαιρετικά εκφρασμένη υψηλή τραγουδιστική φόρμα, δηλ. υπερτονίζει με συχνότητες 2500-3000 Hz, δίνοντας στη φωνή έναν ήχο κλήσης. Για εξαιρετικούς τραγουδιστές, αποτελούν έως και 35 τοις εκατό ή περισσότερο στο φάσμα (Εικ. αριστερά), ενώ μεταξύ έμπειρων τραγουδιστών - 15-30%, και μεταξύ αρχαρίων - 3-5% (Εικ., δεξιά).

Είναι συνηθισμένο να διακρίνουμε τρεις τύπους φωνών και για τα δύο φύλα: για τους άνδρες - μπάσο, βαρύτονος, τενόρος. για γυναίκες - άλτο, μέτζο-σοπράνο και σοπράνο. Αυτή η διαίρεση είναι σε μεγάλο βαθμό τεχνητή: δεν λαμβάνει υπόψη μεγάλο αριθμό «ενδιάμεσων» φωνών, καθώς δεν υπάρχει αντικειμενική μέθοδος για την αξιολόγηση της ποιότητας μιας φωνής λόγω του απεριόριστου συνδυασμού των ιδιοτήτων της.

Όταν εξετάζουμε τις ηχητικές δονήσεις, δεν μπορούμε παρά να δώσουμε προσοχή στην επίδραση του θορύβου στο ανθρώπινο σώμα.

Η μακροχρόνια έκθεση σε θόρυβο οδηγεί σε βλάβη του κεντρικού νευρικού συστήματος, αύξηση του αίματος και της ενδοκρανιακής πίεσης, διαταραχή της φυσιολογικής καρδιακής λειτουργίας και ζάλη. Οι βλαβερές συνέπειες του δυνατού θορύβου στους ανθρώπους έχουν παρατηρηθεί εδώ και πολύ καιρό. Ακόμη και πριν από 2.000 χρόνια στην Κίνα, οι κρατούμενοι υπόκεινταν σε συνεχή έκθεση στους ήχους των φλάουτων, των τυμπάνων και των κραυγών μέχρι να πέσουν νεκροί ως τιμωρία. Σε ισχύ θορύβου 3 kW και συχνότητα 800 Hz, η ικανότητα εστίασης του ματιού είναι μειωμένη. Ισχύς θορύβου 5-8 kW διαταράσσει τη λειτουργία των σκελετικών μυών, προκαλεί παράλυση και απώλεια μνήμης. Η ισχύς θορύβου περίπου 200 kW οδηγεί σε θάνατο. Ως εκ τούτου, στις μεγάλες πόλεις απαγορεύεται η χρήση αιχμηρών και δυνατών σημάτων. Δέντρα και θάμνοι που τα απορροφούν μειώνουν σημαντικά τον θόρυβο. Ως εκ τούτου, χρειάζονται χώροι πρασίνου κατά μήκος δρόμων με μεγάλη κίνηση. Η σιωπή βελτιώνει σημαντικά την ακουστική οξύτητα.

Δ/Ζ §34-38 εξ. 31(1), άσκηση 32 (2,3) πρακτική εργασία: προσδιορισμός της εξάρτησης του βήματος από τη συχνότητα δόνησης, χρησιμοποιώντας ένα κομμάτι λαστιχένιας κλωστής.

Θα ήθελα να κλείσω το μάθημα με αυτά τα λόγια. Ο N. Roerich έχει έναν πίνακα που ονόμασε «Human Forfathers». Ένας νεαρός βοσκός παίζει φλάουτο και μεγάλες καφέ αρκούδες συγκλίνουν πάνω του από όλες τις πλευρές. Τι τους ελκύει; ΜΟΥΣΙΚΗ? Ο μύθος λέει ότι οι πρόγονοι ορισμένων σλαβικών φυλών ήταν αρκούδες. Φαίνεται ότι πρόκειται να ακούσουν την πιο υπέροχη μουσική στον κόσμο - τη φωνή μιας ευγενικής ανθρώπινης καρδιάς.

Βιβλιογραφία:

1. A. V. Peryshkin, E. M. Gutnik Φυσική 9η τάξη Bustard 2003
2. S. V. Gromov, N. A. Rodina Φυσική 8η τάξη Μ. Εκπαίδευση 2001
3. V. N. Moshchansky Φυσική 9η τάξη Μ. Εκπαίδευση 1994
4. A.V Aganov, R.K. Safiullin, A.I Skvortsov, D.A. Η φυσική του Tayursky γύρω μας. Ποιοτικά προβλήματα στη φυσική.Μ. Σπίτι Παιδαγωγικής 1998
5. S. A. Chandaeva Φυσική και άνθρωπος.Μ. JSC Aspect Press 1994
6. Φυσικές επιστήμες στο σχολείο Νο. 1 2004

Στείλτε την καλή δουλειά σας στη βάση γνώσεων είναι απλή. Χρησιμοποιήστε την παρακάτω φόρμα

Φοιτητές, μεταπτυχιακοί φοιτητές, νέοι επιστήμονες που χρησιμοποιούν τη βάση γνώσεων στις σπουδές και την εργασία τους θα σας είναι πολύ ευγνώμονες.

Δημοσιεύτηκε στο http://www.allbest.ru/

ΚΡΑΤΙΚΗ ΕΠΙΤΡΟΠΗ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΩΝ, ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΩΝ ΠΛΗΡΟΦΟΡΗΣΗΣ ΚΑΙ ΤΗΛΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΩΝ ΤΗΣ ΔΗΜΟΚΡΑΤΙΑΣ ΤΟΥ ΟΥΖΜΠΕΚΙΣΤΑΝ

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ ΤΑΣΚΕΝΤ

ΣΧΟΛΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΩΝ ΤΗΛΕΟΡΑΣΗΣ

θέμα: Βασικές αρχές Φυσικής

με θέμα: Φυσικές παράμετροι ήχου

Προετοιμάστηκε από:

Σίσκοφ Ντμίτρι

Τασκένδη, 2015

Εισαγωγή

2.1 Ταχύτητα ήχου

3. Φαινόμενο Doppler

4. Υπερηχογράφημα

5. Υπερήχος

συμπέρασμα

Εισαγωγή

Ζούμε σε έναν κόσμο πληροφοριών και το κύριο μέρος της περνά από τα μάτια και τα αυτιά ενός ανθρώπου. Σύμφωνα με έρευνες φυσιολόγων, οι οπτικές πληροφορίες κατέχουν την πρώτη θέση, αλλά οι ακουστικές πληροφορίες δεν είναι λιγότερο σημαντικές.

Ζούμε σε έναν κόσμο ήχων, που περιλαμβάνει μουσική και θορύβους διαφορετικής φύσης, ομιλία και μουσική. Επομένως, πρέπει να γνωρίζετε τη φύση του ήχου, τις εξισώσεις και τους νόμους που περιγράφουν τη διάδοση και την απορρόφησή του σε διάφορα μέσα. Οι άνθρωποι διαφόρων επαγγελμάτων πρέπει να το γνωρίζουν αυτό: μουσικοί και οικοδόμοι, ηχολήπτες και αρχιτέκτονες, βιολόγοι και γεωλόγοι, σεισμολόγοι και στρατιωτικοί. Όλα ασχολούνται με διαφορετικές πτυχές της πρακτικής διάδοσης του ήχου σε διαφορετικά μέσα.

Η διάδοση του ήχου στα δωμάτια, ο «ήχος» των δωματίων είναι σημαντική για τους οικοδόμους και τους μουσικούς. Οι βιολόγοι μελετούν τώρα τις διαδρομές μετανάστευσης των αποδημητικών πτηνών χρησιμοποιώντας ηχητικά σήματα και οι ψαράδες βρίσκουν κοπάδια ψαριών στον ωκεανό. Οι γεωλόγοι χρησιμοποιούν υπερήχους για να εξερευνήσουν τον φλοιό της γης σε αναζήτηση νέων κοιτασμάτων ορυκτών. Οι σεισμολόγοι, μελετώντας τη διάδοση των ήχων στη γη, μαθαίνουν να προβλέπουν τους σεισμούς και τα τσουνάμι. Για τον στρατό, το προφίλ των σκαφών των πολεμικών πλοίων και των υποβρυχίων έχει μεγάλη σημασία, γιατί αυτό επηρεάζει την ταχύτητα του πλοίου και τον θόρυβο που κάνει, ο οποίος για τα υποβρύχια θα πρέπει να είναι ελάχιστος, και όλα αυτά καθορίζουν τη συνάφεια της δουλειάς μου. Η ανάπτυξη της φυσικής και των μαθηματικών κατέστησε δυνατό τον υπολογισμό όλων αυτών. Ως εκ τούτου, τα ηχητικά φαινόμενα χωρίστηκαν σε μια ξεχωριστή επιστήμη, η οποία ονομάστηκε ακουστική.

Σκοπός της εργασίας μου είναι να εξετάσω τους βασικούς νόμους και κανόνες διάδοσης του ήχου σε διάφορα μέσα, τα είδη των ηχητικών δονήσεων και την εφαρμογή τους στην επιστήμη και την τεχνολογία.

1. Η φύση του ήχου και των υπερηχητικών κυμάτων

Αρχικά, ας δούμε τη φύση των ηχητικών δονήσεων. Όπως είναι γνωστό από τη φυσική, η πηγή οποιωνδήποτε δονήσεων: ήχος, ηλεκτρομαγνητική, είναι ένα κύμα. Τα ελαστικά κύματα που διαδίδονται σε συνεχή μέσα ονομάζονται ηχητικά κύματα.

Τα ηχητικά κύματα περιλαμβάνουν κύματα των οποίων οι συχνότητες βρίσκονται εντός του εύρους της αντίληψης από τα όργανα ακοής. Ένα άτομο αντιλαμβάνεται ήχους όταν κύματα με συχνότητες από 16 έως 20.000 Hz επιδρούν στα όργανα ακοής του. Τα ελαστικά κύματα των οποίων η συχνότητα είναι μικρότερη από 16 Hz ονομάζονται υπερηχητικά και τα κύματα των οποίων η συχνότητα κυμαίνεται από 2 H 104 έως 1 H 109 Hz ονομάζονται υπερηχητικά.

Ο κλάδος της φυσικής στον οποίο μελετώνται τα ηχητικά κύματα (διέγερση, διάδοση, αντίληψη και αλληλεπίδρασή τους με εμπόδια και ύλη του περιβάλλοντος) ονομάζεται ακουστική.

Οποιαδήποτε ταλαντωτική διαδικασία περιγράφεται από την εξίσωση. Προέρχεται επίσης για ηχητικές δονήσεις:

Η ανάπτυξη της τεχνολογίας κατέστησε επίσης δυνατή την οπτική παρατήρηση του ήχου. Για να γίνει αυτό, χρησιμοποιούν ειδικούς αισθητήρες και μικρόφωνα και παρατηρούν τους κραδασμούς του ήχου στην οθόνη του παλμογράφου.

2. Βασικά χαρακτηριστικά των ηχητικών κυμάτων

2.1 Ταχύτητα ήχου

Τα κύρια χαρακτηριστικά των ηχητικών κυμάτων περιλαμβάνουν την ταχύτητα του ήχου, την έντασή του - αυτά είναι τα αντικειμενικά χαρακτηριστικά των ηχητικών κυμάτων, το ύψος, η ένταση ταξινομούνται ως υποκειμενικά χαρακτηριστικά. Τα υποκειμενικά χαρακτηριστικά εξαρτώνται σε μεγάλο βαθμό από την αντίληψη του ήχου από ένα συγκεκριμένο άτομο και όχι από τα φυσικά χαρακτηριστικά του ήχου.

Οι μετρήσεις της ταχύτητας του ήχου σε στερεά, υγρά και αέρια δείχνουν ότι η ταχύτητα δεν εξαρτάται από τη συχνότητα της δόνησης ή το μήκος του ηχητικού κύματος, δηλαδή τα ηχητικά κύματα δεν έχουν διασπορά. Τα διαμήκη και εγκάρσια κύματα μπορούν να διαδοθούν σε στερεά, η ταχύτητα διάδοσης των οποίων βρίσκεται χρησιμοποιώντας τους τύπους:

όπου E είναι ο συντελεστής του Young, G είναι ο συντελεστής διάτμησης στα στερεά. Στα στερεά, η ταχύτητα διάδοσης των διαμήκων κυμάτων είναι σχεδόν διπλάσια από την ταχύτητα διάδοσης των εγκάρσιων κυμάτων.

Μόνο τα διαμήκη κύματα μπορούν να διαδοθούν σε υγρά και αέρια. Η ταχύτητα του ήχου στο νερό βρίσκεται με τον τύπο:

Το K είναι ο συντελεστής όγκου της ουσίας.

Στα υγρά, όσο αυξάνεται η θερμοκρασία, αυξάνεται η ταχύτητα του ήχου, η οποία σχετίζεται με μείωση του ογκομετρικού λόγου συμπίεσης του υγρού.

Για τα αέρια, έχει προκύψει ένας τύπος που συσχετίζει την πίεσή τους με την πυκνότητα:

Ο I. Newton ήταν ο πρώτος που χρησιμοποίησε αυτόν τον τύπο για να βρει την ταχύτητα του ήχου στα αέρια. Από τον τύπο είναι σαφές ότι η ταχύτητα διάδοσης του ήχου στα αέρια δεν εξαρτάται από τη θερμοκρασία, δεν εξαρτάται επίσης από την πίεση, καθώς όσο αυξάνεται η πίεση αυξάνεται και η πυκνότητα του αερίου. Στον τύπο μπορεί επίσης να δοθεί μια πιο ορθολογική μορφή: με βάση την εξίσωση Mendeleev-Clapeyron:

Τότε η ταχύτητα του ήχου θα είναι ίση με:

Ο τύπος ονομάζεται τύπος του Νεύτωνα. Η ταχύτητα του ήχου στον αέρα που υπολογίζεται με τη βοήθειά του είναι 280 m/s στα 273K. Η πραγματική πειραματική ταχύτητα είναι 330 m/s.

Αυτό το αποτέλεσμα διαφέρει σημαντικά από το θεωρητικό, και ο λόγος για αυτό καθιερώθηκε από τον Laplace.

Έδειξε ότι ο ήχος διαδίδεται αδιαβατικά στον αέρα. Τα ηχητικά κύματα στα αέρια ταξιδεύουν τόσο γρήγορα που οι τοπικές αλλαγές στον όγκο και την πίεση στο περιβάλλον του αερίου συμβαίνουν χωρίς ανταλλαγή θερμότητας με το περιβάλλον. Ο Laplace εξήγαγε μια εξίσωση για την εύρεση της ταχύτητας του ήχου στα αέρια:

2.2 Διάδοση ηχητικών κυμάτων

Καθώς τα ηχητικά κύματα διαδίδονται μέσω του μέσου, εξασθενούν. Το πλάτος των δονήσεων των σωματιδίων του μέσου σταδιακά μειώνεται με την αύξηση της απόστασης από την πηγή ήχου.

Ένας από τους κύριους λόγους για την εξασθένηση των κυμάτων είναι η δράση των εσωτερικών δυνάμεων τριβής στα σωματίδια του μέσου. Για να ξεπεραστούν αυτές οι δυνάμεις, χρησιμοποιείται συνεχώς η μηχανική ενέργεια της ταλαντωτικής κίνησης, η οποία μεταφέρεται από το κύμα. Αυτή η ενέργεια μετατρέπεται σε ενέργεια χαοτικής θερμικής κίνησης μορίων και ατόμων του περιβάλλοντος. Δεδομένου ότι η ενέργεια του κύματος είναι ανάλογη με το τετράγωνο του πλάτους ταλάντωσης, καθώς τα κύματα διαδίδονται από την πηγή ήχου, μαζί με τη μείωση του ενεργειακού αποθέματος της ταλαντωτικής κίνησης, μειώνεται επίσης το πλάτος ταλάντωσης.

Η διάδοση των ήχων στην ατμόσφαιρα επηρεάζεται από πολλούς παράγοντες: θερμοκρασία σε διαφορετικά υψόμετρα, ροές αέρα. Η ηχώ είναι ήχος που αντανακλάται από μια επιφάνεια. Τα ηχητικά κύματα μπορούν να ανακληθούν από στερεές επιφάνειες, από στρώματα αέρα στα οποία η θερμοκρασία είναι διαφορετική από τη θερμοκρασία των γειτονικών στρωμάτων.

3. Φαινόμενο Doppler

Για τη σύγκριση της έντασης L του ήχου ή της ηχητικής πίεσης, χρησιμοποιείται ένα επίπεδο έντασης. Το επίπεδο έντασης είναι ο λογάριθμος του λόγου δύο ηχητικών εντάσεων πολλαπλασιαζόμενου επί 10. Η τιμή του L μετριέται σε ντεσιμπέλ:

Για να δείξει το απόλυτο επίπεδο έντασης, εισάγεται το τυπικό κατώφλι ακοής I0 του ανθρώπινου αυτιού σε συχνότητα 1000 Hz, σε σχέση με το οποίο υποδεικνύεται η ένταση. Το όριο ακοής είναι:

Ο πίνακας δείχνει τις εντάσεις διαφόρων φυσικών και ανθρωπογενών ήχων και τις εντάσεις τους.

Αντικειμενικά χαρακτηριστικά του ήχου. Κάθε σώμα που βρίσκεται σε ελαστικό μέσο και δονείται με ηχητική συχνότητα είναι πηγή ήχου. Οι πηγές ήχου μπορούν να χωριστούν σε δύο ομάδες: πηγές που λειτουργούν σε φυσικές συχνότητες και πηγές που λειτουργούν σε εξαναγκασμένες συχνότητες. Η πρώτη ομάδα περιλαμβάνει πηγές στις οποίες οι ήχοι δημιουργούνται από κραδασμούς χορδών, διχάλες συντονισμού και κολώνες αέρα σε σωλήνες. Η δεύτερη ομάδα πηγών ήχου περιλαμβάνει τηλέφωνα. Η ικανότητα των σωμάτων να εκπέμπουν ήχο εξαρτάται από το μέγεθος της επιφάνειάς τους. Όσο μεγαλύτερη είναι η επιφάνεια ενός σώματος, τόσο καλύτερα εκπέμπει ήχο. Έτσι, μια χορδή ή ένα πιρούνι συντονισμού τεντωμένο μεταξύ δύο σημείων δημιουργεί έναν ήχο μάλλον χαμηλής έντασης. Για να ενισχυθεί η ένταση του ήχου των χορδών και των πιρουνιών συντονισμού, συνδυάζονται με κουτιά αντηχείων, τα οποία έχουν εγγενές εύρος συχνοτήτων συντονισμού. Ο ήχος των εγχόρδων και των πνευστών μουσικών οργάνων βασίζεται στο σχηματισμό στάσιμων κυμάτων στις χορδές και τις κολώνες αέρα. Η ένταση του ήχου που δημιουργείται από μια πηγή εξαρτάται όχι μόνο από τα χαρακτηριστικά της, αλλά και από το δωμάτιο στο οποίο βρίσκεται η πηγή. Αφού σταματήσει η πηγή ήχου, ο διάχυτος ήχος δεν εξαφανίζεται ξαφνικά. Αυτό οφείλεται στα ηχητικά κύματα που αναπηδούν από τους τοίχους του δωματίου. Ο χρόνος κατά τον οποίο ο ήχος εξαφανίζεται εντελώς μετά τη διακοπή της πηγής ονομάζεται χρόνος αντήχησης. Συμβατικά, πιστεύεται ότι ο χρόνος αντήχησης είναι ίσος με τη χρονική περίοδο κατά την οποία η ένταση του ήχου θα μειωθεί κατά ένα εκατομμύριο φορές.

Ο χρόνος αντήχησης είναι ένα σημαντικό χαρακτηριστικό των ακουστικών ιδιοτήτων των αιθουσών συναυλιών, των κινηματογραφικών αιθουσών, των αιθουσών κ.λπ. Με μεγάλο χρόνο αντήχησης, η μουσική ακούγεται αρκετά δυνατά, αλλά ανέκφραστα. Με σύντομο χρόνο αντήχησης, η μουσική ακούγεται αδύναμη και βαρετή. Επομένως, σε κάθε συγκεκριμένη περίπτωση, επιτυγχάνονται τα βέλτιστα ακουστικά χαρακτηριστικά των χώρων.

Υποκειμενικά χαρακτηριστικά του ήχου. Ένα άτομο αντιλαμβάνεται ήχους που βρίσκονται στο εύρος συχνοτήτων από 16 Hz έως 20 kHz. Η ευαισθησία των ανθρώπινων οργάνων ακοής σε διαφορετικές συχνότητες δεν είναι η ίδια. Για να αντιδράσει ένα άτομο στον ήχο, είναι απαραίτητο η έντασή του να μην είναι μικρότερη από μια ελάχιστη τιμή, η οποία ονομάζεται κατώφλι ακοής. Το όριο ακοής δεν είναι το ίδιο για διαφορετικές συχνότητες. Το ανθρώπινο αυτί έχει τη μεγαλύτερη ευαισθησία σε κραδασμούς με συχνότητα από 1 έως 3 kHz. Το όριο ακοής για αυτές τις συχνότητες είναι περίπου J/m. πλ. Με. Με μια σημαντική αύξηση στην ένταση του ήχου, το αυτί παύει να αντιλαμβάνεται τους κραδασμούς ως ήχο. Τέτοιες δονήσεις προκαλούν μια αίσθηση πόνου.

Η υψηλότερη ένταση ήχου στην οποία ένα άτομο αντιλαμβάνεται τις δονήσεις ως ήχο ονομάζεται κατώφλι πόνου.

Ο ουδός πόνου στις ενδεικνυόμενες συχνότητες αντιστοιχεί σε ένταση ήχου 1 J/m. πλ. Με.

Ο ήχος ως φυσικό φαινόμενο χαρακτηρίζεται από συχνότητα, ένταση ή ηχητική πίεση, ένα σύνολο συχνοτήτων. Αυτά είναι αντικειμενικά χαρακτηριστικά ήχου. Τα ανθρώπινα όργανα ακοής αντιλαμβάνονται τον ήχο με βάση την ένταση, τον τόνο και την ηχόχρωμα. Αυτά τα χαρακτηριστικά είναι υποκειμενικά.

Ένα διάγραμμα που αντιπροσωπεύει τις περιοχές συχνότητας και έντασης που γίνονται αντιληπτές από το ανθρώπινο αυτί ονομάζεται διάγραμμα ακοής. Η φυσική έννοια της έντασης του ήχου αντιστοιχεί στην ένταση του ήχου. Η υποκειμενική ένταση του ήχου δεν μπορεί να προσδιοριστεί με ακρίβεια.

Το ύψος ενός ήχου καθορίζεται από τη συχνότητά του, τόσο υψηλότερο είναι το ύψος του ήχου. Τα ανθρώπινα όργανα ακοής αντιλαμβάνονται τις αλλαγές στη συχνότητα με μεγάλη ακρίβεια. Στην περιοχή συχνοτήτων των 2 kHz, μπορεί να αντιληφθεί δύο τόνους, οι συχνότητες των οποίων διαφέρουν κατά 3-6 Hz. Η χροιά ενός ήχου καθορίζεται από τη φασματική του σύνθεση. Το timbre είναι η απόχρωση ενός πολύπλοκου ήχου που διακρίνει δύο ήχους της ίδιας ισχύος και ύψους.

4. Υπερηχογράφημα

Όπως έχει ήδη σημειωθεί, τα ελαστικά κύματα των οποίων οι συχνότητες βρίσκονται στην περιοχή από 104 έως 109 Hz ονομάζονται υπέρηχοι. Ολόκληρο το φάσμα συχνοτήτων των κυμάτων υπερήχων χωρίζεται συμβατικά σε τρεις υποκατηγορίες: υπερηχητικά κύματα χαμηλών (104-105 Hz), μεσαίων (105-107 Hz) και υψηλών συχνοτήτων (107-109 Hz). Λόγω της φυσικής τους φύσης, τα υπερηχητικά κύματα είναι ίδια με τα ηχητικά κύματα οποιουδήποτε μήκους. Ωστόσο, λόγω των υψηλότερων συχνοτήτων, ο υπέρηχος έχει μια σειρά από συγκεκριμένα χαρακτηριστικά στη διάδοσή του. Λόγω του γεγονότος ότι τα μήκη των υπερηχητικών κυμάτων είναι αρκετά μικρά, η φύση της διάδοσής τους καθορίζεται κυρίως από τις μοριακές ιδιότητες της ουσίας.

Χαρακτηριστικό γνώρισμα της διάδοσης των υπερήχων σε πολυατομικά αέρια και υγρά είναι η ύπαρξη διαστημάτων μήκους κύματος, μέσα στα οποία εμφανίζεται η εξάρτηση της ταχύτητας φάσης της διάδοσης του κύματος από τη συχνότητά τους, δηλ. εμφανίζεται ηχητική διασπορά. Σημαντική απορρόφηση υπερήχων εμφανίζεται επίσης σε αυτά τα εύρη μήκους κύματος. Επομένως, όταν διαδίδεται στον αέρα, εξασθενεί σημαντικά από τα ηχητικά κύματα. Σε υγρά και στερεά (ιδίως μονοκρυστάλλους), η εξασθένηση του υπερήχου είναι πολύ μικρότερη. Ως εκ τούτου, το πεδίο εφαρμογής των υπερήχων μέσης και υψηλής συχνότητας έγκειται κυρίως σε υγρά και στερεά μέσα και μόνο ο υπέρηχος χαμηλής συχνότητας χρησιμοποιείται στον αέρα και στα αέρια.

Ένα άλλο χαρακτηριστικό του υπερήχου είναι η ικανότητα λήψης υψηλής έντασης ακόμη και με σχετικά μικρά πλάτη δόνησης, αφού σε ένα συγκεκριμένο πλάτος η πυκνότητα ροής ενέργειας είναι ανάλογη του τετραγώνου της συχνότητας.

Ένα άλλο σημαντικό φαινόμενο που εμφανίζεται στα υγρά κατά τη διέλευση του υπερήχου είναι η σπηλαίωση.

Αυτή είναι η λήψη βραχυπρόθεσμων παλμών πίεσης κατά την κατάρρευση φυσαλίδων αέρα.

Για την παραγωγή υπερηχητικών κυμάτων, χρησιμοποιούνται μηχανικές και ηλεκτρομηχανικές συσκευές. Οι μηχανικές περιλαμβάνουν σειρήνες και σφυρίχτρες αέρα και υγρών. Πολλές ουσίες μπορούν να δημιουργήσουν υπερήχους όταν τοποθετηθούν σε ηλεκτρικό πεδίο υψηλής συχνότητας, όπως ο χαλαζίας, το άλας Rochelle και το τιτανικό βάριο. Ο υπέρηχος χρησιμοποιείται σε πολλούς τομείς της γνώσης, της επιστήμης και της τεχνολογίας. Χρησιμοποιείται για τη μελέτη των ιδιοτήτων και της δομής της ύλης. Με τη βοήθειά του, λαμβάνουν πληροφορίες για τη δομή του βυθού, το βάθος του και βρίσκουν κοπάδια ψαριών στον ωκεανό. Τα υπερηχητικά κύματα μπορούν να διαπεράσουν μεταλλικά προϊόντα πάχους περίπου 10 μέτρων. Αυτή η ιδιότητα είναι η βάση για την αρχή λειτουργίας ενός ανιχνευτή ελαττωμάτων υπερήχων, ο οποίος βοηθά στην εύρεση ελαττωμάτων και ρωγμών σε στερεά. Στην ιατρική, αυτή η ιδιότητα του υπερήχου είναι η βάση για τη λειτουργία διαγνωστικών συσκευών υπερήχων, οι οποίες καθιστούν δυνατή την απεικόνιση των εσωτερικών οργάνων και τη διάγνωση ασθενειών στα αρχικά στάδια.

Η δράση των υπερηχητικών δονήσεων απευθείας στα τήγματα καθιστά δυνατή την απόκτηση μιας πιο ομοιόμορφης δομής μετάλλων. Η σπηλαίωση υπερήχων χρησιμοποιείται για τον καθαρισμό της βρωμιάς από τις επιφάνειες εξαρτημάτων (παραγωγή ρολογιών, κατασκευή οργάνων, ηλεκτρονικός εξοπλισμός κ.λπ.). Με βάση τη σπηλαίωση, πραγματοποιείται επιμετάλλωση σωμάτων, συγκόλληση και απαέρωση υγρών. Τα κρουστικά κύματα σπηλαίωσης μπορούν να διασκορπίσουν στερεά και υγρά για να σχηματίσουν γαλακτώματα και εναιωρήματα.

5. Υπερήχος

Οι υπέρηχοι είναι ελαστικοί κραδασμοί παρόμοιοι με τους ήχους, αλλά με συχνότητες κάτω των 20 Hz. Με την πρώτη ματιά, οι υπέρηχοι καταλαμβάνουν ένα μικρό εύρος συχνοτήτων από 20 έως 0 Hz. Στην πραγματικότητα, αυτή η περιοχή είναι εξαιρετικά μεγάλη, αφού «προς το μηδέν» σημαίνει σχεδόν άπειρο εύρος διακυμάνσεων. Αυτό το εύρος είναι λιγότερο μελετημένο σε σύγκριση με το εύρος ήχου και υπερήχων. Υπερηχητικά κύματα προκύπτουν λόγω ανέμου που πνέει σε κτίρια, δέντρα, τηλεγραφικούς στύλους, μεταλλικά ζευκτά, κατά τη μετακίνηση ανθρώπων, ζώων, οχημάτων, κατά τη λειτουργία διαφόρων μηχανισμών, κατά την εκτόξευση κεραυνών, εκρήξεις βομβών, πυροβολισμούς όπλων. Στον φλοιό της γης παρατηρούνται ταλαντώσεις και δονήσεις συχνοτήτων υπερήχων λόγω κατολισθήσεων, κίνησης διαφόρων ειδών μεταφοράς, ηφαιστειακών εκρήξεων κ.λπ.

Με άλλα λόγια, ζούμε σε έναν κόσμο υποήχων χωρίς καν να το γνωρίζουμε. Ένα άτομο αισθάνεται τέτοιους ήχους αντί να τους μυρίζει. Οι υπέρηχοι μπορούν να εγγραφούν μόνο με ειδικές συσκευές. Ένα χαρακτηριστικό γνώρισμα του υπέρηχου είναι η ελαφρά απορρόφησή του σε διαφορετικά περιβάλλοντα. Ως αποτέλεσμα, τα κύματα υπερήχων στον αέρα, το νερό και τον φλοιό της γης μπορούν να διαδοθούν σε αρκετά μεγάλες αποστάσεις (δεκάδες χιλιάδες χιλιόμετρα). Από αυτή την άποψη, ο υπέρηχος ονομάζεται μεταφορικά "ακουστικό νετρίνο". Έτσι, τα υπερηχητικά κύματα (συχνότητα ταλάντωσης 0,1 Hz), τα οποία σχηματίστηκαν κατά την έκρηξη του ηφαιστείου Κρακατόα (Ινδονησία) το 1883, γύρισαν αρκετές φορές την υδρόγειο. Προκάλεσαν διακυμάνσεις της πίεσης που μπορούσαν να καταγραφούν από συνηθισμένα βαρόμετρα.

Ορισμένοι υπόηχοι γίνονται αντιληπτοί από τον άνθρωπο, αλλά όχι με τα όργανα ακοής, αλλά με το σώμα ως σύνολο. Το γεγονός είναι ότι ορισμένα εσωτερικά ανθρώπινα όργανα έχουν τη δική τους συχνότητα δόνησης συντονισμού 6-8 Hz. Όταν εκτίθεται σε υπέρηχους αυτής της συχνότητας, μπορεί να εμφανιστεί συντονισμός δονήσεων αυτών των οργάνων, που προκαλεί δυσάρεστες αισθήσεις.

Έρευνα από επιστήμονες από διάφορες χώρες έχει αποδείξει ότι οι υπέρηχοι οποιασδήποτε συχνότητας και έντασης αποτελούν πραγματική απειλή για την ανθρώπινη υγεία. Τα αποτελέσματα που ελήφθησαν καθιστούν δυνατό το συμπέρασμα ότι ο υπέρηχος οδηγεί σε απώλεια ευαισθησίας στα όργανα ισορροπίας του σώματος, που με τη σειρά του οδηγεί σε πόνο στα αυτιά, στη σπονδυλική στήλη και σε εγκεφαλική βλάβη. Ο υπέρηχος έχει ακόμη πιο επιζήμια επίδραση στην ανθρώπινη ψυχή. Η ιδιότητα των υπερηχητικών δονήσεων να διαδίδονται σε μεγάλες αποστάσεις στον φλοιό της γης είναι η βάση της σεισμολογίας - μια επιστήμη που μελετά τους σεισμούς και εξερευνά την εσωτερική δομή της Γης.

Εκτός από την ωκεανολογία και τη σεισμολογία, ο υπέρηχος χρησιμοποιείται στη λειτουργία ορισμένων οργάνων και μηχανισμών για διάφορους πρακτικούς σκοπούς. Με τη βοήθεια τέτοιων συσκευών προσπαθούν να προβλέψουν τους σεισμούς και την προσέγγιση ενός τσουνάμι.

συμπέρασμα

φυσικό μηχανικό υπερηχογράφημα

Ένα άτομο ζει σε έναν ωκεανό ήχου, ανταλλάσσει πληροφορίες χρησιμοποιώντας ήχο, το αντιλαμβάνεται από τους ανθρώπους γύρω του. Επομένως, η γνώση των βασικών χαρακτηριστικών του ήχου, των υποτύπων του και της χρήσης τους είναι απλά απαραίτητη. Η χρήση ηχητικών και υπερηχητικών κυμάτων χρησιμοποιείται όλο και περισσότερο στην ανθρώπινη ζωή. Χρησιμοποιούνται στην ιατρική και την τεχνολογία πολλά όργανα βασίζονται στη χρήση τους, ειδικά για τη μελέτη των θαλασσών και των ωκεανών. Όπου, λόγω της ισχυρής απορρόφησης των ραδιοκυμάτων, ο ήχος και οι υπερηχητικές δονήσεις είναι ο μόνος τρόπος μετάδοσης πληροφοριών. Όπως αναφέρθηκε παραπάνω, ο άνθρωπος ζει στον ωκεανό του ήχου και επίσης δεν χρειάζεται να ξεχνάμε την καθαρότητα αυτού του ωκεανού. Οι δυνατοί θόρυβοι είναι επικίνδυνοι για την ανθρώπινη υγεία και μπορεί να οδηγήσουν σε έντονους πονοκεφάλους και απώλεια συντονισμού. Επομένως, πρέπει να σεβαστείτε ένα τόσο περίπλοκο και ενδιαφέρον φαινόμενο όπως ο ήχος.

Κατάλογος χρησιμοποιημένης βιβλιογραφίας

1. Dushchenko V.P., Kucheruk I.M. Γενική Φυσική. - Κ.: Ανώτατο Σχολείο, 1995. - 430 σελ.

2. Isakovich M.A. Γενική ακουστική. - Μ.: Nauka, 1973. - 495 σελ.

3. Zisman G.A., Todes O.M. Course of general physics. Σε 3 τόμους - Μ.: Nauka, 1995. - 343 p.

4. Klyukin I.I. Ο εκπληκτικός κόσμος του ήχου. - Λ.: Ναυπηγική, 1978. - 166 σελ.

5. Kuhling H. Handbook of physics: Μετάφρ. με αυτόν. - Μ.: Μιρ, 1983. - 520 σελ.

6. Λεπεντίν Λ.Φ. Ακουστική. - Μ.: Ανώτατο Σχολείο, 1978. - 448 σελ.

7. Yavorsky B.M., Detlaf A.A. Εγχειρίδιο Φυσικής. - Μ.: Nauka, 1982. - 846 σελ.

8. Shebalin O.D. Φυσικά θεμέλια μηχανικής και ακουστικής. - Μ.: Ανώτατο Σχολείο, 1981. - 263 σελ.

Δημοσιεύτηκε στο Allbest.ru

...

Παρόμοια έγγραφα

Ηχητικά κύματα και η φύση του ήχου. Κύρια χαρακτηριστικά των ηχητικών κυμάτων: ταχύτητα, διάδοση, ένταση. Χαρακτηριστικά ήχου και ηχητικών αισθήσεων. Ο υπέρηχος και η χρήση του στην τεχνολογία και τη φύση. Η φύση των υπερηχητικών δονήσεων, η εφαρμογή τους.

περίληψη, προστέθηκε 06/04/2010


Η φύση του ήχου, τα φυσικά χαρακτηριστικά και τα βασικά των μεθόδων έρευνας ήχου στην κλινική. Μια ειδική περίπτωση μηχανικών δονήσεων και κυμάτων. Sonic boom και βραχυπρόθεσμος αντίκτυπος ήχου. Μετρήσεις ήχου: υπέρηχος, υπέρηχος, δόνηση και αίσθηση.

περίληψη, προστέθηκε 11/09/2011


Τι είναι ο ήχος; Διάδοση των μηχανικών δονήσεων του μέσου στο χώρο. Το ύψος και η χροιά του ήχου. Συμπίεση και αραίωση του αέρα. Διάδοση ήχου, ηχητικά κύματα. Αντανάκλαση ήχου, ηχώ. Ανθρώπινη ευαισθησία στους ήχους. Η επίδραση των ήχων στον άνθρωπο.

περίληψη, προστέθηκε 13/05/2015


Διάδοση ηχητικών κυμάτων στην ατμόσφαιρα. Εξάρτηση της ταχύτητας του ήχου από τη θερμοκρασία και την υγρασία. Αντίληψη ηχητικών κυμάτων από το ανθρώπινο αυτί, συχνότητα και ένταση ήχου. Η επίδραση του ανέμου στην ταχύτητα του ήχου. Ένα χαρακτηριστικό των υπερήχων είναι η εξασθένηση του ήχου στην ατμόσφαιρα.

διάλεξη, προστέθηκε 19/11/2010


Δονήσεις σωματιδίων σε ελαστικά μέσα, που διαδίδονται με τη μορφή διαμήκων κυμάτων, η συχνότητα των οποίων βρίσκεται εντός των ορίων που αντιλαμβάνεται το αυτί. Αντικειμενικά, υποκειμενικά χαρακτηριστικά του ήχου. Σωστή μέθοδοι έρευνας στην κλινική. Θέση των δακτύλων κατά την κρούση.

παρουσίαση, προστέθηκε 28/05/2013


Παράμετροι ελαστικών αρμονικών κυμάτων. Εξισώσεις επίπεδων και σφαιρικών κυμάτων. Εξίσωση μόνιμου κύματος. Διάδοση κυμάτων σε ομοιογενές ισότροπο μέσο και η αρχή της υπέρθεσης. Διαστήματα μεταξύ παρακείμενων αντικόμβων. Ταχύτητα διάδοσης του ήχου.

παρουσίαση, προστέθηκε 18/04/2013


Τύποι κυμάτων και τα ιδιαίτερα χαρακτηριστικά τους. Έννοια και μελέτη παραμέτρων ελαστικών κυμάτων: εξισώσεις επίπεδων και σφαιρικών κυμάτων, φαινόμενο Doppler. Ουσία και χαρακτηριστικά των στάσιμων κυμάτων. Το φαινόμενο και οι συνθήκες της υπέρθεσης κυμάτων. Περιγραφή ήχου και στάσιμων κυμάτων.

παρουσίαση, προστέθηκε 24/09/2013


Μελέτη του μηχανισμού του ανθρώπινου αυτιού. Ορισμός της έννοιας και των φυσικών παραμέτρων του ήχου. Διάδοση ηχητικών κυμάτων στον αέρα. Τύπος για τον υπολογισμό της ταχύτητας του ήχου. Θεώρηση του αριθμού Mach ως χαρακτηριστικό της αδιάστατης ταχύτητας ροής αερίου.

περίληψη, προστέθηκε 18/04/2012


Ο ήχος ως πηγή πληροφοριών. Αιτία και πηγές ήχου. Το πλάτος των κραδασμών σε ένα ηχητικό κύμα. Απαραίτητες προϋποθέσεις για τη διάδοση των ηχητικών κυμάτων. Διάρκεια ηχογράφησης πιρουνιού συντονισμού σε αντηχείο και χωρίς αυτό. Χρήση τεχνολογίας ηχοεντοπισμού και υπερήχων.

παρουσίαση, προστέθηκε 15/02/2011


Η φύση του ήχου και οι πηγές του. Βασικά στοιχεία παραγωγής ήχου υπολογιστή. Συσκευές εισόδου/εξόδου ήχου. Η ένταση του ήχου ως ενεργειακό χαρακτηριστικό των ηχητικών δονήσεων. Κατανομή ταχύτητας ήχου. Απόσβεση των ηχητικών δονήσεων.

Βασικά Χαρακτηριστικά Ήχου

Ταχύτητα ήχουστον αέρα ισούται με 332,5 m/s στους 0°C. Σε θερμοκρασία δωματίου (20°C) η ταχύτητα του ήχου είναι περίπου 340 m/s. Η ταχύτητα του ήχου υποδεικνύεται με το σύμβολο " Με ».

Συχνότητα.Οι ήχοι που γίνονται αντιληπτοί από τον ανθρώπινο ακουστικό αναλυτή σχηματίζουν μια σειρά ηχητικών συχνοτήτων. Είναι γενικά αποδεκτό ότι αυτό το εύρος περιορίζεται σε συχνότητες από 16 έως 20.000 Hz. Αυτά τα όρια είναι πολύ αυθαίρετα, γεγονός που σχετίζεται με μεμονωμένα χαρακτηριστικά ακοής, αλλαγές που σχετίζονται με την ηλικία στην ευαισθησία του ακουστικού αναλυτή (με την ηλικία, το ανώτερο όριο των ακουστικών συχνοτήτων πέφτει στα 14-16 kHz) κ.λπ. Πρόκειται για ένα αρκετά μεγάλο εύρος, που καλύπτει τρεις δεκαετίες (εύρος συχνοτήτων με λόγο μέγιστης προς ελάχιστη συχνότητα ίση με 10). Ένα άλλο μέτρο μέτρησης του εύρους συχνοτήτων των ηχητικών δονήσεων ήρθε σε μας από τη μουσική - η οκτάβα (ο λόγος των ακραίων συχνοτήτων του εύρους είναι ίσος με 2).

Η φυσική έννοια του ήχου καλύπτει τόσο τις ακουστικές όσο και τις μη ακουστές συχνότητες δόνησης. Τα ηχητικά κύματα με συχνότητα κάτω από 16 Hz ονομάζονται συμβατικά υπέρηχοι, πάνω από 20 kHz - υπερήχων . Οι δονήσεις υπερήχων και υπερήχων δεν προκαλούν την αίσθηση του ήχου στον άνθρωπο.

Η περιοχή των υποηχητικών ταλαντώσεων από κάτω είναι πρακτικά απεριόριστη - οι υποηχητικές ταλαντώσεις με συχνότητα δέκατων και εκατοστών Hz συμβαίνουν στη φύση . Οι συχνότητες της τάξης των 20 Hz και κάτω δεν ακούγονται τόσο πολύ από το αυτί, αλλά μάλλον γίνονται αντιληπτές από το σώμα και ακόμη και τα εσωτερικά μας όργανα. Επιπλέον, όταν τέτοιες συχνότητες πλησιάζουν τις συχνότητες δόνησης των ανθρώπινων εσωτερικών οργάνων, μπορεί να προκαλέσουν άγχος, αίσθημα φόβου, ευφορία και, αν ο ήχος είναι αρκετά δυνατός, να οδηγήσουν ακόμη και σε θάνατο. Ας σημειώσουμε ότι σε αυτή την περίπτωση το άτομο δεν ακούει αυτούς τους ήχους και δεν γνωρίζει τους λόγους για την εμφάνιση αυτών των συναισθημάτων.

Υπάρχει μια αρκετά τεκμηριωμένη άποψη ότι οι υπερηχητικές δονήσεις εξακολουθούν να επηρεάζουν τις αισθήσεις ενός ατόμου όταν ακούει μουσική, καθώς έχουν αξιοσημείωτη επίδραση στο σχήμα των ηχητικών κυμάτων και ως εκ τούτου τα πιο προηγμένα ακουστικά συστήματα είναι ικανά να αναπαράγουν υπερηχητικούς κραδασμούς με υψηλότερες συχνότητες σε 35–50 kHz, και μερικές φορές υψηλότερα.

Ένταση ήχου(W/m2) καθορίζεται από την ποσότητα ενέργειας που μεταφέρεται από ένα κύμα ανά μονάδα χρόνου μέσω μιας μονάδας επιφάνειας κάθετη προς την κατεύθυνση διάδοσης του κύματος. Το ανθρώπινο αυτί αντιλαμβάνεται τον ήχο σε πολύ μεγάλο εύρος έντασης: από τους πιο αδύναμους ακουστικούς ήχους έως τους πιο δυνατούς, για παράδειγμα, αυτούς που δημιουργούνται από έναν κινητήρα τζετ.

Η ελάχιστη ένταση ήχου στην οποία εμφανίζεται η ακουστική αίσθηση ονομάζεται ακουστικό κατώφλι. Εξαρτάται από τη συχνότητα του ήχου (Εικ. 124). Το ανθρώπινο αυτί είναι πιο ευαίσθητο στον ήχο στο εύρος συχνοτήτων από 1 έως 4 kHz, επομένως, το κατώφλι της ακουστικής αντίληψης εδώ έχει τη χαμηλότερη τιμή 10-12 W/m2. Αυτή η τιμή λαμβάνεται ως το μηδενικό επίπεδο ακρόασης. Όταν εκτίθεται σε θόρυβο και άλλα ηχητικά ερεθίσματα, το όριο ακοής για έναν δεδομένο ήχο αυξάνεται ( κάλυψη ήχου- ένα φυσιολογικό φαινόμενο που συνίσταται στο γεγονός ότι όταν γίνονται αντιληπτοί δύο ή περισσότεροι ήχοι διαφορετικών εντάσεων ταυτόχρονα, οι πιο σιωπηλοί ήχοι παύουν να ακούγονται) και η αυξημένη τιμή παραμένει για κάποιο χρονικό διάστημα μετά την παύση του διασπαστή και στη συνέχεια επιστρέφει σταδιακά στο αρχικό επίπεδο. Το κατώφλι ακοής μπορεί να ποικίλλει ανάλογα με την ηλικία, τη φυσιολογική κατάσταση και την προπόνηση του ακροατή.

Ρύζι. 124.Εξάρτηση από τη συχνότητα του τυπικού ορίου ακοής ενός ημιτονοειδούς σήματος

Οι ήχοι υψηλής έντασης προκαλούν ένα αίσθημα πίεσης πόνου στα αυτιά. Η ελάχιστη ένταση ήχου στην οποία εμφανίζεται ένα αίσθημα πίεσης πόνου στα αυτιά ονομάζεται συνήθως κατώφλι πόνου. Ακριβώς όπως το κατώφλι της ακουστικής αντίληψης, το κατώφλι του πόνου εξαρτάται από τη συχνότητα των ηχητικών δονήσεων (Εικ. 124). Οι ήχοι των οποίων η ένταση πλησιάζει το κατώφλι του πόνου έχουν επιβλαβή επίδραση στην ακοή.

Η φυσιολογική αντίληψη του ήχου είναι δυνατή εάν η ένταση του ήχου είναι μεταξύ του κατωφλίου της ακουστότητας και του ορίου του πόνου.

Ο ανθρώπινος ακουστικός αναλυτής είναι ικανός να αντιληφθεί ένα τεράστιο δυναμικό εύρος. Οι αλλαγές στην πίεση του αέρα που προκαλούνται από τους πιο ήσυχους ήχους είναι της τάξης των 2×10 –5 Pa. Ταυτόχρονα, η ηχητική πίεση με ένα επίπεδο που πλησιάζει το κατώφλι του πόνου για τα αυτιά μας είναι περίπου 20 Pa. Ως αποτέλεσμα, το δυναμικό εύρος (η αναλογία μεταξύ των πιο ήσυχων και των πιο δυνατών ήχων που μπορεί να αντιληφθεί το ακουστικό μας) είναι 1:1000000. Δεν είναι βολικό να μετράτε σήματα τόσο διαφορετικών επιπέδων σε γραμμική κλίμακα.

Προκειμένου να συμπιεστεί ένα τόσο μεγάλο δυναμικό εύρος, εισήχθη η έννοια του "bel". Το Bel είναι ένας απλός λογάριθμος του λόγου δύο δυνάμεων και ένα ντεσιμπέλ είναι ίσο με 0,1 bel.

Για να εκφραστεί η ακουστική πίεση σε ντεσιμπέλ, είναι κρίσιμο να τετραγωνιστεί η πίεση (σε πασκάλ) και να διαιρεθεί με το τετράγωνο της πίεσης αναφοράς. Για ευκολία, ο τετραγωνισμός δύο πιέσεων γίνεται εκτός λογαρίθμου (ιδιότητα των λογαρίθμων).

Για τη μετατροπή της ακουστικής πίεσης σε ντεσιμπέλ, χρησιμοποιείται ο τύπος:

Οπου Πείναι η ακουστική πίεση που μας ενδιαφέρει, Π 0 – αρχική πίεση.

Είναι βολικό να αξιολογείτε τον ήχο ανά επίπεδο ( μεγάλο) ένταση (ηχητική πίεση), υπολογισμένη με τον τύπο:

Οπου J 0 – ακουστικό κατώφλι J-ένταση ήχου (Πίνακας 10).

Πίνακας 10

Χαρακτηριστικά της αξιολόγησης του ήχου κατά επίπεδο έντασης σε σχέση με το κατώφλι της ακουστικής αντίληψης

Χαρακτηριστικά ήχου	Ένταση, W/m 2	Επίπεδο έντασης σε σχέση με το κατώφλι ακοής, dB
Ακουστικό κατώφλι	10 –12
Οι καρδιακοί ήχοι που παράγονται μέσω ενός στηθοσκοπίου	10 –11
Ψίθυρος	10 –10 –10 –9	20–30
Ηχεί η ομιλία κατά τη διάρκεια μιας ήρεμης συνομιλίας	10 –7 –10 –6	50–60
Θόρυβος που σχετίζεται με μεγάλη κυκλοφορία	10 –5 –10 –4	70–80
Θόρυβος που δημιουργείται από μια συναυλία ροκ μουσικής	10 –3 –10 –2	90–100
Θόρυβος κοντά σε λειτουργία κινητήρα αεροσκάφους	0,1–1,0	110–120
Κατώφλι πόνου

Ας φανταστούμε τη σχέση μεταξύ των ντεσιμπέλ και των συνηθισμένων σχετικών μονάδων μέτρησης των σημειωμένων παραμέτρων (δίνονται δεδομένα για ΠΡΟΣ ΤΗΝ= 20) (Πίνακας 11).