Pagrindinė fiziologinė garso savybė. Triukšmo fizinės ir fiziologinės charakteristikos, reguliavimas

Fizinės akustinių ir ypač garso bangų charakteristikos yra objektyvios ir jas galima išmatuoti atitinkamais prietaisais standartiniais vienetais. Klausos pojūtis, atsirandantis veikiant garso bangoms, yra subjektyvus, tačiau jo ypatybes daugiausia lemia fizinio poveikio parametrai.

7. Akustika

Akustinės bangos greitis v lemia terpės, kurioje jie sklinda, savybės – jos tamprumo modulis E ir tankis p:

Garso greitis ore yra apie 340 m/s ir priklauso nuo temperatūros (oro tankis kinta keičiantis temperatūrai). Skystose terpėse ir minkštuosiuose kūno audiniuose šis greitis yra apie 1500 m/s, kietose - 3000-6000 m/s.

Akustinių bangų sklidimo greitį lemianti formulė (7.1) neapima jų dažnio, todėl skirtingo dažnio garso bangos toje pačioje terpėje turi beveik vienodą greitį. Išimtis yra tokių dažnių bangos, kurioms būdinga stipri sugertis tam tikroje terpėje. Paprastai šie dažniai yra už garso diapazono (ultragarso) ribų.

Jei garso vibracijos reiškia periodiškumą

Ryžiai. 7.1.

procesas, tokie garsai vadinami tonai arba muzikos garsus. Jie turi atskirą harmonikų spektrą, atspindintį harmonikų rinkinį su tam tikrais dažniais ir amplitudėmis. Pirmoji dažnio w harmonika vadinama pagrindinis tonas, ir aukštesnės eilės harmonikos (su dažniais 2co, 3co, 4co ir kt.) - obertonai. Švarus(arba paprastas) tonas atitinka garso virpesius, turinčius tik vieną dažnį. Ant pav. 7.1 paveiksle parodytas kompleksinio tono spektras, kuriame pavaizduoti keturi harmoniniai komponentai: 100, 200, 300 ir 400 Hz. Pagrindinio tono amplitudės reikšmė laikoma 100 %.

Neperiodiniai garsai vadinami triukšmai turėti ištisinį akustinį spektrą (7.2 pav.). Juos sukelia procesai, kurių metu laikui bėgant kinta garso virpesių amplitudė ir dažnis (mašinos dalių vibracija, ošimas ir kt.).

Ryžiai. 7.2.

Garso intensyvumas I, kaip minėta anksčiau, yra garso bangos energija ploto vieneto vietoje per laiko vienetą ir matuojama W / m 2.

Ši fizinė savybė lemia klausos jutimo lygį, kuris vadinamas apimtis ir yra subjektyvus fiziologinis parametras. Ryšys tarp intensyvumo ir garsumo nėra tiesiogiai proporcingas. Kol kas pastebime tik tai, kad didėjant intensyvumui, stiprėja ir garsumo pojūtis. Garsumą galima kiekybiškai įvertinti lyginant klausos pojūčius, kuriuos sukelia skirtingo intensyvumo garso bangos.

Kai garsas sklinda terpėje, atsiranda tam tikras papildomas slėgis, kuris pereina iš garso šaltinio į imtuvą. Šio mastas garso slėgis P taip pat atspindi fizines garso ir jo sklidimo terpės savybes. Tai susiję su intensyvumu. aš santykis

čia p yra terpės tankis; ir yra garso sklidimo terpėje greitis.

vertė Z - ri paskambino specifinė akustinė varža arba specifinė akustinė varža.

Garso harmoninių virpesių dažnis lemia tą garso pojūčio pusę, kuri vadinama garso aukštis. Jei garso virpesiai yra periodiški, bet nepaklūsta harmonikos dėsniams, tada aukštį ausis įvertina pagrindinio tono dažniu (pirmasis harmoninis komponentas Furjė serijoje), kurio periodas sutampa su sudėtingas garso efektas.

Atkreipkite dėmesį, kad galimybė įvertinti žmogaus klausos aparato aukštį yra susijusi su garso trukme. Jei ekspozicijos laikas yra mažesnis nei 1/20 s, tada ausis negali įvertinti aukščio.

Garso virpesiai, artimi dažniui, kai skamba vienu metu, suvokiami kaip skirtingo aukščio garsai, jei santykinis dažnių skirtumas viršija 2-3%. Esant mažesniam dažnių skirtumui, jaučiamas nuolatinis vidutinio aukščio garsas.

Garso virpesių spektrinė kompozicija (žr. 7.1 pav.) nustatoma pagal harmoninių komponentų skaičių ir jų amplitudės santykį bei charakterizuoja tembras garsas. Tembras, kaip fiziologinė klausos pojūčio savybė, tam tikru mastu priklauso ir nuo garso kilimo greičio bei kintamumo.

Triukšmas- tai įvairaus intensyvumo ir aukščio garsų rinkinys, atsitiktinai besikeičiantis laike ir sukeliantis darbuotojams nemalonius subjektyvius pojūčius. Fiziologiniu požiūriu triukšmas yra bet koks nepageidaujamas garsas, trukdantis suvokti naudingus garsus gamybos signalų ir kalbos pavidalu.

Triukšmas, kaip fizikinis veiksnys, yra į bangas panašus mechaninis tamprios terpės (oro) svyruojantis judėjimas, kuris, kaip taisyklė, yra atsitiktinis atsitiktinis pobūdis. Šiuo atveju jo šaltinis yra bet koks svyruojantis kūnas, išorinės jėgos išvestas iš stabilios būsenos.

Svyruojamojo judėjimo sklidimo terpėje pobūdis vadinamas garso banga, ir aplinkos, kurioje jis plinta, plotas - garso laukas.

Garsas reiškia svyruojantį elastingos terpės judesį, kurį suvokia mūsų klausos organas. Garso bangos judėjimą ore lydi periodiškas slėgio padidėjimas ir sumažėjimas. Periodinis oro slėgio padidėjimas, palyginti su atmosferos slėgiu netrikdomoje terpėje, vadinamas garso slėgis. Kuo didesnis slėgis, tuo stipresnis klausos organo dirginimas ir garso stiprumo pojūtis. Akustikoje garso slėgis matuojamas N/m2, arba Pa. Garso bangai būdingas dažnis f, Hz, garso intensyvumas aš W/m 2 garso galia W, antradienis Garso bangų sklidimo greitis atmosferoje esant 20 °C ir normaliam atmosferos slėgiui yra 344 m/s. Garso greitis nepriklauso nuo garso virpesių dažnio ir yra pastovi reikšmė esant pastoviems terpės parametrams. Oro temperatūrai pakilus 1 °C, garso greitis padidėja maždaug 0,71 m/s.

Žmogaus klausos organai garso virpesius suvokia dažnių diapazone nuo 16 iki 20 000 Hz, didžiausio klausos jautrumo zona yra 50-5000 Hz srityje. Virpesių, kurių dažnis yra iki 16 Hz (infragarsas) ir didesnis nei 20 000 Hz (ultragarsas), žmogaus ausis nesuvokia.

Triukšmo (garso) intensyvumas matuojamas tiek visame dažnių diapazone (bendra garso energija), tiek tam tikrame dažnių juostos diapazone – oktavomis.

oktava- tai dažnių diapazonas, kuriame viršutinė dažnio riba yra du kartus didesnė už apatinę (pavyzdžiui, 40-80, 80-160 Hz). Tačiau norint nurodyti oktavą, dažniausiai nurodomas ne dažnių diapazonas, o vadinamasis geometriniai vidutiniai dažniai, kurie apibūdina juostą kaip visumą ir yra nustatomi pagal formulę

kur f 1 ir f 2 – atitinkamai žemiausias ir aukščiausias dažnis, Hz.

Taigi 40-80 Hz oktavos geometrinis vidutinis dažnis yra 62,5 Hz; oktavoms 80-160 Hz - 125 Hz ir kt.

Atliekant akustinius matavimus, intensyvumas nustatomas dažnių juostose, kurios yra lygios oktavai, pusei oktavos ir trečdaliui oktavos.

Geometriniai vidutiniai oktavų juostų dažniai yra standartizuoti ir sanitariniam bei higieniniam triukšmo įvertinimui yra 31,5; 63; 125; 250; 500; 1000; 2000; 4000; 8000 Hz.

Mažiausias garso kiekis, kurį gali girdėti ausis, vadinamas klausos slenkstis(I 0 \u003d 10 -12 W / m 2), tai atitinka garso slėgį P 0 = 2 Yu "5 Pa.

Skausmo slenkstis atsiranda, kai garso stiprumas lygus 10 2 W / m 2, o atitinkamas garso slėgis yra 2 * 10 2 Pa. Kaip matote, girdimų garsų garso slėgio pokyčiai yra didžiuliai ir siekia apie 10 7 kartus. Todėl matavimo ir sanitarinio-higieninio garso intensyvumo ir garso slėgio reguliavimo patogumui imami ne absoliutūs fizikiniai, o santykiniai vienetai, kurie yra šių dydžių santykio su sąlyginio nulinio lygio, atitinkančio klausos slenkstį, logaritmai. standartinis tonas, kurio dažnis yra 1000 Hz.

garso intensyvumo lygis L, dB, nustatoma pagal formulę

kur aš- garso intensyvumas, W/m 2 ; I 0 - garso intensyvumas, imamas kaip klausos slenkstis, lygus 10 -12 W/m 2 . Kadangi garso intensyvumas yra proporcingas garso slėgio kvadratui, šią formulę galima parašyti kaip

Šie koeficientų logaritmai vadinami atitinkamai garso intensyvumo lygiai ar dažniau garso slėgio lygiai jie išreikšti belah(B).

Be to, sanitariniam ir higieniniam triukšmo poveikio žmogaus organizmui vertinimui naudojamas toks indikatorius kaip garso lygis, nustatomas pagal garso lygio matuoklio A skalę, kurios matmuo yra dBA.

Kadangi žmogaus klausos organas geba atskirti garso intensyvumo lygio pokytį 0,1 B, praktiniam naudojimui patogiau turėti 10 kartų mažesnį vienetą - decibelų(dB).

Naudoti decibelų skalę yra labai patogu, nes visas didžiulis girdimų garsų diapazonas telpa mažiau nei 140 dB. Veikiant garsui virš 140 dB, galimas skausmas ir ausies būgnelio plyšimas.

Gamybos sąlygomis, kaip taisyklė, yra įvairaus intensyvumo ir dažnio triukšmai, atsirandantys veikiant įvairiems mechanizmams, mazgams ir kitiems įrenginiams.

Gamybos triukšmas, kuris yra sudėtingas garsas, gali būti skaidomas į paprastus komponentus, kurių grafinis vaizdas vadinamas spektras(2.4 pav.). Tai aštuonių garso slėgio lygių derinys visais geometriniais vidutiniais dažniais. Simbolis gali skirtis priklausomai nuo vyraujančių dažnių.

Ryžiai. 2.4. Pagrindiniai triukšmo spektrų tipai: a - diskretiškas (linijinis); b- kietas; į - sumaišytas

Jei šioje rinkinyje pateikiamos normatyvinės garso slėgio lygių reikšmės, vadinasi ribinis spektras(PS). Kiekvienas ribojantis spektras turi savo indeksą, pavyzdžiui, PS-80, kur 80 yra standartinis garso slėgio lygis (dB) oktavos juostoje. su f = 1000 Hz.

Pagal GOST 12.1.003 triukšmas klasifikuojamas pagal šiuos kriterijus:

♦ pagal spektro pobūdį: plačiajuostis ryšys, kurių ištisinis spektras didesnis nei oktavos pločio; toninis, kurių spektre yra girdimi tonai. Toninis pobūdis nustatomas pagal triukšmo lygio perviršį vienoje juostoje, palyginti su gretimomis trečdalio oktavos juostomis, mažiausiai 10 dB;

♦ pagal laiko charakteristikas: pastovus ir nepastovus;

♦ triukšmas išsiskiria dažnio atsaku žemas, vidutinis ir aukštas dažnis, turinčios atitinkamai 16–350, 350–800 ir daugiau 800 Hz ribas.

Nutrūkstantys triukšmai savo ruožtu skirstomi į:

♦ įjungta svyruojantis laike kurio garso lygis laikui bėgant nuolat kinta;

♦ su pertrūkiais, kurio garso lygis kinta žingsniais (5 dBA ir daugiau), o intervalų, kurių metu lygis išlieka pastovus, trukmė yra 1 s ir daugiau;

♦ impulsas, sudarytas iš vieno ar daugiau garso signalų, kurių kiekvienas trunka trumpiau nei 1 s, o garso lygiai skiriasi ne mažiau kaip 7 dB.

Triukšmo apibūdinimo decibelais dažniuose ne visada pakanka. Yra žinoma, kad vienodo intensyvumo, bet skirtingų dažnių garsai ausimi suvokiami kaip nevienodai garsūs. Garsai, kurių dažnis yra žemas arba labai aukštas (netoli viršutinės suvokiamų dažnių ribos), yra suvokiami kaip tylesni, palyginti su garsais, esančiais vidurinėje zonoje. Todėl norint palyginti skirtingo dažnio kompozicijos garsus pagal jų garsumą, naudojami garsumo vienetai - fonų ir miegoti.

Palyginimo vienetas sutartinai laikomas garsu, kurio dažnis yra 1000 Hz. Pastarųjų metų tarptautinėse rekomendacijose 2000 Hz dažnio garsas buvo priimtas kaip standartas.

Triukšmo garsumo lygis(garsas) – garso galios lygis, lygus šiam triukšmui, kurio virpesių dažnis 1000 Hz, kurio garso galios lygis decibelais sąlyginai imamas kaip garsumo lygis fonuose. Vienas iš fonų yra garso garsumas esant 1000 Hz ir 1 dB intensyvumo lygiui. Esant 1000 Hz, garsumo lygiai yra lygūs garso slėgio lygiams. Pavyzdžiui, garsas, kurio virpesių dažnis yra 100 Hz ir stiprumas 50 dB, suvokiamas kaip lygus garsui, kurio virpesių dažnis yra 1000 Hz ir stiprumas 20 dB (20 fonų). Esant mažam garsumo lygiui ir žemiems dažniams, garso intensyvumo decibelais ir garsumo lygio fonuose neatitikimai yra didžiausi. Didėjant garsumui ir dažniui, šis skirtumas išsilygina.

Ryžiai. 2.5. Vienodo garsumo kreivės

Ant pav. 2.5 rodo vienodas garsumo kreives, apibūdinančias garsumo lygius klausos atstumu. Matyti, kad didžiausią žmogaus klausos organo jautrumą turi 800-4000 Hz, o mažiausias - 20-100 Hz.

Kartu su triukšmo garsumo fonuose įvertinimu naudojamas ir kitas garsumo vienetas – miegas, kuris aiškiau atspindi subjektyviai suvokiamo garsumo kitimą ir leidžia nustatyti, kiek kartų vienas garsas yra stipresnis už kitą. Padidėjus garsumui 10 fonų, sūnų garsumo lygis padidėja 2 kartus.

Garsumo skalė sapnuose leidžia nustatyti, kiek kartų sumažėjo triukšmo garsas, įdiegus tam tikras kovos su juo priemones, arba kiek kartų triukšmas vienoje darbo vietoje yra stipresnis už triukšmą kitoje.

Vienu metu sklindant kelioms garso bangoms, galima padidinti arba sumažinti triukšmo garsumą dėl trukdžių reiškinių.

Vibracija- tai mechaniniai virpesiai ir bangos kietose medžiagose, tiksliau, tai mechaninės, dažniausiai sinusinės, vibracijos, atsirandančios mašinose ir aparatuose.

Pagal poveikio žmogui būdą vibracijos skirstomos į generolas, per atraminius paviršius perduodamas į sėdinčio ar stovinčio žmogaus kūną ir vietinis perduodama per žmogaus rankas.

Bendroji vibracija, priklausomai nuo jos atsiradimo šaltinio, skirstoma į tris kategorijas:

♦ transportas: veikia mobiliųjų mašinų ir transporto priemonių operatorius jų judėjimo metu (1 kategorija);

♦ transportinis ir technologinis: su ribotu judėjimu tik ant specialiai paruoštų gamybinių patalpų paviršių (2 kategorija);

♦ technologinis: veikia stacionarių mašinų operatorius arba perduodamas į darbo vietas, kuriose nėra vibracijos šaltinių (3 kategorija).

♦ gamybinių patalpų nuolatinėse darbo vietose;

♦ darbo vietose sandėliuose, valgyklose, patogumo, budėjimo ir kitose pagalbinėse gamybinėse patalpose, kur nėra vibraciją generuojančių mašinų ir mechanizmų;

♦ darbo vietose gamyklos vadovybės administracinėse ir aptarnavimo patalpose, projektavimo biuruose, laboratorijose, mokymo centruose, kompiuterių centruose, sveikatos centruose, biurų patalpose, darbo patalpose ir kitose psichikos darbuotojų patalpose.

Bendrąją vibraciją dažniausiai veikia transporto darbuotojai, galingų štampų, perforavimo presų operatoriai ir kt.

Pagrindiniai fizikiniai vibracijos parametrai: dažnis f, Hz; virpesių amplitudė A, m; svyravimų greitis V, m/s; virpesių pagreitis a, m/s 2 .

Pagal spektro pobūdį vibracija skirstoma į:

♦ į siaurajuostį su esančiu dažnių spektru
siauroje juostoje. Tuo pačiu metu kontroliuojamo garo lygis
metrų oktavos dažnių juostoje daugiau nei 15 dB aukščiau
nėra verčių gretimose trečdalio oktavos juostose;

♦ plačiajuostis ryšys su dažnių spektru, esantis
plati juosta (daugiau nei vienos oktavos pločio).

Pagal laiko charakteristikas vibracija skirstoma į:

♦ įjungta nuolatinis, kurių spektrinis ar dažniu pakoreguotas normalizuotas parametras per stebėjimo laiką (ne mažiau kaip 10 minučių arba technologinio ciklo laiką) kinta ne daugiau kaip 2 kartus (6 dB), matuojant su 1 s laiko konstanta;

♦ nepastovus, kurių spektriniu arba dažniu pakoreguotas normalizuotas parametras per stebėjimo laiką (ne mažiau kaip 10 min arba technologinio ciklo laiką) pasikeičia daugiau nei 2 kartus (6 dB), matuojant su 1 s laiko konstanta.

Pertraukiama vibracija yra:

♦ svyruojantis laike, kuriam normalizuoto parametro reikšmė laike nuolat kinta;

♦ su pertrūkiais kai vibracijos poveikis žmogui nutrūksta, o intervalų, per kuriuos vibracija veikiama, trukmė yra ilgesnė kaip 1 s;

♦ impulsas, sudarytas iš vieno ar daugiau vibracijos smūgių (smūgių), kurių kiekvienas trunka trumpiau nei 1 s.

Vietinę vibraciją daugiausia veikia asmenys, dirbantys su rankiniais mechanizuotais elektriniais ar pneumatiniais įrankiais.

Kaip ir triukšmo atveju, visą žmogaus suvokiamų virpesių dažnių spektrą galima suskirstyti į oktavos ir trečdalio oktavos dažnių juostas, kurių geometriniai vidutiniai oktavų juostų dažniai yra 1; 2; keturi; aštuoni; 16; 32; 63; 125; 250; 500; 1000 ir 2000 Hz.

Vertė V0\u003d 510 -8 m / s, atitinkantį vidutinį kvadratinį virpesių greitį, kai standartinė garso slėgio riba yra 2 10 -5 Pa, nors vibracijos suvokimo slenkstis žmogui yra daug didesnis ir lygus 10 -4 m / s. Nulinis virpesių pagreičio lygis laikomas verte a = 3-10 -4 m/s 2 . Esant 1 m/s virpesių greičiui, žmogus jaučia skausmą.

Kadangi vibraciją apibūdinančių parametrų absoliučios vertės kinta labai plačiame diapazone, patogiau matuoti netikras vertes.

šių parametrų ir jų santykio su slenkstiniais logaritmais.

Vibracijos greičio lygis L v , dB, nustatoma pagal formulę

kur V- tikroji vibracijos greičio vertė, m/s; V0- vibracijos greičio slenkstinė vertė (510 -8 m/s).

Virpesių greičio lygių spektrai yra pagrindinės virpesių charakteristikos; jie gali būti, kaip ir triukšmo, diskretūs, tęstiniai ir mišrūs.

SanPiN 2.2.4/2.1.8.10-33-2002 pateikia ryšį tarp vibracijos greičio lygių decibelais ir jo verčių metrais per sekundę, taip pat tarp logaritminių vibracijos pagreičio lygių decibelais ir jo verčių. metrais per sekundę kvadratu.

2.4.2. Poveikis triukšmo, vibracijos ir kiti žmogaus kūno svyravimai

Triukšmas ir vibracija didesniu ar mažesniu mastu gali laikinai suaktyvinti arba visam laikui slopinti tam tikrus psichinius procesus žmogaus kūne. Fiziopatologinės pasekmės gali pasireikšti klausos ir kitų analizatorių, pavyzdžiui, vestibuliarinio aparato, koordinuojančio smegenų žievės, nervų ar virškinimo sistemos, kraujotakos sistemos funkcijas, pažeidimu. Be to, triukšmas veikia angliavandenių, riebalų ir baltymų apykaitą organizme.

Skirtingų dažnių garsai, net ir esant vienodui intensyvumui, suvokiami skirtingai. Žemo dažnio garsai suvokiami kaip gana tylūs, tačiau didėjant jų dažniui, didėja suvokimo garsumas, o artėjant prie viršutinės aukšto dažnio garso spektro galo, suvokimo garsumas vėl krenta.

Žmogaus ausies klausos suvokimo sritį riboja klausos ir skausmo jutimo slenksčiai (2.6 pav.). Šių slenksčių ribos, priklausomai nuo

Ryžiai. 2.6. Klausos suvokimo sritis: P - kalba; M - muzika; C - klausos slenkstis; B – skausmo slenkstis

ti labai pasikeičia su dažniu. Tai paaiškina, kad aukšto dažnio garsai žmogui yra nemalonesni nei žemo dažnio (esant tokiems pat garso slėgio lygiams).

Įvairaus intensyvumo ir spektro darbinis triukšmas, kuris darbuotojus veikia ilgą laiką, ilgainiui gali lemti pastarųjų klausos aštrumo sumažėjimą, o kartais ir profesinio kurtumo išsivystymą. Nustatyta, kad klausa dažniausiai atsiranda veikiant triukšmui 3000-6000 Hz dažnių diapazone, o kalbos suprantamumas pablogėja esant 1000-2000 Hz dažniui. Didžiausias darbuotojų klausos praradimas pastebimas per pirmuosius dešimt darbo metų, o su amžiumi šis pavojus didėja.

Vibracija veikia centrinę nervų sistemą (CNS), virškinamąjį traktą, pusiausvyros organus (vestibuliarinį aparatą), sukelia galvos svaigimą, galūnių tirpimą, sąnarių ligas. Ilgalaikis vibracijos poveikis sukelia profesinę ligą – vibracijos ligą, efektyvų gydymą

Ryžiai. 2.7. Vibracijos poveikio žmogaus organizmui rūšys

kuris įmanomas tik pradinėse stadijose, o sutrikusių funkcijų atkūrimas vyksta itin lėtai, o tam tikromis sąlygomis organizme gali vykti negrįžtami procesai, lydimi visiško darbingumo praradimo.

Ant pav. 2.7 apibendrina vibracijos poveikį žmogaus organizmui.

Be žalingo poveikio žmogaus organizmui, vibracija sukelia pastatų, konstrukcijų, komunikacijų sunaikinimą, įrangos gedimą. Jo neigiamas poveikis taip pat yra sumažėjęs mašinų ir mechanizmų veikimo efektyvumas, priešlaikinis besisukančių dalių susidėvėjimas dėl jų disbalanso, sumažėjęs valdymo ir matavimo prietaisų (CIP) tikslumas, automatinių valdymo sistemų veikimo sutrikimai ir kt.

infragarsuĮprasta vadinti virpesius, sklindančius ore, kurių dažnis mažesnis nei 16 Hz. Žemas infragarsinių virpesių dažnis lemia daugybę jo sklidimo aplinkoje ypatybių. Dėl didelio bangos ilgio infragarsiniai virpesiai yra mažiau sugeriami atmosferoje ir lengviau apeina kliūtis nei vibracijos, kurių dažnis didesnis. Tai paaiškina infragarso gebėjimą sklisti dideliais atstumais mažai prarandant energiją. Štai kodėl standartinės kovos su triukšmu priemonės šiuo atveju yra neveiksmingos.

Veikiant infragarsui, atsiranda didelių pastato konstrukcijų elementų vibracija, o dėl rezonanso efektų ir antrinio sukelto triukšmo sužadinimo garso diapazone kai kuriose patalpose gali atsirasti infragarso stiprėjimas.

Infragarso šaltiniai gali būti sausumos, oro ir vandens transporto priemonės, slėgio pulsavimas dujų ir oro mišiniuose (didelio skersmens purkštukai) ir kt.

Kompresoriai yra būdingiausias ir labiausiai paplitęs žemos akustinės vibracijos šaltinis. Pastebima, kad kompresorių dirbtuvių triukšmas yra žemo dažnio, kuriame vyrauja infragarsas, o operatorių kabinose infragarsas tampa ryškesnis dėl aukštesnio dažnio triukšmo slopinimo.

Galingos vėdinimo ir oro kondicionavimo sistemos taip pat yra infragarsinių virpesių šaltiniai. Didžiausias jų garso slėgio lygis atitinkamai siekia 106 dB esant 20 Hz, 98 dB esant 4 Hz, 85 dB esant 2 ir 8 Hz.

16-30 Hz dažnių diapazone infragarsinių virpesių suvokimo slenkstis klausos analizatoriui yra 80-120 dBA, o skausmo slenkstis - 130-140 dBA.

Infragarso poveikis žmogui suvokiamas kaip fizinis krūvis: sutrinka orientacija erdvėje, sutrinka jūros liga, sutrinka virškinimas, sutrinka regėjimas, svaigsta galva, pakinta periferinė kraujotaka. Poveikio laipsnis priklauso nuo dažnių diapazono, garso slėgio lygio ir poveikio trukmės. 7 Hz vibracija trukdo susikaupti ir sukelia nuovargį, galvos skausmą ir pykinimą. Pavojingiausios vibracijos, kurių dažnis yra 8 Hz. Jie gali sukelti kraujotakos sistemos rezonanso reiškinį, sukeliantį širdies raumens perkrovą, infarktą ar net kai kurių kraujagyslių plyšimą. Žemo intensyvumo infragarsas gali sukelti padidėjusį nervingumą, sukelti depresiją.

Ultragarsinė įranga ir technologijos plačiai naudojamos įvairiose žmogaus veiklos srityse, siekiant aktyvaus poveikio medžiagoms (litavimas,

dalių suvirinimas, skardinimas, apdirbimas, riebalų šalinimas ir kt.); struktūrinė analizė ir fizikinių bei mechaninių medžiagų ir medžiagų savybių kontrolė (defektoskopija); radarų ir kompiuterių signalų apdorojimui ir perdavimui; medicinoje - įvairių ligų diagnostikai ir gydymui naudojant garsinį vaizdą, pjaustant ir jungiant biologinius audinius, sterilizuojant instrumentus, rankas ir kt.

Pramonėje plačiai naudojami ultragarsiniai prietaisai, kurių veikimo dažnis yra 20-30 kHz. Dažniausi garso ir ultragarso slėgio lygiai darbo vietose gamyboje yra 90-120 dB.

ultragarsuįprasta laikyti virpesius virš 20 kHz, sklindančius tiek ore, tiek skystoje ir kietoje terpėje. Pramoninėje sanitarijoje išskiriami kontaktiniai ir oro ultragarso tipai (San-PiN 9-87-98 ir SanPiN 9-88-98).

kontaktinis ultragarsas- tai ultragarsas, perduodamas, kai rankos ar kitos žmogaus kūno dalys liečiasi su šaltiniu, ruošiniais, jų laikymo įtaisais, garsiniais skysčiais, medicininės ultragarsinės įrangos skaitytuvais, ultragarsinių defektų detektorių paieškos galvutėmis ir kt.

oro ultragarsas yra ultragarso virpesiai ore.

Iš šių apibrėžimų matyti, kad ultragarsas žmogui perduodamas kontaktuojant su oru, vandeniu arba tiesiogiai nuo vibruojančio paviršiaus (įrankių, mašinų, aparatų ir kitų galimų šaltinių).

Aukšto dažnio garsų ir ultragarso garsinio suvokimo slenksčiai yra 20 kHz – 110 dB, 30 kHz – iki 115 dB ir 40 kHz – iki 130 dB dažniu. Tradiciškai ultragarso diapazonas skirstomas į žemo dažnio - 1,1210 4 -1,0 10 5 Hz, sklindančią oru ir kontaktu, ir aukšto dažnio - 1,0 10 5 -1,0 10 9, sklindančią tik kontaktiniu būdu.

Aukšto dažnio ultragarsas praktiškai nesklinda ore ir gali paveikti darbuotojus daugiausia tada, kai ultragarso šaltinis liečiasi su atviru kūno paviršiumi.

Priešingai, žemo dažnio ultragarsas turi bendrą poveikį darbuotojams per orą ir vietinį dėl rankų kontakto su ruošiniais, kuriuose sužadinamos ultragarsinės vibracijos.

Ultragarsiniai virpesiai tiesiai prie jų susidarymo šaltinio sklinda kryptimi, tačiau jau nedideliu atstumu nuo šaltinio (25-50 cm) virsta koncentrinėmis bangomis, užpildančiomis visą darbo kambarį ultragarsu ir aukšto dažnio triukšmu.

Ultragarsas daro didelę įtaką žmogaus organizmui. Kaip jau minėta, ultragarsas gali sklisti visomis terpėmis: dujinėmis, skystomis ir kietomis. Todėl žmogaus organizme jis veikia ne tik tikrus organus ir audinius, bet ir ląsteles bei kitus skysčius. Ultragarsas, sklindantis skystoje terpėje, sukelia šio skysčio kavitaciją, t. y. jame susidaro smulkiausi tuštumai burbuliukai, užpildyti šio skysčio ir jame ištirpusių medžiagų garais, ir jų suspaudimas (griūti). Šį procesą lydi triukšmo susidarymas.

Dirbdami su galingais ultragarsiniais įrenginiais, operatoriai skundžiasi galvos skausmais, kurie, kaip taisyklė, išnyksta sustojus darbui; greitas nuovargis; naktinio miego sutrikimas; nenugalimo mieguistumo jausmas dienos metu; regėjimo susilpnėjimas, akių obuolių spaudimo jausmas; prastas apetitas; nuolatinis burnos džiūvimas ir liežuvio sustingimas; pilvo skausmas ir kt.

Garsai suteikia žmogui gyvybiškai svarbios informacijos – jų pagalba bendraujame, klausomės muzikos, atpažįstame iš pažįstamų žmonių balso. Mus supantis garsų pasaulis yra įvairus ir sudėtingas, tačiau mes gana lengvai jame orientuojamės ir galime tiksliai atskirti paukščių čiulbėjimą nuo miesto gatvės triukšmo.

Garso banga- elastinga išilginė banga, sukelianti žmogui klausos pojūčius. Dėl garso šaltinio (pavyzdžiui, stygų ar balso stygų) vibracijos atsiranda išilginė banga. Garso bangos, pasiekusios žmogaus ausį, priverčia ausies būgnelį atlikti priverstinius virpesius, kurių dažnis lygus šaltinio virpesių dažniui. Daugiau nei 20 000 siūlinių receptorių galūnių vidinėje ausyje paverčia mechaninius virpesius į elektrinius impulsus. Kai impulsai perduodami nervinėmis skaidulomis į smegenis, žmogus jaučia tam tikrus klausos pojūčius.

Taigi, sklindant garso bangai, kinta tokios terpės charakteristikos kaip slėgis ir tankis.

Klausos organų suvokiamos garso bangos sukelia garso pojūčius.

Garso bangos skirstomos pagal dažnį taip:

infragarsas (ν < 16 Гц);
žmogaus girdimas garsas(16 Hz< ν < 20000 Гц);
ultragarsu(ν > 20000 Hz);
hipergarsas(10 9 Hz< ν < 10 12 -10 13 Гц).

Žmogus infragarso negirdi, bet kažkaip suvokia šiuos garsus. Kadangi, pavyzdžiui, eksperimentai parodė, kad infragarsas sukelia nemalonius nerimą keliančius pojūčius.

Daugelis gyvūnų gali suvokti ultragarso dažnius. Pavyzdžiui, šunys girdi garsus iki 50 000 Hz, o šikšnosparniai – iki 100 000 Hz. Infragarsas, sklindantis šimtus kilometrų vandenyje, padeda banginiams ir daugeliui kitų jūros gyvūnų naršyti vandens stulpelyje.

Fizinės garso savybės

Viena iš svarbiausių garso bangų charakteristikų yra spektras.

spektras Skirtingų dažnių rinkinys, sudarantis tam tikrą garso signalą, vadinamas. Spektras gali būti nenutrūkstamas arba atskiras.

nuolatinis spektras reiškia, kad šiame rinkinyje yra bangų, kurių dažniai užpildo visą nurodytą spektro diapazoną.

Diskretusis spektras reiškia, kad yra baigtinis skaičius bangų su tam tikrais dažniais ir amplitudėmis, kurios sudaro svarstomą signalą.

Pagal spektro tipą garsai skirstomi į triukšmus ir muzikinius tonus.

Triukšmas- daugybės skirtingų trumpalaikių garsų rinkinys (traškėjimas, ošimas, ošimas, beldimas ir kt.) - reiškia daugybės virpesių, kurių amplitudė yra panaši, bet skirtingi dažniai (turi nuolatinį spektrą). Tobulėjant pramonei iškilo nauja problema – kova su triukšmu. Atsirado net nauja aplinkos „triukšmo taršos“ samprata. Triukšmas, ypač didelio intensyvumo, ne tik erzina ir vargina – jis taip pat gali rimtai pakenkti sveikatai.

muzikinis tonas yra sukurtas periodiniais skambančio kūno (kamertono, stygos) virpesiais ir yra vieno dažnio harmoninis svyravimas.

Muzikinių tonų pagalba sukuriama muzikinė abėcėlė - natos (do, re, mi, fa, salt, la, si), kurios leidžia groti tą pačią melodiją įvairiais muzikos instrumentais.

muzikinis garsas(konsonansas) - kelių vienu metu skambančių muzikinių tonų primetimo rezultatas, iš kurių galima pasirinkti pagrindinį toną, atitinkantį žemiausią dažnį. Pagrindinis tonas dar vadinamas pirmąja harmonika. Visi kiti tonai vadinami obertonais. Sakoma, kad obertonai yra harmoningi, jei obertonų dažniai yra pagrindinio dažnio kartotiniai. Taigi muzikinis garsas turi atskirą spektrą.

Bet koks garsas, be dažnio, pasižymi intensyvumu. Taigi reaktyvinis lėktuvas gali sukurti garsą, kurio intensyvumas yra apie 10 3 W / m 2, galingi stiprintuvai koncerte uždaroje patalpoje - iki 1 W / m 2, metro traukinys - apie 10 -2 W / m 2 .

Norint sukelti garso pojūčius, banga turi turėti tam tikrą minimalų intensyvumą, vadinamą klausos slenksčiu. Garso bangų intensyvumas, kai atsiranda spaudžiančio skausmo pojūtis, vadinamas skausmo slenksčiu arba skausmo slenksčiu.

Žmogaus ausies fiksuojamo garso intensyvumas yra platus: nuo 10–12 W/m 2 (klausos slenkstis) iki 1 W/m 2 (skausmo slenkstis). Žmogus gali girdėti intensyvesnius garsus, bet tuo pačiu patirs skausmą.

Garso intensyvumo lygis L nustatoma pagal skalę, kurios vienetas yra bel (B) arba, dažniau, decibelas (dB) (viena dešimtoji belos). 1B yra silpniausias garsas, kurį suvokia mūsų ausis. Šis įrenginys pavadintas telefono išradėjo Aleksandro Bello vardu. Intensyvumo lygio matavimas decibelais yra paprastesnis, todėl priimtinas fizikoje ir technikoje.

Intensyvumo lygis L bet kurio garso decibelais apskaičiuojamas pagal garso intensyvumą pagal formulę

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

kur aš- nurodyto garso intensyvumas, aš 0 – klausos slenkstį atitinkantis intensyvumas.

1 lentelėje parodytas įvairių garsų intensyvumo lygis. Tie, kurie darbo metu patiria didesnį nei 100 dB triukšmą, turėtų naudoti ausines.

1 lentelė

Intensyvumo lygis ( L) garsai

Fiziologinės garso savybės

Fizinės garso savybės atitinka tam tikras fiziologines (subjektyvias) savybes, susijusias su konkretaus asmens jo suvokimu. Taip yra dėl to, kad garso suvokimas yra ne tik fizinis, bet ir fiziologinis procesas. Žmogaus ausis tam tikro dažnio ir intensyvumo garso virpesius (tai objektyvios, nuo žmogaus nepriklausomos garso charakteristikos) suvokia įvairiai, priklausomai nuo „imtuvo charakteristikų“ (čia turi įtakos subjektyvūs individualūs kiekvieno žmogaus bruožai).

Pagrindinėmis subjektyviomis garso charakteristikomis galima laikyti garsumą, aukštį ir tembrą.

Apimtis(garso girdimumo laipsnis) nulemia ir garso intensyvumas (garso bangos virpesių amplitudė), ir skirtingas žmogaus ausies jautrumas esant skirtingiems dažniams. Žmogaus ausis jautriausia dažnių diapazone nuo 1000 iki 5000 Hz. Padidinus intensyvumą 10 kartų, garsumo lygis padidėja 10 dB. Dėl to 50 dB garsas yra 100 kartų intensyvesnis nei 30 dB garsas.

Pikis yra nustatomas pagal garso virpesių dažnį, kurio intensyvumas yra didžiausias spektre.

Tembras(garso atspalvis) priklauso nuo to, kiek obertonų yra prijungta prie pagrindinio tono ir koks jų intensyvumas bei dažnis. Pagal tembrą nesunkiai atskiriame smuiko ir fortepijono, fleitos ir gitaros garsus, žmonių balsus (2 lentelė).

2 lentelė

Įvairių garso šaltinių virpesių dažnis ν

Garso šaltinis	v, Hz	Garso šaltinis	v, Hz
Vyriškas balsas:	100 - 7000	kontrabosas	60 - 8 000
bosas	80 - 350	Violončelė	70 - 8 000
baritonas	100 - 400	Vamzdis	60 - 6000
tenoras	130 - 500	saksofonas	80 - 8000
Moteriškas balsas:	200 - 9000	Piano	90 - 9000
contralto	170 - 780	muzikiniai tonai:
mecosopranas	200 - 900	Pastaba prieš	261,63
sopranas	250 - 1000	Pastaba re	293,66
koloratūrinis sopranas	260 - 1400	Pastaba mi	329,63
Vargonai	22 - 16000	Pastaba F	349,23
Fleita	260 - 15000	Pastaba druskos	392,0
Smuikas	260 - 15000	Pastaba la	440,0
arfa	30 - 15000	Pastaba si	493,88
Būgnas	90 - 14000

Garso greitis

Garso greitis priklauso nuo terpės tamprumo savybių, tankio ir temperatūros. Kuo didesnės tamprumo jėgos, tuo greičiau dalelių virpesiai perduodami kaimyninėms dalelėms ir tuo greičiau sklinda banga. Todėl garso greitis dujose yra mažesnis nei skysčiuose, o skysčiuose, kaip taisyklė, mažesnis nei kietose medžiagose (3 lentelė). Vakuume garso bangos, kaip ir bet kokios mechaninės bangos, nesklinda, nes tarp terpės dalelių nėra tamprios sąveikos.

3 lentelė

Garso greitis įvairiose aplinkose

Garso greitis idealiose dujose didėja didėjant temperatūrai proporcingai \(\sqrt(T),\), kur T yra absoliuti temperatūra. Ore garso greitis υ = 331 m/s esant temperatūrai t= 0 °C ir υ = 343 m/s esant temperatūrai t= 20 °C. Skysčiuose ir metaluose garso greitis, kaip taisyklė, mažėja didėjant temperatūrai (išimtis yra vanduo).

Garso sklidimo ore greitį pirmą kartą 1640 metais nustatė prancūzų fizikas Marinas Mersenas. Jis išmatavo laiko intervalą nuo blyksnio pasirodymo iki garso, kai buvo iššautas ginklas. Mersenne'as nustatė, kad garso greitis ore yra 414 m/s.

Garso taikymas

Technologijoje infragarsas dar nebuvo naudojamas. Tačiau ultragarsas buvo plačiai naudojamas.

Aplinkinių objektų orientavimo ar tyrimo metodas, pagrįstas ultragarso impulsų išskyrimu, o vėliau iš įvairių objektų atsispindėjusių impulsų (aido) suvokimu vadinamas echolokacija ir atitinkamus įrenginius – echolotai.

Gerai žinomi gyvūnai, turintys echolokacijos galimybę, yra šikšnosparniai ir delfinai. Savo tobulumu šių gyvūnų echolokatoriai nenusileidžia, tačiau daugeliu atžvilgių lenkia (patikimumu, tikslumu, energetiniu efektyvumu) šiuolaikinius žmogaus sukurtus echolokatorius.

Povandeniniai sonarai vadinami sonaru arba sonaru (sonar pavadinimas susidaro iš trijų anglų kalbos žodžių pradinių raidžių: garsas – garsas; navigacija – navigacija; diapazonas – diapazonas). Sonarai yra nepakeičiami tyrinėjant jūros dugną (jo profilį, gylį), aptinkant ir tiriant įvairius objektus, judančius giliai po vandeniu. Jų pagalba galima nesunkiai aptikti tiek pavienius didelius objektus ar gyvūnus, tiek mažų žuvų ar moliuskų pulkus.

Ultragarso dažnių bangos plačiai naudojamos medicinoje diagnostikos tikslais. Ultragarsiniai skeneriai leidžia ištirti žmogaus vidaus organus. Ultragarsinė spinduliuotė, skirtingai nei rentgeno spinduliai, yra nekenksminga žmonėms.

Literatūra

Zhilko, V.V. Fizika: vadovėlis. priedą už 11 bendrojo lavinimo klasę. mokykla iš rusų kalbos lang. mokymas / V.V. Zhilko, L.G. Markovičius. - Minskas: Nar. Asveta, 2009. - S. 57-58.
Kasjanovas V.A. Fizika. 10 klasė: Vadovėlis. bendrajam lavinimui institucijose. - M.: Bustard, 2004. - S. 338-344.
Myakishev G.Ya., Sinyakov A.Z. Fizika: svyravimai ir bangos. 11 klasė: proc. nuodugniam fizikos tyrimui. - M.: Bustard, 2002. - S. 184-198.

1. Klausos pojūčio ypatumai, jų santykis su fizine

garso charakteristikos. Garsumas ir dažnis.

Weberio-Fechnerio įstatymas.

Garso tonas apibūdinamas dažniu (periodu), harmonikų spektru, garso intensyvumu arba stiprumu ir garso slėgiu. Visos šios garso charakteristikos yra fizinės arba objektyvios savybės. Tačiau garsas yra klausos pojūčio objektas, todėl jį žmogus vertina subjektyviai, t.y. garsas taip pat turi fiziologinių savybių, kurios atspindi jo fizines savybes. Garso matavimų sistemos uždavinys – nustatyti šį ryšį ir taip sudaryti galimybę tiriant skirtingų žmonių klausą subjektyvų klausos jutimo vertinimą vienodai palyginti su objektyvių matavimų duomenimis.

Garso bangos virpesių dažnis apskaičiuojamas kaip aukštis (aukštis). Kuo didesnis virpesių dažnis, tuo didesnis garsas.

Kita fiziologinė charakteristika yra tembras, kurį lemia sudėtingo garso spektrinė kompozicija. Tų pačių pagrindinių dažnių sudėtingi tonai gali skirtis vibracijų forma ir atitinkamai harmoniniu spektru. Šis skirtumas suvokiamas kaip tembras (garso spalva). Pavyzdžiui, ausis skiria tą pačią melodiją, grojamą skirtingais muzikos instrumentais.

Garsumas yra dar vienas subjektyvus garso įvertinimas, apibūdinantis klausos jutimo lygį. Tai visų pirma priklauso nuo garso intensyvumo ir dažnio.

Pirmiausia apsvarstykite ausies jautrumo priklausomybę nuo dažnio. Žmogaus ausis nėra vienodai jautri skirtingiems dažniams tuo pačiu intensyvumu. Jo suvokiamas dažnių diapazonas yra 16Hz-20kHz. Žmogaus gebėjimas suvokti aukšto dažnio garsus prastėja su amžiumi. Jaunas žmogus gali girdėti garsus, kurių dažnis siekia iki 20 000 Hz, tačiau jau būdamas vidutinio amžiaus tas pats nesugeba suvokti garsų, kurių dažnis didesnis nei 12-14 kHz. 1000–3000 Hz dažnių diapazone jautrumas yra didžiausias. Jis sumažėja iki 16 Hz ir 20 kHz dažnių. Akivaizdu, kad klausos slenksčio kitimo pobūdis yra priešingas ausies jautrumo pokyčiui, t.y. dažniui padidėjus nuo 16 Hz, jis iš pradžių mažėja, išlieka beveik nepakitęs 1000-3000 Hz dažnių diapazone, paskui vėl didėja. Tai atsispindi klausos slenksčio kitimo priklausomybės nuo dažnio grafike (žr. 1 pav.).

Grafikas brėžiamas logaritmine skale. Viršutinė diagramos kreivė atitinka skausmo slenkstį. Apatinis grafikas vadinamas tūrio slenksčio kreive, t.y. J0 = f(ν).

Garso stiprumas priklauso nuo jo intensyvumo. Tai subjektyvi garso savybė. Šios dvi sąvokos yra nelygios. Garsumo priklausomybė nuo garso intensyvumo yra sudėtinga dėl ausies jautrumo garso bangų veikimui. Žmogus gali tik apytiksliai įvertinti absoliutų jutimo intensyvumą. Tačiau jis gana tiksliai nustato skirtumą lygindamas du skirtingo intensyvumo pojūčius. Taip atsirado lyginamasis garsumo matavimo metodas. Šiuo atveju matuojama ne absoliuti tūrio vertė, o jos santykis su kokia nors kita reikšme, kuri laikoma pradiniu arba nuliniu garsumo lygiu.

Be to, sutarėme, lyginant garso intensyvumą ir garsumą, vadovautis tonu, kurio dažnis yra 1000 Hz, t.y. 1000 Hz dažnio tono garsumą vertinkite kaip garsumo skalės standartą. Kaip jau minėta, lyginamasis metodas taip pat taikomas matuojant garso intensyvumą (stiprumą). Todėl yra dvi skalės: viena intensyvumo lygiams matuoti; antrasis skirtas garsumo lygiui matuoti. Garsumo lygio skalės kūrimas pagrįstas svarbiu Weber-Fechner psichofiziniu dėsniu. Pagal šį dėsnį, jei dirginimas padidėja eksponentiškai (t. y. tiek pat kartų), tada šio dirginimo pojūtis didėja aritmetine progresija (tokiu pat kiekiu). Pavyzdžiui, jei garso intensyvumas įgauna eilę nuoseklių verčių: a J 0, a 2 J 0, a 3 J 0 (a>1 yra tam tikras koeficientas), tada atitinkami garso stiprumo pokyčiai bus lygūs E. 0 , 2E 0 , 3E 0 . Matematiškai tai reiškia, kad garso stiprumas yra tiesiogiai proporcingas stiprumo logaritmui.

Jei veikia garso dirgiklis, kurio intensyvumas J, tada, remiantis Weber-Fechner dėsniu, garsumo lygis E yra susijęs su intensyvumo lygiu taip:

E = KL = Klg , (1)

kur santykinis stimuliacijos stiprumas, K yra tam tikras proporcingumo koeficientas, priklausantis nuo dažnio ir intensyvumo, lygus vienetui, kai ν = 1000 Hz. Todėl, jei visais dažniais imame K=1, tai pagal (1) formulę gauname intensyvumo lygių skalę; ties K≠1 - garsumo skalė, kur matavimo vienetas nebebus decibelas, o fone. Atsižvelgiant į tai, kad esant 1 kHz dažniui tūrio ir intensyvumo skalės sutampa, todėl E f =10.

Garsumo priklausomybė nuo svyravimų intensyvumo ir dažnio garso matavimų sistemoje nustatoma remiantis eksperimentiniais duomenimis naudojant grafikus, kurie vadinami vienodo garsumo kreivėmis, t.y. J=f(ν), kai E = konst. Sukūrėme nulinio garsumo lygio arba klausos slenksčio kreivę. Ši kreivė yra pagrindinė (nulinis garsumo lygis – E f =0).

Jei sudarysime panašias kreives skirtingiems garsumo lygiams, pavyzdžiui, 10 fonų žingsniais, tai gausime grafikų sistemą (2 pav.), kuri leidžia rasti intensyvumo lygio priklausomybę nuo dažnio esant bet kokiam garsumo lygiui. . Šios kreivės pagrįstos vidutiniais duomenimis, gautais iš normalią klausą turinčių žmonių. Apatinė kreivė atitinka klausos slenkstį, t.y. visiems dažniams E f \u003d 0 (dažniui ν \u003d 1 kHz, intensyvumas J 0 \u003d W / m 2). Klausos aštrumo tyrimas vadinamas audiometrija. Atliekant audiometriją specialiu prietaisu, audiometru, tiriamajam nustatomas klausos jutimo slenkstis įvairiais dažniais. Gautas grafikas vadinamas audiograma. Klausos praradimas nustatomas lyginant jį su normalia klausos slenksčio kreive.

2. Garso tyrimo metodai klinikoje.

Garso reiškiniai lydi daugybę organizme vykstančių procesų, pavyzdžiui, širdies darbą, kvėpavimą ir kt. Tiesioginis kūno viduje sklindančių garsų klausymasis yra vienas iš svarbiausių klinikinių tyrimų metodų ir vadinamas auskultacija (klausymu). Šis metodas žinomas nuo II amžiaus prieš Kristų. e. Tam naudojamas stetoskopas – tiesus medinis arba plastikinis vamzdelis, kurio viename gale yra nedidelis lizdas, o kitame – plokščias pagrindas, skirtas pritvirtinti ausį. Garsą nuo kūno paviršiaus iki ausies neša ir pats oro stulpelis, ir vamzdelio sienelės.

Auskultacijai naudojamas fonendoskopas, susidedantis iš tuščiavidurės kapsulės su membrana, uždėta ant paciento kūno. Iš kapsulės yra du guminiai vamzdeliai, kurie įkišti į gydytojo ausis. Oro stulpelio rezonansas kapsulėje sustiprina garsą.

Širdies ir kraujagyslių sistemos būklei diagnozuoti naudojamas metodas – fonokardiografija (FCG) – grafinis tonų ir širdies garsų registravimas jų diagnostiniam aiškinimui. Įrašas daromas naudojant fonokardiografą, kurį sudaro mikrofonas, stiprintuvas, dažnių filtrų sistema ir įrašymo įrenginys.

Perkusija skiriasi nuo dviejų nurodytų metodų – vidinių organų tyrimo metodo bakstelėjus į kūno paviršių ir analizuojant per tai kylančius garsus. Šių garsų pobūdis priklauso nuo trinktelėjimo būdo ir audinių, esančių netoli tos vietos, į kurią atliekamas bakstelėjimas, savybių (elastingumas, tankis). Bakstelėti galima specialiu plaktuku gumine galvute, elastingos medžiagos plokšte, vadinama plesimetru, arba vienos rankos sulenkto piršto galiuku trinktelėti į kitos piršto falangą, uždėtą ant žmogaus kūno. . Atsitrenkiant į kūno paviršių atsiranda svyravimai, kurių dažnių diapazonas yra platus. Kai kurios vibracijos greitai išnyks, kitos dėl rezonanso sustiprės ir bus girdimos. Vidaus organų būklę ir topografiją lemia perkusijos garsų tonas.

3. Ultragarsas (JAV), ultragarso šaltiniai. Ultragarso bangų sklidimo ypatybės.

Ultragarsas vadinamas garso virpesiais, kurių dažnis yra nuo 20 kHz iki 10 10 Hz. Viršutinė riba imama gana sąlygiškai, atsižvelgiant į tokius svarstymus, kad bangos ilgis medžiagoje ir audiniuose tokiam dažniui yra proporcingas tarpmolekuliniams atstumams, atsižvelgiant į tai, kad ultragarso sklidimo greitis vandenyje ir audiniuose yra vienodas. Ultragarso bangos poslinkis apibūdinamas anksčiau svarstyta bangos lygtimi.

Pjezoelektriniai ultragarsiniai emiteriai yra plačiausiai naudojami tiek technikoje, tiek medicinos praktikoje. Pjezoelektriniai spinduliuotieji yra kvarco, bario titanato, Rošelio druskos ir kt kristalai. Pjezoelektrinis efektas (tiesioginis) – tai reiškinys, kai minėtų kristalinių plokščių paviršiuose, veikiant mechaninėms deformacijoms, atsiranda priešingo ženklo krūviai (3a pav.). ). Pašalinus deformaciją, krūviai išnyksta.

Taip pat yra atvirkštinis pjezoelektrinis efektas, kuris taip pat buvo naudojamas medicinos praktikoje aukšto dažnio ultragarsui gauti. Jei kintamoji generatoriaus įtampa yra įjungta į sidabruotus pjezoelektrinio elemento plokštės paviršiaus kraštus (3b pav.), tai kvarco plokštė laikui bėgant svyruos generatoriaus kintamąja įtampa. Virpesių amplitudė bus didžiausia, kai kvarco plokštės natūralusis dažnis (ν 0) sutaps su generatoriaus dažniu (ν g), t.y. atsiras rezonansas (ν 0 \u003d ν g). Ultragarso imtuvas gali būti sukurtas remiantis tiesioginiu pjezoelektriniu efektu. Tokiu atveju, veikiant ultragarso bangoms, kristalas deformuojasi, todėl atsiranda kintamoji įtampa, kurią galima išmatuoti arba įrašyti elektroninio osciloskopo ekrane po jo išankstinio sustiprinimo.

Ultragarsą galima gauti naudojant prietaisus, pagrįstus magnetostrikcijos reiškiniu (žemiems dažniams gauti), kurį sudaro feromagnetinio strypo, įdėto į aukšto dažnio magnetinį lauką, ilgio keitimas (pailgėjimas ir sutrumpinimas). Šio strypo galai skleis žemo dažnio ultragarsą. Be nurodytų ultragarsinių šaltinių, yra mechaniniai šaltiniai (sirenos, švilpukai), kuriuose mechaninė energija paverčiama ultragarsinių virpesių energija.

Pagal savo prigimtį ultragarsas, kaip ir garsas, yra mechaninė banga, sklindanti elastingoje terpėje. Garso ir ultragarso bangų sklidimo greitis yra maždaug vienodas. Tačiau ultragarso bangos ilgis yra daug trumpesnis nei garso. Tai leidžia lengvai sufokusuoti ultragarso virpesius.

Ultragarso banga turi daug didesnį intensyvumą nei garso banga, dėl savo aukšto dažnio ji gali siekti kelis vatus kvadratiniam centimetrui (W / cm 2), o fokusuojant galima gauti 50 W intensyvumo ultragarsą / cm 2 ar daugiau.

Ultragarso sklidimas terpėje skiriasi (dėl trumpo bangos ilgio) dar vienu požymiu – skysčiai ir kietosios medžiagos yra geri ultragarso laidininkai, o oras ir dujos – prasti. Taigi vandenyje, jei kiti dalykai yra vienodi, ultragarso slopinimas yra 1000 kartų silpnesnis nei ore. Kai ultragarsas sklinda nehomogeninėje terpėje, atsiranda jo atspindys ir refrakcija. US atspindys ties dviejų terpių riba priklauso nuo jų bangų varžų santykio. Jei ultragarsas terpėje, kurios w 1 = r 1 J 1, krinta statmenai ant plokščio antrosios terpės paviršiaus, kai w 2 = r 2 J 2, tai dalis energijos praeis per ribinį paviršių, o dalis atsispindės. . Atspindžio koeficientas bus lygus nuliui, jei r 1 J 1 = r 2 J 2 t.y. Ultragarso energija neatsispindės nuo sąsajos tarp paviršių, bet be nuostolių pereis iš vienos terpės į kitą. Oras-skystis, skystis-oras, kietas-oras sąsajoms ir atvirkščiai atspindžio koeficientas bus beveik 100%. Tai paaiškinama tuo, kad oras turi labai mažą akustinį pasipriešinimą.

Štai kodėl visais atvejais jungiant ultragarso spinduliuotę su apšvitinta terpe, pavyzdžiui, su žmogaus kūnu, būtina griežtai užtikrinti, kad tarp emiterių ir audinio nebūtų net minimalaus oro sluoksnio (bangų pasipriešinimo). biologinės terpės yra 3000 kartų didesnė už oro bangų varžą). Norint pašalinti oro sluoksnį, ultragarsinio spinduolio paviršius padengiamas alyvos sluoksniu arba jis plonu sluoksniu užtepamas ant kūno paviršiaus.

Kai ultragarsas sklinda terpėje, atsiranda garso slėgis, kuris svyruoja, suspaudimo srityje įgydamas teigiamą reikšmę, o po jo – neigiamą retėjimo srityje. Taigi, pavyzdžiui, esant 2 W / cm 2 ultragarso intensyvumui, žmogaus audiniuose sukuriamas slėgis suspaudimo srityje + 2,6 atm., kuris kitoje srityje patenka į vakuumą - 2,6 atm. (4 pav.). Dėl ultragarso sukurto suspaudimo ir retėjimo susidaro nuolatinio skysčio plyšimai ir susidaro mikroskopinės ertmės (kavitacija). Jei šis procesas vyksta skystyje, tada tuštumos užpildomos jame ištirpusio skysčio garais arba dujomis. Tada vietoje ertmės susidaro medžiagos suspaudimo vieta, ertmė greitai subyra, nedideliame tūryje išsiskiria nemažas kiekis energijos, dėl ko sunaikinamos medžiagos mikrostruktūros.

4. Medicininis-biologinis ultragarso taikymas.

Medicininis ir biologinis ultragarso poveikis yra labai įvairus. Iki šiol vis dar neįmanoma išsamiai paaiškinti JAV poveikio biologiniams objektams. Iš daugybės JAV sukeltų padarinių ne visada lengva išskirti pagrindinius. Nepaisant to, buvo įrodyta, kad apšvitinant biologinius objektus su US, būtina daugiausia atsižvelgti į šiuos US veiksmus:

terminis; mechaninis veikimas; netiesioginis, daugeliu atvejų, fizinis ir cheminis veiksmas.

MŪSŲ TERMINIS VEIKSMAS yra svarbus, nes. medžiagų apykaitos procesams biologiniuose objektuose būdinga didelė priklausomybė nuo temperatūros. Šiluminį efektą lemia sugerta energija. Šiuo atveju naudojamas mažas JAV intensyvumas (apie 1 W/cm2). Dėl šiluminio poveikio plečiasi audiniai, kraujagyslės, dėl to suaktyvėja medžiagų apykaita, padidėja kraujotaka. Dėl fokusuoto ultragarso šiluminio poveikio jis gali būti naudojamas kaip skalpelis pjaustant ne tik minkštuosius, bet ir kaulinius audinius. Šiuo metu sukurtas pažeistų ar persodintų kaulinių audinių „suvirinimo“ metodas.

MECHANINIS VEIKSMAS. Mechaninės medžiagos dalelių vibracijos ultragarsiniame lauke gali sukelti teigiamą biologinį poveikį (audinių struktūrų mikromasažą). Šis poveikis taip pat apima mikrovibraciją ląstelių ir tarpląsteliniame lygmenyje, biomakromolekulių sunaikinimą, mikroorganizmų, grybų, virusų naikinimą, piktybinių navikų, šlapimo pūslės ir inkstų akmenų naikinimą. Ultragarsas naudojamas medžiagoms smulkinti, pavyzdžiui, gaminant koloidinius tirpalus, labai dispersines vaistines emulsijas, aerozolius. Naikinant augalų ir gyvūnų ląsteles, iš jų išskiriamos biologiškai aktyvios medžiagos (fermentai, toksinai). Ultragarsas sukelia ląstelių membranų pažeidimus ir restruktūrizavimą, jų pralaidumo pasikeitimą.

FIZINIS-CHEMINIS ULTRAGARSO VEIKSMAS. Ultragarsas gali pagreitinti kai kurias chemines reakcijas. Manoma, kad taip yra dėl ultragarsinių vandens molekulių aktyvavimo, kurios vėliau suyra ir susidaro aktyvūs radikalai H + ir OH - .

Biomedicininį ultragarso taikymą galima suskirstyti į dvi sritis: diagnostiką ir terapiją. Pirmasis apima vietos nustatymo metodus, daugiausia naudojant impulsinę spinduliuotę. Tai yra echoencefalografija – navikų ir smegenų patinimo apibrėžimas.

Vietos nustatymo metodai yra pagrįsti JAV atspindžiu iš sąsajos tarp skirtingo tankio laikmenų. Šis metodas apima ir ultragarsinę kardiografiją – širdies dydžio matavimą dinamikoje. Ultragarsinė vieta taip pat naudojama oftalmologijoje, siekiant nustatyti akies terpės dydį. Doplerio efektas naudojamas širdies vožtuvų judėjimo pobūdžiui ir kraujo tėkmės greičiui tirti.

Labai didelė ateitis ultragarsiniams holografiniams metodams gauti tokių organų kaip inkstai, širdis, skrandis ir kt.

Antroji kryptis – ultragarso terapija. Ultragarsas paprastai naudojamas 800 kHz dažniu ir 1 W / cm 2 ar mažesniu intensyvumu. Be to, pagrindiniai veikimo mechanizmai yra mechaninis ir terminis poveikis audiniui. Ultragarso terapijos tikslais naudojamas UTP-ZM aparatas ir kt.

5. Infragarsas (IS), jo platinimo ypatumai.

Infragarsų poveikis biologiniams objektams.

Infragarsu (IS) vadinami garso virpesiai, kurių viršutinis diapazonas neviršija 16 - 20 Hz. Apatinis diapazonas 10 -3 Hz. Labai domina IZ, kurių dažnis yra 0,1 ir net 0,01 Hz. FROM yra įtrauktos į triukšmo sudėtį. IS šaltiniai yra jūros ar upės vandens judėjimas (audra), miško triukšmas, vėjas, žaibo iškrovos, žemės drebėjimai ir nuošliaužos, pastatų pamatų vibracijos, staklės, keliai nuo judančių transporto priemonių. IZ atsiranda mechanizmų virpesių metu, vėjui pučiant pastatus, medžius, stulpus, judant žmonėms ir gyvūnams.

Būdinga IS savybė yra maža terpės absorbcija. Todėl plinta dideliais atstumais. IZ gerai pasiskirsto žmogaus kūno audiniuose, ypač kauliniame audinyje. IZ bangų greitis ore yra 1200 km/h, vandenyje 6000 km/h.

Maža IS sugertis leidžia aptikti sprogimus ir žemės drebėjimus dideliu atstumu nuo šaltinio, nes jis plinta žemės plutoje. Pagal išmatuotus IS svyravimus prognozuojamas cunamis. Šiuo metu sukurti jautrūs IS imtuvai, kurių pagalba, pavyzdžiui, galima numatyti audrą likus kelioms valandoms iki jos pradžios.

IZ svyravimai turi biologinį aktyvumą, o tai paaiškinama jų dažnio sutapimu su smegenų alfa ritmu.

FROM su 1-7 Hz dažniu, 70 dB intensyvumu 8-10 minučių. radiacijos priežastys: galvos svaigimas, pykinimas, dusulys, depresija, galvos skausmas, dusulys. Visi šie veiksniai didėja pakartotinai veikiant IZ. OUT tam tikras dažnis gali būti mirtinas.

Mechanizmų vibracijos yra IZ šaltinis. Dėl nepalankaus vibracijos ir IS poveikio žmogaus organizmui atsiranda vibracinė liga (VB). WB atsiranda ilgai veikiant šiuos veiksnius tam tikroje audinio ar žmogaus organo srityje ir sukelia ne tik atskirų organų, bet ir viso žmogaus kūno nuovargį. Pirmiausia tai sukelia rankų ir kitų organų raumenų atrofiją, jautrumo mechaniniams virpesiams sumažėjimą, rankų, kojų pirštų ir kitų organų mėšlungį.

Daroma prielaida, kad pirminis IS veikimo mechanizmas organizmui yra rezonansinio pobūdžio. Žmogaus vidaus organai turi savo vibracijų dažnį. Veikiant IZ, kurio dažnis lygus jo paties dažniui, atsiranda rezonansas, kuris sukelia šiuos nemalonius pojūčius, o kai kuriais atvejais gali sukelti rimtų pasekmių: širdies sustojimą arba kraujagyslių plyšimą.

Žmogaus kūno natūralių svyravimų dažnis gulimoje padėtyje - (3 - 4 Hz), stovint - (5 - 12 Hz), krūtinėje - (5 -8 Hz), pilvo ertmėje - (3 - 4 Hz) ir kt. organai atitinka IZ dažnį .

Fiziologinės savybės garsas vadinamas subjektyviomis žmogaus klausos aparato garso pojūčio ypatybėmis. Garso fiziologinės charakteristikos apima minimalius ir maksimalius vibracijos dažnius, kuriuos suvokia konkretus asmuo, girdimumo slenkstį ir skausmo slenkstį, garsumą, aukštį ir garso tembrą.

Minimalūs ir didžiausi vibracijos dažniai, kuriuos suvokia konkretus asmuo. Garso virpesių dažniai yra 20-20000 Hz diapazone. Tačiau žemiausias konkretaus žmogaus suvokiamas dažnis paprastai yra didesnis nei 20 Hz, o didžiausias – mažesnis nei 20 000 Hz, o tai nulemia individualios žmogaus klausos aparato struktūros ypatybės. Pavyzdžiui:  min = 32 Hz, Maks = 17900 Hz.

klausos slenkstis yra minimalus žmogaus ausies suvokiamas intensyvumas aš o. Manoma, kad aš o =10 -12 W/m 2 adresu  = 1000 Hz. Tačiau dažniausiai konkrečiam žmogui klausos slenkstis yra didesnis. aš o .

Klausos slenkstis priklauso nuo garso vibracijos dažnio. Tam tikru dažniu (dažniausiai 1000-3000 Hz), priklausomai nuo žmogaus klausos aparato klausos kanalo ilgio, žmogaus ausyje vyksta rezonansinis garso stiprinimas. Tokiu atveju garso pojūtis bus geriausias, o klausos slenkstis – minimalus. Sumažėjus ar padidėjus virpesių dažniui, pablogėja rezonanso būklė (dažnio pašalinimas iš rezonansinio dažnio) ir atitinkamai didėja klausos slenkstis.

3. Skausmo slenkstis vadinamas skausmu, kurį patiria žmogaus ausis, kai garso intensyvumas viršija tam tikrą vertę aš nuo(garso banga nesuvokiama kaip garsas). Skausmo slenkstis aš nuo priklauso nuo dažnio (nors ir mažiau nei klausos slenkstis). Esant žemam ir aukštam dažniui, skausmo slenkstis mažėja, t.y. skausmo pojūčiai stebimi esant dideliam intensyvumui.

4. Garso garsumas yra asmens girdimo tam tikro garso suvokimo lygis. Garsumas visų pirma priklauso nuo žmogaus, kuris suvokia garsą. Pavyzdžiui, esant pakankamam intensyvumui 1000 Hz dažniu, garsumas gali būti lygus nuliui (kurčiam žmogui).

Šiam konkrečiam žmogui, kuris suvokia garsą, garsumas priklauso nuo dažnio, garso intensyvumo. Kalbant apie klausos slenkstį, garsumas dažniausiai būna didžiausias esant 1-3 kHz dažniui, o mažėjant ar didėjant dažniui garsumas mažėja.

Garso stiprumas kompleksiškai priklauso nuo garso intensyvumo. Pagal psichofizinį Weberio-Fechnerio dėsnį, garsumas E tiesiogiai proporcingas intensyvumo lygiui:

E=k . log(I/I 0 ), kur k priklauso nuo garso dažnio ir intensyvumo.

Garso stiprumas matuojamas fonų. Manoma, kad garsumas fonuose yra skaitiniu būdu lygus intensyvumo lygiui decibelais esant dažniui 1000 Hz. Pavyzdžiui, garso stiprumas E=30 fonas; tai reiškia, kad šis asmuo pagal suvokimo lygį jaučia nurodytą garsą taip pat kaip garsą, kurio dažnis 1000 Hz ir garso lygis 30 dB. Grafiškai (žr. vadovėlį) statomos vienodo garsumo kreivės, kurios yra individualios kiekvienam atskiram žmogui.

Siekiant diagnozuoti žmogaus klausos aparato būklę, naudojant audiometrą, jie pašalinami audiograma- klausos slenksčio priklausomybė nuo dažnio.

5. Pikis vadinamas žmogaus gryno tono jausmu. Didėjant dažniui, aukštis taip pat didėja. Didėjant intensyvumui, žingsnis šiek tiek sumažėja.

6. garso tembras vadinamas tam tikros kompleksinės garso vibracijos pojūtis, kurį sukelia žmogus. Garso tembras yra spalvinimas garsas, kuriuo išskiriame žmogaus balsą. Tembras priklauso nuo garso akustinio spektro. Tačiau tą patį akustinį spektrą skirtingi žmonės suvokia skirtingai. Taigi, jei dviejų žmonių klausos aparatas bus pakeistas vienas į kitą, o smegenų garso analizatorius paliekamas toks pat, tuomet jam pažįstamų žmonių garso spalva atrodys skirtinga, t.y. jis gali neatpažinti pažįstamo žmogaus balso arba balsas atrodys pakitęs.