A hang fő élettani jellemzője. A zaj fizikai és élettani jellemzői, szabályozása

Az akusztikus és különösen a hanghullámok fizikai jellemzői objektív természetűek, és megfelelő műszerekkel szabványos mértékegységekben mérhetők. A hanghullámok hatására fellépő hallási érzés szubjektív, de jellemzőit nagymértékben meghatározzák a fizikai hatás paraméterei.

• 7. Akusztika

Az akusztikus hullám sebessége v annak a közegnek a tulajdonságai határozzák meg, amelyben terjednek - rugalmassági modulusa Eés sűrűség p:

Hangsebesség levegőben körülbelül 340 m/s, és a hőmérséklettől függ (a levegő sűrűsége a hőmérséklet változásával változik). Folyékony közegben és a test lágy szöveteiben ez a sebesség körülbelül 1500 m/s, szilárd anyagokban - 3000-6000 m/s.

Az akusztikus hullámok terjedési sebességét meghatározó (7.1) képlet nem tartalmazza azok frekvenciáját, így a különböző frekvenciájú hanghullámok ugyanabban a közegben közel azonos sebességűek. Ez alól kivételt képeznek az ilyen frekvenciájú hullámok, amelyeket adott közegben erős abszorpció jellemez. Általában ezek a frekvenciák a hangtartományon kívül esnek (ultrahang).

Ha a hangrezgések időszakos

Rizs. 7.1.

folyamatban az ilyen hangokat nevezzük hangok vagy zenei hangok. Ezek diszkrét harmonikus spektrummal rendelkeznek, amely meghatározott frekvenciájú és amplitúdójú harmonikusok halmazát képviseli. A w frekvencia első harmonikusát nevezzük alaphang,és magasabb rendű harmonikusok (2co, 3co, 4co stb. frekvenciákkal) - felhangok. Tiszta(vagy egyszerű) hangot csak egy frekvenciájú hangrezgéseknek felel meg. ábrán. A 7.1. ábra egy komplex hang spektrumát mutatja, amelyben négy harmonikus komponens szerepel: 100, 200, 300 és 400 Hz. Az alaphang amplitúdóértéke 100 %.

Nem periodikus hangok ún zajok folytonos akusztikus spektrummal rendelkeznek (7.2. ábra). Olyan folyamatok okozzák, amelyek során a hangrezgések amplitúdója és frekvenciája idővel változik (gépalkatrészek rezgése, susogása stb.).

Rizs. 7.2.

Hangintenzitás I, amint korábban megjegyeztük, a hanghullám energiája egységnyi terület helyénként egységnyi idő alatt, és W / m 2 -ben mérik.

Ez a fizikai jellemző határozza meg a hallásérzés szintjét, amit ún hangerőés szubjektív élettani paraméter. Az intenzitás és a hangosság közötti kapcsolat nem egyenesen arányos. Egyelőre csak annyit jegyezünk meg, hogy az intenzitás növekedésével a hangosság érzete is fokozódik. A hangerő számszerűsíthető a különböző intenzitású forrásokból származó hanghullámok által okozott hallásérzések összehasonlításával.

Amikor a hang egy közegben terjed, további nyomás keletkezik, amely a hangforrástól a vevő felé halad. Ennek nagysága hangnyomás P a hang és terjedési közegének fizikai jellemzőit is képviseli. Ez összefügg az intenzitással. én hányados

ahol p a közeg sűrűsége; és a hang terjedési sebessége a közegben.

az érték Z - ri hívott fajlagos akusztikus impedancia vagy fajlagos akusztikus impedancia.

A hangharmonikus rezgések frekvenciája határozza meg a hangérzetnek azt az oldalát, amelyet ún hangmagasság. Ha a hangrezgések periodikusak, de nem engedelmeskednek a harmonikus törvénynek, akkor a hangmagasságot a fül az alaphang (a Fourier-sor első harmonikus komponense) frekvenciájával becsüli meg, amelynek periódusa egybeesik az összetett hanghatás.

Vegye figyelembe, hogy az emberi hallókészülék hangmagasságának értékelése a hang időtartamától függ. Ha az expozíciós idő kevesebb, mint 1/20 s, akkor a fül nem tudja értékelni a hangmagasságot.

Az egyidejű szondázással frekvenciában közel álló hangrezgések különböző magasságú hangokként érzékelhetők, ha a relatív frekvenciakülönbség meghaladja a 2-3%-ot. Kisebb frekvenciakülönbség mellett közepes magasságú folyamatos hang érzete van.

A hangrezgések spektrális összetételét (lásd 7.1. ábra) a harmonikus komponensek száma és amplitúdóik aránya határozza meg és jellemzi hangszín hang. A hangszín, mint a hallásérzés fiziológiai jellemzője, bizonyos mértékig függ a hang emelkedési sebességétől és változékonyságától is.

Zaj- ez különböző intenzitású és magasságú hangok halmaza, amelyek véletlenszerűen változnak az időben és kellemetlen szubjektív érzeteket okoznak a dolgozókban. Fiziológiai szempontból a zaj minden olyan nemkívánatos hang, amely zavarja a hasznos hangok érzékelését előállítási jelek és beszéd formájában.

A zaj mint fizikai tényező egy rugalmas közeg (levegő) hullámszerű mechanikus rezgőmozgása, amely általában véletlenszerű jelleggel rendelkezik. Ebben az esetben a forrása bármely rezgő test, amelyet külső erő hoz ki stabil állapotából.

Az oszcilláló mozgás terjedésének természetét közegben ún hanghullám,és a környezet azon területe, ahol terjed, hangteret.

Hang egy rugalmas közeg oszcilláló mozgását képviseli, amelyet hallószervünk érzékel. A hanghullám mozgását a levegőben a nyomás időszakos növekedése és csökkenése kíséri. A légnyomás időszakos növekedését a légköri nyomáshoz képest zavartalan közegben ún hangnyomás. Minél nagyobb a nyomás, annál erősebb a hallószerv irritációja és a hang hangosságának érzete. Az akusztikában a hangnyomást N/m2-ben vagy Pa-ban mérik. A hanghullámot f frekvencia, Hz, hangintenzitás jellemzi én W/m 2 hangteljesítmény W, kedd A hanghullámok terjedési sebessége a légkörben 20 °C-on és normál légköri nyomáson 344 m/s. A hangsebesség nem függ a hangrezgések frekvenciájától, és a közeg állandó paraméterei mellett állandó érték. A levegő hőmérsékletének 1 °C-os növekedésével a hangsebesség körülbelül 0,71 m/s-kal nő.

Az emberi hallószervek a hangrezgéseket a 16-20 000 Hz-es frekvenciatartományban érzékelik, a legnagyobb hallásérzékenységi zóna az 50-5000 Hz-es tartományban van. A 16 Hz-ig (infrahang) és 20 000 Hz feletti (ultrahang) rezgéseket az emberi fül nem érzékeli.

A zaj (hang) intenzitását mind a teljes frekvenciatartományban (teljes hangenergia), mind a frekvenciasáv egy bizonyos tartományában - oktávon belül - mérik.

Oktáv- ez az a frekvenciatartomány, amelyben a felső frekvenciahatár kétszerese az alsónak (például 40-80, 80-160 Hz). Oktáv kijelölésére azonban általában nem a frekvenciatartományt, hanem az ún geometriai középfrekvenciák, amelyek a csík egészét jellemzik és a képlet határozza meg

ahol f 1 és f 2 - a legalacsonyabb és a legmagasabb frekvencia, Hz.

Tehát egy 40-80 Hz-es oktávnál a geometriai középfrekvencia 62,5 Hz; oktávhoz 80-160 Hz - 125 Hz stb.

Az akusztikus méréseknél az intenzitást egy oktávnak, egy fél oktávnak és egy oktáv harmadának megfelelő frekvenciasávokon belül határozzák meg.

Az oktávsávok geometriai középfrekvenciái szabványosak, és a zaj egészségügyi és higiéniai értékeléséhez 31,5; 63; 125; 250; 500; 1000; 2000; 4000; 8000 Hz.

A fül által hallható minimális hangmennyiséget nevezzük hallásküszöb(I 0 \u003d 10 -12 W / m 2), ez a hangnyomásnak felel meg P 0 = 2-Yu "5 Pa.

A fájdalom küszöbe 10 2 W / m 2 hangerősségnél fordul elő, és a megfelelő hangnyomás 2 * 10 2 Pa. Amint láthatja, a hallható hangok hangnyomásában bekövetkező változások hatalmasak, és körülbelül 107-szeresek. Ezért a hangerősség és hangnyomás mérésének, valamint egészségügyi és higiéniai szabványosításának megkönnyítése érdekében nem abszolút fizikai, hanem relatív mértékegységeket veszünk, amelyek ezeknek a mennyiségeknek a hallásküszöbének megfelelő feltételes nulla szinthez viszonyított arányának logaritmusai. szabványos hang 1000 Hz frekvenciájú.

L hangintenzitási szint, dB, a képlet határozza meg

ahol én- hangintenzitás, W/m 2 ; I 0 - a hallásküszöbként vett hangintenzitás, ami 10 -12 W/m 2 . Mivel a hang intenzitása arányos a hangnyomás négyzetével, ez a képlet így írható fel

Az arányok ezen logaritmusait rendre nevezzük hangintenzitási szintek vagy gyakrabban hangnyomásszintek-ben vannak kifejezve belah(B).

Ezenkívül a zaj emberi testre gyakorolt ​​hatásának egészségügyi és higiéniai értékeléséhez olyan mutatót használnak, mint a zajszint, amelyet egy dBA-ban mért zajszintmérő A skáláján határoznak meg.

Mivel az emberi hallószerv képes megkülönböztetni a hangintenzitás szintjében bekövetkezett változást 0,1 B-vel, a gyakorlati felhasználás szempontjából kényelmesebb, ha egy egység 10-szer kisebb - decibel(dB).

A decibelskála használata nagyon kényelmes, mivel a hallható hangok teljes skálája 140 dB-nél kevesebbet fér el. Ha 140 dB feletti hangnak van kitéve, fájdalom és a dobhártya repedése lehetséges.

Gyártási körülmények között általában különböző intenzitású és frekvenciájú zajok vannak, amelyek különböző mechanizmusok, egységek és egyéb eszközök működése következtében jönnek létre.

A produkciós zaj, amely összetett hang, egyszerű komponensekre bontható, amelyek grafikus ábrázolása ún. spektrum(2.4. ábra). Nyolc hangnyomásszint kombinációja minden geometriai középfrekvencián. A karakter az uralkodó frekvenciáktól függően eltérő lehet.

Rizs. 2.4. A zajspektrumok fő típusai: a - diszkrét (lineáris); b- szilárd; ban ben - vegyes

Ha ebben a halmazban a hangnyomásszintek normatív értékei szerepelnek, akkor ún határ spektrum(PS). Mindegyik korlátozó spektrumnak megvan a maga indexe, például PS-80, ahol 80 a szabványos hangnyomásszint (dB) az oktávsávban f =-vel 1000 Hz.

A GOST 12.1.003 szerint a zajt a következő kritériumok szerint osztályozzák:

♦ a spektrum jellege szerint: szélessávú, egy oktávnál szélesebb folytonos spektrummal; tonális, amelynek spektrumában hallható hangok vannak. A hangszín karakterét az határozza meg, hogy egy sávban a zajszint legalább 10 dB-lel meghaladja a szomszédos egyharmados oktávsávokat;

♦ időbeli jellemzők szerint: állandóés ingatag;

♦ a zajt frekvencia átvitellel különböztetjük meg alacsony, közepesés magas frekvencia, amelyek határai rendre 16-350, 350-800 és 800 Hz felett vannak.

Az időszakos zajok viszont a következőkre oszlanak:

♦ bekapcsolva időben ingadozó amelynek zajszintje az idő múlásával folyamatosan változik;

♦ időszakos, amelynek hangszintje lépésenként változik (5 dBA-vel vagy nagyobb mértékben), és azoknak az intervallumoknak az időtartama, amelyek során a szint állandó marad, 1 s vagy több;

♦ impulzus, egy vagy több hangjelzésből áll, amelyek mindegyike 1 másodpercnél rövidebb ideig tart, miközben a hangszintek legalább 7 dB-lel különböznek egymástól.

A zaj jellemzése decibelben a frekvenciákon belül nem mindig elegendő. Ismeretes, hogy az azonos intenzitású, de eltérő frekvenciájú hangokat a fül egyenlőtlenül hangosnak érzékeli. Az alacsony vagy nagyon magas frekvenciájú (az észlelt frekvenciák felső határához közeli) hangok halkabbak, mint a középső zónában lévő hangok. Ezért a különböző frekvencia-összetételű hangok hangosságuk összehasonlításához hangerőegységeket használnak - háttérrelés alvás.

Az összehasonlítás mértékegysége hagyományosan 1000 Hz frekvenciájú hang. Az elmúlt évek nemzetközi ajánlásaiban a 2000 Hz-es hangot fogadták el szabványként.

Zajhangerő szintje(hang) az ezzel a zajjal megegyező, 1000 Hz-es rezgési frekvenciájú hang teljesítményszintje, amelynél a decibelben megadott hangteljesítményszintet feltételesen a phonokban mért hangerőszintnek tekintjük. Az egyik háttér az 1000 Hz-es hangerő és 1 dB intenzitás. 1000 Hz-en a hangerőszintek megegyeznek a hangnyomásszintekkel. Például egy 100 Hz rezgésfrekvenciájú és 50 dB erősségű hangot egyenlőnek érzékelünk egy 1000 Hz rezgési frekvenciájú és 20 dB erősségű hanggal (20 phons). Alacsony hangerőn és alacsony frekvencián a legnagyobb eltérések a decibelben mért hangintenzitás és a phonokban mért hangerősség között. A hangerő és a frekvencia növekedésével ez a különbség kisimul.

Rizs. 2.5. A hangok egyenlő erősségű görbéi

ábrán. A 2.5 egyenlő hangossági görbéket mutat, amelyek hallótávolságon belül jellemzik a hangerőszinteket. Látható, hogy az emberi hallószerv legnagyobb érzékenysége 800-4000 Hz-en van, a legalacsonyabb pedig 20-100 Hz-en.

A háttérben lévő zaj erősségének felmérése mellett egy másik hangerőegységet is használnak - az alvást, amely világosabban tükrözi a szubjektíven észlelt hangerő változását, és lehetővé teszi annak meghatározását, hogy egy hang hányszor hangosabb a másiknál. A hangerő 10 háttérrel történő növelésével a fiúk hangereje kétszeresére nő.

Az álmok hangossági skálája lehetővé teszi annak meghatározását, hogy a zaj hangereje hányszorosára csökkent bizonyos intézkedések bevezetése után, vagy hányszor erősebb az egyik munkahelyen a zaj, mint a másikon.

Több hanghullám egyidejű terjedésével lehetőség nyílik az interferenciajelenségek hatására a zaj hangerejének növelésére vagy csökkentésére.

Rezgés- ezek mechanikai rezgések és hullámok szilárd testekben, pontosabban mechanikus, leggyakrabban szinuszos rezgések, amelyek gépekben és készülékekben fordulnak elő.

A személyre gyakorolt ​​hatás módszere szerint a rezgések fel vannak osztva Tábornok, a támasztófelületeken keresztül az ülő vagy álló személy testére továbbítódik, és helyi emberi kézen keresztül terjed.

Az általános rezgés, előfordulásának forrásától függően, három kategóriába sorolható:

♦ közlekedés: a mozgó gépek és járművek kezelőit érinti azok mozgása során (1. kategória);

♦ közlekedési és technológiai: korlátozott mozgással csak ipari helyiségek speciálisan előkészített felületein (2. kategória);

♦ technológiai: az álló gépek kezelőit érinti, vagy olyan munkahelyekre terjed át, ahol nincs rezgésforrás (3. kategória).

♦ ipari létesítmények állandó munkahelyein;

♦ raktárakban, étkezdékben, kényelmi, ügyeleti és egyéb kisegítő termelési létesítményekben lévő munkahelyeken, ahol nincsenek rezgést keltő gépek és mechanizmusok;

♦ az üzemvezetés adminisztratív és kiszolgáló helyiségeiben, tervezőirodákban, laboratóriumokban, oktatóközpontokban, számítástechnikai központokban, egészségügyi központokban, irodahelyiségekben, munkaszobákban és egyéb szellemi dolgozók helyiségeiben található munkahelyeken.

Az általános vibráció leggyakrabban a szállítómunkásokat, a nagy teljesítményű matricák, lyukasztóprések stb. kezelőit érinti.

A rezgés alapvető fizikai paraméterei: frekvencia f, Hz; oszcillációs amplitúdó A, m; oszcillációs sebesség V, Kisasszony; oszcillációs gyorsulás a, m/s 2 .

A spektrum jellege szerint a rezgés a következőkre oszlik:

♦ keskeny sávra található frekvenciaspektrummal
keskeny sávban. Ugyanakkor a szabályozott gőz szintje
méter az oktáv frekvenciasávban több mint 15 dB-el magasabb
nincsenek értékek a szomszédos egyharmados oktávsávokban;

♦ szélessávú frekvenciaspektrummal, található
széles sáv (több mint egy oktáv széles).

Az időbeli jellemzők szerint a rezgés a következőkre oszlik:

♦ bekapcsolva állandó, amelyeknél a spektrális vagy frekvenciakorrigált normalizált paraméter a megfigyelési idő (legalább 10 perc vagy a technológiai ciklus ideje) alatt 1 s időállandóval mérve legfeljebb 2-szeresére (6 dB) változik;

♦ ingatag, amelyeknél a spektrális vagy frekvenciakorrigált normalizált paraméter a megfigyelési idő (legalább 10 perc vagy a technológiai ciklus ideje) alatt 1 s időállandóval mérve több mint 2-szeresére (6 dB) változik.

Az időszakos vibráció:

♦ remegő időben, amelyre a normalizált paraméter értéke időben folyamatosan változik;

♦ időszakos ha a vibráció személyre gyakorolt ​​hatása megszakad, és a rezgés hatásának időtartama több mint 1 másodperc;

♦ impulzus, egy vagy több vibrációs hatásból (ütésből) áll, amelyek mindegyike 1 másodpercnél rövidebb ideig tart.

A helyi vibrációnak főként a kézi gépesített elektromos vagy pneumatikus szerszámokkal dolgozó személyek vannak kitéve.

A zajhoz hasonlóan az egyén által észlelt rezgésfrekvenciák teljes spektruma felosztható oktáv és egyharmad oktáv frekvenciasávokra, amelyek geometriai középfrekvenciái az 1. oktávsávok; 2; négy; nyolc; 16; 32; 63; 125; 250; 500; 1000 és 2000 Hz.

Az érték V0\u003d 510 -8 m / s, ami megfelel a négyzetes rezgési sebességnek 2 10 -5 Pa szabványos hangnyomásküszöb mellett, bár a személy rezgésérzékelési küszöbe sokkal magasabb, és egyenlő 10 -4 m-rel / s. Az oszcillációs gyorsulás nulla szintjét veszik értéknek a = 3-10 -4 m/s 2 . 1 m/s oszcillációs sebességnél az ember fájdalmat érez.

Mivel a rezgést jellemző paraméterek abszolút értékei nagyon széles tartományban változnak, kényelmesebb a nem valós értékek mérése

ezen paraméterek és a küszöbértékekhez viszonyított arányuk logaritmusa.

Rezgési sebesség szint L v , dB, a képlet határozza meg

ahol V- a rezgési sebesség aktuális értéke, m/s; V0- rezgési sebesség küszöbértéke (510 -8 m/s).

A rezgési sebességszintek spektruma a rezgések fő jellemzői; a zajhoz hasonlóan lehetnek diszkrétek, folyamatosak és vegyesek.

A SanPiN 2.2.4/2.1.8.10-33-2002 megadja a kapcsolatot a rezgési sebesség decibelben és méter per másodpercben kifejezett értékei között, valamint a rezgésgyorsulás decibelben mért logaritmikus szintjei és értékei között méter per másodperc négyzetben.

2.4.2. Hatás zaj, rezgés és egyéb ingadozások az emberi szervezetben

A zaj és a rezgés kisebb-nagyobb mértékben átmenetileg aktiválhat vagy tartósan elnyomhat bizonyos mentális folyamatokat az emberi szervezetben. A fiziopatológiai következmények a hallás és más analizátorok funkcióinak megsértése formájában nyilvánulhatnak meg, például a vestibularis készülék, amely koordinálja az agykéreg, az ideg- vagy emésztőrendszer, valamint a keringési rendszer funkcióit. Ezenkívül a zaj befolyásolja a szervezet szénhidrát-, zsír- és fehérjeanyagcseréjét.

A különböző frekvenciájú hangok, még azonos intenzitású is, eltérően érzékelhetők. Az alacsony frekvenciájú hangokat viszonylag csendesnek érzékeljük, de frekvenciájuk növekedésével az érzékelés hangereje növekszik, és ahogy közelednek a hangspektrum felső magas frekvenciájú határához, az érzékelés hangereje ismét csökken.

Az emberi fül számára elérhető hallásérzékelési területet a hallás és a fájdalomérzés küszöbe korlátozza (2.6. ábra). E küszöbértékek határai attól függően

Rizs. 2.6. A hallásérzékelés területe: P - beszéd; M - zene; C - hallásküszöb; B - fájdalomküszöb

ti jelentősen megváltozik a gyakorisággal. Ez megmagyarázza, hogy a magas frekvenciájú hangok kellemetlenebbek az ember számára, mint az alacsony frekvenciájúak (azonos hangnyomásszinteken).

A változó intenzitású és spektrumú munkahelyi zaj, amely a dolgozókat hosszú ideig érinti, végül az utóbbiak hallásélességének csökkenéséhez, esetenként foglalkozási süketség kialakulásához vezethet. Megállapítást nyert, hogy halláskárosodás általában 3000-6000 Hz frekvenciatartományban zajlik, a beszédérthetőség pedig 1000-2000 Hz-es frekvencián romlik. A dolgozók legnagyobb halláskárosodása a munka első tíz évében figyelhető meg, és ez a veszély az életkorral nő.

A vibráció hatással van a központi idegrendszerre (CNS), a gyomor-bélrendszerre, az egyensúlyszervekre (vestibularis apparátus), szédülést, végtagzsibbadást, ízületi betegségeket okoz. A hosszan tartó vibrációnak való kitettség foglalkozási megbetegedéshez vezet - vibrációs betegség, hatékony kezelés

Rizs. 2.7. A vibráció emberi szervezetre gyakorolt ​​hatásának típusai

amely csak korai stádiumban lehetséges, és a károsodott funkciók helyreállítása rendkívül lassú, és bizonyos körülmények között visszafordíthatatlan folyamatok léphetnek fel a szervezetben, amelyek a munkaképesség teljes elvesztésével járnak.

ábrán. A 2.7 összefoglalja a vibráció emberi testre gyakorolt ​​hatását.

Az emberi szervezetet érő káros hatások mellett a vibráció épületek, építmények, kommunikációk tönkretételéhez, berendezések meghibásodásához vezet. Negatív hatással van továbbá a gépek és mechanizmusok működési hatékonyságának csökkenésére, a forgó alkatrészek kiegyensúlyozatlanságuk miatti idő előtti kopására, a vezérlő- és mérőműszerek (CIP) pontosságának csökkenésére, az automatikus vezérlőrendszerek működésének megzavarására stb.

infrahanggal A levegőben terjedő, 16 Hz alatti frekvenciájú rezgéseket szokás nevezni. Az infrahangos rezgések alacsony frekvenciája meghatározza a környezetben való terjedésének számos jellemzőjét. A nagy hullámhossznak köszönhetően az infrahangos rezgések kevésbé nyelődnek el a légkörben, és könnyebben megkerülik az akadályokat, mint a magasabb frekvenciájú rezgések. Ez magyarázza az infrahang azon képességét, hogy kis energiaveszteséggel jelentős távolságokra terjedjen. Ezért a zaj elleni küzdelem szokásos intézkedései ebben az esetben nem hatékonyak.

Az infrahang hatására az épületszerkezetek nagy elemei rezegnek, a hangtartományban rezonanciahatások és másodlagos indukált zajok gerjesztése miatt egyes helyiségekben infrahang-erősítés léphet fel.

Az infrahang forrásai lehetnek szárazföldi, légi és vízi közlekedési eszközök, nyomáspulzálás gáz-levegő keverékekben (nagy átmérőjű fúvókák) stb.

A kompresszorok az alacsony akusztikus rezgések legjellemzőbb és legelterjedtebb forrásai. Megjegyzendő, hogy a kompresszorüzletek zaja alacsony frekvenciájú, túlsúlyban az infrahang, a kezelői kabinokban pedig a magasabb frekvenciájú zajok csillapítása miatt az infrahang hangsúlyosabbá válik.

Az erős szellőzőrendszerek és légkondicionáló rendszerek is infrahangos rezgések forrásai. Hangnyomásuk maximális szintje 20 Hz-en eléri a 106 dB-t, 4 Hz-en a 98 dB-t, 2 és 8 Hz-en a 85 dB-t.

A 16-30 Hz-es frekvenciatartományban az infrahangos rezgések érzékelési küszöbe a hallóanalizátor számára 80-120 dBA, a fájdalomküszöb 130-140 dBA.

Az infrahang emberre gyakorolt ​​hatását fizikai terhelésként érzékelik: zavar a térbeli tájékozódás, tengeribetegség, emésztési zavarok, látászavarok, szédülés, megváltozik a perifériás keringés. Az expozíció mértéke a frekvenciatartománytól, a hangnyomásszinttől és az expozíció időtartamától függ. A 7 Hz-es rezgések zavarják a koncentrációt, és fáradtságot, fejfájást és hányingert okoznak. A legveszélyesebb oszcillációk 8 Hz-es frekvenciával. A keringési rendszer rezonancia jelenségét idézhetik elő, ami a szívizom túlterheltségéhez, szívinfarktushoz, vagy akár egyes vérerek megrepedéséhez is vezethet. Az alacsony intenzitású infrahang fokozott idegességet, depressziót okozhat.

Az ultrahangos berendezéseket és technológiákat széles körben használják az emberi tevékenység különböző ágaiban anyagok aktív befolyásolására (forrasztás,

hegesztés, ónozás, megmunkálás, alkatrészek zsírtalanítása stb.); az anyagok és anyagok fizikai és mechanikai tulajdonságainak szerkezeti elemzése és ellenőrzése (defektoszkópia); radar és számítógépes jelek feldolgozásához és továbbításához; az orvostudományban - különböző betegségek diagnosztizálására és kezelésére hangképalkotással, biológiai szövetek vágásával és összekapcsolásával, műszerek, kezek sterilizálásával stb.

Az iparban széles körben használják a 20-30 kHz működési frekvenciájú ultrahangos készülékeket. A gyártás során a munkahelyeken a hang- és ultrahangnyomás leggyakoribb szintje 90-120 dB.

ultrahang a levegőben és a folyékony és szilárd közegben egyaránt terjedő 20 kHz feletti oszcillációt szokás figyelembe venni. Az ipari higiéniában az ultrahang kontakt és levegő típusát különböztetik meg (San-PiN 9-87-98 és SanPiN 9-88-98).

kontakt ultrahang- ez az ultrahang, amelyet akkor továbbítanak, amikor kezek vagy más emberi testrészek érintkeznek a forrásával, a munkadarabokkal, az azokat tartó eszközökkel, a hangos folyadékokkal, az orvosi ultrahangos készülékek szkennereivel, az ultrahangos hibaérzékelők keresőfejeivel stb.

levegő ultrahang ultrahangos rezgések a levegőben.

Ezekből a meghatározásokból az következik, hogy az ultrahang levegővel, vízzel érintkezve vagy közvetlenül rezgő felületről (szerszámok, gépek, készülékek és egyéb lehetséges források) jut át ​​az emberre.

A nagyfrekvenciás hangok és ultrahangok hallási érzékelésének küszöbértékei 20 kHz - 110 dB, 30 kHz - 115 dB és 40 kHz - 130 dB frekvencián vannak. Hagyományosan az ultrahang tartományt alacsony frekvenciájú - 1,1210 4 -1,0 10 5 Hz -re osztják, amely levegővel és érintkezéssel terjed, és magas frekvenciájú - 1,0 10 5 -1,0 10 9, amely csak érintkezéssel terjed.

A nagyfrekvenciás ultrahang gyakorlatilag nem terjed a levegőben, és főleg akkor érintheti a dolgozókat, ha az ultrahangforrás érintkezik a test nyitott felületével.

Az alacsony frekvenciájú ultrahang éppen ellenkezőleg, általános hatással van a dolgozókra a levegőn keresztül és helyileg, mivel a kezek érintkeznek a munkadarabokkal, amelyekben az ultrahangos rezgéseket gerjesztik.

Az ultrahangos rezgések közvetlenül a keletkezésük forrásánál terjednek egy irányban, de már a forrástól kis távolságban (25-50 cm) koncentrikus hullámokká alakulnak, ultrahanggal és nagyfrekvenciás zajjal kitöltve az egész dolgozószobát.

Az ultrahang jelentős hatással van az emberi szervezetre. Mint már említettük, az ultrahang minden közegben terjedhet: gáznemű, folyékony és szilárd halmazállapotú. Ezért az emberi szervezetben nemcsak a tényleges szervekre és szövetekre hat, hanem a sejt- és egyéb folyadékokra is. Folyékony közegben terjedve az ultrahang ennek a folyadéknak a kavitációját okozza, azaz apró üres buborékok képződését okozza benne, amelyek megtelnek ennek a folyadéknak és a benne oldott anyagok gőzeivel, és ezek összenyomódnak (összeomlanak). Ezt a folyamatot zajképződés kíséri.

Ha nagy teljesítményű ultrahangos egységeken dolgoznak, a kezelők fejfájásról panaszkodnak, amelyek általában eltűnnek, amikor a munka leáll; gyors fáradtság; éjszakai alvászavar; ellenállhatatlan álmosság érzése a nap folyamán; a látás gyengülése, a szemgolyókra nehezedő nyomás érzése; rossz étvágy; állandó szárazság a szájban és a nyelv merevsége; hasi fájdalom stb.

A hangok létfontosságú információkat juttatnak el az emberhez – segítségükkel kommunikálunk, zenét hallgatunk, és ismerős emberek hangjáról ismerünk fel. A minket körülvevő hangok világa sokszínű és összetett, de mi elég könnyen eligazodunk benne, és pontosan meg tudjuk különböztetni a madarak énekét a városi utca zajától.

• Hanghullám- rugalmas longitudinális hullám, amely hallásérzést okoz az emberben. A hangforrás (például húrok vagy hangszálak) rezgései hosszanti hullám megjelenését idézik elő. Az emberi fület elérve a hanghullámok arra késztetik a dobhártyát, hogy a forrás rezgésének frekvenciájával megegyező frekvenciájú kényszerrezgéseket hajtson végre. A belső fülben több mint 20 000 fonalas receptorvégződés alakítja át a mechanikai rezgéseket elektromos impulzusokká. Amikor az impulzusokat idegrostok mentén továbbítják az agyba, az embernek bizonyos hallási érzései vannak.

Így a hanghullám terjedése során megváltoznak a közeg olyan jellemzői, mint a nyomás és a sűrűség.

A hallószervek által érzékelt hanghullámok hangérzetet okoznak.

A hanghullámokat frekvencia szerint a következőképpen osztályozzák:

• infrahang (ν < 16 Гц);
• emberi hallható hang(16 Hz< ν < 20000 Гц);
• ultrahang(ν > 20000 Hz);
• hiperhang(10 9 Hz< ν < 10 12 -10 13 Гц).

Az ember nem hallja az infrahangot, de valahogy érzékeli ezeket a hangokat. Mivel például kísérletek kimutatták, hogy az infrahang kellemetlen zavaró érzeteket okoz.

Sok állat képes érzékelni az ultrahang frekvenciáit. Például a kutyák 50 000 Hz-ig, a denevérek pedig 100 000 Hz-ig hallanak hangokat. A vízben több száz kilométeren át terjedő infrahang segíti a bálnákat és sok más tengeri állatot a vízoszlopban való navigálásban.

A hang fizikai jellemzői

A hanghullámok egyik legfontosabb jellemzője a spektrum.

• spektrum Az adott hangjelet alkotó különböző frekvenciák halmazát ún. A spektrum lehet folytonos vagy diszkrét.

folytonos spektrum azt jelenti, hogy ez a halmaz olyan hullámokat tartalmaz, amelyek frekvenciája kitölti a teljes meghatározott spektrális tartományt.

Diszkrét spektrum véges számú, meghatározott frekvenciájú és amplitúdójú hullám jelenlétét jelenti, amelyek a vizsgált jelet alkotják.

A spektrum típusa szerint a hangokat zajokra és zenei hangokra osztják.

• Zaj- sok különböző rövid távú hang halmaza (ropogó, susogó, suhogó, kopogó stb.) - nagyszámú, hasonló amplitúdójú, de eltérő frekvenciájú rezgés átfedése (folyamatos spektrummal rendelkezik). Az ipar fejlődésével új probléma merült fel - a zaj elleni küzdelem. Még egy új koncepció is született a környezet „zajszennyezéséről”. A zaj, különösen a nagy intenzitású, nemcsak bosszantó és fárasztó, hanem súlyosan alááshatja az egészséget is.

• zenei hangnem egy hangzó test (hangvilla, húr) periodikus rezgésével jön létre, és egy frekvenciájú harmonikus rezgés.

A zenei hangok segítségével zenei ábécét hoznak létre - hangjegyek (do, re, mi, fa, salt, la, si), amelyek lehetővé teszik ugyanazt a dallamot különböző hangszereken.

• zenei hangzás(konszonancia) - több egyidejűleg megszólaló zenei hang előírásának eredménye, amelyek közül kiválasztható a legalacsonyabb frekvenciának megfelelő fő hang. Az alaphangot első harmonikusnak is nevezik. Az összes többi hangot felhangnak nevezzük. A felhangokat harmonikusnak mondjuk, ha a felhangok frekvenciája többszöröse az alaphang frekvenciájának. Így a zenei hangnak diszkrét spektruma van.

Bármely hangot a frekvencia mellett az intenzitás is jellemez. Tehát egy sugárhajtású repülőgép körülbelül 10 3 W / m 2 intenzitású hangot tud létrehozni, nagy teljesítményű erősítők egy koncerten zárt helyiségben - akár 1 W / m 2, metró - körülbelül 10 -2 W / m 2 .

Ahhoz, hogy hangérzetet keltsen, a hullámnak rendelkeznie kell egy bizonyos minimális intenzitással, amelyet hallásküszöbnek neveznek. A hanghullámok intenzitását, amelynél sajgó fájdalomérzet jelentkezik, fájdalomküszöbnek vagy fájdalomküszöbnek nevezzük.

Az emberi fül által felfogott hang intenzitása széles tartományban mozog: 10–12 W/m 2 (hallási küszöb) és 1 W/m 2 (fájdalomküszöb) között mozog. Az ember intenzívebb hangokat hall, ugyanakkor fájdalmat fog tapasztalni.

Hangintenzitás szintje L olyan skálán határozzuk meg, amelynek mértékegysége bel (B) vagy gyakrabban decibel (dB) (a béla egytizede). Az 1B a leggyengébb hang, amit fülünk érzékel. Ez az egység a telefon feltalálójáról, Alexander Bellről kapta a nevét. Az intenzitásszint decibelben történő mérése egyszerűbb, ezért elfogadott a fizikában és a technikában.

Intenzitás szintje L bármely hang decibelben kifejezett értékét a hang intenzitása alapján számítjuk ki a képlet segítségével

\(L=10\cdot lg\left(\frac(I)(I_0)\jobb),\)

ahol én- az adott hang intenzitása, én 0 - a hallásküszöbnek megfelelő intenzitás.

Az 1. táblázat a különböző hangok intenzitási szintjét mutatja. Azok, akik munka közben 100 dB feletti zajnak vannak kitéve, fejhallgatót használjanak.

Asztal 1

Intenzitás szint ( L) hangok

A hang élettani jellemzői

A hang fizikai jellemzői megfelelnek bizonyos fiziológiai (szubjektív) jellemzőknek, amelyek egy adott személy általi észleléséhez kapcsolódnak. Ez annak köszönhető, hogy a hang érzékelése nemcsak fizikai, hanem élettani folyamat is. Az emberi fül bizonyos frekvenciájú és intenzitású hangrezgéseket (ezek a hang objektív, embertől független sajátosságai) különböző módon érzékeli, a „vevő tulajdonságaitól” függően (itt az egyes személyek szubjektív egyéni tulajdonságai befolyásolnak).

A hang fő szubjektív jellemzői a hangerő, a hangmagasság és a hangszín.

• Hangerő(a hang hallhatóságának mértéke) egyaránt meghatározza a hang intenzitása (a hanghullám rezgésének amplitúdója), valamint az emberi fül eltérő érzékenysége különböző frekvenciákon. Az emberi fül az 1000 és 5000 Hz közötti frekvenciatartományban a legérzékenyebb. Ha az intenzitást 10-szeresére növeljük, a hangerő 10 dB-lel nő. Ennek eredményeként az 50 dB-es hang 100-szor intenzívebb, mint a 30 dB-es hang.

• Hangmagasság a hangrezgések frekvenciája határozza meg, amelyek a spektrumban a legmagasabb intenzitásúak.

• Hangszín(hangárnyalat) attól függ, hogy hány felhang kapcsolódik az alaphanghoz, és milyen intenzitású és frekvenciájú. Hangszín szerint könnyen megkülönböztethetjük a hegedű és a zongora, a furulya és a gitár hangjait, az emberek hangját (2. táblázat).

2. táblázat

Különféle hangforrások rezgésének ν frekvenciája

Hangforrás	v, Hz	Hangforrás	v, Hz
Férfi hang:	100 - 7000	nagybőgő	60 - 8 000
basszus	80 - 350	Gordonka	70 - 8 000
bariton	100 - 400	Cső	60 - 6000
tenor	130 - 500	Szaxofon	80 - 8000
Női hang:	200 - 9000	Zongora	90 - 9000
alt	170 - 780	zenei hangok:
mezzoszoprán	200 - 900	jegyzet előtt	261,63
szoprán	250 - 1000	jegyzet újra	293,66
koloratúrszoprán	260 - 1400	jegyzet mi	329,63
Szerv	22 - 16000	jegyzet F	349,23
Fuvola	260 - 15000	jegyzet só	392,0
Hegedű	260 - 15000	jegyzet la	440,0
Hárfa	30 - 15000	jegyzet si	493,88
Dob	90 - 14000

Hangsebesség

A hangsebesség függ a közeg rugalmas tulajdonságaitól, sűrűségétől és hőmérsékletétől. Minél nagyobbak a rugalmas erők, annál gyorsabban jutnak át a részecskék rezgései a szomszédos részecskékre, és annál gyorsabban terjed a hullám. Ezért a hangsebesség gázokban kisebb, mint folyadékokban, folyadékokban pedig általában kisebb, mint szilárd anyagokban (3. táblázat). Vákuumban a hanghullámok, mint bármely mechanikai hullám, nem terjednek, mivel a közeg részecskéi között nincs rugalmas kölcsönhatás.

3. táblázat

A hangsebesség különböző környezetekben

Ideális gázokban a hangsebesség a hőmérséklettel \(\sqrt(T),\) arányban nő, ahol T az abszolút hőmérséklet. Levegőben a hang sebessége υ = 331 m/s hőmérsékleten t= 0 °C és υ = 343 m/s hőmérsékleten t= 20 °C. Folyadékokban és fémekben a hangsebesség általában csökken a hőmérséklet emelkedésével (kivétel a víz).

A hang levegőben történő terjedésének sebességét először Marin Mersenne francia fizikus határozta meg 1640-ben. Megmérte a villanás megjelenése és a fegyverlövés eldördülése közötti hang közötti időt. Mersenne megállapította, hogy a hang sebessége a levegőben 414 m/s.

Hang alkalmazása

Az infrahangot még nem alkalmazták a technikában. Az ultrahangot azonban széles körben alkalmazzák.

• Az ultrahang impulzusok kibocsátásán, majd a különböző tárgyakról visszavert impulzusok (visszhangok) észlelésén alapuló tájékozódási vagy a környező tárgyak vizsgálati módszerét ún. echolocation, és a megfelelő eszközök - visszhangjelzők.

Az echolocation képességgel rendelkező jól ismert állatok a denevérek és a delfinek. Tökéletességüket tekintve ezeknek az állatoknak a visszhangszórói nem rosszabbak, de sok tekintetben felülmúlják (megbízhatóság, pontosság, energiahatékonyság tekintetében) a modern ember alkotta echolokátorokat.

A víz alatt használt szonárokat szonárnak vagy szonárnak nevezik (a szonár elnevezés három angol szó kezdőbetűiből áll: hang - hang; navigáció - navigáció; tartomány - tartomány). A szonárok nélkülözhetetlenek a tengerfenék (profilja, mélysége) tanulmányozásához, a mélyen a víz alatt mozgó különböző objektumok észleléséhez és tanulmányozásához. Segítségükkel könnyen kimutathatók az egyes nagy tárgyak vagy állatok, valamint a kis halak vagy puhatestűek állományai.

Az ultrahang-frekvenciás hullámokat széles körben használják az orvostudományban diagnosztikai célokra. Az ultrahangos szkennerek lehetővé teszik egy személy belső szerveinek vizsgálatát. Az ultrahangos sugárzás a röntgensugárzással ellentétben ártalmatlan az emberre.

Irodalom

1. Zhilko, V.V. Fizika: tankönyv. 11. évfolyamos általános műveltségi pótlék. iskola oroszból lang. képzés / V.V. Zhilko, L.G. Markovich. - Minszk: Nar. Asveta, 2009. - S. 57-58.
2. Kasyanov V.A. Fizika. 10. évfolyam: Tankönyv. általános műveltségre intézmények. - M.: Túzok, 2004. - S. 338-344.
3. Myakishev G.Ya., Sinyakov A.Z. Fizika: Rezgések és hullámok. 11. évfolyam: Proc. a fizika elmélyült tanulmányozására. - M.: Túzok, 2002. - S. 184-198.

1. A hallásérzékelés jellemzői, kapcsolatuk a fizikaival

hangjellemzők. Hangosság kontra frekvencia.

Weber-Fechner törvény.

A hangtónust a frekvencia (periódus), a harmonikus spektrum, a hang intenzitása vagy erőssége és a hangnyomás jellemzi. Mindezek a hangjellemzők fizikai vagy objektív jellemzők. A hang azonban a hallásérzékelés tárgya, ezért az ember szubjektíven értékeli, pl. a hangnak vannak fiziológiai jellemzői is, amelyek a fizikai jellemzőit tükrözik. A hangmérési rendszer feladata, hogy ezt az összefüggést megteremtse, és ezáltal lehetővé tegye a különböző emberek hallásának vizsgálatakor a hallásérzés szubjektív értékelésének egységes összehasonlítását az objektív mérések adataival.

A hanghullám oszcillációs frekvenciáját a hangmagasságként (pitch) becsüljük meg. Minél magasabb az oszcillációs frekvencia, annál magasabb az észlelt hang.

Egy másik élettani jellemző a hangszín, amelyet egy összetett hang spektrális összetétele határoz meg. Az azonos alapfrekvenciájú összetett hangok rezgések formájában és ennek megfelelően a harmonikus spektrumban is eltérhetnek. Ezt a különbséget hangszínként (hangszínként) érzékeljük. Például a fül megkülönbözteti ugyanazt a dallamot, amelyet különböző hangszereken játszanak.

A hangerő a hang egy másik szubjektív értékelése, amely a hallásérzet szintjét jellemzi. Ez elsősorban a hang intenzitásától és frekvenciájától függ.

Először vegye figyelembe a fül érzékenységének a frekvenciától való függését. Az emberi fül nem egyformán érzékeny a különböző frekvenciákra azonos intenzitás mellett. Az általa érzékelt frekvenciatartomány 16Hz-20kHz. Az életkor előrehaladtával romlik az ember képessége a magas frekvenciájú hangok érzékelésére. Egy fiatal akár 20 000 Hz-es frekvenciájú hangokat is hall, de már középkorban ugyanaz a személy nem képes felfogni a 12-14 kHz-nél nagyobb frekvenciájú hangokat. Az 1000-3000 Hz frekvenciatartományon belül a legnagyobb az érzékenység. 16 Hz-re és 20 kHz-re csökken. Nyilvánvaló, hogy a hallásküszöb változásának természete ellentétes a fül érzékenységének változásával, i.e. a frekvencia 16 Hz-ről történő növelésével először csökken, az 1000-3000 Hz-es frekvencia tartományban szinte változatlan marad, majd ismét nő. Ezt tükrözi a hallásküszöb változásának frekvenciától való függésének grafikonja (lásd 1. ábra).

A grafikon logaritmikus skálán van ábrázolva. A grafikon felső görbéje a fájdalomküszöbnek felel meg. Az alsó grafikont térfogati küszöbgörbének nevezzük, azaz. J0 = f(ν).

Egy hang hangereje az intenzitásától függ. Ez a hang szubjektív jellemzője. Ez a két fogalom nem egyenlő. A hangerő hangintenzitástól való függése összetett jellegű, a fülnek a hanghullámokra való érzékenysége miatt. Egy személy csak hozzávetőlegesen tudja megbecsülni az érzés abszolút intenzitását. Azonban egészen pontosan megállapítja a különbséget, ha két különböző intenzitású érzetet hasonlít össze. Így született meg az összehasonlító hangerőmérési módszer. Ebben az esetben nem a hangerő abszolút értékét mérjük, hanem annak valamilyen más értékkel való arányát, amelyet kezdeti vagy nulla hangerőszintnek veszünk.

Ezenkívül megállapodtunk abban, hogy a hang intenzitásának és hangosságának összehasonlításakor 1000 Hz-es frekvenciájú hangból indulunk ki, pl. tekintsük egy 1000 Hz-es frekvenciájú hang hangerejét a hangossági skála szabványának. Mint már említettük, a hang intenzitásának (erősségének) mérésénél is alkalmazzák az összehasonlító módszert. Ezért két skála létezik: az egyik az intenzitásszintek mérésére; a második a hangerőszint mérésére szolgál. A hangerőszint skála létrehozása Weber-Fechner fontos pszichofizikai törvényén alapul. E törvény szerint, ha az irritáció exponenciálisan (azaz ugyanannyiszor) növekszik, akkor ennek az irritációnak az érzete aritmetikai lépésekben (ugyanolyan mértékben) növekszik. Például, ha a hang intenzitása egymás után következő értékeket vesz fel: a J 0, a 2 J 0, a 3 J 0 (a>1 egy bizonyos együttható), akkor a hangerő megfelelő változása egyenlő lesz E-vel. 0 , 2E 0 , 3E 0 . Matematikailag ez azt jelenti, hogy egy hang hangereje egyenesen arányos az intenzitás logaritmusával.

Ha J intenzitású hanginger hat, akkor a Weber-Fechner törvény alapján az E hangerőszint a következőképpen viszonyul az intenzitásszinthez:

E = KL = Klg , (1)

ahol a stimuláció relatív erőssége, K egy bizonyos arányossági tényező, amely frekvenciától és intenzitástól függ, egységnyi ν = 1000 Hz esetén. Ha tehát minden frekvencián K=1-et veszünk, akkor az (1) képletnek megfelelően egy intenzitásszint-skálát kapunk; K≠1-nél - a hangerőskála, ahol a mértékegység már nem decibel lesz, hanem háttér. Tekintettel arra, hogy 1 kHz-es frekvencián a hangerő és az intenzitás skála azonos, akkor E f =10.

A hangosság függését a rezgések intenzitásától és gyakoriságától a hangmérési rendszerben kísérleti adatok alapján határozzuk meg grafikonok segítségével, amelyeket egyenlő hangerősségű görbéknek nevezünk, i.e. J=f(ν) at E = állandó. Felépítettünk egy nulla hangerőszint vagy hallásküszöb görbét. Ez a görbe a fő (nulla hangerőszint - E f =0).

Ha különböző hangerőszintekhez hasonló görbéket építünk fel, például 10 hátterű lépésekben, akkor egy grafikonrendszert kapunk (2. ábra), amely lehetővé teszi az intenzitásszint frekvenciától való függését bármely hangerőszinten. . Ezek a görbék normál hallású emberektől kapott átlagos adatokon alapulnak. Az alsó görbe a hallásküszöbnek felel meg, azaz. minden frekvenciánál E f \u003d 0 (ν \u003d 1 kHz frekvencia esetén az intenzitás J 0 \u003d W / m 2). A hallásélesség vizsgálatát audiometriának nevezik. Speciális készüléken, audiométeren végzett audiometriával az alanyban meghatározzák a hallásérzékelés küszöbét különböző frekvenciákon. Az így kapott grafikont audiogramnak nevezzük. A halláskárosodást úgy határozzák meg, hogy összehasonlítják egy normál hallásküszöb-görbével.

2. Hangsúlyos kutatási módszerek a klinikán.

A hangjelenségek számos, a szervezetben előforduló folyamatot kísérnek, például a szív munkáját, a légzést stb. A testben fellépő hangok közvetlen meghallgatása a klinikai kutatás egyik legfontosabb módszere, ezt auszkultációnak (hallgatásnak) nevezik. Ez a módszer a Kr.e. 2. század óta ismert. e. Erre a célra sztetoszkópot használnak - egy egyenes fa vagy műanyag cső formájú eszközt, amelynek egyik végén egy kis aljzat, a másik végén pedig lapos aljzat található a fül felhelyezésére. A hangot a test felszínéről a fülbe mind maga a levegőoszlop, mind a cső falai szállítják.

Az auskultációhoz fonendoszkópot használnak, amely egy üreges kapszulából áll, amelynek membránja a páciens testére van felhordva. A kapszulából két gumicső jön, amelyeket az orvos fülébe helyeznek. A kapszulában lévő légoszlop rezonanciája felerősíti a hangot.

A szív- és érrendszer állapotának diagnosztizálására egy módszert alkalmaznak - fonokardiográfiát (FCG) - a hangok és szívhangok grafikus regisztrálását diagnosztikai értelmezésük céljából. A felvétel egy fonokardiográf segítségével készül, amely egy mikrofonból, egy erősítőből, egy frekvenciaszűrő rendszerből és egy felvevő készülékből áll.

Az ütőhangszerek eltérnek a két jelzett módszertől – ez a belső szervek vizsgálatának módszere a test felületének kopogtatásával és az ezalatt fellépő hangok elemzésével. Ezeknek a hangoknak a természete a koppintás módjától és a kopogtatás helye közelében elhelyezkedő szövetek tulajdonságaitól (rugalmasság, sűrűség) függ. Az ütögetést végezhetjük speciális gumifejű kalapáccsal, rugalmas anyagú, plesziméternek nevezett lemezzel, vagy az egyik kéz hajlított ujjának hegyével a másik ujjának az emberi testre helyezve ütögetjük. . A test felületének megütésekor rezgések lépnek fel, amelyek frekvenciája széles tartományú. Egyes rezgések gyorsan elhalványulnak, mások a rezonancia miatt felerősödnek és hallhatóak lesznek. A belső szervek állapotát és topográfiáját az ütőhangok hangszíne határozza meg.

3. Ultrahang (USA), ultrahang források. Az ultrahanghullámok terjedésének jellemzői.

Az ultrahangot hangrezgésnek nevezik, amelynek frekvenciája 20 kHz és 10 10 Hz közötti tartományt foglal el. A felső határt meglehetősen feltételesen veszik olyan megfontolásokból, hogy az ilyen frekvenciához tartozó anyagokban és szövetekben lévő hullámhossz arányos az intermolekuláris távolságokkal, figyelembe véve azt a tényt, hogy az ultrahang terjedési sebessége vízben és szövetekben azonos. Az ultrahanghullámban az elmozdulást a korábban vizsgált hullámegyenlet írja le.

A piezoelektromos ultrahangos sugárzók a legszélesebb körben használtak mind a technikában, mind az orvosi gyakorlatban. Piezoelektromos sugárzóként kvarc, bárium-titanát, Rochelle só stb. kristályai szolgálnak A piezoelektromos hatás (közvetlen) az a jelenség, amikor az említett kristálylapok felületén mechanikai alakváltozás hatására ellentétes előjelű töltések jelennek meg (1. ábra). 3a). A deformáció eltávolítása után a töltések eltűnnek.

Létezik egy inverz piezoelektromos hatás is, amelyet az orvosi gyakorlatban is alkalmaztak nagyfrekvenciás ultrahang előállítására. Ha a generátortól váltakozó feszültséget adunk a piezoelektromos elemlemez felületének ezüstözött éleire (3b. ábra), akkor a kvarclemez a generátor váltakozó feszültségével időben oszcillálni fog. Az oszcillációs amplitúdó akkor lesz maximális, ha a kvarclemez sajátfrekvenciája (ν 0) egybeesik a generátor frekvenciájával (ν g), azaz. rezonancia lép fel (ν 0 \u003d ν g). A közvetlen piezoelektromos hatás alapján ultrahang vevőt lehet létrehozni. Ebben az esetben az ultrahangos hullámok hatására a kristály deformálódik, ami váltakozó feszültség megjelenéséhez vezet, amely az előzetes erősítés után mérhető vagy rögzíthető egy elektronikus oszcilloszkóp képernyőjén.

Az ultrahangot a magnetostrikció jelenségén alapuló eszközökkel lehet elérni (alacsony frekvenciák elérése érdekében), amely a nagyfrekvenciás mágneses térbe helyezett ferromágneses rúd hosszának megváltoztatásából (megnyúlásából és rövidüléséből) áll. Ennek a rúdnak a végei alacsony frekvenciájú ultrahangot bocsátanak ki. A feltüntetett ultrahangos forrásokon kívül léteznek mechanikus források (sziréna, síp), amelyekben a mechanikai energia ultrahang rezgések energiájává alakul.

Természeténél fogva az ultrahang a hanghoz hasonlóan rugalmas közegben terjedő mechanikai hullám. A hang és az ultrahanghullámok terjedési sebessége megközelítőleg azonos. Az ultrahang hullámhossza azonban sokkal rövidebb, mint a hangé. Ez megkönnyíti az ultrahangos rezgések fókuszálását.

Az ultrahanghullám intenzitása sokkal nagyobb, mint a hanghullámé, magas frekvenciája miatt elérheti a több watt per négyzetcentimétert (W / cm 2), fókuszáláskor pedig az 50 W / cm 2 vagy annál nagyobb intenzitású ultrahang megszerezni.

Az ultrahang terjedése közegben (a rövid hullámhossz miatt) egy másik jellemzőben különbözik - a folyadékok és a szilárd anyagok jó ultrahangvezetők, míg a levegő és a gáz gyenge. Így a vízben, ha más dolgok megegyeznek, az ultrahang csillapítás 1000-szer gyengébb, mint a levegőben. Amikor az ultrahang inhomogén közegben terjed, visszaverődése és fénytörése következik be. Az US visszaverődése két közeg határán a hullámimpedanciáik arányától függ. Ha az ultrahang w 1 = r 1 J 1 közegben merőlegesen esik a második w 2 = r 2 J 2 sima felületére, akkor az energia egy része áthalad a határfelületen, egy része pedig visszaverődik. . A visszaverődési együttható nulla lesz, ha r 1 J 1 = r 2 J 2 azaz. Az ultrahang energia nem verődik vissza a felületek közötti határfelületről, hanem veszteség nélkül átmegy egyik közegből a másikba. Levegő-folyadék, folyadék-levegő, szilárd-levegő interfészeknél és fordítva a visszaverődési együttható majdnem 100%. Ez azzal magyarázható, hogy a levegőnek nagyon alacsony akusztikus ellenállása van.

Éppen ezért minden esetben, amikor az ultrahang emittert a besugárzott közeggel, például az emberi testtel kapcsolják, szigorúan ügyelni kell arra, hogy az emitterek és a szövet között minimális légréteg (hullámellenállás) ne legyen 3000-szer nagyobb, mint a levegő hullámellenállása). A légréteg eltüntetésére az ultrahangos emitter felületét olajréteggel vonják be, vagy vékony rétegben hordják fel a test felületére.

Amikor az ultrahang egy közegben terjed, hangnyomás keletkezik, amely ingadozik, a kompressziós tartományban pozitív, az azt követő ritkítási tartományban negatív értéket vesz fel. Így például 2 W / cm 2 ultrahang intenzitás mellett nyomás keletkezik az emberi szövetekben a kompressziós területen + 2,6 atm., amely a következő területen vákuumba kerül - 2,6 atm. (4. ábra). Az ultrahang által létrehozott kompresszió és ritkítás egy folytonos folyadék repedéséhez vezet, mikroszkopikus üregek képződésével (kavitáció). Ha ez a folyamat folyadékban megy végbe, akkor az üregek megtelnek a benne oldott folyadék vagy gázok gőzeivel. Ezután az üreg helyén az anyag kompressziós helye alakul ki, az üreg gyorsan összeomlik, kis térfogatban jelentős mennyiségű energia szabadul fel, ami az anyag mikrostruktúráinak pusztulásához vezet.

4. Az ultrahang orvosi-biológiai alkalmazása.

Az ultrahang orvosi és biológiai hatása igen sokrétű. Mindeddig még mindig lehetetlen kimerítő magyarázatot adni az USA biológiai objektumokra gyakorolt ​​hatásáról. Nem mindig könnyű kiemelni a legfontosabbakat az ultrahang által okozott számos hatás közül. Mindazonáltal kimutatták, hogy a biológiai objektumok US-val történő besugárzásakor elsősorban az UH következő cselekedeteit kell figyelembe venni:

termikus; mechanikai hatás; közvetett, a legtöbb esetben fizikai és kémiai hatás.

A MINK TERMÁLIS HATÁSA fontos, mert. a biológiai objektumokban zajló anyagcsere-folyamatokat jelentős hőmérséklet-függés jellemzi. A hőhatást az elnyelt energia határozza meg. Ebben az esetben alacsony US-intenzitást használnak (körülbelül 1 W/cm2). A termikus hatás a szövetek, erek tágulását okozza, aminek következtében megnövekszik az anyagcsere, fokozódik a véráramlás. A fókuszált ultrahang hőhatása miatt nem csak a lágyrészek, hanem a csontszövetek vágására is használható szikeként. Jelenleg a sérült vagy átültetett csontszövetek "hegesztésére" fejlesztettek ki módszert.

MECHANIKAI MŰVELET. Az anyagrészecskék mechanikai rezgései ultrahangos térben pozitív biológiai hatást válthatnak ki (szöveti struktúrák mikromasszázsa). Ez a fajta hatás magában foglalja a sejtes és szubcelluláris szintű mikrovibrációt, a biomakromolekulák elpusztítását, a mikroorganizmusok, gombák, vírusok elpusztítását, a rosszindulatú daganatok, hólyag- és vesekövek elpusztítását. Az ultrahangot anyagok zúzására használják, például kolloid oldatok, erősen diszpergált gyógyászati ​​emulziók és aeroszolok gyártása során. A növényi és állati sejtek elpusztításával biológiailag aktív anyagokat (enzimeket, toxinokat) izolálnak belőlük. Az ultrahang a sejtmembránok károsodását, átstrukturálódását, áteresztőképességének megváltozását okozza.

AZ ULTRAHANG FIZIKAI-KÉMIAI HATÁSA. Az ultrahang hatása felgyorsíthat bizonyos kémiai reakciókat. Úgy gondolják, hogy ez az ultrahangos vízmolekulák aktiválódásának köszönhető, amelyek azután lebomlanak, és aktív H + és OH - gyököket képeznek.

Az ultrahang orvosbiológiai alkalmazása alapvetően két területre osztható: diagnosztikára és terápiára. Az első olyan helymeghatározási módszereket tartalmaz, amelyek főként impulzussugárzást alkalmaznak. Ez az echoencephalography - a daganatok és az agy duzzanatának meghatározása.

A helymeghatározási módszerek az US-nak a különböző sűrűségű médiák közötti interfészről való visszaverődésén alapulnak. Ez a módszer magában foglalja az ultrahangos kardiográfiát is - a szív méretének dinamikus mérését. Az ultrahang lokációt a szemészetben is használják a szemmédium méretének meghatározására. A Doppler-effektust a szívbillentyűk mozgásának és a véráramlás sebességének vizsgálatára használják.

Nagyon nagy jövő előtt áll az ultrahangos holografikus módszerek, amelyek segítségével olyan szervekről lehet képeket készíteni, mint a vesék, szív, gyomor stb.

A második irány az ultrahangos terápia. Az ultrahangot általában 800 kHz frekvenciával és 1 W / cm 2 vagy annál kisebb intenzitással használják. Ezenkívül az elsődleges hatásmechanizmusok a szövetre gyakorolt ​​mechanikai és termikus hatások. Az ultrahangterápia céljaira az UTP-ZM készüléket stb.

5. Infrahang (IS), terjesztésének jellemzői.

Infrahangok hatása biológiai tárgyakra.

Az infrahangot (IS) hangrezgésnek nevezzük, amelynek felső tartománya nem haladja meg a 16-20 Hz-et. Alsó tartomány 10 -3 Hz. Nagyon érdekesek a 0,1 és akár 0,01 Hz frekvenciájú IZ-k. FROM szerepelnek a zaj összetételében. Az IS forrásai a tenger vagy folyó vizének mozgása (vihara), az erdő zaja, szél, villámcsapások, földrengések és földcsuszamlások, épületek alapjainak rezgései, szerszámgépek, mozgó járművek utak. Az IZ a mechanizmusok rezgései során jelentkezik, amikor épületeket, fákat, oszlopokat fúj a szél, amikor emberek és állatok mozognak.

Az IS jellemző tulajdonsága a közeg általi alacsony elnyelése. Ezért nagy távolságokra terjed. Az IZ jól eloszlik az emberi test szöveteiben, különösen a csontszövetben. Az IZ-hullámok sebessége levegőben 1200 km/h, vízben 6000 km/h.

Az IS alacsony abszorpciója lehetővé teszi a robbanások és földrengések észlelését a forrástól nagy távolságban a földkéregben való terjedése révén. A mért IS-ingadozások szerint cunamit jósolnak. Jelenleg érzékeny IS vevőkészülékeket fejlesztettek ki, amelyek segítségével például a vihar kitörése előtt sok órával megjósolható.

Az IZ ingadozásoknak biológiai aktivitásuk van, ami azzal magyarázható, hogy gyakoriságuk egybeesik az agy alfa ritmusával.

FROM 1-7 Hz frekvenciával 70 dB intenzitással 8-10 percig. sugárzás okozza: szédülés, hányinger, légszomj, depresszió, fejfájás, fulladás. Mindezek a tényezők fokozódnak az IZ ismételt expozíciójával. Egy bizonyos frekvencia OUT végzetes lehet.

A mechanizmusok rezgései az IZ forrásai. A vibráció és az IS emberi szervezetre gyakorolt ​​kedvezőtlen hatása miatt vibrációs betegség (VB) lép fel. A WB akkor fordul elő, ha ezeknek a tényezőknek hosszabb ideig ki vannak téve egy szövet vagy emberi szerv bizonyos területén, és nemcsak az egyes szervek, hanem az egész emberi test kimerültségéhez vezet. Először a kéz és más szervek izmainak sorvadásához, a mechanikai rezgésekre való érzékenység csökkenéséhez, az ujjak, lábujjak és más szervek görcseinek megjelenéséhez vezet.

Feltételezhető, hogy az IS elsődleges hatásmechanizmusa a testre rezonáns jellegű. Az emberi belső szerveknek megvan a saját rezgési frekvenciája. Ha az IZ-nek a sajátjával megegyező gyakorisággal van kitéve, rezonancia lép fel, amely ezeket a kellemetlen érzéseket okozza, és bizonyos esetekben súlyos következményekkel járhat: szívleállás vagy vérerek szakadása.

Az emberi test természetes oszcillációinak gyakorisága hason fekvő helyzetben - (3 - 4 Hz), álló helyzetben - (5 - 12 Hz), mellkasban - (5 -8 Hz), hasüregben - (3 - 4 Hz) és egyéb szervek megfelelnek az IZ gyakoriságának.

Fiziológiai jellemzők a hangot az emberi hallókészülék által a hang hallási érzékelésének szubjektív jellemzőinek nevezik. A hang élettani jellemzői közé tartozik az adott személy által érzékelt minimális és maximális rezgési frekvencia, a hallhatóság küszöbe, valamint a fájdalom, a hangerő, a hangmagasság és a hangszín küszöbe.

Az adott személy által érzékelt minimális és maximális rezgési frekvenciák. A hangrezgések frekvenciája a 20-20000 Hz tartományba esik. Az adott személy által érzékelt legalacsonyabb frekvencia azonban általában 20 Hz-nél nagyobb, a legmagasabb pedig 20 000 Hz-nél kisebb, amit az emberi hallókészülék egyedi szerkezeti sajátosságai határoznak meg. Például:  min = 32 Hz, Max = 17900 Hz.

hallásküszöb az emberi fül által érzékelt minimális intenzitás én o. Azt hiszik én o =10 -12 W/m 2 nál nél  = 1000 Hz. Általában azonban egy adott személynél a hallásküszöb magasabb. én o .

A hallásküszöb a hangrezgés frekvenciájától függ. Bizonyos frekvenciákon (általában 1000-3000 Hz), az emberi hallókészülék hallójáratának hosszától függően, az emberi fülben rezonáns hangerősítés lép fel. Ebben az esetben a hangérzet a legjobb, a hallásküszöb pedig minimális. Az oszcillációs frekvencia csökkenésével vagy növekedésével a rezonancia állapota romlik (a frekvencia leválása a rezonancia frekvenciától), és ennek megfelelően nő a hallásküszöb.

3. A fájdalom küszöbe az emberi fül által tapasztalt fájdalom egy bizonyos érték feletti hangintenzitásnál én mivel(a hanghullámot nem érzékeli hangként). A fájdalom küszöbe én mivel frekvenciától függ (bár kisebb mértékben, mint a hallásküszöb). Alacsony és magas frekvenciákon a fájdalomküszöb csökken, i.e. nagy intenzitású fájdalomérzetek figyelhetők meg.

4. Hangerő a személy egy adott hang hallási észlelésének szintje. A hangerő mindenekelőtt a hangot észlelő személytől függ. Például elegendő intenzitással 1000 Hz-es frekvencián a hangerő nulla lehet (siketek esetében).

Ennél a konkrét személynél, aki érzékeli a hangot, a hangerő a frekvenciától, a hang intenzitásától függ. Ami a hallásküszöböt illeti, a hangerő általában 1-3 kHz-es frekvencián a maximum, a frekvencia csökkenésével vagy növekedésével pedig csökken a hangerő.

Egy hang hangereje komplex módon függ a hang intenzitásától. A pszichofizikai Weber-Fechner törvénynek megfelelően a hangosság E egyenesen arányos az intenzitás szintjével:

E=k . log(I/I 0 ), ahol k a hang frekvenciájától és intenzitásától függ.

A hangerősséget mértékegységben mérik háttérrel. Úgy gondolják, hogy a hangok hangereje számszerűen egyenlő a decibelben megadott intenzitásszinttel a frekvencián 1000 Hz. Például a hangerő E=30 háttér; ez azt jelenti, hogy ez a személy az észlelési szintnek megfelelően a jelzett hangot ugyanúgy érzi, mint a hangot, frekvenciával 1000 Hzés hangszint 30 dB. Grafikusan (lásd a tankönyvet) egyenlő hangerősségű görbék épülnek fel, amelyek minden egyes embernél egyediek.

Az emberi hallókészülék állapotának diagnosztizálása érdekében audiométerrel eltávolítják audiogram- a hallásküszöb függése a frekvenciától.

5. Hangmagasság az ember tiszta hangérzetének nevezik. A frekvencia növekedésével a hangmagasság is növekszik. Az intenzitás növekedésével a hangmagasság kissé csökken.

6. hangszín egy adott összetett hangrezgés érzetét egy személy ún. A hang hangszíne az színezés hang, amellyel megkülönböztetjük az ember hangját. A hangszín a hang akusztikus spektrumától függ. Ugyanazt az akusztikus spektrumot azonban különböző emberek eltérően érzékelik. Tehát, ha két ember hallókészülékét egymásra cseréljük, és a hang agyelemzőjét ugyanazon hagyjuk, akkor az általa ismert emberek hangjának színe másnak tűnik, pl. előfordulhat, hogy nem ismeri fel egy ismerős személy hangját, vagy a hang megváltozottnak tűnik.