Kaip garsas keliauja erdvėje? Garso bangų sklidimo dėsniai Ar garsas sklinda vandenyje.
Hidroakustika (iš graikų kalbos. hidro- vanduo, akustikokokas- klausos) - mokslas apie reiškinius, vykstančius vandens aplinkoje ir susijusius su akustinių bangų sklidimu, spinduliavimu ir priėmimu. Tai apima hidroakustinių prietaisų, skirtų naudoti vandens aplinkoje, kūrimą ir kūrimą.
Vystymosi istorija
Hidroakustikos pagrindai
Akustinių bangų sklidimo vandenyje ypatybės
Aido pasireiškimo įvykio komponentai.
Išsamių ir fundamentalių akustinių bangų sklidimo vandenyje tyrimų pradžia padėta Antrojo pasaulinio karo metais, kuriuos padiktavo būtinybė spręsti praktines karinių jūrų pajėgų ir pirmiausia povandeninių laivų problemas. Eksperimentinis ir teorinis darbas buvo tęsiamas pokario metais ir apibendrintas keliose monografijose. Šių darbų metu buvo nustatyti ir patobulinti kai kurie akustinių bangų sklidimo vandenyje ypatumai: sugertis, slopinimas, atspindys ir lūžis.
Akustinių bangų energijos absorbciją jūros vandenyje sukelia du procesai: vidinė terpės trintis ir joje ištirpusių druskų disociacija. Pirmasis procesas akustinės bangos energiją paverčia šilumine energija, o antrasis procesas, paverčiamas chemine energija, išveda molekules iš pusiausvyros ir jos suyra į jonus. Šio tipo sugertis smarkiai padidėja didėjant akustinės vibracijos dažniui. Vandenyje esančios suspenduotos dalelės, mikroorganizmai ir temperatūros anomalijos taip pat lemia vandens akustinės bangos susilpnėjimą. Paprastai šie nuostoliai yra nedideli ir įskaičiuojami į bendrą absorbciją, tačiau kartais, pavyzdžiui, išsibarsčius iš laivo, šie nuostoliai gali siekti iki 90%. Temperatūros anomalijų buvimas lemia tai, kad akustinė banga patenka į akustinio šešėlio zonas, kur gali patirti daugybę atspindžių.
Vandens-oro ir vandens-dugno sąsajų buvimas lemia, kad nuo jų atsispindi akustinė banga, o jei pirmuoju atveju akustinė banga visiškai atsispindi, tai antruoju atveju atspindžio koeficientas priklauso nuo dugno medžiagos: prastai atspindi dumbliną dugną, gerai - smėlėtą ir akmenuotą . Mažame gylyje dėl pasikartojančios akustinės bangos atspindžio tarp dugno ir paviršiaus atsiranda povandeninis garso kanalas, kuriame akustinė banga gali sklisti dideliais atstumais. Garso greičio reikšmės keitimas skirtinguose gyliuose lemia garso „spindulių“ kreivumą – refrakciją.
Garso lūžis (garso pluošto kelio kreivumas)
|
Garso refrakcija vandenyje: a - vasarą; b - žiemą; kairėje - greičio pokytis su gyliu. Garso sklidimo greitis skiriasi priklausomai nuo gylio, o pokyčiai priklauso nuo metų ir paros laiko, rezervuaro gylio ir daugybės kitų priežasčių. Garso spinduliai, kylantys iš šaltinio tam tikru kampu į horizontą, lenkiami, o vingio kryptis priklauso nuo garso greičių pasiskirstymo terpėje: vasarą, kai viršutiniai sluoksniai šiltesni už apatinius, spinduliai išlinksta. žemyn ir dažniausiai atsispindi iš apačios, tuo pačiu prarandant didelę savo energijos dalį; žiemą, kai apatiniai vandens sluoksniai palaiko savo temperatūrą, o viršutiniai sluoksniai vėsta, spinduliai lenkia aukštyn ir pakartotinai atsispindi nuo vandens paviršiaus, prarandama daug mažiau energijos. Todėl žiemą garso sklidimo atstumas yra didesnis nei vasarą. Vertikalus garso greičio pasiskirstymas (VSDS) ir greičio gradientas turi lemiamos įtakos garso sklidimui jūros aplinkoje. Garso greičio pasiskirstymas skirtinguose pasaulio vandenyno regionuose yra skirtingas ir kinta laikui bėgant. Yra keletas tipiškų VRSZ atvejų: |
Garso sklaida ir sugertis dėl terpės nehomogeniškumo.
Garso sklidimas povandeniniame garse. kanalas: a - garso greičio pokytis su gyliu; b - spindulių kelias garso kanale. Aukšto dažnio garsų sklidimui, kai bangų ilgiai yra labai maži, įtakos turi nedideli netolygumai, dažniausiai randami natūraliuose rezervuaruose: dujų burbuliukai, mikroorganizmai ir kt. Šie nehomogeniškumas veikia dvejopai: sugeria ir išsklaido garso bangų energiją. . Dėl to, didėjant garso virpesių dažniui, sumažėja jų sklidimo diapazonas. Šis efektas ypač pastebimas paviršiniame vandens sluoksnyje, kur daugiausia nehomogeniškumo. Garso sklaida dėl heterogeniškumo, taip pat vandens paviršiaus ir dugno nelygumai sukelia povandeninio atgarsio reiškinį, kuris lydi garso impulso siuntimą: garso bangos, atsispindinčios nuo nevienalytiškumo ir susiliejimo derinio, suteikia garso impulso sugriežtinimas, kuris tęsiasi jam pasibaigus. Povandeninių garsų sklidimo ribas riboja ir savi jūros triukšmai, kurie turi dvejopą kilmę: dalis triukšmų kyla dėl bangų poveikio vandens paviršiui, banglenčių jūroje, riedančių akmenukų triukšmas ir pan.; kita dalis siejama su jūrų fauna (hidrobiontų skleidžiami garsai: žuvys ir kiti jūros gyvūnai). Biohidroakustika nagrinėja šį labai rimtą aspektą. |
Garso bangų sklidimo atstumas
Garso bangų sklidimo diapazonas yra sudėtinga spinduliuotės dažnio funkcija, kuri yra vienareikšmiškai susijusi su akustinio signalo bangos ilgiu. Kaip žinoma, aukšto dažnio akustiniai signalai greitai susilpnėja dėl stiprios vandens aplinkos absorbcijos. Priešingai, žemo dažnio signalai gali sklisti vandens aplinkoje dideliais atstumais. Taigi 50 Hz dažnio akustinis signalas gali sklisti vandenyne tūkstančių kilometrų atstumu, o 100 kHz dažnio signalas, būdingas šoninio skenavimo sonarui, sklidimo diapazonas yra tik 1-2 km. Apytiksliai šiuolaikinių sonarų diapazonai su skirtingais akustinio signalo dažniais (bangos ilgiu) pateikti lentelėje:
Naudojimo sritys.
Hidroakustika gavo platų praktinį pritaikymą, nes dar nesukurta efektyvi sistema elektromagnetinėms bangoms perduoti po vandeniu bet kokiu dideliu atstumu, todėl garsas yra vienintelė įmanoma komunikacijos priemonė po vandeniu. Šiems tikslams naudojami garso dažniai nuo 300 iki 10 000 Hz ir ultragarsas nuo 10 000 Hz ir didesnis. Elektrodinaminiai ir pjezoelektriniai emiteriai ir hidrofonai naudojami kaip skleidėjai ir imtuvai garso srityje, o pjezoelektriniai ir magnetostrikciniai – ultragarso srityje.
Svarbiausios hidroakustikos taikymo sritys yra šios:
- Spręsti karines problemas;
- Jūrų navigacija;
- Garsus povandeninis ryšys;
- Žuvų paieškos žvalgyba;
- Okeanologiniai tyrimai;
- Veiklos sritys, skirtos vandenynų dugno turtų plėtrai;
- Akustikos naudojimas baseine (namuose arba sinchroninio plaukimo mokymo centre)
- Jūrų gyvūnų mokymas.
Pastabos
Literatūra ir informacijos šaltiniai
LITERATŪRA:
- V.V. Šuleikinas Jūros fizika. - Maskva: "Nauka", 1968. - 1090 p.
- I.A. rumunų Hidroakustikos pagrindai. - Maskva: "Laivų statyba", 1979. - 105 p.
- Yu.A. Koryakinas Hidroakustinės sistemos. - Sankt Peterburgas: "Sankt Peterburgo mokslas ir Rusijos jūrų galia", 2002. - 416 p.
PANDINĖ ŽVEJYBA
Garso sklidimas vandenyje .
Vandenyje garsas sklinda penkis kartus greičiau nei ore. Vidutinis greitis 1400–1500 m/s (garso sklidimo ore greitis 340 m/s). Atrodytų, girdimumas vandenyje taip pat gerėja. Tiesą sakant, tai toli gražu ne. Juk garso stiprumas priklauso ne nuo sklidimo greičio, o nuo garso virpesių amplitudės ir klausos organų gebėjimo suvokti. Vidinės ausies sraigėje yra Corti organas, kurį sudaro klausos ląstelės. Garso bangos vibruoja ausies būgnelį, klausos kauliukus ir Corti organo membraną. Iš pastarųjų plaukų ląstelių, suvokiant garso virpesius, nervinis sužadinimas eina į klausos centrą, esantį laikinojoje smegenų skiltyje.
Garso banga į žmogaus vidinę ausį gali patekti dviem būdais: oro laidumu per išorinį klausos landą, ausies būgnelį ir vidurinės ausies klausos kauliukus, o per kaulinį laidumą – kaukolės kaulų vibracija. Paviršiuje vyrauja oro laidumas, o po vandeniu – kaulinis. Tai patvirtina paprasta patirtis. Uždenkite abi ausis delnais. Paviršiuje girdimumas smarkiai pablogės, tačiau po vandeniu to nepastebima.
Taigi, povandeniniai garsai daugiausia suvokiami naudojant kaulų laidumą. Teoriškai tai paaiškinama tuo, kad vandens akustinis atsparumas priartėja prie žmogaus audinių akustinio atsparumo. Todėl energijos nuostoliai garso bangoms pereinant iš vandens į žmogaus galvos kaulus yra mažesni nei ore. Oro laidumas po vandeniu beveik išnyksta, nes išorinis klausos kanalas užpildomas vandeniu, o nedidelis oro sluoksnis šalia ausies būgnelio silpnai perduoda garso vibracijas.
Eksperimentai parodė, kad kaulų laidumas yra 40% mažesnis nei oro laidumas. Todėl girdimumas po vandeniu apskritai pablogėja. Girdėjimo diapazonas su kauliniu garso laidumu priklauso ne tiek nuo stiprumo, kiek nuo tono: kuo aukštesnis tonas, tuo garsas girdimas toliau.
Povandeninis pasaulis žmogui yra tylos pasaulis, kuriame nėra pašalinių garsų. Todėl paprasčiausius garso signalus galima suvokti po vandeniu dideliais atstumais. Žmogus girdi smūgį į metalinį kanistrą, panardintą į vandenį 150-200 m atstumu, barškėjimo garsą 100 m, varpelio garsą 60 m atstumu.
Garsai, sklindantys po vandeniu, dažniausiai negirdimi paviršiuje, kaip ir garsai iš išorės nėra girdimi po vandeniu. Norėdami suvokti povandeninius garsus, turite bent iš dalies pasinerti. Jei įbridote į vandenį iki kelių, pradedate suvokti dar negirdėtą garsą. Kai nardote, garsumas didėja. Ypač gerai girdimas panardinant galvą.
Norint duoti garso signalus iš paviršiaus, garso šaltinį reikia nuleisti į vandenį bent per pusę, ir garso stiprumas pasikeis. Orientuotis po vandeniu už ausies yra nepaprastai sunku. Ore garsas į vieną ausį patenka 0,00003 sekundės anksčiau nei į kitą. Tai leidžia nustatyti garso šaltinio vietą tik su 1–3 ° paklaida. Po vandeniu garsas vienu metu suvokiamas abiem ausimis, todėl nėra aiškaus, kryptingo suvokimo. Orientacijos paklaida yra 180°.
Specialiai nustatytame eksperimente tik pavieniai lengvieji narai po ilgų klajonių ir. paieškos vyko į garso šaltinio vietą, esančią 100-150 m nuo jų.. Pastebėta, kad sistemingas mokymas ilgą laiką leidžia išsiugdyti gebėjimą gana tiksliai orientuotis pagal garsą po vandeniu. Tačiau kai tik treniruotė sustoja, jos rezultatai anuliuojami.
Įdomūs faktai: kur garsas sklinda greičiau?
Perkūnijos metu pirmiausia matomas žaibo blyksnis, o tik po kurio laiko pasigirsta griaustinis. Šis vėlavimas atsiranda dėl to, kad garso greitis ore yra daug mažesnis nei šviesos greitis, sklindantis iš žaibo. Įdomu prisiminti, kurioje terpėje garsas sklinda greičiausiai, o kur visai nesklinda?
Eksperimentai ir teoriniai garso greičio ore skaičiavimai buvo atliekami nuo XVII amžiaus, tačiau tik po dviejų šimtmečių prancūzų mokslininkas Pierre'as-Simonas de Laplasas pateikė galutinę jo nustatymo formulę. Garso greitis priklauso nuo temperatūros: kylant oro temperatūrai jis didėja, o mažėjant – mažėja. Prie 0° garso greitis siekia 331 m/s (1192 km/h), prie +20° jau 343 m/s (1235 km/h).
Garso greitis skysčiuose paprastai yra didesnis nei garso greitis ore. Eksperimentai greičiui nustatyti pirmą kartą buvo atlikti Ženevos ežere 1826 m. Du fizikai susėdo į valtis ir išsiskyrė 14 km. Viename laive jie padegė paraką ir tuo pačiu trenkė į vandenį nuleistą varpą. Varpo garsas specialiu ragu, taip pat nuleistu į vandenį, buvo užfiksuotas kitoje valtyje. Garso greitis vandenyje buvo nustatytas pagal laiko intervalą nuo šviesos blyksnio iki garso signalo atvykimo. Esant +8° temperatūrai pasirodė maždaug 1440 m/s. Povandeninėse konstrukcijose dirbantys žmonės patvirtina, kad kranto garsai aiškiai girdimi po vandeniu, o žvejai žino, kad žuvys nuplaukia, kai pakrantėje kyla menkiausio įtartino triukšmo.
Garso greitis kietose medžiagose yra didesnis nei skysčiuose ir dujose. Pavyzdžiui, jei pridedate ausį prie bėgelio, tada atsitrenkęs į kitą bėgio galą žmogus išgirs du garsus. Vienas iš jų „ateis“ prie ausies palei bėgelį, kitas – per orą. Žemė turi gerą garso laidumą. Todėl senovėje apgulties metu tvirtovės sienose būdavo statomi „klausytojai“, kurie pagal žemės sklindamą garsą galėdavo nustatyti, ar priešas kapsto iki sienų, ar ne, veržiasi kavalerija. Beje, dėl to klausą praradę žmonės kartais gali šokti pagal muziką, kuri klausos nervus pasiekia ne per orą ir išorinę ausį, o per grindis ir kaulus.
Garso greitis – tamprių bangų sklidimo terpėje greitis tiek išilginėje (dujose, skysčiuose ar kietose medžiagose), tiek skersiniame šlyties (kietose medžiagose), nustatomas pagal terpės elastingumą ir tankį. Garso greitis kietose medžiagose yra didesnis nei skysčiuose. Skysčiuose, įskaitant vandenį, garsas sklinda daugiau nei 4 kartus greičiau nei ore. Garso greitis dujose priklauso nuo terpės temperatūros, monokristaluose – nuo bangos sklidimo krypties.
Šioje pamokoje nagrinėjama tema „Garso bangos“. Šioje pamokoje toliau mokysimės akustikos. Pirmiausia pakartojame garso bangų apibrėžimą, tada apsvarstykite jų dažnių diapazonus ir susipažįstame su ultragarso ir infragarso bangų samprata. Taip pat aptarsime garso bangų savybes įvairiose laikmenose ir išsiaiškinsime, kokiomis savybėmis jos pasižymi. .
Garso bangos - tai mechaniniai virpesiai, kuriuos, sklindant ir sąveikaujant su klausos organu, suvokia žmogus (1 pav.).
Ryžiai. 1. Garso banga
Skyrius, kuriame nagrinėjamos šios bangos fizikoje, vadinamas akustika. Žmonių, kurie paprastai vadinami „klausytojais“, profesija yra akustika. Garso banga – banga, sklindanti tamprioje terpėje, tai išilginė banga, o sklindant elastingoje terpėje pakaitomis keičiasi suspaudimas ir retėjimas. Jis perduodamas laikui bėgant per atstumą (2 pav.).
Ryžiai. 2. Garso bangos sklidimas
Garso bangos apima tokias vibracijas, kurios atliekamos nuo 20 iki 20 000 Hz dažniu. Šie dažniai atitinka 17 m (20 Hz) ir 17 mm (20 000 Hz) bangų ilgius. Šis diapazonas bus vadinamas garsiniu garsu. Šie bangos ilgiai pateikti orui, kurio garso sklidimo greitis yra lygus.
Taip pat yra tokių diapazonų, kuriais užsiima akustikai - infragarso ir ultragarso. Infragarsiniai yra tie, kurių dažnis mažesnis nei 20 Hz. O ultragarsiniai yra tie, kurių dažnis didesnis nei 20 000 Hz (3 pav.).
Ryžiai. 3. Garso bangų diapazonai
Kiekvienas išsilavinęs žmogus turėtų vadovautis garso bangų dažnių diapazonu ir žinoti, kad jei jis eina ultragarsu, vaizdas kompiuterio ekrane bus sukurtas didesniu nei 20 000 Hz dažniu.
Ultragarsas - Tai mechaninės bangos, panašios į garso bangas, tačiau jų dažnis yra nuo 20 kHz iki milijardo hercų.
Vadinamos bangos, kurių dažnis didesnis nei milijardas hercų hipergarsinis.
Lietinių dalių defektams aptikti naudojamas ultragarsas. Trumpų ultragarsinių signalų srautas nukreipiamas į tiriamą dalį. Tose vietose, kur nėra defektų, signalai praeina per detalę, jų neregistruoja imtuvas.
Jeigu detalėje yra įtrūkimas, oro ertmė ar kitoks nehomogeniškumas, tai ultragarso signalas nuo jos atsispindi ir grįžęs patenka į imtuvą. Toks metodas vadinamas ultragarso defektų aptikimas.
Kiti ultragarso naudojimo pavyzdžiai yra ultragarso aparatai, ultragarso aparatai, ultragarso terapija.
Infragarsas - mechaninės bangos, panašios į garso bangas, bet kurių dažnis mažesnis nei 20 Hz. Žmogaus ausis jų nesuvokia.
Natūralūs infragarsinių bangų šaltiniai yra audros, cunamiai, žemės drebėjimai, uraganai, ugnikalnių išsiveržimai, perkūnija.
Infragarsas taip pat yra svarbios bangos, naudojamos paviršiui vibruoti (pavyzdžiui, kai kuriems dideliems objektams sunaikinti). Paleidžiame infragarsą į dirvą – ir dirva susmulkinama. Kur tai naudojama? Pavyzdžiui, deimantų kasyklose, kur jie paima rūdą, kurioje yra deimantų komponentų, ir susmulkina ją į mažas daleles, kad surastų šiuos deimantų inkliuzus (4 pav.).
Ryžiai. 4. Infragarso taikymas
Garso greitis priklauso nuo aplinkos sąlygų ir temperatūros (5 pav.).
Ryžiai. 5. Garso bangų sklidimo greitis įvairiose terpėse
Atkreipkite dėmesį: ore garso greitis lygus , o greitis padidėja . Jei esate tyrėjas, tokios žinios jums gali būti naudingos. Jūs netgi galite sugalvoti kokį nors temperatūros jutiklį, kuris aptiks temperatūros neatitikimus, keisdamas garso greitį terpėje. Jau žinome, kad kuo tankesnė terpė, tuo rimtesnė terpės dalelių sąveika, tuo greičiau sklinda banga. Mes tai aptarėme paskutinėje pastraipoje naudodami sauso ir drėgno oro pavyzdį. Vandeniui – garso sklidimo greitis. Jei sukursite garso bangą (beldimą į kamertoną), tada jos sklidimo greitis vandenyje bus 4 kartus didesnis nei ore. Vandeniu informacija pasieks 4 kartus greičiau nei oru. Ir dar greičiau plienu: 
(6 pav.).
Ryžiai. 6. Garso bangos sklidimo greitis
Jūs žinote iš epų, kuriuos naudojo Ilja Murometas (ir visi herojai ir paprasti Rusijos žmonės bei berniukai iš Gaidaro revoliucinės karinės tarybos), naudojo labai įdomų būdą, kaip aptikti artėjantį, bet vis dar toli esantį objektą. Garsas, kurį jis skleidžia judant, dar nėra girdimas. Ilja Murometsas, priglaudęs ausį į žemę, ją girdi. Kodėl? Kadangi garsas per kietą žemę perduodamas didesniu greičiu, vadinasi, jis greičiau pasieks Iljos Murometso ausį ir jis galės pasiruošti susitikti su priešu.
Įdomiausios garso bangos yra muzikos garsai ir triukšmai. Kokie objektai gali sukurti garso bangas? Jei imsime bangų šaltinį ir elastingą terpę, jei garso šaltinį priversime harmoningai vibruoti, tai turėsime nuostabią garso bangą, kuri vadinsis muzikiniu garsu. Šie garso bangų šaltiniai gali būti, pavyzdžiui, gitaros ar fortepijono stygos. Tai gali būti garso banga, sukuriama oro vamzdžio (vargonų ar vamzdžio) tarpelyje. Iš muzikos pamokų žinai natas: do, re, mi, fa, salt, la, si. Akustikoje jie vadinami tonais (7 pav.).
Ryžiai. 7. Muzikiniai tonai
Visi daiktai, galintys skleisti tonus, turės savybių. Kuo jie skiriasi? Jie skiriasi bangos ilgiu ir dažniu. Jei šios garso bangos nėra sukurtos harmoningai skambančių kūnų arba nėra sujungtos į bendrą orkestrinį kūrinį, tai toks garsų skaičius bus vadinamas triukšmu.
Triukšmas- įvairaus fizinio pobūdžio atsitiktiniai svyravimai, kuriems būdingas laiko ir spektrinės struktūros sudėtingumas. Triukšmo samprata yra kasdienė ir fizinė, jie labai panašūs, todėl pristatome jį kaip atskirą svarbų svarstymo objektą.
Pereikime prie kiekybinių garso bangų įvertinimų. Kokios yra muzikos garso bangų savybės? Šios charakteristikos taikomos tik harmoninėms garso vibracijoms. Taigi, garso garsumas. Kas lemia garso stiprumą? Apsvarstykite garso bangos sklidimą laiku arba garso bangų šaltinio virpesius (8 pav.).
Ryžiai. 8. Garso garsumas
Tuo pačiu metu, jei nepridėjome daug garso į sistemą (pvz., švelniai paspaudėme pianino klavišą), garsas bus tylus. Jei garsiai, aukštai iškėlę ranką, šaukiame šį garsą, paspaudę klavišą, gauname stiprų garsą. Nuo ko tai priklauso? Tylūs garsai turi mažiau vibracijos nei stiprūs garsai.
Kita svarbi muzikinio garso ir bet kurios kitos savybės yra aukščio. Kas lemia garso aukštį? Aukštis priklauso nuo dažnio. Galime priversti šaltinį svyruoti dažnai arba galime priversti jį svyruoti ne itin greitai (ty padaryti mažiau svyravimų per laiko vienetą). Apsvarstykite tos pačios amplitudės aukšto ir žemo garso laiko slinktį (9 pav.).
Ryžiai. 9. Pikis
Galima padaryti įdomią išvadą. Jeigu žmogus dainuoja bosu, tai jo garso šaltinis (tai balso stygos) svyruoja kelis kartus lėčiau nei dainuojančio sopranu. Antruoju atveju balso stygos vibruoja dažniau, todėl dažniau sukelia bangos sklidimo suspaudimo ir retėjimo židinius.
Yra dar viena įdomi garso bangų savybė, kurios fizikai netiria. tai tembras. Jūs žinote ir lengvai atskiriate tą patį muzikos kūrinį, grojamą balalaika ar violončele. Kuo skiriasi šie garsai ar šis spektaklis? Eksperimento pradžioje paprašėme garsus skleidžiančių žmonių padaryti juos maždaug vienodos amplitudės, kad garso stiprumas būtų vienodas. Tai kaip orkestro atveju: jei nereikia išskirti instrumento, visi groja maždaug vienodai, vienoda jėga. Taigi balalaikos ir violončelės tembras skiriasi. Jeigu garsą, kuris išgaunamas iš vieno instrumento, iš kito, nubraižytume naudodamiesi diagramomis, tada jos būtų vienodos. Bet jūs galite lengvai atskirti šiuos instrumentus pagal jų skambesį.
Dar vienas tembro svarbos pavyzdys. Įsivaizduokite du dainininkus, kurie baigia tą pačią muzikos mokyklą su tais pačiais mokytojais. Jie vienodai gerai mokėsi su penketuku. Kažkodėl vienas tampa puikiu atlikėju, o kitas visą gyvenimą nepatenkintas savo karjera. Tiesą sakant, tai lemia tik jų instrumentas, kuris aplinkoje sukelia tiesiog balso virpesius, tai yra, jų balsai skiriasi tembru.
Bibliografija
- Sokolovičius Yu.A., Bogdanova G.S. Fizika: žinynas su problemų sprendimo pavyzdžiais. - 2-ojo leidimo perskirstymas. - X .: Vesta: leidykla "Ranok", 2005. - 464 p.
- Peryshkin A.V., Gutnik E.M., Fizika. 9 klasė: bendrojo lavinimo vadovėlis. institucijos / A.V. Peryshkin, E.M. Gutnikas. - 14 leid., stereotipas. - M.: Bustard, 2009. - 300 p.
- Interneto portalas "eduspb.com" ()
- Interneto portalas "msk.edu.ua" ()
- Interneto portalas "class-fizika.narod.ru" ()
Namų darbai
- Kaip sklinda garsas? Kas gali būti garso šaltinis?
- Ar garsas gali sklisti erdvėje?
- Ar kiekvieną bangą, pasiekiančią žmogaus ausį, jis suvokia?
Ar kada pagalvojote, kad garsas yra viena ryškiausių gyvenimo, veiksmo, judėjimo apraiškų? Ir dar apie tai, kad kiekvienas garsas turi savo „veidą“? Ir net užmerkę akis nieko nematydami galime tik pagal garsą atspėti, kas vyksta aplinkui. Galime atskirti pažįstamų balsus, girdėti ošimą, riaumojimą, lojimą, miaukimą ir kt. Visi šie garsai mums pažįstami nuo vaikystės, bet kurį iš jų nesunkiai atpažįstame. Be to, net absoliučioje tyloje kiekvieną iš išvardytų garsų galime išgirsti savo vidine klausa. Įsivaizduokite taip, lyg tai būtų tikra.
Kas yra garsas?
Žmogaus ausies suvokiami garsai yra vienas svarbiausių informacijos apie mus supantį pasaulį šaltinių. Jūros ir vėjo ošimas, paukščių čiulbėjimas, žmonių balsai ir gyvūnų šauksmas, griaustiniai, judančių ausų garsai padeda lengviau prisitaikyti prie besikeičiančių išorės sąlygų.
Jei, pavyzdžiui, kalnuose nukrito akmuo, o šalia nebuvo žmogaus, kuris galėtų išgirsti jo griuvimo garsą, garsas egzistavo ar ne? Į klausimą galima atsakyti ir teigiamai, ir neigiamai vienodai, nes žodis „garsas“ turi dvigubą reikšmę. Todėl reikia susitarti. Todėl reikia susitarti, kas yra laikoma garsu – fizikiniu reiškiniu sklidimo forma. garso virpesiai ore arba klausytojo pojūtis. iš esmės yra priežastis, antroji yra pasekmė, o pirmoji garso samprata yra objektyvi, antroji yra subjektyvi. Pirmuoju atveju garsas iš tikrųjų yra energijos srautas teka kaip upės upelis.Toks garsas gali pakeisti aplinką, per kurią jis praeina, ir pats yra jo pakeistas. Antruoju atveju garsu suprantame pojūčius, kurie kyla klausytojui, kai garso banga veikia per klausos aparatą smegenys.Girdėdamas garsą, žmogus gali patirti įvairius jausmus.Sudėtingas garsų kompleksas, kurį vadiname muzika, sukelia įvairiausias emocijas.Garsai sudaro kalbos pagrindą, kuris yra pagrindinė bendravimo priemonė žmonių visuomenėje. Galiausiai yra tokia garso forma kaip triukšmas. Garso analizė subjektyvaus suvokimo požiūriu yra sudėtingesnė nei objektyvaus vertinimo atveju.
Kaip sukurti garsą?
Visiems garsams būdinga tai, kad juos generuojantys kūnai, tai yra garso šaltiniai, svyruoja (nors dažniausiai šios vibracijos yra nematomos akiai). Pavyzdžiui, žmonių ir daugelio gyvūnų balsų garsai kyla dėl jų balso stygų virpesių, pučiamųjų muzikos instrumentų garso, sirenos garso, vėjo švilpimo ir griaustinio. dėl oro masių svyravimų.
Liniuotės pavyzdžiu galite tiesiogine prasme akimis pamatyti, kaip gimsta garsas. Kokį judesį atlieka liniuotė, kai užfiksuojame vieną galą, atitraukiame kitą ir atleidžiame? Pastebėsime, kad jis tarsi drebėjo, dvejojo. Remdamiesi tuo, darome išvadą, kad garsas sukuriamas trumpai ar ilgai svyruojant kai kuriems objektams.
Garso šaltinis gali būti ne tik vibruojantys objektai. Skrendančių kulkų ar sviedinių švilpimas, vėjo kaukimas, reaktyvinio variklio riaumojimas gimsta iš oro srauto pertrūkių, kurių metu taip pat retėja ir susispaudžia.
Taip pat garso svyruojančius judesius galima pastebėti prietaiso – kamertono pagalba. Tai lenktas metalinis strypas, sumontuotas ant kojos ant rezonatoriaus dėžutės. Jei plaktuku pataikysi į kamertoną, tai skambės. Kamtono šakų vibracija nepastebima. Tačiau juos galima aptikti, jei mažas rutulys, pakabintas ant sriegio, priartinamas prie skambančios kamertono. Kamuolys periodiškai atšoks, o tai rodo Kamerono šakų svyravimus.
Dėl garso šaltinio sąveikos su aplinkiniu oru oro dalelės pradeda trauktis ir laikui bėgant (arba „beveik laiku“) plečiasi garso šaltinio judesiams. Tada dėl oro, kaip skystos terpės, savybių vibracijos perduodamos iš vienos oro dalelės į kitą.
Garso bangų sklidimo paaiškinimo link
Dėl to oru per atstumą perduodami virpesiai, tai yra garsas arba akustinė banga, arba, paprasčiausiai, garsas sklinda ore. Garsas, pasiekęs žmogaus ausį, savo ruožtu sužadina vibracijas savo jautriose srityse, kurias mes suvokiame kalbos, muzikos, triukšmo ir kt. forma (priklausomai nuo garso savybių, kurias lemia jo šaltinio prigimtis). ).
Garso bangų sklidimas
Ar galima pamatyti, kaip garsas "bėga"? Skaidriame ore ar vandenyje pačių dalelių svyravimai yra nepastebimi. Tačiau nesunku rasti pavyzdį, kuris pasakytų, kas nutinka garsui sklindant.
Būtina garso bangų sklidimo sąlyga yra materialinės aplinkos buvimas.
Vakuume garso bangos nesklinda, nes nėra dalelių, perduodančių sąveiką iš vibracijos šaltinio.
Todėl Mėnulyje dėl atmosferos nebuvimo viešpatauja visiška tyla. Net meteorito kritimo ant jo paviršiaus stebėtojas negirdi.
Garso bangų sklidimo greitį lemia dalelių sąveikos perdavimo greitis.
Garso greitis – tai garso bangų sklidimo terpėje greitis. Dujose garso greitis yra panašus (tiksliau, šiek tiek mažesnis) už molekulių šiluminį greitį, todėl didėja didėjant dujų temperatūrai. Kuo didesnė medžiagos molekulių sąveikos potenciali energija, tuo didesnis garso greitis, taigi ir garso greitis skystyje, o tai savo ruožtu viršija garso greitį dujose. Pavyzdžiui, jūros vandenyje garso greitis yra 1513 m/s. Pliene, kur gali sklisti skersinės ir išilginės bangos, skiriasi jų sklidimo greitis. Skersinės bangos sklinda 3300 m/s, o išilginės – 6600 m/s greičiu.
Garso greitis bet kurioje terpėje apskaičiuojamas pagal formulę:
čia β – terpės adiabatinis suspaudžiamumas; ρ – tankis.
Garso bangų sklidimo dėsniai
Pagrindiniai garso sklidimo dėsniai apima jo atspindžio ir lūžio prie įvairių terpių ribų dėsnius, taip pat garso difrakciją ir sklaidą esant kliūtims ir nehomogeniškumui terpėje ir sąsajose tarp terpių.
Garso sklidimo atstumą įtakoja garso sugerties faktorius, tai yra negrįžtamas garso bangos energijos perkėlimas į kitų rūšių energiją, ypač į šilumą. Svarbus veiksnys yra ir spinduliavimo kryptis bei garso sklidimo greitis, kuris priklauso nuo terpės ir specifinės jos būsenos.
Akustinės bangos sklinda iš garso šaltinio visomis kryptimis. Jei garso banga praeina per santykinai mažą skylę, tada ji sklinda visomis kryptimis, o ne nukreiptu spinduliu. Pavyzdžiui, gatvės garsai, prasiskverbiantys pro atvirą langą į patalpą, girdimi visose jo vietose, o ne tik prieš langą.
Garso bangų sklidimo prie kliūties pobūdis priklauso nuo santykio tarp kliūties matmenų ir bangos ilgio. Jei kliūties matmenys yra maži, palyginti su bangos ilgiu, tai banga teka aplink šią kliūtį, sklinda visomis kryptimis.
Garso bangos, prasiskverbiančios iš vienos terpės į kitą, nukrypsta nuo pradinės krypties, tai yra, jos lūžta. Lūžio kampas gali būti didesnis arba mažesnis už kritimo kampą. Tai priklauso nuo terpės, iš kurios skverbiasi garsas. Jei garso greitis antroje terpėje yra didesnis, tada lūžio kampas bus didesnis nei kritimo kampas, ir atvirkščiai.
Savo kelyje susidūrus su kliūtimi, nuo jos atsispindi garso bangos pagal griežtai apibrėžtą taisyklę – atspindžio kampas lygus kritimo kampui – su tuo siejama aido sąvoka. Jei garsas atsispindi nuo kelių paviršių skirtingais atstumais, atsiranda keli aidai.
Garsas sklinda besiskiriančios sferinės bangos forma, kuri užpildo vis didesnį tūrį. Didėjant atstumui, terpės dalelių svyravimai susilpnėja, garsas išsisklaido. Yra žinoma, kad norint padidinti perdavimo atstumą, garsas turi būti sutelktas tam tikra kryptimi. Kai norime, pavyzdžiui, būti išgirsti, pridedame rankas prie burnos arba naudojame kandiklį.
Difrakcija, tai yra garso spindulių lenkimas, turi didelę įtaką garso sklidimo diapazonui. Kuo terpė heterogeniškesnė, tuo labiau išlinksta garso pluoštas ir atitinkamai trumpesnis garso sklidimo atstumas.
Garso savybės ir charakteristikos
Pagrindinės fizinės garso charakteristikos yra vibracijų dažnis ir intensyvumas. Jie taip pat turi įtakos žmonių klausos suvokimui.
Virpesių periodas yra laikas, per kurį įvyksta vienas visiškas svyravimas. Pavyzdys yra siūbuojanti švytuoklė, kai ji juda iš kraštutinės kairės padėties į kraštinę dešinę ir grįžta į pradinę padėtį.
Virpesių dažnis yra pilnų svyravimų (periodų) skaičius per vieną sekundę. Šis vienetas vadinamas hercu (Hz). Kuo didesnis virpesių dažnis, tuo aukštesnį garsą girdime, tai yra, garsas turi aukštesnį toną. Pagal priimtą tarptautinę vienetų sistemą 1000 Hz vadinami kilohercais (kHz), o 1 000 000 – megahercais (MHz).
Dažnių pasiskirstymas: girdimi garsai - 15Hz-20kHz ribose, infragarsai - žemiau 15Hz; ultragarsas - 1,5 (104 - 109 Hz; hipergarsas - 109 - 1013 Hz ribose.
Žmogaus ausis jautriausia garsams, kurių dažnis yra nuo 2000 iki 5000 kHz. Didžiausias klausos aštrumas pastebimas 15-20 metų amžiaus. Klausa blogėja su amžiumi.
Bangos ilgio sąvoka siejama su svyravimų periodu ir dažniu. Garso bangos ilgis yra atstumas tarp dviejų nuoseklių terpės koncentracijų arba retinimo. Remiantis vandens paviršiumi sklindančių bangų pavyzdžiu, tai yra atstumas tarp dviejų keterų.
Garsai taip pat skiriasi tembru. Pagrindinį garso toną lydi antriniai tonai, kurių dažnis visada didesnis (obertonai). Tembras yra kokybinė garso charakteristika. Kuo daugiau obertonų dedama ant pagrindinio tono, tuo muzikiškai „sultingesnis“ skambesys.
Antroji pagrindinė charakteristika yra svyravimų amplitudė. Tai didžiausias harmoninių virpesių nuokrypis nuo pusiausvyros padėties. Švytuoklės pavyzdyje - didžiausias jos nuokrypis į kraštinę kairę padėtį arba į kraštutinę dešinę padėtį. Virpesių amplitudė lemia garso intensyvumą (stiprumą).
Garso stiprumą arba jo intensyvumą lemia akustinės energijos kiekis, pratekantis per vieną sekundę vieno kvadratinio centimetro plotu. Vadinasi, akustinių bangų intensyvumas priklauso nuo šaltinio terpėje sukuriamo akustinio slėgio dydžio.
Savo ruožtu garsumas yra susijęs su garso intensyvumu. Kuo didesnis garso intensyvumas, tuo jis stipresnis. Tačiau šios sąvokos nėra lygiavertės. Garsumas yra garso sukelto klausos pojūčio stiprumo matas. To paties intensyvumo garsas gali sukurti skirtingą klausos suvokimą skirtingiems žmonėms. Kiekvienas žmogus turi savo klausos slenkstį.
Žmogus nustoja girdėti labai didelio intensyvumo garsus ir suvokia juos kaip spaudimo ir net skausmo jausmą. Toks garso stiprumas vadinamas skausmo slenksčiu.
Garso poveikis žmogaus ausiai
Žmogaus klausos organai geba suvokti vibracijas, kurių dažnis yra nuo 15-20 hercų iki 16-20 tūkstančių hercų. Nurodytų dažnių mechaniniai virpesiai vadinami garsiniais arba akustiniais (akustika – garso tyrimas).Žmogaus ausis jautriausia garsams, kurių dažnis nuo 1000 iki 3000 Hz. Didžiausias klausos aštrumas stebimas 15-20 metų amžiaus. Klausa blogėja su amžiumi. Žmogui iki 40 metų didžiausias jautrumas yra apie 3000 Hz, nuo 40 iki 60 metų - 2000 Hz, vyresniems nei 60 metų - 1000 Hz. Diapazone iki 500 Hz galime atskirti dažnio sumažėjimą ar padidėjimą net 1 Hz. Esant aukštesniems dažniams, mūsų klausos aparatas tampa mažiau jautrus šiam nedideliam dažnio pokyčiui. Taigi po 2000 Hz vieną garsą nuo kito atskirti galime tik tada, kai dažnių skirtumas yra ne mažesnis kaip 5 Hz. Esant mažesniam skirtumui, garsai mums atrodys vienodi. Tačiau taisyklių be išimties beveik nėra. Yra žmonių, kurių klausa neįprastai gera. Gabus muzikantas gali aptikti garso pokytį tik pagal dalį vibracijų.
Išorinė ausis susideda iš ausies kaušelio ir klausos kanalo, jungiančio ją su būgneliu. Pagrindinė išorinės ausies funkcija yra nustatyti garso šaltinio kryptį. Ausies kanalas, kuris yra dviejų centimetrų ilgio vamzdelis, siaurėjantis į vidų, apsaugo vidines ausies dalis ir veikia kaip rezonatorius. Ausies kanalas baigiasi ties būgneliu – membrana, kuri vibruoja veikiant garso bangoms. Būtent čia, ant išorinės vidurinės ausies ribos, vyksta objektyvaus garso transformacija į subjektyvią. Už ausies būgnelio yra trys maži tarpusavyje susiję kaulai: plaktukas, priekalas ir balnakilpė, per kuriuos vibracijos perduodamos į vidinę ausį.
Ten, klausos nerve, jie paverčiami elektros signalais. Nedidelė ertmė, kurioje yra plaktukas, priekalas ir balnakilpė, užpildyta oru ir yra sujungta su burnos ertme Eustachijaus vamzdeliu. Pastarosios dėka išlaikomas vienodas spaudimas ausies būgnelio viduje ir išorėje. Paprastai Eustachijaus vamzdelis yra uždarytas, o atsidaro tik staiga pasikeitus slėgiui (žiovaujant, ryjant), kad jį išlygintų. Jeigu žmogui Eustachijaus vamzdelis užsidaro, pavyzdžiui, dėl peršalimo, tuomet spaudimas nesusilygina, žmogus jaučia skausmą ausyse. Be to, vibracijos perduodamos iš būgninės membranos į ovalų langą, kuris yra vidinės ausies pradžia. Jėga, veikianti būgnelį, yra lygi slėgio ir būgnelio ploto sandaugai. Tačiau tikrosios klausos paslaptys prasideda prie ovalo lango. Garso bangos sklinda skystyje (perilimfoje), kuris užpildo sraigę. Šis vidinės ausies organas, panašus į sraigę, yra trijų centimetrų ilgio ir pertvara padalintas į dvi dalis per visą ilgį. Garso bangos pasiekia pertvarą, apeina ją ir tada sklinda ta kryptimi beveik iki tos pačios vietos, kur pirmiausia palietė pertvarą, bet iš kitos pusės. Sraigės pertvarą sudaro bazinė membrana, kuri yra labai stora ir įtempta. Garso virpesiai sukuria banguotus banguotus jos paviršiuje, o skirtingų dažnių briaunos yra visiškai apibrėžtose membranos dalyse. Mechaniniai virpesiai paverčiami elektriniais virpesiais specialiame organe (Corti organe), esančiame virš viršutinės pagrindinės membranos dalies. Tectorial membrana yra virš Corti organo. Abu šie organai yra panardinti į skystį – endolimfą ir nuo likusios sraigės dalies atskirti Reisnerio membrana. Iš vargonų, Corti, išaugę plaukeliai beveik prasiskverbia pro tektorinę membraną, o pasigirdus garsui, liečiasi – garsas paverčiamas, dabar užkoduotas elektrinių signalų pavidalu. Didelį vaidmenį stiprinant mūsų gebėjimą suvokti garsus vaidina kaukolės oda ir kaulai dėl gero laidumo. Pavyzdžiui, jei pridedate ausį prie bėgio, artėjančio traukinio judėjimas gali būti aptiktas dar gerokai prieš jam pasirodant.
Garso poveikis žmogaus organizmui
Per pastaruosius dešimtmečius smarkiai padaugėjo įvairių automobilių ir kitų triukšmo šaltinių, paplito nešiojamieji radijo imtuvai ir magnetofonai, dažnai įjungiami dideliu garsu, aistra garsiai populiariajai muzikai. Pastebima, kad miestuose kas 5-10 metų triukšmo lygis padidėja 5 dB (decibelais). Reikėtų nepamiršti, kad tolimiems žmogaus protėviams triukšmas buvo pavojaus signalas, rodantis pavojaus galimybę. Tuo pačiu metu greitai keitėsi simpatinė-antinksčių ir širdies bei kraujagyslių sistemos, dujų mainai, kiti medžiagų apykaitos būdai (padidėjo cukraus ir cholesterolio kiekis kraujyje), paruošiant organizmą kovai arba bėgimui. Nors šiuolaikiniame žmoguje ši klausos funkcija prarado tokią praktinę reikšmę, „vegetatyvinės kovos už būvį reakcijos“ buvo išsaugotos. Taigi net ir trumpalaikis 60–90 dB triukšmas padidina hipofizės hormonų, kurie skatina daugelio kitų hormonų, ypač katecholaminų (adrenalino ir norepinefrino) gamybą, sekreciją, sustiprėja širdies darbas, kraujagyslės. susiaurėja, pakyla kraujospūdis (BP). Tuo pačiu metu buvo pastebėta, kad ryškiausias kraujospūdžio padidėjimas stebimas pacientams, sergantiems hipertenzija, ir asmenims, turintiems paveldimą polinkį į ją. Triukšmo įtakoje sutrinka smegenų veikla: pakinta elektroencefalogramos pobūdis, mažėja suvokimo aštrumas ir protinė veikla. Buvo pablogėjęs virškinimas. Yra žinoma, kad ilgalaikis buvimas triukšmingoje aplinkoje sukelia klausos praradimą. Priklausomai nuo individualaus jautrumo, triukšmą žmonės skirtingai vertina kaip nemalonų ir trukdantį. Tuo pačiu metu klausytoją dominanti muzika ir kalba, net esant 40-80 dB, gali būti gana lengvai perduodama. Dažniausiai klausa suvokia svyravimus 16-20000 Hz diapazone (svyravimai per sekundę). Svarbu pabrėžti, kad nemalonias pasekmes sukelia ne tik per didelis triukšmas girdimame virpesių diapazone: ultra- ir infragarsas žmogaus klausos nesuvokiamuose diapazonuose (virš 20 tūkst. Hz ir žemiau 16 Hz) sukelia ir nervinį pervargimą, negalavimą. , galvos svaigimas, vidaus organų, ypač nervų ir širdies ir kraujagyslių sistemų, veiklos pokyčiai. Nustatyta, kad šalia didžiųjų tarptautinių oro uostų esančių rajonų gyventojai hipertenzija serga ryškiai dažniau nei ramesnėje to paties miesto vietoje. Per didelis triukšmas (virš 80 dB) veikia ne tik klausos organus, bet ir kitus organus bei sistemas (kraujotakos, virškinimo, nervų ir kt.). sutrinka gyvybės procesai, energijos apykaita ima vyrauti prieš plastiką, o tai lemia priešlaikinį organizmo senėjimą.
Su šiais pastebėjimais-atradimais pradėjo atsirasti kryptingo poveikio žmogui metodai. Įtakoti žmogaus protą ir elgesį galite įvairiais būdais, vienam iš jų reikalinga speciali įranga (technotroninės technikos, zombifikavimas.).
Garso izoliacija
Pastatų apsaugos nuo triukšmo laipsnį pirmiausia lemia šios paskirties patalpų leistino triukšmo normos. Normalizuoti pastovaus triukšmo parametrai skaičiuojamuose taškuose yra garso slėgio lygiai L, dB, oktavų dažnių juostose, kurių geometriniai vidutiniai dažniai yra 63, 125, 250, 500, 1000, 2000, 4000, 8000 Hz. Apytiksliems skaičiavimams leidžiama naudoti garso lygius LA, dBA. Normalizuoti pertraukiamo triukšmo parametrai projektavimo taškuose yra lygiaverčiai garso lygiai LA eq, dBA ir didžiausi garso lygiai LA max, dBA.
Leistini garso slėgio lygiai (ekvivalentiški garso slėgio lygiai) yra standartizuoti SNiP II-12-77 „Apsauga nuo triukšmo“.
Reikėtų nepamiršti, kad leistini triukšmo lygiai iš išorės šaltinių patalpose nustatomi pasirūpinus normatyviniu patalpų vėdinimu (gyvenamoms patalpoms, palatoms, klasėms - su atvirais langais, skersiniais, siauromis langų varčiomis).
Atskyrimas nuo oro sklindančio garso – tai garso energijos susilpnėjimas, kai ji perduodama per tvorą.
Standartizuoti gyvenamųjų ir visuomeninių pastatų, taip pat pagalbinių pastatų ir pramonės įmonių patalpų atitvarų konstrukcijų garso izoliacijos parametrai yra atitvarinės konstrukcijos oro garso izoliacijos indeksas Rw, dB ir sumažinto smūginio triukšmo lygio po lubomis indeksas.
Triukšmas. Muzika. Kalba.
Klausos organų garsų suvokimo požiūriu, juos daugiausia galima suskirstyti į tris kategorijas: triukšmą, muziką ir kalbą. Tai skirtingos garso reiškinių sritys, turinčios žmogui būdingos informacijos.
Triukšmas – tai nesistemingas daugybės garsų derinys, tai yra visų šių garsų susiliejimas į vieną nesuderinamą balsą. Manoma, kad triukšmas – tai garsų kategorija, kuri žmogų trikdo arba erzina.
Žmonės gali atlaikyti tik tam tikrą triukšmo kiekį. Bet jei praeina valanda – kita, o triukšmas nesiliauja, tada atsiranda įtampa, nervingumas ir net skausmas.
Garsas gali nužudyti žmogų. Viduramžiais buvo net tokia egzekucija, kai žmogų pakišdavo po varpu ir pradėdavo mušti. Pamažu skambant varpui žuvo žmogus. Bet tai buvo viduramžiais. Mūsų laikais pasirodė viršgarsiniai orlaiviai. Jei toks orlaivis praskris virš miesto 1000-1500 metrų aukštyje, tada namuose išsprogs langai.
Muzika yra ypatingas reiškinys garsų pasaulyje, tačiau, skirtingai nei kalba, ji neperteikia tikslių semantinių ar kalbinių reikšmių. Emocinis prisotinimas ir malonios muzikinės asociacijos prasideda ankstyvoje vaikystėje, kai vaikas dar bendrauja žodžiu. Ritmai ir giesmės sieja jį su mama, o dainavimas ir šokiai yra bendravimo žaidimuose elementas. Muzikos vaidmuo žmogaus gyvenime toks didelis, kad pastaraisiais metais medicina jai priskiria gydomųjų savybių. Muzikos pagalba galite normalizuoti bioritmus, užtikrinti optimalų širdies ir kraujagyslių sistemos veiklos lygį. Tačiau reikia tik prisiminti, kaip kariai eina į mūšį. Nuo neatmenamų laikų daina buvo nepakeičiamas kario žygio atributas.
Infragarsas ir ultragarsas
Ar galima garsu vadinti tai, ko mes visai negirdime? O kas, jei negirdime? Ar šie garsai niekam ir nieko nebepasiekiami?
Pavyzdžiui, garsai, kurių dažnis mažesnis nei 16 hercų, vadinami infragarsu.
Infragarsas – elastingos vibracijos ir bangos, kurių dažniai yra žemiau žmogui girdimo dažnių diapazono. Paprastai 15-4 Hz yra laikoma viršutine infragarso diapazono riba; toks apibrėžimas yra sąlyginis, nes esant pakankamam intensyvumui, klausos suvokimas taip pat pasireiškia kelių Hz dažniais, nors tokiu atveju išnyksta pojūčio toninis pobūdis ir tampa atskirti tik atskiri virpesių ciklai. Apatinė infragarso dažnio riba neaiški. Šiuo metu jo studijų sritis tęsiasi iki maždaug 0,001 Hz. Taigi infragarso dažnių diapazonas apima apie 15 oktavų.
Infragarso bangos sklinda oro ir vandens aplinkoje, taip pat žemės plutoje. Infragarsas taip pat apima didelių konstrukcijų, ypač transporto priemonių, pastatų, žemo dažnio virpesius.
Ir nors mūsų ausys tokių virpesių „nepagauna“, bet kažkaip žmogus jas vis tiek suvokia. Tokiu atveju patiriame nemalonius, o kartais ir nerimą keliančius pojūčius.
Jau seniai pastebėta, kad kai kurie gyvūnai pavojaus jausmą pajunta daug anksčiau nei žmonės. Jie iš anksto reaguoja į tolimą uraganą ar artėjantį žemės drebėjimą. Kita vertus, mokslininkai išsiaiškino, kad katastrofiškų įvykių gamtoje metu atsiranda infragarsas – žemo dažnio virpesiai ore. Tai sukėlė hipotezes, kad gyvūnai savo aštrių pojūčių dėka tokius signalus suvokia anksčiau nei žmonės.
Deja, infragarsą gamina daugelis mašinų ir pramoninių įrenginių. Jeigu, tarkime, tai įvyksta automobilyje ar lėktuve, tai po kurio laiko pilotai ar vairuotojai būna sunerimę, greičiau pavargsta, o tai gali sukelti avariją.
Jie kelia triukšmą infragarsiniuose įrenginiuose, ir tada su jais dirbti sunkiau. Ir visiems aplinkiniams bus sunku. Ne geriau, jei jis „dumbs“ su infragarso ventiliacija gyvenamajame name. Atrodo, negirdima, bet žmonės susierzina ir gali net susirgti. Atsikratyti infragarsinių sunkumų leidžia atlikti specialų „bandymą“, kurį turi išlaikyti bet kuris įrenginys. Jei jis „fonituoja“ infragarso zonoje, tada jis negaus leidimo žmonėms.
Kaip vadinamas labai aukštas tonas? Toks girgždėjimas, kuris mūsų ausiai nepasiekiamas? Tai ultragarsas. Ultragarsas – elastinės bangos, kurių dažnis yra nuo maždaug (1,5–2) (104 Hz (15–20 kHz) iki 109 Hz (1 GHz); dažnio bangų sritis nuo 109 iki 1012–1013 Hz paprastai vadinama hipergarsu. Pagal dažnį, ultragarsas yra patogiai skirstomas į 3 diapazonus: žemo dažnio ultragarsą (1,5 (104 - 105 Hz), vidutinio dažnio ultragarsą (105 - 107 Hz), aukšto dažnio ultragarsą (107 - 109 Hz). Kiekvienas iš šių diapazonų pasižymi savo specifinėmis savybėmis. generavimo, priėmimo, paskirstymo ir taikymo ypatybės.
Pagal fizinę prigimtį ultragarsas yra elastinės bangos ir tuo nesiskiria nuo garso, todėl dažnio riba tarp garso ir ultragarso bangų yra sąlyginė. Tačiau dėl aukštesnių dažnių ir, atitinkamai, trumpų bangų ilgių ultragarso sklidimas turi nemažai ypatybių.
Dėl trumpo ultragarso bangos ilgio jo prigimtį pirmiausia lemia terpės molekulinė struktūra. Ultragarsas dujose, ypač ore, sklinda labai silpnai. Skysčiai ir kietosios medžiagos, kaip taisyklė, yra geri ultragarso laidininkai - juose susilpnėja daug mažiau.
Žmogaus ausis nesugeba suvokti ultragarso bangų. Tačiau daugelis gyvūnų tai laisvai suvokia. Tai, be kita ko, mums taip gerai pažįstami šunys. Tačiau šunys, deja, negali „loti“ ultragarsu. Tačiau šikšnosparniai ir delfinai turi nuostabų gebėjimą skleisti ir priimti ultragarsą.
Hipergarsas – tai elastinės bangos, kurių dažnis nuo 109 iki 1012 – 1013 Hz. Pagal fizinę prigimtį hipergarsas niekuo nesiskiria nuo garso ir ultragarso bangų. Dėl didesnių dažnių, taigi ir trumpesnių bangų ilgių nei ultragarso srityje, hipergarso sąveika su kvazidalelėmis terpėje tampa daug reikšmingesnė – su laidumo elektronais, šiluminiais fononais ir kt. Hipergarsas taip pat dažnai vaizduojamas kaip kvazidalelių srautas. - fononai.
Hipergarso dažnių diapazonas atitinka decimetro, centimetro ir milimetro diapazonų elektromagnetinių virpesių dažnius (vadinamuosius itin aukštus dažnius). 109 Hz dažnis ore esant normaliam atmosferos slėgiui ir kambario temperatūrai turi būti tokio paties dydžio kaip ir vidutinis laisvas molekulių kelias ore tomis pačiomis sąlygomis. Tačiau tampriosios bangos gali sklisti terpėje tik tada, kai jų bangos ilgis yra pastebimai didesnis už laisvą dalelių kelią dujose arba didesnis už tarpatominius atstumus skysčiuose ir kietosiose medžiagose. Todėl hipergarsinės bangos negali sklisti dujose (ypač ore) esant normaliam atmosferos slėgiui. Skysčiuose hipergarso slopinimas yra labai didelis, o sklidimo diapazonas trumpas. Hipergarsas palyginti gerai sklinda kietose medžiagose – pavieniuose kristaluose, ypač esant žemai temperatūrai. Tačiau net ir tokiomis sąlygomis hipergarsas gali įveikti tik 1, daugiausiai 15 centimetrų atstumą.
Garsas – tai mechaniniai virpesiai, sklindantys elastingose terpėse – dujose, skysčiuose ir kietose medžiagose, suvokiami klausos organais.
Specialių instrumentų pagalba galima pamatyti garso bangų sklidimą.
Garso bangos gali pakenkti žmogaus sveikatai ir atvirkščiai, padėti išgydyti negalavimus, tai priklauso nuo garso rūšies.
Pasirodo, yra garsų, kurių žmogaus ausis nesuvokia.
Bibliografija
Peryshkin A. V., Gutnik E. M. Fizika 9 klasė
Kasjanovas V. A. Fizika 10 klasė
Leonovas A. A "Aš pažįstu pasaulį" Det. enciklopedija. Fizika
2 skyrius. Akustinis triukšmas ir jo poveikis žmogui
Tikslas: Ištirti akustinio triukšmo poveikį žmogaus organizmui.
Įvadas
Mus supantis pasaulis yra gražus garsų pasaulis. Aplink mus – žmonių ir gyvūnų balsai, muzika ir vėjo ošimas, paukščių čiulbėjimas. Žmonės informaciją perduoda per kalbą, o klausos pagalba ji suvokiama. Gyvūnams garsas yra ne mažiau svarbus, o tam tikra prasme ir svarbesnis, nes jų klausa yra labiau išvystyta.
Fizikos požiūriu garsas – tai mechaniniai virpesiai, sklindantys tamprioje terpėje: vandenyje, ore, kietame kūne ir kt. Žmogaus gebėjimas suvokti garso virpesius, jų klausytis atsispindi pavadinime. garso doktrina – akustika (iš graikų akustikos – girdimasis, girdimasis). Garso pojūtis mūsų klausos organuose atsiranda periodiškai keičiantis oro slėgiui. Garso bangas, kurių garso slėgio kitimo amplitudė yra didelė, žmogaus ausis suvokia kaip garsius garsus, su maža garso slėgio kitimo amplitudė – kaip tylius garsus. Garso stiprumas priklauso nuo virpesių amplitudės. Garso stiprumas taip pat priklauso nuo jo trukmės ir nuo individualių klausytojo savybių.
Aukšto dažnio garso vibracijos vadinamos aukšto tono garsais, o žemo dažnio garso vibracijos vadinamos žemomis.
Žmogaus klausos organai gali suvokti garsus, kurių dažnis svyruoja nuo maždaug 20 Hz iki 20 000 Hz. Išilginės bangos terpėje, kurios slėgio kitimo dažnis mažesnis nei 20 Hz, vadinamos infragarsu, o didesnis nei 20 000 Hz – ultragarsu. Žmogaus ausis infragarso ir ultragarso nesuvokia, t.y., negirdi. Pažymėtina, kad nurodytos garso diapazono ribos yra savavališkos, nes jos priklauso nuo žmonių amžiaus ir individualių jų garso aparato savybių. Paprastai su amžiumi viršutinė suvokiamų garsų dažnio riba gerokai sumažėja – dalis vyresnio amžiaus žmonių gali girdėti garsus, kurių dažnis neviršija 6000 Hz. Vaikai, atvirkščiai, gali suvokti garsus, kurių dažnis yra šiek tiek didesnis nei 20 000 Hz.
Kai kurie gyvūnai girdi virpesius, kurių dažnis yra didesnis nei 20 000 Hz arba mažesnis nei 20 Hz.
Fiziologinės akustikos tyrimo objektas yra pats klausos organas, jo sandara ir veikimas. Architektūrinė akustika tiria garso sklidimą patalpose, dydžių ir formų įtaką garsui, sienas ir lubas dengiančių medžiagų savybes. Tai reiškia garsinį garso suvokimą.
Taip pat yra muzikinė akustika, nagrinėjanti muzikos instrumentus ir sąlygas jiems geriausiai skambėti. Fizinė akustika yra susijusi su pačių garso virpesių tyrimu, o pastaruoju metu ji apėmė vibracijas, kurios yra už girdėjimo ribų (ultraakustika). Jis plačiai naudoja įvairius metodus, skirtus mechaniniams virpesiams paversti elektrinėmis vibracijomis ir atvirkščiai (elektroakustika).
Istorijos nuoroda
Garsai pradėti tyrinėti senovėje, nes žmogui būdingas domėjimasis viskuo, kas nauja. Pirmieji akustiniai stebėjimai buvo atlikti VI amžiuje prieš Kristų. Pitagoras nustatė ryšį tarp tono ir ilgos stygos ar trimito, skleidžiančios garsą.
IV amžiuje prieš Kristų Aristotelis pirmasis teisingai suprato, kaip garsas sklinda ore. Jis teigė, kad skambantis kūnas sukelia oro susispaudimą ir retėjimą, aidą aiškino garso atspindžiu nuo kliūčių.
XV amžiuje Leonardo da Vinci suformulavo garso bangų nepriklausomumo nuo įvairių šaltinių principą.
1660 metais Roberto Boyle'o eksperimentuose buvo įrodyta, kad oras yra garso laidininkas (vakuume garsas nesklinda).
1700-1707 metais. Josepho Saveuro atsiminimus apie akustiką išleido Paryžiaus mokslų akademija. Šiuose atsiminimuose Saveris aptaria vargonų dizaineriams gerai žinomą reiškinį: jei du vargonų vamzdžiai vienu metu skleidžia du garsus, tik šiek tiek skiriasi jų aukštis, tai girdimi periodiniai garso sustiprėjimai, panašūs į būgno riedėjimą. Saveris šį reiškinį paaiškino periodišku abiejų garsų virpesių sutapimu. Jei, pavyzdžiui, vienas iš dviejų garsų atitinka 32 virpesius per sekundę, o kitas – 40, tai pirmojo garso ketvirtojo virpesio pabaiga sutampa su antrojo garso penktojo vibracijos pabaiga, taigi. garsas sustiprinamas. Nuo vargonų dūdų Saveris perėjo prie eksperimentinio stygų virpesių tyrimo, stebėdamas vibracijų mazgus ir antimazgus (šiuos moksle tebeegzistuojančius pavadinimus jis įvedė), taip pat pastebėjo, kad stygai sujaudinus, kartu su pagrindinė nata, kitos natos skamba, kurių bangų ilgis yra ½, 1/3, ¼,. nuo pagrindinės. Šias natas jis pavadino aukščiausiais harmoniniais tonais, ir šiam vardui buvo lemta išlikti moksle. Galiausiai Saveris pirmasis pabandė nustatyti vibracijų kaip garsų suvokimo ribą: žemiems garsams nurodė 25 virpesių per sekundę ribą, o aukštiems - 12 800. Po to Niutonas, remdamasis šiais eksperimentiniais. Saver darbai, pirmą kartą apskaičiavo garso bangos ilgį ir priėjo prie išvados, dabar gerai žinomos fizikoje, kad bet kurio atviro vamzdžio skleidžiamo garso bangos ilgis yra lygus dvigubam vamzdžio ilgiui.
Garso šaltiniai ir jų prigimtis
Visiems garsams būdinga tai, kad juos generuojantys kūnai, tai yra garso šaltiniai, svyruoja. Visiems pažįstami garsai, kylantys judant virš būgno ištemptai odai, banguojantis jūra, vėjo siūbuojančios šakos. Visi jie skiriasi vienas nuo kito. Kiekvieno atskiro garso „spalva“ griežtai priklauso nuo judesio, dėl kurio jis kyla. Taigi, jei svyruojantis judėjimas yra itin greitas, garsas turi aukšto dažnio virpesius. Lėtesnis svyruojantis judėjimas sukuria žemesnio dažnio garsą. Įvairūs eksperimentai rodo, kad bet koks garso šaltinis būtinai svyruoja (nors dažniausiai šie svyravimai akiai nepastebimi). Pavyzdžiui, žmonių ir daugelio gyvūnų balsų garsai kyla dėl jų balso stygų virpesių, pučiamųjų muzikos instrumentų garso, sirenos garso, vėjo švilpimo ir griaustinio. dėl oro masių svyravimų.
Tačiau ne kiekvienas svyruojantis kūnas yra garso šaltinis. Pavyzdžiui, ant sriegio ar spyruoklės pakabintas vibruojantis svarelis neskleidžia garso.
Virpesių pasikartojimo dažnis matuojamas hercais (arba ciklais per sekundę); 1 Hz – tokio periodinio svyravimo dažnis, periodas 1 s. Atkreipkite dėmesį, kad dažnis yra ta savybė, kuri leidžia atskirti vieną garsą nuo kito.
Tyrimai parodė, kad žmogaus ausis geba suvokti kaip garsą mechaninius kūnų virpesius, atsirandančius nuo 20 Hz iki 20 000 Hz dažniu. Esant labai greitam, daugiau nei 20 000 Hz arba labai lėtam, mažesniam nei 20 Hz, garso virpesiams, mes negirdime. Štai kodėl mums reikia specialių prietaisų, leidžiančių registruoti garsus, kurie yra už dažnio ribos, kurią suvokia žmogaus ausis.
Jei virpesių judėjimo greitis lemia garso dažnį, tai jo dydis (patalpos dydis) yra garsumas. Jei toks ratas sukasi dideliu greičiu, pasigirs aukšto dažnio tonas, lėtesnis sukimasis generuos žemesnio dažnio toną. Be to, kuo mažesni rato dantys (kaip rodo punktyrinė linija), tuo garsas silpnesnis ir kuo didesni dantys, tai yra, kuo labiau nukrypsta plokštelė, tuo garsesnis. Taigi galime pastebėti dar vieną garso savybę – jo garsumą (intensyvumą).
Neįmanoma nepaminėti tokios garso savybės kaip kokybė. Kokybė yra glaudžiai susijusi su struktūra, kuri gali būti nuo pernelyg sudėtingos iki labai paprastos. Rezonatoriaus palaikomo kamertono tonas yra labai paprastos struktūros, nes jame yra tik vienas dažnis, kurio reikšmė priklauso tik nuo kamertono konstrukcijos. Šiuo atveju kamertono garsas gali būti stiprus ir silpnas.
Galite sukurti sudėtingus garsus, todėl, pavyzdžiui, daugelyje dažnių yra vargonų akordo garsas. Net mandolinos stygos garsas yra gana sudėtingas. Taip yra dėl to, kad ištempta styga svyruoja ne tik pagrindiniu (kaip kamertonu), bet ir kitais dažniais. Jie generuoja papildomus tonus (harmonikus), kurių dažniai yra sveikuoju skaičiumi kartų didesni už pagrindinio tono dažnį.
Dažnio sąvoka yra neteisėta taikyti triukšmui, nors galime kalbėti apie kai kurias jo dažnių sritis, nes būtent jos išskiria vieną triukšmą nuo kito. Triukšmo spektro nebegalima pavaizduoti viena ar keliomis linijomis, kaip monochromatinio signalo arba periodinės bangos, turinčios daug harmonikų, atveju. Jis vaizduojamas kaip visa linija
Kai kurių garsų, ypač muzikinių, dažninė struktūra yra tokia, kad visi obertonai yra harmoningi pagrindinio tono atžvilgiu; tokiais atvejais sakoma, kad garsai turi aukštį (nustatoma pagal aukščio dažnį). Dauguma garsų nėra tokie melodingi, jie neturi vientiso santykio tarp muzikiniams garsams būdingo dažnių. Šie garsai savo struktūra yra panašūs į triukšmą. Todėl apibendrinant tai, kas pasakyta, galima teigti, kad garsui būdingas garsumas, kokybė ir aukštis.
Kas atsitiks su garsu jį sukūrus? Kaip jis pasiekia, pavyzdžiui, mūsų ausį? Kaip plinta?
Garsą suvokiame ausimis. Tarp skambančio kūno (garso šaltinio) ir ausies (garso imtuvo) yra medžiaga, perduodanti garso virpesius iš garso šaltinio į imtuvą. Dažniausiai ši medžiaga yra oras. Garsas negali sklisti beorėje erdvėje. Kaip bangos negali egzistuoti be vandens. Eksperimentai patvirtina šią išvadą. Panagrinėkime vieną iš jų. Padėkite skambutį po oro siurblio varpeliu ir įjunkite. Tada jie pradeda siurbti orą siurbliu. Kai oras retėja, garsas tampa vis silpnesnis ir, galiausiai, beveik visiškai išnyksta. Kai vėl pradedu leisti orą po varpu, vėl pasigirsta varpelio garsas.
Žinoma, garsas sklinda ne tik ore, bet ir kituose kūnuose. Tai taip pat galima išbandyti eksperimentiškai. Net ir tokį silpną garsą, kaip viename stalo gale gulinčio kišeninio laikrodžio tiksėjimas, galima aiškiai išgirsti, priglaudus ausį prie kito stalo galo.
Gerai žinoma, kad garsas sklinda dideliais atstumais žeme, o ypač geležinkelio bėgiais. Priglaudę ausį prie bėgių arba prie žemės, galite išgirsti toli važiuojančio traukinio garsą arba šuoliuojančio arklio valkatą.
Jeigu mes, būdami po vandeniu, atsitrenksime akmenį į akmenį, aiškiai išgirsime smūgio garsą. Todėl garsas sklinda ir vandenyje. Žuvys girdi žingsnius ir žmonių balsus krante, tai puikiai žino meškeriotojai.
Eksperimentai rodo, kad skirtingi kietieji kūnai skirtingai praleidžia garsą. Elastingi kūnai yra geri garso laidininkai. Dauguma metalų, medienos, dujų ir skysčių yra elastingi kūnai, todėl gerai praleidžia garsą.
Minkšti ir porėti kūnai yra prasti garso laidininkai. Kai, pavyzdžiui, laikrodis yra kišenėje, jį apgaubia minkštas audinys, jo tiksėjimo negirdime.
Beje, tai, kad eksperimentas su po dangteliu padėtu varpeliu ilgą laiką atrodė nelabai įtikinamas, yra susijęs su garso sklidimu kietose medžiagose. Faktas yra tas, kad eksperimentatoriai nepakankamai izoliavo varpą, o garsas buvo girdimas net tada, kai po dangteliu nebuvo oro, nes vibracijos buvo perduodamos įvairiomis instaliacijos jungtimis.
1650 m. Athanasius Kirch'er ir Otto Gücke, remdamiesi eksperimentu su varpu, padarė išvadą, kad garsui sklisti oro nereikia. Ir tik po dešimties metų Robertas Boyle'as įtikinamai įrodė priešingai. Pavyzdžiui, ore esantis garsas perduodamas išilginėmis bangomis, t. y. iš garso šaltinio sklindančio oro kondensacijos ir retinimo. Bet kadangi mus supanti erdvė, skirtingai nei dvimatis vandens paviršius, yra trimatis, garso bangos sklinda ne dviem, o trimis kryptimis – išsiskiriančių sferų pavidalu.
Garso bangos, kaip ir bet kurios kitos mechaninės bangos, erdvėje sklinda ne akimirksniu, o tam tikru greičiu. Paprasčiausi stebėjimai leidžia tai patikrinti. Pavyzdžiui, perkūnijos metu pirmiausia matome žaibą ir tik po kurio laiko išgirstame griaustinį, nors oro virpesiai, mūsų suvokiami kaip garsas, atsiranda kartu su žaibo blyksniu. Faktas yra tas, kad šviesos greitis yra labai didelis (300 000 km / s), todėl galime manyti, kad mes matome blyksnį jo atsiradimo metu. O griaustinio garsas, susiformavęs kartu su žaibais, užtrunka gana apčiuopiamą laiką, kol nukeliautume atstumą nuo jo atsiradimo vietos iki ant žemės stovinčio stebėtojo. Pavyzdžiui, jei griaustinį išgirstame praėjus daugiau nei 5 sekundėms po žaibo išvydimo, galime daryti išvadą, kad perkūnija nuo mūsų nutolusi mažiausiai 1,5 km. Garso greitis priklauso nuo terpės, kurioje garsas sklinda, savybių. Mokslininkai sukūrė įvairius metodus, kaip nustatyti garso greitį bet kurioje aplinkoje.
Garso greitis ir jo dažnis lemia bangos ilgį. Stebėdami bangas tvenkinyje pastebime, kad besiskiriantys apskritimai kartais būna mažesni, o kartais didesni, kitaip tariant, atstumas tarp bangų keterų ar bangų duburių gali skirtis priklausomai nuo objekto, dėl kurio jie atsirado, dydžio. Laikydami ranką pakankamai žemai virš vandens paviršiaus, galime jausti kiekvieną pro mus praplaukiantį purslą. Kuo didesnis atstumas tarp nuoseklių bangų, tuo rečiau jų keteros palies mūsų pirštus. Toks paprastas eksperimentas leidžia daryti išvadą, kad esant bangoms vandens paviršiuje esant tam tikram bangos sklidimo greičiui, didesnis dažnis atitinka mažesnį atstumą tarp bangų keterų, tai yra trumpesnes bangas, ir, atvirkščiai, žemesnis dažnis, ilgesnės bangos.
Tas pats pasakytina ir apie garso bangas. Tai, kad garso banga praeina per tam tikrą erdvės tašką, galima spręsti pagal slėgio pokytį tam tikrame taške. Šis pakeitimas visiškai pakartoja garso šaltinio membranos virpesius. Žmogus girdi garsą, nes garso banga daro skirtingą spaudimą ausies būgneliui. Kai tik garso bangos ketera (arba aukšto slėgio sritis) pasiekia mūsų ausį. Jaučiame spaudimą. Jei padidinto garso bangos slėgio sritys pakankamai greitai seka viena kitą, tai mūsų ausies būgninė membrana greitai vibruoja. Jei garso bangos keteros yra toli viena nuo kitos, tai ausies būgnelis vibruos daug lėčiau.
Garso greitis ore stebėtinai pastovus. Jau matėme, kad garso dažnis yra tiesiogiai susijęs su atstumu tarp garso bangos keterų, tai yra, yra tam tikras ryšys tarp garso dažnio ir bangos ilgio. Šį ryšį galime išreikšti taip: bangos ilgis lygus greičiui, padalytam iš dažnio. Galima sakyti ir kitaip: bangos ilgis yra atvirkščiai proporcingas dažniui, kurio proporcingumo koeficientas lygus garso greičiui.
Kaip garsas tampa girdimas? Kai garso bangos patenka į ausies kanalą, jos sukelia ausies būgnelio, vidurinės ir vidinės ausies vibraciją. Patekusios į skystį, užpildantį sraigę, oro bangos veikia plaukų ląsteles Corti organo viduje. Klausos nervas perduoda šiuos impulsus į smegenis, kur jie paverčiami garsais.
Triukšmo matavimas
Triukšmas – tai nemalonus ar nepageidaujamas garsas, arba garsų visuma, trukdanti suvokti naudingus signalus, laužanti tylą, žalinga ar dirginanti žmogaus organizmą, mažinanti jo veikimą.
Triukšmingose vietose daugeliui žmonių pasireiškia triukšmo ligos simptomai: padidėjęs nervinis jaudrumas, nuovargis, padidėjęs kraujospūdis.
Triukšmo lygis matuojamas vienetais,
Slėgio laipsnį išreiškiantys garsai, - decibelai. Šis spaudimas nėra suvokiamas neribotą laiką. 20-30 dB triukšmo lygis žmogui praktiškai nekenksmingas – tai natūralus foninis triukšmas. Kalbant apie garsius garsus, čia leistina riba yra maždaug 80 dB. 130 dB garsas jau sukelia žmogui skausmingą pojūtį, o 150 jam tampa nepakeliamas.
Akustinis triukšmas – tai atsitiktiniai skirtingo fizinio pobūdžio garso virpesiai, kuriems būdingas atsitiktinis amplitudės, dažnio pokytis.
Sklindant garso bangai, susidedančiai iš oro kondensacijos ir retėjimo, spaudimas ausies būgneliui keičiasi. Slėgio vienetas yra 1 N/m2, o garso galios – 1 W/m2.
Klausos slenkstis yra minimalus garso stiprumas, kurį žmogus suvokia. Skirtingiems žmonėms jis skiriasi, todėl paprastai laikomas garso slėgiu, lygiu 2x10 "5 N / m2 esant 1000 Hz, atitinkančiam 10"12 W / m2 galią klausos slenksčiui. Būtent su šiais dydžiais lyginamas išmatuotas garsas.
Pavyzdžiui, variklių garso galia reaktyviniam lėktuvui kylant yra 10 W/m2, tai yra 1013 kartų viršija slenkstį. Nepatogu dirbti su tokiais dideliais skaičiais. Apie įvairaus stiprumo garsus sakoma, kad vienas garsesnis už kitą ne tiek kartų, o tiek vienetų. Tūrio vienetas vadinamas Bel – telefono išradėjo A. Belo (1847-1922) vardu. Garsumas matuojamas decibelais: 1 dB = 0,1 B (Bel). Vaizdas, kaip garso intensyvumas, garso slėgis ir garsumo lygis yra susiję.
Garso suvokimas priklauso ne tik nuo jo kiekybinių charakteristikų (slėgio ir galios), bet ir nuo kokybės – dažnio.
Tas pats garsas skirtingais dažniais skiriasi garsumu.
Kai kurie žmonės negirdi aukšto dažnio garsų. Taigi vyresnio amžiaus žmonėms viršutinė garso suvokimo riba nukrenta iki 6000 Hz. Jie negirdi, pavyzdžiui, uodo girgždėjimo ir svirplio trilo, kurie skleidžia garsus, kurių dažnis yra apie 20 000 Hz.
Garsus anglų fizikas D. Tyndallas vieną savo pasivaikščiojimą su draugu apibūdina taip: „Pievose abiejose kelio pusėse knibždėte knibždėte knibždėte knibžda vabzdžių, kurie pripildė orą savo aštriu zvimbimu iki mano ausų, bet draugas negirdėjo. visa tai – vabzdžių muzika praskriejo už jo klausos ribų“!
Triukšmo lygiai
Garsumas – garso energijos lygis – matuojamas decibelais. Šnabždesys prilygsta maždaug 15 dB, balsų ošimas studentų auditorijoje siekia apie 50 dB, o gatvės triukšmas intensyvaus eismo metu – apie 90 dB. Triukšmas, didesnis nei 100 dB, gali būti nepakeliamas žmogaus ausiai. 140 dB garsas (pavyzdžiui, kylančio reaktyvinio lėktuvo garsas) gali skaudėti ausį ir pažeisti ausies būgnelį.
Daugeliui žmonių klausa tampa nuobodu su amžiumi. Taip yra dėl to, kad ausies kaulai praranda savo pirminį mobilumą, todėl vibracijos neperduodamos į vidinę ausį. Be to, klausos organų infekcijos gali pažeisti ausies būgnelį ir neigiamai paveikti kaulų funkcionavimą. Jei turite klausos problemų, nedelsdami kreipkitės į gydytoją. Kai kurios kurtumo rūšys atsiranda dėl vidinės ausies arba klausos nervo pažeidimo. Klausos praradimą taip pat gali sukelti nuolatinis triukšmo poveikis (pvz., gamyklos aukšte) arba staigūs ir labai stiprūs garso pliūpsniai. Naudodami asmeninius stereo grotuvus turite būti labai atsargūs, nes per didelis garsumas taip pat gali sukelti kurtumą.
Leistinas triukšmas patalpose
Kalbant apie triukšmo lygį, pažymėtina, kad tokia sąvoka nėra trumpalaikė ir teisės aktų požiūriu neaiški. Taigi Ukrainoje iki šių dienų galioja dar SSRS laikais priimtos sanitarinės normos dėl leistino triukšmo gyvenamųjų ir visuomeninių pastatų patalpose bei gyvenamųjų namų plėtros teritorijoje. Pagal šį dokumentą gyvenamosiose patalpose turi būti užtikrintas triukšmo lygis, ne didesnis kaip 40 dB dieną ir 30 dB naktį (nuo 22:00 iki 08:00).
Gana dažnai triukšmas neša svarbią informaciją. Automobilių ar motociklų lenktynininkas atidžiai klausosi garsų, kuriuos skleidžia variklis, važiuoklė ir kitos važiuojančios transporto priemonės dalys, nes bet koks pašalinis triukšmas gali būti nelaimingo atsitikimo pranašas. Triukšmas vaidina svarbų vaidmenį akustikoje, optikoje, kompiuterinėse technologijose ir medicinoje.
Kas yra triukšmas? Tai suprantama kaip chaotiški kompleksiniai įvairaus fizinio pobūdžio virpesiai.
Triukšmo problema egzistuoja jau labai seniai. Jau senovėje trinkelių grindinio ratų garsas daugeliui sukeldavo nemigą.
O gal bėda iškilo dar anksčiau, kai urvo kaimynai ėmė kivirčytis dėl to, kad vienas jų per garsiai beldėsi gamindamas akmeninį peilį ar kirvį?
Triukšmo tarša nuolat auga. Jei 1948 metais, atliekant didžiųjų miestų gyventojų apklausą, į klausimą, ar nerimauja dėl triukšmo bute, teigiamai atsakė 23% apklaustųjų, tai 1961 metais – jau 50%. Per pastarąjį dešimtmetį triukšmo lygis miestuose išaugo 10-15 kartų.
Triukšmas yra garso rūšis, nors jis dažnai vadinamas „nepageidaujamu garsu“. Tuo pačiu metu, anot ekspertų, tramvajaus keliamas triukšmas vertinamas 85–88 dB, troleibuso – 71 dB, autobuso, kurio variklio galia didesnė nei 220 AG. Su. - 92 dB, mažiau nei 220 AG Su. - 80-85 dB.
Ohajo valstijos universiteto mokslininkai nustatė, kad žmonėms, kurie reguliariai patiria stiprų triukšmą, 1,5 karto didesnė tikimybė susirgti akustine neuroma nei kitiems.
Akustinė neuroma yra gerybinis navikas, sukeliantis klausos praradimą. Mokslininkai ištyrė 146 akustine neuroma sergančius pacientus ir 564 sveikus žmones. Jiems visiems buvo užduodami klausimai, kaip dažnai jiems teko susidurti su ne silpnesniais nei 80 decibelų garsais (eismo triukšmas). Anketoje buvo atsižvelgta į instrumentų, variklių, muzikos triukšmą, vaikų riksmus, triukšmą sporto renginiuose, baruose ir restoranuose. Tyrimo dalyvių taip pat buvo klausiama, ar jie naudojasi klausos apsauga. Tie, kurie reguliariai klausėsi garsios muzikos, turėjo 2,5 karto padidėjusią akustinės neuromos riziką.
Tiems, kurie patyrė techninį triukšmą – 1,8 karto. Žmonėms, kurie nuolat klausosi vaiko verksmo, stadionuose, restoranuose ar baruose triukšmas yra 1,4 karto didesnis. Naudojant klausos apsaugos priemones, akustinės neuromos rizika nėra didesnė nei žmonių, kurie visiškai neveikia triukšmo.
Akustinio triukšmo poveikis žmonėms
Akustinio triukšmo poveikis žmogui yra skirtingas:
A. Kenksminga
Triukšmas sukelia gerybinį naviką
Ilgalaikis triukšmas neigiamai veikia klausos organą, ištempia ausies būgnelį, todėl sumažėja jautrumas garsui. Tai veda prie širdies, kepenų veiklos sutrikimo, išsekimo ir nervinių ląstelių pertempimo. Didelės galios garsai ir triukšmai veikia klausos aparatą, nervų centrus, gali sukelti skausmą ir šoką. Taip veikia triukšmo tarša.
Triukšmai yra dirbtiniai, technogeniniai. Jie neigiamai veikia žmogaus nervų sistemą. Vienas iš baisiausių miesto triukšmų yra kelių transporto triukšmas pagrindinėse magistralėse. Tai dirgina nervų sistemą, todėl žmogų kankina nerimas, jis jaučiasi pavargęs.
B. Palankus
Naudingi garsai apima žalumynų triukšmą. Bangų purslai ramina mūsų psichiką. Tylus lapų ošimas, upelio čiurlenimas, lengvas vandens šniokštimas ir banglenčių garsas žmogui visada malonūs. Jie jį ramina, mažina stresą.
C. Medicinos
Gydomasis poveikis žmogui gamtos garsų pagalba atsirado XX amžiaus devintojo dešimtmečio pradžioje su astronautais dirbusiems gydytojams ir biofizikams. Psichoterapinėje praktikoje gamtos garsai naudojami gydant įvairias ligas kaip pagalbinė priemonė. Psichoterapeutai taip pat naudoja vadinamąjį „baltąjį triukšmą“. Tai savotiškas šnypštimas, miglotai primenantis bangų garsą be vandens purslų. Gydytojai mano, kad „baltasis triukšmas“ ramina ir užliūliuoja.
Triukšmo poveikis žmogaus organizmui
Tačiau ar nuo triukšmo kenčia tik klausos organai?
Mokiniai raginami tai išsiaiškinti perskaitę šiuos teiginius.
1. Triukšmas sukelia priešlaikinį senėjimą. Trisdešimčia atvejų iš šimto triukšmas didžiuosiuose miestuose žmonių gyvenimo trukmę sumažina 8-12 metų.
2. Kas trečia moteris ir kas ketvirtas vyras kenčia nuo neurozių, kurias sukelia padidėjęs triukšmo lygis.
3. Tokiomis ligomis kaip gastritas, skrandžio ir žarnyno opos dažniausiai suserga žmonės, kurie gyvena ir dirba triukšmingoje aplinkoje. Estrados muzikantai serga skrandžio opa – profesine liga.
4. Pakankamai stiprus triukšmas po 1 minutės gali sukelti smegenų elektrinio aktyvumo pokyčius, kurie tampa panašūs į epilepsija sergančių pacientų smegenų elektrinį aktyvumą.
5. Triukšmas slopina nervų sistemą, ypač kartodamas veiksmą.
6. Triukšmo įtakoje nuolat mažėja kvėpavimo dažnis ir gylis. Kartais būna širdies aritmija, hipertenzija.
7. Triukšmo įtakoje pakinta angliavandenių, riebalų, baltymų, druskų apykaita, kuri pasireiškia biocheminės kraujo sudėties pasikeitimu (mažėja cukraus kiekis kraujyje).
Per didelis triukšmas (virš 80 dB) veikia ne tik klausos organus, bet ir kitus organus bei sistemas (kraujotakos, virškinimo, nervų ir kt.), sutrinka gyvybiniai procesai, energijos apykaita ima vyrauti prieš plastiką, o tai lemia priešlaikinį klausos senėjimą. kūnas.
TRIUKŠMO PROBLEMA
Didelis miestas visada lydimas eismo triukšmo. Per pastaruosius 25-30 metų didžiuosiuose pasaulio miestuose triukšmas padidėjo 12-15 dB (t. y. triukšmo kiekis padidėjo 3-4 kartus). Jei oro uostas yra miesto viduje, kaip yra Maskvoje, Vašingtone, Omske ir daugelyje kitų miestų, tai sukelia daugkartinį didžiausio leistino garso dirgiklių lygio viršijimą.
Ir vis dėlto kelių transportas yra lyderis tarp pagrindinių triukšmo šaltinių mieste. Būtent jis pagrindinėse miestų gatvėse pagal garso lygio matuoklio skalę sukelia triukšmą iki 95 dB. Triukšmo lygis gyvenamosiose patalpose su uždarais langais į greitkelį yra tik 10-15 dB žemesnis nei gatvėje.
Automobilių keliamas triukšmas priklauso nuo daugelio faktorių: automobilio markės, eksploatacinių savybių, greičio, kelio dangos kokybės, variklio galios ir kt. Variklio skleidžiamas triukšmas smarkiai padidėja jį užvedus ir įšilus. Kai automobilis važiuoja pirmuoju greičiu (iki 40 km/h), variklio triukšmas yra 2 kartus didesnis nei jo keliamas triukšmas važiuojant antruoju greičiu. Automobiliui stipriai stabdant, triukšmas taip pat gerokai padidėja.
Atskleista žmogaus organizmo būklės priklausomybė nuo aplinkos triukšmo lygio. Pastebėti tam tikri centrinės nervų ir širdies ir kraujagyslių sistemų funkcinės būklės pokyčiai, kuriuos sukelia triukšmas. Išeminė širdies liga, hipertenzija, padidėjęs cholesterolio kiekis kraujyje dažniau pasireiškia žmonėms, gyvenantiems triukšmingose vietose. Triukšmas labai trikdo miegą, sumažina jo trukmę ir gylį. Užmigimo laikotarpis pailgėja valanda ir daugiau, o pabudę žmonės jaučiasi pavargę, skauda galvą. Visa tai ilgainiui virsta lėtiniu pervargimu, silpnina imuninę sistemą, prisideda prie ligų išsivystymo, mažina darbingumą.
Dabar manoma, kad triukšmas gali sutrumpinti žmogaus gyvenimo trukmę beveik 10 metų. Dėl didėjančių garsinių dirgiklių yra ir daugiau psichikos ligonių, ypač nuo triukšmo kenčia moterys. Apskritai miestuose padaugėjo neprigirdinčiųjų, tačiau dažniausiai reiškiniais tapo galvos skausmas ir dirglumas.
TRIUKŠMO TARŠA
Didelės galios garsas ir triukšmas veikia klausos aparatą, nervų centrus ir gali sukelti skausmą bei šoką. Taip veikia triukšmo tarša. Tylus lapų ošimas, upelio čiurlenimas, paukščių balsai, lengvas vandens šlamesys ir banglenčių garsas žmogui visada malonūs. Jie jį ramina, mažina stresą. Tai naudojama medicinos įstaigose, psichologinės pagalbos kambariuose. Natūralūs gamtos triukšmai vis retėja, visiškai išnyksta arba paskęsta pramonės, transporto ir kitų triukšmų.
Ilgalaikis triukšmas neigiamai veikia klausos organą, sumažindamas jautrumą garsui. Tai veda prie širdies, kepenų veiklos sutrikimo, išsekimo ir nervinių ląstelių pertempimo. Susilpnėjusios nervų sistemos ląstelės negali pakankamai koordinuoti įvairių organizmo sistemų darbo. Dėl to sutrinka jų veikla.
Jau žinome, kad 150 dB triukšmas kenkia žmogui. Ne veltui viduramžiais egzekucija buvo vykdoma po varpu. Varpo dūzgimas kankino ir lėtai žudė.
Kiekvienas žmogus triukšmą suvokia skirtingai. Daug kas priklauso nuo amžiaus, temperamento, sveikatos būklės, aplinkos sąlygų. Triukšmas turi akumuliacinį poveikį, tai yra akustiniai dirgikliai, besikaupiantys organizme, vis labiau slopina nervų sistemą. Triukšmas ypač žalingai veikia neuropsichinę organizmo veiklą.
Triukšmas sukelia funkcinius širdies ir kraujagyslių sistemos sutrikimus; turi žalingą poveikį regos ir vestibuliariniams analizatoriams; sumažinti refleksinį aktyvumą, kuris dažnai sukelia nelaimingus atsitikimus ir sužalojimus.
Triukšmas yra klastingas, jo žalingas poveikis organizmui pasireiškia nepastebimai, nepastebimai, o gedimai organizme aptinkami ne iš karto. Be to, žmogaus kūnas yra praktiškai neapsaugotas nuo triukšmo.
Vis dažniau gydytojai kalba apie triukšmo ligą – pirminį klausos ir nervų sistemos pažeidimą. Triukšmo taršos šaltinis gali būti pramonės įmonė arba transportas. Ypač daug triukšmo kelia sunkieji savivarčiai ir tramvajai. Triukšmas veikia žmogaus nervų sistemą, todėl miestuose ir įmonėse imamasi apsaugos nuo triukšmo priemonių. Geležinkelio ir tramvajaus linijas bei kelius, kuriais važiuoja krovininis transportas, iš centrinių miestų dalių reikia perkelti į retai apgyvendintas vietoves ir aplink jas sukurti gerai triukšmą sugeriančias žaliąsias erdves. Lėktuvai neturėtų skristi virš miestų.
GARSO IZSOLIAVIMAS
Garso izoliacija labai padeda išvengti žalingo triukšmo poveikio.
Triukšmo mažinimas pasiekiamas konstrukcinėmis ir akustinėmis priemonėmis. Išorinėse atitvarinėse konstrukcijose langai ir balkono durys turi žymiai mažesnę garso izoliaciją nei pati siena.
Pastatų apsaugos nuo triukšmo laipsnį pirmiausia lemia šios paskirties patalpų leistino triukšmo normos.
KOVA SU AKUSTINIU TRIUKŠMU
MNIIP Akustikos laboratorija rengia skyrius „Akustinė ekologija“ kaip projekto dokumentacijos dalį. Atliekami patalpų garso izoliacijos, triukšmo kontrolės projektai, garso stiprinimo sistemų skaičiavimai, akustiniai matavimai. Nors įprastose patalpose žmonės vis dažniau ieško akustinio komforto – geros apsaugos nuo triukšmo, suprantamos kalbos ir vadinamųjų nebuvimo. akustiniai fantomai – kai kurių suformuoti neigiami garso vaizdai. Konstrukcijose, skirtose papildomai kovai su decibelais, kaitaliojasi bent du sluoksniai – „kietas“ (gipso kartono plokštės, gipso pluoštas).Taip pat akustinis dizainas turėtų užimti savo kuklią nišą viduje. Siekiant kovoti su akustiniu triukšmu, naudojamas dažnio filtravimas.
MIESTAS IR ŽALIOS ERDVĖS
Jei namus nuo triukšmo saugosite medžiais, tuomet pravers žinoti, kad garsų nesugeria lapija. Atsitrenkus į kamieną, garso bangos lūžta, nusileidžia į dirvą, kuri susigeria. Eglė laikoma geriausia tylos sergėtoja. Net judriausiame greitkelyje galite gyventi ramiai, jei saugosite savo namus šalia žaliuojančių medžių. O šalia būtų neblogai pasodinti kaštonų. Vienas suaugęs kaštonas išvalo iki 10 m aukščio, iki 20 m pločio ir iki 100 m ilgio automobilių išmetamąsias dujas. Tuo pačiu metu, skirtingai nei daugelis kitų medžių, kaštonas suskaido toksiškas dujas beveik nepažeisdamas savo “. sveikata".
Miesto gatvių želdinimo svarba yra labai tanki - tankūs krūmų ir miško juostų sodinimai apsaugo nuo triukšmo, sumažindami jį 10-12 dB (decibelais), sumažina kenksmingų dalelių koncentraciją ore nuo 100 iki 25%, mažina. vėjo greitis nuo 10 iki 2 m/s, sumažinti dujų koncentraciją iš mašinų iki 15% oro tūrio vienetui, padaryti orą drėgnesnį, sumažinti jo temperatūrą, t.y. padaryti jį pralaidesnį.
Žaliosios erdvės taip pat sugeria garsus, kuo aukštesni medžiai ir kuo tankesnis jų sodinimas, tuo mažiau girdimas garsas.
Žaliosios erdvės kartu su veja, gėlynais teigiamai veikia žmogaus psichiką, ramina regėjimą, nervų sistemą, yra įkvėpimo šaltinis, didina žmonių darbingumą. Didžiausi meno ir literatūros kūriniai, mokslininkų atradimai gimė veikiant gamtai. Taip buvo sukurti didžiausi Bethoveno, Čaikovskio, Strausso ir kitų kompozitorių muzikiniai kūriniai, žymių Rusijos peizažistų Šiškino, Levitano paveikslai, rusų ir sovietų rašytojų kūriniai. Neatsitiktinai tarp Priobsky pušyno žaliųjų sodinukų buvo įkurtas Sibiro mokslo centras. Čia, miesto triukšmo šešėlyje, žalumos apsuptyje, savo tyrimus sėkmingai atlieka mūsų Sibiro mokslininkai.
Želdinių sodinimas tokiuose miestuose kaip Maskva ir Kijevas yra didelis; pastarajame, pavyzdžiui, vienam gyventojui tenka 200 kartų daugiau sodinimų nei Tokijuje. Japonijos sostinėje 50 metų (1920–1970 m.) buvo sunaikinta maždaug pusė „visų žaliųjų plotų, esančių dešimties kilometrų spinduliu nuo centro“. Jungtinėse Valstijose per pastaruosius penkerius metus buvo prarasta beveik 10 000 hektarų centrinių miesto parkų.
← Triukšmas neigiamai veikia žmogaus sveikatos būklę, pirmiausia pablogina klausą, nervų ir širdies ir kraujagyslių sistemų būklę.
← Triukšmą galima išmatuoti naudojant specialius prietaisus – garso lygio matuoklius.
← Būtina kovoti su žalingu triukšmo poveikiu kontroliuojant triukšmo lygį, taip pat taikant specialias triukšmo lygio mažinimo priemones.