Основната физиологична характеристика на звука. Физични и физиологични характеристики на шума, регулиране

Физическите характеристики на акустичните и по-специално на звуковите вълни са от обективен характер и могат да бъдат измерени с подходящи инструменти в стандартни единици. Слуховото усещане, възникващо под въздействието на звукови вълни, е субективно, но неговите характеристики до голяма степен се определят от параметрите на физическото въздействие.

• 7. Акустика

Скорост на акустичната вълна vопределя се от свойствата на средата, в която се разпространяват – нейният модул на еластичност ди плътност p:

Скорост на звукавъв въздуха е около 340 m/s и зависи от температурата (плътността на въздуха се променя с промяната на температурата). В течни среди и в меките тъкани на тялото тази скорост е около 1500 m/s, в твърди - 3000-6000 m/s.

Формула (7.1), която определя скоростта на разпространение на акустичните вълни, не включва тяхната честота, така че звуковите вълни с различни честоти в една и съща среда имат почти еднаква скорост. Изключение правят вълните с такива честоти, които се характеризират със силно поглъщане в дадена среда. Обикновено тези честоти са извън звуковия диапазон (ултразвук).

Ако звуковите вибрации представляват периодичен

Ориз. 7.1.

процес, такива звуци се наричат тоновеили музикални звуци. Те имат дискретен хармоничен спектър, представляващ набор от хармоници със специфични честоти и амплитуди. Първият хармоник на честотата w се нарича основен тон,и хармоници от по-висок порядък (с честоти 2co, 3co, 4co и т.н.) - обертонове. Чисто(или просто) тонсъответства на звукови вибрации, имащи само една честота. На фиг. Фигура 7.1 показва спектъра на сложен тон, в който са представени четири хармонични компоненти: 100, 200, 300 и 400 Hz. Стойността на амплитудата на основния тон се приема за 100 %.

Непериодични звуци, наречени шумовеимат непрекъснат акустичен спектър (фиг. 7.2). Те се причиняват от процеси, при които амплитудата и честотата на звуковите вибрации се променят във времето (вибрация на машинни части, шумолене и др.).

Ориз. 7.2.

Интензитет на звука I,както беше отбелязано по-рано, е енергията на звукова вълна на място от единица площ за единица време и се измерва във W / m 2.

Тази физическа характеристика определя нивото на слухово усещане, което се нарича сила на звукаи е субективен физиологичен параметър. Връзката между интензивност и сила на звука не е правопропорционална. Засега само отбелязваме, че с увеличаване на интензивността се увеличава и усещането за сила на звука. Силата на звука може да се определи количествено чрез сравняване на слуховите усещания, причинени от звукови вълни от източници с различен интензитет.

Когато звукът се разпространява в среда, възниква известно допълнително налягане, движещо се от източника на звук към приемника. Величината на това звуково налягане Pсъщо така представлява физическите характеристики на звука и неговата среда за разпространение. Свързано е с интензивността. азсъотношение

където p е плътността на средата; ие скоростта на разпространение на звука в средата.

стойността Z - riНаречен специфичен акустичен импедансили специфичен акустичен импеданс.

Честотата на звуковите хармонични трептения определя тази страна на звуковото усещане, която се нарича височина на звука.Ако звуковите вибрации са периодични, но не се подчиняват на хармоничния закон, тогава височината се оценява от ухото по честотата на основния тон (първата хармонична компонента в реда на Фурие), чийто период съвпада с периода на сложен звуков ефект.

Имайте предвид, че възможността за оценка на височината на човешкия слухов апарат е свързана с продължителността на звука. Ако времето на експозиция е по-малко от 1/20 s, тогава ухото не може да оцени височината.

Близките по честота звукови вибрации с едновременно звучене се възприемат като звуци с различна височина, ако относителната честотна разлика надвишава 2-3%. При по-малка честотна разлика има усещане за непрекъснат звук със средна височина.

Спектралния състав на звуковите вибрации (виж фиг. 7.1) се определя от броя на хармоничните компоненти и съотношението на техните амплитуди и характеризира тембързвук. Тембърът, като физиологична характеристика на слуховото усещане, до известна степен зависи и от скоростта на нарастване и променливостта на звука.

Шум- това е набор от звуци с различна интензивност и височина, произволно променящи се във времето и предизвикващи неприятни субективни усещания у работещите. От физиологична гледна точка шумът е всеки нежелан звук, който пречи на възприемането на полезни звуци под формата на производствени сигнали и реч.

Шумът като физически фактор е вълнообразно механично трептящо движение на еластична среда (въздух), което по правило има случаен произволен характер. В този случай неговият източник е всяко трептящо тяло, изведено от стабилно състояние от външна сила.

Характерът на разпространението на трептящото движение в среда се нарича звукова вълна,и зоната на околната среда, в която се разпространява - звуково поле.

Звукпредставлява осцилаторно движение на еластична среда, възприемано от нашия орган на слуха. Движението на звукова вълна във въздуха е придружено от периодично повишаване и намаляване на налягането. Нарича се периодичното повишаване на налягането на въздуха в сравнение с атмосферното налягане в ненарушена среда звуково налягане.Колкото по-голям е натискът, толкова по-силно е дразненето на органа на слуха и усещането за сила на звука. В акустиката звуковото налягане се измерва в N/m2 или Pa. Звуковата вълна се характеризира с честота f, Hz, интензитет на звука аз W/m 2 звукова мощност W,вт Скоростта на разпространение на звуковите вълни в атмосферата при 20 °C и нормално атмосферно налягане е 344 m/s. Скоростта на звука не зависи от честотата на звуковите вибрации и е постоянна величина при постоянни параметри на средата. При повишаване на температурата на въздуха с 1 °C скоростта на звука нараства с приблизително 0,71 m/s.

Слуховите органи на човека възприемат звукови вибрации в честотния диапазон от 16 до 20 000 Hz, зоната на най-голяма слухова чувствителност е в областта 50-5000 Hz. Вибрации с честота до 16 Hz (инфразвук) и над 20 000 Hz (ултразвук) не се възприемат от човешкото ухо.

Интензитетът на шума (звука) се измерва както в целия честотен диапазон (обща звукова енергия), така и в определен диапазон от честотната лента - в рамките на октави.

октава- това е честотният диапазон, в който горната честотна граница е два пъти по-ниска (например 40-80, 80-160 Hz). Но за обозначаване на октава обикновено не се посочва честотният диапазон, а т.нар средни геометрични честоти,които характеризират лентата като цяло и се определят по формулата

където f 1 и f 2 - съответно най-ниските и най-високите честоти, Hz.

И така, за октава от 40-80 Hz, средната геометрична честота е 62,5 Hz; за октава 80-160 Hz - 125 Hz и др.

При акустични измервания интензитетът се определя в честотни ленти, равни на октава, половин октава и една трета от октавата.

Средногеометричните честоти на октавните ленти са стандартизирани и за санитарно-хигиенната оценка на шума са 31,5; 63; 125; 250; 500; 1000; 2000 г.; 4000; 8000 Hz.

Минималното количество звук, което може да се чуе от ухото, се нарича праг на чуване(I 0 \u003d 10 -12 W / m 2), съответства на звуковото налягане P 0 = 2-Ю "5 Па.

Праг на болкавъзниква при сила на звука, равна на 10 2 W / m 2, а съответното звуково налягане е 2 * 10 2 Pa. Както можете да видите, промените в звуковото налягане на звуковите звуци са огромни и възлизат на около 10 7 пъти. Следователно, за удобство на измерването и санитарно-хигиенното стандартизиране на интензитета на звука и звуковото налягане, се вземат не абсолютни физически, а относителни единици, които са логаритми на съотношенията на тези количества към условното нулево ниво, съответстващо на прага на слуха на стандартен тон с честота 1000 Hz.

Ниво на звуков интензитет L, dB, определена по формулата

където аз- интензитет на звука, W/m 2 ; I 0 - интензитет на звука, взет за праг на чуване, равен на 10 -12 W/m 2 . Тъй като интензитетът на звука е пропорционален на квадрата на звуковото налягане, тази формула може да бъде записана като

Тези логаритми на съотношенията се наричат ​​съответно нива на интензитет на звукаили по-често нива на звуково наляганете се изразяват в белах(B).

В допълнение, за санитарно-хигиенна оценка на въздействието на шума върху човешкото тяло се използва такъв показател като нивото на звука, определено по скала А на шумомер с размерност в dBA.

Тъй като човешкият слухов орган е в състояние да различи промяна в нивото на интензитета на звука с 0,1 B, за практическа употреба е по-удобно да имате единица 10 пъти по-малка - децибел(dB).

Използването на децибелната скала е много удобно, тъй като целият огромен диапазон от звукови звуци се побира в по-малко от 140 dB. При излагане на звук над 140 dB са възможни болка и спукване на тъпанчето.

В производствени условия, като правило, има шумове с различна интензивност и честота, които се създават в резултат на работата на различни механизми, възли и други устройства.

Производственият шум, който е сложен звук, може да бъде разложен на прости компоненти, чието графично представяне се нарича спектър(фиг. 2.4). Това е комбинация от осем нива на звуково налягане при всички средногеометрични честоти. Характерът може да е различен в зависимост от преобладаващите честоти.

Ориз. 2.4.Основни типове шумови спектри: а -дискретни (линейни); b- твърди; в -смесен

Ако в този набор са представени нормативните стойности на нивата на звуково налягане, тогава се нарича граничен спектър(PS). Всеки от ограничаващите спектри има свой собствен индекс, например PS-80, където 80 е стандартното ниво на звуково налягане (dB) в октавната лента с f = 1000 Hz.

Съгласно GOST 12.1.003 шумът се класифицира по следните критерии:

♦ по естеството на спектъра: широколентов достъп,с непрекъснат спектър с ширина повече от една октава; тонален,в спектъра на които има чуваеми тонове. Тоналният характер се определя от превишението на нивото на шума в една лента над съседните ленти от една трета октава с най-малко 10 dB;

♦ по времеви характеристики: постоянени непостоянен;

♦ шумът се отличава с честотна характеристика ниско, среднои висока честота,имащи съответно границите 16-350, 350-800 и над 800 Hz.

От своя страна периодичните шумове се разделят на:

♦ включено колебание във времеточието звуково ниво се променя непрекъснато във времето;

♦ прекъсващ,нивото на звука, което се променя на стъпки (с 5 dBA или повече), а продължителността на интервалите, през които нивото остава постоянно, е 1 s или повече;

♦ импулс,състоящ се от един или повече звукови сигнали, всеки с продължителност по-малка от 1 s, докато нивата на звука се различават с най-малко 7 dB.

Характеризирането на шума в децибели в рамките на честотите не винаги е достатъчно. Известно е, че звуци с еднакъв интензитет, но различни честоти се възприемат от ухото като неравно силни. Звуците с ниска или много висока честота (близо до горната граница на възприеманите честоти) се възприемат като по-тихи в сравнение със звуците, които са в средната зона. Следователно, за да се сравнят звуци с различен честотен състав по отношение на тяхната сила на звука, се използват единици за сила на звука - фоновеи сън.

Единицата за сравнение условно се приема като звук с честота 1000 Hz. В международните препоръки през последните години за стандарт е приет звук с честота 2000 Hz.

Ниво на звука на шума(звук) е нивото на мощност на звук, равно на този шум с честота на трептене 1000 Hz, за което нивото на звукова мощност в децибели условно се приема за ниво на силата на звука във фоните. Единият фон е силата на звука при 1000 Hz и ниво на интензитет 1 dB. При 1000 Hz нивата на звука са равни на нивата на звуково налягане. Например звук с честота на трептене 100 Hz и сила 50 dB се възприема като равен на звук с честота на трептене 1000 Hz и сила 20 dB (20 фона). При ниски нива на звука и ниски честоти несъответствията между интензитета на звука в децибели и нивото на силата на звука във фоновете са най-големи. С увеличаване на силата на звука и честотата тази разлика се изглажда.

Ориз. 2.5.Криви на еднаква сила на звука

На фиг. 2.5 показва криви на равна сила на звука, характеризиращи нивата на силата на звука в обхвата на ухото. Вижда се, че човешкият слухов орган има най-висока чувствителност при 800-4000 Hz, а най-ниска - при 20-100 Hz.

Заедно с оценката на силата на шума на фона се използва и друга единица за сила на звука - сън, която по-ясно отразява промяната в субективно възприеманата сила на звука и ви позволява да определите колко пъти един звук е по-силен от друг. С увеличаване на силата на звука с 10 фона, нивото на звука в синовете се увеличава 2 пъти.

Скалата на силата на звука в сънищата ви позволява да определите колко пъти силата на шума е намаляла след въвеждането на определени мерки за борба с него или колко пъти шумът на едно работно място е по-силен от шума на друго.

При едновременното разпространение на няколко звукови вълни е възможно да се увеличи или намали силата на шума в резултат на явления на смущения.

Вибрация- това са механични вибрации и вълни в твърди тела или по-точно това са механични, най-често синусоидални, вибрации, възникващи в машини и апарати.

Според начина на въздействие върху човека вибрациите се делят на общ,предавани през опорните повърхности към тялото на седнал или изправен човек, и местенпредавани чрез човешки ръце.

Общата вибрация, в зависимост от източника на нейното възникване, се разделя на три категории:

♦ транспорт: засяга операторите на мобилни машини и превозни средства по време на движението им (категория 1);

♦ транспортно-технологични: с ограничено движение само върху специално подготвени повърхности на производствени помещения (2-ра категория);

♦ технологичен: засяга операторите на стационарни машини или се предава на работни места, които нямат източници на вибрации (категория 3).

♦ на постоянни работни места в производствени помещения;

♦ на работните места в складове, столови, битови, дежурни и други спомагателни производствени помещения, където няма машини и механизми, генериращи вибрации;

♦ на работните места в административните и обслужващи помещения на заводоуправление, конструкторски бюра, лаборатории, учебни центрове, компютърни центрове, здравни центрове, офис помещения, работни помещения и други помещения за умствено работещи.

Общата вибрация е най-често изложена на транспортни работници, оператори на мощни матрици, щанцови преси и др.

Основни физични параметри на вибрациите: честота е, Hz; амплитуда на трептене A, m; скорост на трептене V,Госпожица; осцилаторно ускорение а, m/s 2 .

Според характера на спектъра вибрациите се делят на:

♦ към теснолентовс разположен честотен спектър
в тясна лента. В същото време нивото на контролирана пара
метра в октавната честотна лента с повече от 15 dB по-горе
няма стойности в съседни ленти от една трета октава;

♦ широколентов достъпс честотен спектър, разположен
широка лента (повече от една октава широка).

Според времевите характеристики вибрацията се разделя на:

♦ включено постоянен,за които спектралният или честотно коригираният нормализиран параметър за времето на наблюдение (най-малко 10 минути или времето на технологичния цикъл) се променя не повече от 2 пъти (6 dB) при измерване с времеконстанта 1 s;

♦ непостоянен,за които спектралният или честотно коригираният нормализиран параметър за времето на наблюдение (най-малко 10 минути или времето на технологичния цикъл) се променя повече от 2 пъти (6 dB) при измерване с времеконстанта от 1 s.

Прекъснатата вибрация е:

♦ колебаниевъв времето, за което стойността на нормализирания параметър се променя непрекъснато във времето;

♦ прекъсващкогато въздействието на вибрациите върху човек е прекъснато и продължителността на интервалите, през които се въздейства на вибрациите, е повече от 1 s;

♦ импулс,състоящ се от едно или повече вибрационни въздействия (удари), всеки с продължителност по-малка от 1 s.

На локална вибрация са изложени предимно лица, работещи с ръчни механизирани електрически или пневматични инструменти.

Както и за шума, целият спектър от вибрационни честоти, възприемани от човек, може да бъде разделен на октавни и една трета октавни честотни ленти със средни геометрични честоти на октавни ленти 1; 2; четири; осем; 16; 32; 63; 125; 250; 500; 1000 и 2000 Hz.

Стойността V0\u003d 510 -8 m / s, съответстваща на средноквадратичната скорост на вибрациите при стандартен праг на звуково налягане от 2 · 10 -5 Pa, въпреки че прагът на възприемане на вибрации за човек е много по-висок и равен на 10 -4 m / с. Като стойност се приема нулевото ниво на осцилаторно ускорение а = 3-10 -4 m/s 2 . При скорост на колебание от 1 m/s човек изпитва болка.

Тъй като абсолютните стойности на параметрите, характеризиращи вибрациите, варират в много широк диапазон, по-удобно е да се измерват нереални стойности

на тези параметри и логаритмите на техните съотношения към праговите.

Ниво на скорост на вибрация L v, dB, определена по формулата

където V- действителна стойност на виброскоростта, m/s; V0- прагова стойност на скоростта на вибрациите (510 -8 m/s).

Спектрите на нивата на вибрационна скорост са основните характеристики на вибрациите; те могат да бъдат, както и за шума, дискретни, непрекъснати и смесени.

SanPiN 2.2.4/2.1.8.10-33-2002 дава връзката между нивата на скоростта на вибрациите в децибели и нейните стойности в метри в секунда, както и между логаритмичните нива на ускорение на вибрациите в децибели и нейните стойности в метри в секунда на квадрат.

2.4.2. Въздействие шум, вибрации идруги колебания в човешкото тяло

Шумът и вибрациите могат в по-голяма или по-малка степен да активират временно или трайно да потиснат определени психични процеси в човешкото тяло. Физиопатологичните последици могат да се проявят под формата на нарушение на функциите на слуха и други анализатори, например вестибуларния апарат, който координира функциите на мозъчната кора, нервната или храносмилателната система и кръвоносната система. Освен това шумът влияе върху метаболизма на въглехидратите, мазнините и протеините в организма.

Звуци с различна честота, дори и с еднаква интензивност, се възприемат по различен начин. Нискочестотните звуци се възприемат като относително тихи, но с увеличаването на честотата им обемът на възприятието се увеличава и когато се приближат до горната високочестотна граница на аудио спектъра, силата на възприятието отново пада.

Областта на слухово възприятие, достъпна за човешкото ухо, е ограничена от праговете на слуха и усещането за болка (фиг. 2.6). Границите на тези прагове, в зависимост от

Ориз. 2.6.Област на слухово възприятие: P - реч; М - музика; C - праг на чуване; B - праг на болка

ti се променя значително с честотата. Това обяснява, че високочестотните звуци са по-неприятни за човек от нискочестотните (при същите нива на звуково налягане).

Професионалният шум с различна интензивност и спектър, който засяга работещите дълго време, може в крайна сметка да доведе до намаляване на остротата на слуха при последните, а понякога и до развитие на професионална глухота. Установено е, че загубата на слуха обикновено настъпва при излагане на шум в честотния диапазон 3000-6000 Hz, а разбираемостта на речта се нарушава при честота 1000-2000 Hz. Най-голяма загуба на слуха на работниците се наблюдава през първите десет години работа, като тази опасност нараства с възрастта.

Вибрацията засяга централната нервна система (ЦНС), стомашно-чревния тракт, органите за равновесие (вестибуларен апарат), причинява световъртеж, изтръпване на крайниците, ставни заболявания. Продължителното излагане на вибрации води до професионално заболяване - вибрационна болест, ефективно лечение

Ориз. 2.7.Видове въздействие на вибрациите върху човешкото тяло

което е възможно само в ранните етапи, а възстановяването на нарушените функции е изключително бавно и при определени условия в организма могат да настъпят необратими процеси, придружени от пълна загуба на работоспособност.

На фиг. 2.7 обобщава въздействието на вибрациите върху човешкото тяло.

В допълнение към вредното въздействие върху човешкото тяло, вибрациите водят до разрушаване на сгради, конструкции, комуникации, повреда на оборудването. Освен това има отрицателен ефект при намаляване на ефективността на работещите машини и механизми, преждевременно износване на въртящи се части поради техния дисбаланс, понижаване на точността на контролно-измервателните инструменти (CIP), нарушаване на функционирането на системите за автоматично управление и др.

чрез инфразвукПрието е да се наричат ​​вибрации, разпространяващи се във въздуха с честота под 16 Hz. Ниската честота на инфразвуковите трептения определя редица особености на разпространението им в околната среда. Поради голямата дължина на вълната, инфразвуковите вибрации се абсорбират по-малко в атмосферата и по-лесно заобикалят препятствия, отколкото вибрациите с по-висока честота. Това обяснява способността на инфразвука да се разпространява на значителни разстояния с малка загуба на енергия. Ето защо стандартните мерки за борба с шума в този случай са неефективни.

Под въздействието на инфразвука големите елементи на строителните конструкции вибрират и поради резонансни ефекти и възбуждане на вторично индуциран шум в звуковия диапазон може да възникне усилване на инфразвука в някои помещения.

Източниците на инфразвук могат да бъдат средства за сухопътен, въздушен и воден транспорт, пулсации на налягането в смеси газ-въздух (дюзи с голям диаметър) и др.

Компресорите са най-характерният и разпространен източник на нискоакустични вибрации. Отбелязва се, че шумът на компресорните цехове е нискочестотен с преобладаване на инфразвук, а в кабините на операторите инфразвукът става по-изразен поради затихването на шумове с по-висока честота.

Мощните вентилационни и климатични системи също са източници на инфразвукови вибрации. Максималните нива на тяхното звуково налягане достигат съответно 106 dB при 20 Hz, 98 dB при 4 Hz, 85 dB при 2 и 8 Hz.

В честотния диапазон 16-30 Hz прагът на възприемане на инфразвукови вибрации за слуховия анализатор е 80-120 dBA, а прагът на болка е 130-140 dBA.

Въздействието на инфразвука върху човек се възприема като физическо натоварване: нарушена е ориентацията в пространството, морска болест, храносмилателни разстройства, зрителни смущения, световъртеж, промяна на периферното кръвообращение. Степента на експозиция зависи от честотния диапазон, нивото на звуковото налягане и продължителността на експозицията. Вибрации при 7 Hz пречат на концентрацията и причиняват умора, главоболие и гадене. Най-опасните трептения с честота 8 Hz. Те могат да предизвикат феномена на резонанс на кръвоносната система, водещ до претоварване на сърдечния мускул, сърдечен удар или дори до разкъсване на някои кръвоносни съдове. Инфразвук с ниска интензивност може да предизвика повишена нервност, да причини депресия.

Ултразвуковото оборудване и технологии се използват широко в различни отрасли на човешката дейност с цел активно въздействие върху вещества (запояване,

заваряване, калайдисване, механична обработка, обезмасляване на части и др.); структурен анализ и контрол на физико-механичните свойства на материята и материалите (дефектоскопия); за обработка и предаване на радарни и компютърни сигнали; в медицината - за диагностика и лечение на различни заболявания чрез звукоизобразяване, рязане и съединяване на биологични тъкани, стерилизиране на инструменти, ръце и др.

Ултразвуковите устройства с работни честоти 20-30 kHz се използват широко в индустрията. Най-често срещаните нива на звуково и ултразвуково налягане на работните места в производството са 90-120 dB.

ултразвукобичайно е да се разглеждат трептения над 20 kHz, разпространяващи се както във въздуха, така и в течни и твърди среди. В индустриалната санитария се разграничават контактни и въздушни типове ултразвук (San-PiN 9-87-98 и SanPiN 9-88-98).

контактен ултразвук- това е ултразвук, предаван, когато ръцете или други части на човешкото тяло влязат в контакт с неговия източник, детайли, устройства за задържането им, звукови течности, скенери на медицинско ултразвуково оборудване, търсещи глави на ултразвукови дефектоскопи и др.

въздушен ултразвукса ултразвукови вибрации във въздуха.

От тези определения следва, че ултразвукът се предава на човек чрез контакт с въздух, вода или директно от вибрираща повърхност (инструменти, машини, апарати и други възможни източници).

Праговете за слухово възприемане на високочестотни звуци и ултразвук са при честота 20 kHz - 110 dB, 30 kHz - до 115 dB и 40 kHz - до 130 dB. Условно ултразвуковият диапазон се разделя на нискочестотен - 1.1210 4 -1.0 10 5 Hz, разпространяващ се по въздух и контакт, и високочестотен - 1.0 10 5 -1.0 10 9, разпространяващ се само чрез контакт.

Високочестотният ултразвук практически не се разпространява във въздуха и може да засегне работниците главно когато ултразвуковият източник влезе в контакт с откритата повърхност на тялото.

Нискочестотният ултразвук, напротив, има общ ефект върху работниците във въздуха и локален поради контакта на ръцете с детайлите, в които се възбуждат ултразвукови вибрации.

Ултразвуковите вибрации директно в източника на тяхното образуване се разпространяват в посока, но вече на малко разстояние от източника (25-50 см) се превръщат в концентрични вълни, изпълвайки цялата работна стая с ултразвук и високочестотен шум.

Ултразвукът има значителен ефект върху човешкото тяло. Както вече беше отбелязано, ултразвукът може да се разпространява във всички среди: газообразни, течни и твърди. Следователно в човешкото тяло той засяга не само органите и тъканите, но и клетъчните и други течности. Когато се разпространява в течна среда, ултразвукът предизвиква кавитация на тази течност, т.е. образуването на малки празни мехурчета в нея, пълни с изпарения на тази течност и вещества, разтворени в нея, и тяхното компресиране (колапс). Този процес е придружен от образуването на шум.

При работа на мощни ултразвукови апарати операторите се оплакват от главоболие, което като правило изчезва при спиране на работата; бърза умора; нарушение на нощния сън; чувство на неустоима сънливост през деня; отслабване на зрението, усещане за натиск върху очните ябълки; слаб апетит; постоянна сухота в устата и скованост на езика; болки в корема и др.

Звуците носят жизненоважна информация на човек - с тяхна помощ ние общуваме, слушаме музика и разпознаваме по гласа познати хора. Светът на звуците около нас е разнообразен и сложен, но ние се ориентираме доста лесно в него и можем точно да различим пеенето на птици от шума на градската улица.

• Звукова вълна- еластична надлъжна вълна, която предизвиква слухови усещания у човек. Вибрациите на източник на звук (например струни или гласни струни) причиняват появата на надлъжна вълна. Достигайки до човешкото ухо, звуковите вълни карат тъпанчето да извършва принудителни трептения с честота, равна на честотата на трептенията на източника. Над 20 000 нишковидни рецепторни окончания във вътрешното ухо преобразуват механичните вибрации в електрически импулси. Когато импулсите се предават по нервните влакна към мозъка, човек има определени слухови усещания.

Така по време на разпространението на звукова вълна се променят такива характеристики на средата като налягане и плътност.

Звуковите вълни, възприемани от слуховите органи, предизвикват звукови усещания.

Звуковите вълни се класифицират по честота, както следва:

• инфразвук (ν < 16 Гц);
• човешки чуваем звук(16 Hz< ν < 20000 Гц);
• ултразвук(ν > 20000 Hz);
• хиперзвук(10 9 Hz< ν < 10 12 -10 13 Гц).

Човек не чува инфразвук, но по някакъв начин възприема тези звуци. Тъй като, например, експериментите показват, че инфразвукът причинява неприятни тревожни усещания.

Много животни могат да възприемат ултразвукови честоти. Например кучетата могат да чуват звуци до 50 000 Hz, а прилепите до 100 000 Hz. Инфразвукът, разпространяващ се на стотици километри във вода, помага на китовете и много други морски животни да се ориентират във водния стълб.

Физически характеристики на звука

Една от най-важните характеристики на звуковите вълни е спектърът.

• спектърСъвкупността от различни честоти, които формират даден звуков сигнал, се нарича. Спектърът може да бъде непрекъснат или дискретен.

непрекъснат спектърозначава, че този набор съдържа вълни, чиито честоти запълват целия определен спектрален диапазон.

Дискретен спектърозначава наличието на краен брой вълни с определени честоти и амплитуди, които формират разглеждания сигнал.

Според вида на спектъра звуците се делят на шумове и музикални тонове.

• Шум- набор от много различни краткотрайни звуци (скърцане, шумолене, шумолене, почукване и др.) - представлява наслагване на голям брой трептения с подобни амплитуди, но различни честоти (има непрекъснат спектър). С развитието на индустрията се появи нов проблем - борбата с шума. Имаше дори нова концепция за "шумово замърсяване" на околната среда. Шумът, особено с висок интензитет, е не само досаден и уморителен, но и може сериозно да подкопае здравето.

• музикален тонсе създава от периодични трептения на звучащо тяло (камертон, струна) и е хармонично трептене на една честота.

С помощта на музикални тонове се създава музикална азбука - ноти (до, ре, ми, фа, сол, ла, си), които ви позволяват да свирите една и съща мелодия на различни музикални инструменти.

• музикален звук(консонанс) - резултат от налагането на няколко едновременно звучащи музикални тона, от които е възможно да се избере основният тон, съответстващ на най-ниската честота. Основният тон се нарича още първи хармоник. Всички останали тонове се наричат ​​обертонове. Обертоновете се наричат ​​хармонични, ако честотите на обертоновете са кратни на честотата на основната честота. По този начин музикалният звук има дискретен спектър.

Всеки звук, в допълнение към честотата, се характеризира с интензивност. Така реактивен самолет може да създаде звук с интензитет около 10 3 W / m 2, мощни усилватели на концерт в затворена стая - до 1 W / m 2, влак на метрото - около 10 -2 W / m 2 .

За да предизвика звукови усещания, вълната трябва да има определен минимален интензитет, наречен праг на чуване. Интензивността на звуковите вълни, при които възниква усещане за натискаща болка, се нарича праг на болка или праг на болка.

Интензитетът на звука, уловен от човешкото ухо, е в широк диапазон: от 10–12 W/m 2 (праг на чуване) до 1 W/m 2 (праг на болка). Човек може да чуе по-интензивни звуци, но в същото време ще изпита болка.

Ниво на интензивност на звука Лопределен по скала, чиято единица е бел (B) или по-често децибел (dB) (една десета от бела). 1B е най-слабият звук, който ухото ни възприема. Това устройство е кръстено на изобретателя на телефона Александър Бел. Измерването на нивото на интензитета в децибели е по-просто и следователно прието във физиката и технологията.

Ниво на интензивност Лна всеки звук в децибели се изчислява чрез интензивността на звука по формулата

\(L=10\cdot lg\наляво(\frac(I)(I_0)\вдясно),\)

където аз- интензивност на дадения звук, аз 0 - интензитет, съответстващ на прага на слуха.

Таблица 1 показва нивото на интензивност на различните звуци. Тези, които са изложени на шум над 100 dB по време на работа, трябва да използват слушалки.

маса 1

Ниво на интензивност ( Л) звуци

Физиологични характеристики на звука

Физическите характеристики на звука съответстват на определени физиологични (субективни) характеристики, свързани с възприемането му от конкретен човек. Това се дължи на факта, че възприемането на звука е не само физически процес, но и физиологичен. Човешкото ухо възприема звукови вибрации с определени честоти и интензитети (това са обективни, независими от човека характеристики на звука) по различни начини, в зависимост от „характеристиките на приемника“ (тук влияят субективните индивидуални черти на всеки човек).

Основните субективни характеристики на звука могат да се считат за сила на звука, височина и тембър.

• Сила на звука(степента на чуваемост на звука) се определя както от интензитета на звука (амплитудата на колебанията в звуковата вълна), така и от различната чувствителност на човешкото ухо към различните честоти. Човешкото ухо е най-чувствително в честотния диапазон от 1000 до 5000 Hz. Когато интензитетът се увеличи 10 пъти, нивото на звука се увеличава с 10 dB. В резултат на това звук от 50 dB е 100 пъти по-силен от звук от 30 dB.

• Стъпкасе определя от честотата на звуковите трептения, които имат най-голям интензитет в спектъра.

• Тембър(оттенък на звука) зависи от това колко обертона са прикрепени към основния тон и какви са техният интензитет и честота. По тембър можем лесно да различим звуците на цигулка и пиано, флейта и китара, гласовете на хората (Таблица 2).

таблица 2

Честота ν на трептенията на различни източници на звук

Източник на звук	v, Hz	Източник на звук	v, Hz
Мъжки глас:	100 - 7000	двоен бас	60 - 8 000
бас	80 - 350	Виолончело	70 - 8 000
баритон	100 - 400	Тръба	60 - 6000
тенор	130 - 500	Саксофон	80 - 8000
Женски глас:	200 - 9000	Пиано	90 - 9000
контраалт	170 - 780	музикални тонове:
мецосопран	200 - 900	Забележка преди	261,63
сопрано	250 - 1000	Забележка повторно	293,66
колоратурен сопран	260 - 1400	Забележка мили	329,63
Орган	22 - 16000	Забележка Е	349,23
Флейта	260 - 15000	Забележка сол	392,0
цигулка	260 - 15000	Забележка ла	440,0
Арфа	30 - 15000	Забележка си	493,88
Барабан	90 - 14000

Скорост на звука

Скоростта на звука зависи от еластичните свойства, плътността и температурата на средата. Колкото по-големи са еластичните сили, толкова по-бързо вибрациите на частиците се предават на съседните частици и толкова по-бързо се разпространява вълната. Следователно скоростта на звука в газовете е по-малка, отколкото в течностите, а в течностите, като правило, е по-малка, отколкото в твърдите тела (Таблица 3). Във вакуум звуковите вълни, както всички механични вълни, не се разпространяват, тъй като между частиците на средата няма еластични взаимодействия.

Таблица 3

Скоростта на звука в различни среди

Скоростта на звука в идеалните газове нараства с температурата пропорционално на \(\sqrt(T),\), където Tе абсолютната температура. Във въздуха скоростта на звука υ = 331 m/s при температура T= 0 °C и υ = 343 m/s при температура T= 20 °C. В течности и метали скоростта на звука, като правило, намалява с повишаване на температурата (изключение е водата).

Скоростта на разпространение на звука във въздуха е определена за първи път през 1640 г. от френския физик Марин Мерсен. Той измерва интервала от време между появата на светкавица и звука, когато е произведен изстрел. Мерсен установи, че скоростта на звука във въздуха е 414 m/s.

Прилагане на звук

Инфразвукът все още не е използван в технологиите. Ултразвукът обаче се използва широко.

• Нарича се метод за ориентиране или изследване на околните обекти, базиран на излъчване на ултразвукови импулси, последвано от възприемане на отразени импулси (ехо) от различни обекти. ехолокацияи съответните устройства - ехолоти.

Добре известни животни, които имат способността за ехолокация, са прилепите и делфините. По своето съвършенство ехолокаторите на тези животни не отстъпват, но в много отношения превъзхождат (по отношение на надеждност, точност, енергийна ефективност) съвременните изкуствени ехолокатори.

Сонарите, използвани под вода, се наричат ​​сонар или сонар (името сонар се формира от началните букви на три английски думи: sound - звук; navigation - навигация; range - диапазон). Сонарите са незаменими за изучаване на морското дъно (неговия профил, дълбочина), за откриване и изследване на различни обекти, движещи се дълбоко под водата. С тяхна помощ могат лесно да бъдат открити както отделни големи обекти или животни, така и ята от малки риби или мекотели.

Вълните от ултразвукови честоти се използват широко в медицината за диагностични цели. Ултразвуковите скенери ви позволяват да изследвате вътрешните органи на човек. Ултразвуковото лъчение, за разлика от рентгеновите лъчи, е безвредно за хората.

Литература

1. Жилко, В.В. Физика: учебник. помощ за 11 клас общо образование. училище от руски език обучение / V.V. Жилко, Л.Г. Маркович. - Минск: Нар. Асвета, 2009. - С. 57-58.
2. Касянов В.А. Физика. 10 клас: Учебник. за общо образование институции. - М.: Дропла, 2004. - С. 338-344.
3. Мякишев Г.Я., Синяков А.З. Физика: Трептения и вълни. 11 клас: учеб. за задълбочено изучаване на физика. - М.: Дропла, 2002. - С. 184-198.

1. Характеристики на слуховото усещане, връзката им с физическото

звукови характеристики. Сила на звука срещу честота.

Закон на Вебер-Фехнер.

Звуковият тон се характеризира с честота (период), хармоничен спектър, интензитет или сила на звука и звуково налягане. Всички тези звукови характеристики са физически или обективни характеристики. Звукът обаче е обект на слухово усещане, следователно се оценява субективно от човек, т.е. звукът също има физиологични характеристики, които са отражение на неговите физически характеристики. Задачата на системата за звукови измервания е да установи тази връзка и по този начин да направи възможно при изследване на слуха при различни хора субективната оценка на слуховото усещане да се сравнява по еднакъв начин с данните от обективните измервания.

Честотата на трептене на звукова вълна се оценява като височината на звука (pitch). Колкото по-висока е честотата на трептене, толкова по-висок е възприеманият звук.

Друга физиологична характеристика е тембърът, който се определя от спектралния състав на сложен звук. Сложните тонове с еднакви основни честоти могат да се различават във формата на вибрации и съответно в хармоничния спектър. Тази разлика се възприема като тембър (звуков цвят). Например ухото различава една и съща мелодия, изсвирена на различни музикални инструменти.

Силата на звука е друга субективна оценка на звука, която характеризира нивото на слухово усещане. Зависи преди всичко от интензивността и честотата на звука.

Помислете първо за зависимостта на чувствителността на ухото от честотата. Човешкото ухо не е еднакво чувствително към различните честоти при еднакъв интензитет. Възприеманият от него честотен диапазон е 16Hz-20kHz. Способността на човек да възприема високочестотни звуци се влошава с възрастта. Един млад човек може да чуе звуци с честота до 20 000 Hz, но вече в средна възраст същият човек не е в състояние да възприема звуци с честота над 12-14 kHz. В честотния диапазон 1000-3000 Hz чувствителността е най-голяма. Тя намалява до честоти от 16 Hz и 20 kHz. Очевидно е, че естеството на изменението на прага на слуха е обратното на изменението на чувствителността на ухото, т.е. с увеличаване на честотата от 16 Hz, първо намалява, остава почти непроменена в честотния диапазон от 1000-3000 Hz, след което отново се увеличава. Това е отразено в графиката на зависимостта на промяната на прага на слуха от честотата (виж фиг. 1).

Графиката е начертана в логаритмичен мащаб. Горната крива на графиката съответства на прага на болката. Долната графика се нарича крива на прага на обема, т.е. J0 = f(ν).

Силата на звука зависи от неговата интензивност. Това е субективна характеристика на звука. Тези две понятия са неравностойни. Зависимостта на силата на звука от интензивността на звука има сложен характер, поради чувствителността на ухото към действието на звуковите вълни. Човек може само приблизително да оцени абсолютната интензивност на усещането. Въпреки това, той доста точно установява разликата, когато сравнява две усещания с различна интензивност. Това доведе до сравнителния метод за измерване на силата на звука. В този случай не се измерва абсолютната стойност на обема, а съотношението му с друга стойност, която се приема за начално или нулево ниво на обема.

Освен това се съгласихме, когато сравняваме интензивността и силата на звука, да изхождаме от тон с честота 1000 Hz, т.е. приемете силата на звука на тон с честота 1000 Hz като стандарт за скалата на силата на звука. Както вече беше споменато, сравнителният метод се използва и при измерване на интензитета (силата) на звука. Следователно има две скали: една за измерване на нивата на интензитет; вторият е за измерване на нивата на силата на звука. Създаването на скалата за ниво на звука се основава на важния психофизичен закон на Вебер-Фехнер. Според този закон, ако дразненето се увеличава експоненциално (т.е. същия брой пъти), тогава усещането за това дразнене се увеличава в аритметична прогресия (със същото количество). Например, ако интензитетът на звука приеме поредица от последователни стойности: a J 0 , a 2 J 0 , a 3 J 0 (a>1 е определен коефициент), тогава съответните промени в силата на звука ще бъдат равни на E 0, 2E 0, 3E 0. Математически това означава, че силата на звука е право пропорционална на логаритъма на интензитета.

Ако действа звуков стимул с интензитет J, тогава, въз основа на закона на Вебер-Фехнер, нивото на силата на звука E е свързано с нивото на интензитет, както следва:

E = KL = Klg, (1)

където е относителната сила на стимулация, K е определен коефициент на пропорционалност в зависимост от честотата и интензитета, взет равен на единица за ν = 1000 Hz. Следователно, ако вземем K=1 за всички честоти, тогава в съответствие с формула (1) получаваме скала от нива на интензитет; при K≠1 - обемната скала, където мерната единица вече няма да бъде децибел, а заден план. Като се има предвид, че при честота от 1 kHz скалите за обем и интензитет са еднакви, тогава E f =10.

Зависимостта на силата на звука от интензивността и честотата на трептенията в системата за измерване на звука се определя въз основа на експериментални данни с помощта на графики, които се наричат ​​криви на еднаква сила на звука, т.е. J=f(ν) при E = const. Изградихме крива на нулево ниво на звука или праг на чуване. Тази крива е основната (нулево ниво на звука - E f =0).

Ако изградите подобни криви за различни нива на силата на звука, например на стъпки от 10 фона, тогава получавате система от графики (фиг. 2), която ви позволява да намерите зависимостта на нивото на интензивност от честотата при всяко ниво на звука . Тези криви се основават на средни данни, получени от хора с нормален слух. Долната крива съответства на прага на слуха, т.е. за всички честоти E f \u003d 0 (за честота ν \u003d 1 kHz, интензитетът J 0 \u003d W / m 2). Изследването на остротата на слуха се нарича аудиометрия. С аудиометрия на специално устройство, аудиометър, в субекта се определя прагът на слухово усещане на различни честоти. Получената графика се нарича аудиограма. Загубата на слуха се определя чрез сравняване с нормална крива на прага на слуха.

2. Здрави методи за изследване в клиниката.

Звуковите явления съпътстват редица процеси, протичащи в тялото, например работата на сърцето, дишането и др. Директното слушане на звуци, които се появяват вътре в тялото, е един от най-важните методи на клинично изследване и се нарича аускултация (слушане). Този метод е известен още от 2 век пр.н.е. д. За целта се използва стетоскоп - уред под формата на права дървена или пластмасова тръба с малко гнездо в единия край и плоска основа в другия за приложение на ухото. Звукът от повърхността на тялото до ухото се пренася както от самия въздушен стълб, така и от стените на тръбата.

За аускултация се използва фонендоскоп, състоящ се от куха капсула с мембрана, поставена върху тялото на пациента. От капсулата излизат две гумени тръбички, които се вкарват в ушите на лекаря. Резонансът на въздушния стълб в капсулата усилва звука.

За диагностициране на състоянието на сърдечно-съдовата система се използва метод - фонокардиография (ФКГ) - графична регистрация на тонове и сърдечни тонове с цел тяхната диагностична интерпретация. Записът се извършва с помощта на фонокардиограф, който се състои от микрофон, усилвател, система от честотни филтри и записващо устройство.

Перкусията е различна от посочените два метода - метод за изследване на вътрешните органи чрез потупване по повърхността на тялото и анализиране на звуците, които възникват при това. Естеството на тези звуци зависи от метода на потупване и свойствата (еластичност, плътност) на тъканите, разположени в близост до мястото, върху което се извършва потупването. Почукването може да се извърши със специален чук с гумена глава, пластина от еластичен материал, наречен плесиметър, или чрез почукване с върха на свит пръст на едната ръка върху фалангата на пръста на другата, насложена върху човешкото тяло. . При удар върху повърхността на тялото възникват трептения, чиито честоти имат широк диапазон. Някои трептения бързо ще изчезнат, други, поради резонанс, ще се засилят и ще бъдат чути. Състоянието и топографията на вътрешните органи се определят от тона на перкуторните звуци.

3. Ултразвук (УЗИ), ултразвукови източници. Характеристики на разпространение на ултразвукови вълни.

Ултразвукът се нарича звукови вибрации, чиято честота заема диапазона от 20 kHz до 10 10 Hz. Горната граница се приема съвсем условно от такива съображения, че дължината на вълната в материята и тъканите за такава честота се оказва съизмерима с междумолекулните разстояния, като се има предвид, че скоростта на разпространение на ултразвука във вода и тъкани е еднаква. Изместването в ултразвуковата вълна се описва от разгледаното по-рано вълново уравнение.

Пиезоелектричните ултразвукови излъчватели са най-широко използвани както в техниката, така и в медицинската практика. Като пиезоелектрични излъчватели служат кристали от кварц, бариев титанат, Рошелска сол и др.. Пиезоелектричният ефект (директен) е явлението на появата на повърхностите на споменатите кристални пластини на заряди, противоположни по знак, под действието на механични деформации (фиг. 3а). След отстраняване на деформацията зарядите изчезват.

Съществува и обратен пиезоелектричен ефект, който също се използва в медицинската практика за получаване на високочестотен ултразвук. Ако се приложи променливо напрежение от генератора към посребрените ръбове на повърхността на плочата на пиезоелектричния елемент (фиг. 3b), тогава кварцовата плоча ще трепти в такт с променливото напрежение на генератора. Амплитудата на трептене ще бъде максимална, когато собствената честота на кварцовата плоча (ν 0) съвпада с честотата на генератора (ν g), т.е. ще възникне резонанс (ν 0 \u003d ν g). Въз основа на директния пиезоелектричен ефект може да се създаде ултразвуков приемник. В този случай под въздействието на ултразвукови вълни кристалът се деформира, което води до появата на променливо напрежение, което може да бъде измерено или записано на екрана на електронен осцилоскоп след предварителното му усилване.

Ултразвукът може да се получи с помощта на устройства, базирани на явлението магнитострикция (за получаване на ниски честоти), което се състои в промяна на дължината (удължаване и скъсяване) на феромагнитна пръчка, поставена във високочестотно магнитно поле. Краищата на този прът ще излъчват нискочестотен ултразвук. В допълнение към посочените ултразвукови източници съществуват механични източници (сирени, свирки), в които механичната енергия се преобразува в енергията на ултразвуковите вибрации.

По своята същност ултразвукът, подобно на звука, е механична вълна, разпространяваща се в еластична среда. Скоростите на разпространение на звуковите и ултразвуковите вълни са приблизително еднакви. Дължината на вълната на ултразвука обаче е много по-къса от тази на звука. Това улеснява фокусирането на ултразвукови вибрации.

Ултразвуковата вълна има много по-висок интензитет от звуковата вълна, поради високата си честота може да достигне няколко вата на квадратен сантиметър (W / cm 2), а при фокусиране ултразвукът с интензитет от 50 W / cm 2 или повече може да се получи.

Разпространението на ултразвук в среда се различава (поради късата дължина на вълната) по друга особеност - течностите и твърдите вещества са добри проводници на ултразвук, докато въздухът и газът са лоши. Така във вода, при равни други условия, ултразвуковото затихване е 1000 пъти по-слабо, отколкото във въздуха. Когато ултразвукът се разпространява в нехомогенна среда, възниква неговото отражение и пречупване. Отражението на US на границата на две среди зависи от съотношението на техните вълнови импеданси. Ако ултразвук в среда с w 1 = r 1 J 1 падне перпендикулярно върху равна повърхност на втората среда с w 2 = r 2 J 2, тогава част от енергията ще премине през граничната повърхност, а част ще бъде отразена . Коефициентът на отражение ще бъде нула, ако r 1 J 1 = r 2 J 2, т.е. Ултразвуковата енергия няма да се отразява от интерфейса между повърхностите, а ще преминава от една среда в друга без загуба. За интерфейси въздух-течност, течност-въздух, твърд въздух и обратно, коефициентът на отражение ще бъде почти 100%. Това се обяснява с факта, че въздухът има много ниско акустично съпротивление.

Ето защо във всички случаи на свързване на ултразвуковия излъчвател с облъчваната среда, например с човешкото тяло, е необходимо стриктно да се гарантира, че няма дори минимален въздушен слой между излъчвателите и тъканта (вълновото съпротивление на биологичната среда е 3000 пъти по-голямо от вълновото съпротивление на въздуха). За да се елиминира въздушният слой, повърхността на ултразвуковия излъчвател се покрива със слой масло или се нанася в тънък слой върху повърхността на тялото.

Когато ултразвукът се разпространява в среда, възниква звуково налягане, което се колебае, приемайки положителна стойност в областта на компресия и отрицателна в областта на разреждане след него. Така например при ултразвукова интензивност от 2 W / cm 2 се създава налягане в човешките тъкани в зоната на компресия + 2,6 atm., Което в следващата зона преминава във вакуум - 2,6 atm. (фиг. 4). Компресията и разреждането, създадени от ултразвук, водят до образуване на разкъсвания на непрекъсната течност с образуване на микроскопични кухини (кавитация). Ако този процес протича в течност, тогава кухините се запълват с изпарения на течността или газове, разтворени в нея. След това на мястото на кухината се образува място на компресия на веществото, кухината бързо се срутва, значително количество енергия се освобождава в малък обем, което води до разрушаване на микроструктурите на веществото.

4. Медико-биологично приложение на ултразвука.

Медико-биологичният ефект на ултразвука е много разнообразен. Досега все още е невъзможно да се даде изчерпателно обяснение на ефекта на УЗ върху биологични обекти. Не винаги е лесно да се откроят основните от многото ефекти, причинени от ултразвука. Въпреки това е доказано, че при облъчване на биологични обекти с УЗ е необходимо да се вземат предвид главно следните действия на УЗ:

топлинна; механично действие; непряко, в повечето случаи, физическо и химическо действие.

ТОПЛИННОТО ДЕЙСТВИЕ НАС е важно, т.к. метаболитните процеси в биологичните обекти се характеризират със значителна температурна зависимост. Топлинният ефект се определя от погълнатата енергия. В този случай се използват ниски US интензитети (около 1 W/cm2). Термичният ефект предизвиква разширяване на тъканите, кръвоносните съдове, което води до повишен метаболизъм, има увеличение на кръвния поток. Благодарение на термичния ефект на фокусирания ултразвук, той може да се използва като скалпел за рязане не само на меки тъкани, но и на костна тъкан. В момента е разработен метод за "заваряване" на увредени или трансплантирани костни тъкани.

МЕХАНИЧНО ДЕЙСТВИЕ. Механичните вибрации на частиците на веществото в ултразвуково поле могат да причинят положителен биологичен ефект (микромасаж на тъканни структури). Този вид въздействие включва също микровибрация на клетъчно и субклетъчно ниво, разрушаване на биомакромолекули, унищожаване на микроорганизми, гъбички, вируси, унищожаване на злокачествени тумори, камъни в пикочния мехур и бъбреците. Ултразвукът се използва за раздробяване на вещества, например при производството на колоидни разтвори, високо диспергирани лекарствени емулсии и аерозоли. Чрез унищожаване на растителни и животински клетки от тях се изолират биологично активни вещества (ензими, токсини). Ултразвукът причинява увреждане и преструктуриране на клетъчните мембрани, промяна в тяхната пропускливост.

ФИЗИКО-ХИМИЧНО ДЕЙСТВИЕ НА УЛТРАЗВУК. Действието на ултразвука може да ускори някои химични реакции. Смята се, че това се дължи на активирането на ултразвукови водни молекули, които след това се разлагат, образувайки активни радикали H + и OH -.

Биомедицинското приложение на ултразвука може да се раздели основно на две области: диагностика и терапия. Първият включва методи за локализиране, използващи главно импулсно лъчение. Това е ехоенцефалография - дефиницията на тумори и подуване на мозъка.

Методите за локализиране се основават на отражението на US от интерфейса между медии с различна плътност. Този метод включва и ултразвукова кардиография - измерване на размера на сърцето в динамика. Ултразвуковата локация се използва и в офталмологията за определяне на размера на очната среда. Ефектът на Доплер се използва за изследване на движението на сърдечните клапи и скоростта на кръвния поток.

Много голямо бъдеще за ултразвуковите холографски методи за получаване на изображения на органи като бъбреците, сърцето, стомаха и др.

Второто направление е ултразвуковата терапия. Ултразвукът обикновено се използва с честота от 800 kHz и интензитет от 1 W / cm 2 или по-малко. Освен това, основните механизми на действие са механични и термични ефекти върху тъканта. За целите на ултразвуковата терапия се използва апаратът UTP-ZM и др.

5. Инфразвук (ИЗ), особености на разпространението му.

Действие на инфразвуци върху биологични обекти.

Инфразвук (IS) се наричат ​​звукови вибрации, чийто горен диапазон не надвишава 16 - 20 Hz. Долен диапазон 10 -3 Hz. Голям интерес представляват IZs с честота от 0,1 и дори 0,01 Hz. ОТ се включват в състава на шума. Източниците на IS са движението (бурята) на морска или речна вода, шумът от гората, вятърът, мълниите, земетресенията и свлачищата, вибрациите на основите на сгради, машинни инструменти, пътища от движещи се превозни средства. IZ възниква при вибрации на механизми, когато сгради, дървета, стълбове са издухани от вятъра, когато се движат хора и животни.

Характерно свойство на IS е неговата ниска абсорбция от медиите. Поради това се разпространява на големи разстояния. IZ е добре разпределен в тъканите на човешкото тяло, особено в костната тъкан. Скоростта на IZ-вълните във въздуха е 1200 км/ч, във вода 6000 км/ч.

Ниската абсорбция на IS позволява да се откриват експлозии и земетресения на голямо разстояние от източника чрез разпространението му в земната кора. Според измерените колебания на ИС се прогнозира цунами. В момента са разработени чувствителни IS приемници, с помощта на които например е възможно да се предскаже буря много часове преди нейното начало.

Флуктуациите на IZ имат биологична активност, което се обяснява със съвпадението на тяхната честота с алфа ритъма на мозъка.

ОТ с честота 1-7 Hz с интензитет 70 dB за 8-10 минути. радиационните причини: световъртеж, гадене, задух, депресия, главоболие, задушаване. Всички тези фактори се увеличават при многократно излагане на IZ. ИЗВЪН определена честота може да бъде фатално.

Вибрациите на механизмите са източник на ИЗ. Поради неблагоприятното въздействие на вибрациите и ИВ върху човешкия организъм възниква вибрационна болест (ВБ). WB възниква при продължително въздействие на тези фактори върху определен участък от тъкан или човешки орган и води до умора не само на отделни органи, но и на цялото човешко тяло. Първо води до атрофия на мускулите на ръцете и други органи, до намаляване на чувствителността към механични вибрации, до поява на крампи на пръстите на ръцете, краката и други органи.

Предполага се, че основният механизъм на действие на ИВ върху организма е от резонансен характер. Човешките вътрешни органи имат собствена честота на вибрация. При излагане на ИЗ с честота, равна на собствената, възниква резонанс, който причинява тези неприятни усещания, а в някои случаи може да доведе до сериозни последствия: спиране на сърцето или разкъсване на кръвоносни съдове.

Честотата на собствените трептения на човешкото тяло в легнало положение - (3 - 4 Hz), изправено - (5 - 12 Hz), гърди - (5 -8 Hz), коремна кухина - (3 - 4 Hz) и др. органи отговарят на честотата на ИЗ .

Физиологични характеристикизвук се нарича субективните характеристики на слуховото усещане за звук от човешкия слухов апарат. Физиологичните характеристики на звука включват минималните и максималните честоти на вибрациите, възприемани от даден човек, прага на чуваемост и прага на болка, силата на звука, височината и тембъра на звука.

Минималната и максималната честота на вибрациите, възприемани от даден човек. Честотите на звуковите вибрации са в диапазона 20-20000 Hz. Но най-ниската възприемана честота от даден човек обикновено е повече от 20 Hz, а най-високата честота е под 20 000 Hz, което се определя от индивидуалните структурни особености на човешкия слухов апарат. Например:  мин =32 Hz, Макс =17900 Hz.

праг на чуванее минималният интензитет, възприет от човешкото ухо аз о. Смята се, че аз о =10 -12 W/m 2 при  =1000 Hz. Но обикновено за конкретен човек прагът на чуване е по-висок. аз о .

Прагът на чуване зависи от честотата на звуковата вибрация. При определена честота (обикновено 1000-3000 Hz), в зависимост от дължината на слуховия канал на човешкия слухов апарат, има резонансно усилване на звука в човешкото ухо. В този случай усещането за звук ще бъде най-добро, а прагът на чуване ще бъде минимален. С намаляване или увеличаване на честотата на трептене, състоянието на резонанса се влошава (отстраняване на честотата от резонансната честота) и съответно прагът на слуха се повишава.

3. Праг на болкасе нарича болката, изпитвана от човешкото ухо при интензитет на звука над определена стойност аз от(звуковата вълна не се възприема като звук). Праг на болка аз отзависи от честотата (макар и в по-малка степен от прага на чуване). При ниски и високи честоти прагът на болката намалява, т.е. болкови усещания се наблюдават при висока интензивност.

4. Сила на звукае нивото на слухово възприемане на даден звук от дадено лице. Силата на звука зависи преди всичко от човека, който възприема звука. Например, при достатъчна интензивност при честота от 1000 Hz силата на звука може да бъде равна на нула (за глух човек).

За този конкретен човек, който възприема звука, силата на звука зависи от честотата, интензивността на звука. Що се отнася до прага на чуване, силата на звука обикновено е максимална при честота от 1-3 kHz, а когато честотата намалява или се увеличава, силата на звука намалява.

Силата на звука зависи от интензивността на звука по сложен начин. В съответствие с психофизичния закон на Вебер-Фехнер, силата на звука дправо пропорционална на нивото на интензивност:

E=k . дневник (I/I 0 ), където кзависи от честотата и интензивността на звука.

Силата на звука се измерва в фонове. Смята се, че силата на звука във фоновете е числено равна на нивото на интензитет в децибели на честотата 1000 Hz. Например силата на звука E=30 фон; това означава, че този човек, според нивото на възприятие, усеща посочения звук по същия начин като звука, с честота 1000 Hzи ниво на звука 30 dB. Графично (виж учебника) се изграждат криви на еднаква гръмкост, които са индивидуални за всеки отделен човек.

За да се диагностицира състоянието на човешкия слухов апарат, с помощта на аудиометър, те премахват аудиограма- зависимост на прага на чуване от честотата.

5. Стъпкасе нарича усещането на човека за чист тон. С увеличаването на честотата се увеличава и височината на тона. С увеличаване на интензитета височината леко намалява.

6. звуков тембърсе нарича усещането на дадена сложна звукова вибрация от човек. Тембърът на звука е оцветяванезвук, по който различаваме гласа на човек. Тембърът зависи от акустичния спектър на звука. Един и същ акустичен спектър обаче се възприема по различен начин от различните хора. Така че, ако слуховият апарат на двама души се смени един на друг и мозъчният анализатор на звука остане същият, тогава цветът на звука от хора, които познава, ще изглежда различен, т.е. той може да не разпознае гласа на познат човек или гласът ще изглежда променен.