Apskritai akustika yra garsų mokslas. Garsai groja visą laiką ypatingas vaidmuo bet kurio žmogaus gyvenime, nes leidžia žmonėms naršyti erdvėje, bendrauti, žiūrėti filmus ir klausytis mėgstamos muzikos.
1 pav. Akustikos atmainos Autorius24 – studentų darbų mainai internetu
Akustikos naudojimas yra paklausus absoliučiai visose srityse, nuo statybos iki medicinos. Šiame moksliniame skyriuje tiriamos vibracijos garso bangos, jų formavimo ir platinimo principai.
1 apibrėžimas
Akustika yra plati fizikos sritis, tirianti tamprius virpesius ir bangas nuo žemiausių iki didžiausių dažnių.
Žmogus pradeda girdėti garsą per nuolatinius tam tikru dažniu sukuriamus virpesius. Vienas iš pagrindinių akustikos apibrėžimų yra garso banga, kuri yra vibracija, kurios slėgis tiesiogiai priklauso nuo šaltinio. Pavyzdžiui, automobilio garso signalas neša didesnę vibraciją nei žmogaus šnabždesys. Garso intensyvumas visada matuojamas decibelais.
Šiuolaikinė akustika dengia pakankamai platus ratas klausimais, jame nurodomi keli svarbūs poskyriai:
- fizikinė akustika – tiria tamprių bangų sklidimo įvairiose erdvėse ypatumus;
- fiziologinė akustika – apibūdina žmonių ir gyvūnų garsą skleidžiančių ir garsą suvokiančių organų sandarą ir veikimą.
Daugiau siaurąja prasme Akustika turėtų būti suprantama kaip garso, tai yra, žmogaus ausimi suvokiamų dujų, kietųjų medžiagų ir skysčių tamprių virpesių, tyrimas. Garso banga gali atsispindėti nuo paviršių, išsklaidyti juose arba sugerti. Garso intensyvumo atspindžio parametras nustatomas pagal ką akustines charakteristikas ji turi ir ką perleido garso banga.
Garso prigimtis ir jo fizinės savybės
2 pav. Fizinės garso charakteristikos. Autorius24 – internetinis keitimasis studentų darbais
Garso bangos ir vibracijos - ypatingas atvejis mechaniniai pokyčiai. Tačiau dėl akustinių apibrėžimų svarbos teisingam klausos pojūčių įvertinimui, taip pat dėl medicininio pritaikymo, patartina kai kuriuos klausimus išnagrinėti išsamiau.
Šiandien įprasta atskirti šiuos garsus:
- tonai arba muzikiniai garsai;
- triukšmai;
- garsiniai bumai.
Tonas yra periodiškas garso procesas. Jei šis procesas yra visiškai harmoningas, tai tonas vadinamas grynuoju arba pilnu, o atitinkama garso plokštumos banga apibūdinama atitinkama lygtimi. Pagrindinė šio tipo garso fizinė savybė yra dažnis. Anharmoninė vibracija atitinka sudėtingą toną. Paprastą toną formuoja, pavyzdžiui, kamertonas, tačiau sudėtingą toną galima išgirsti muzikos instrumentų dėka.
Mažiausias sudėtingo tono skaidymo į paprastesnius dažnis struktūriniai vienetai atitinka pagrindinį toną, likusių obertonų šiuo atveju dažniai lygūs $2νο$, $3νο$ ir pan.
2 apibrėžimas
Virpesių rinkinys, nurodantis jų specifinį intensyvumą (amplitudė A), fizikoje vadinamas akustiniu spektru.
Sudėtingo tono spektras visada yra išklotas. Taigi akustinis spektras yra viena iš svarbiausių fizinių muzikos garsų charakteristikų, nes jį galima išskirti kompleksine, nesikartojančia laiko priklausomybe.
Tyrėjai įtraukia automobilio vibracijos keliamą triukšmą, plojimus, ošimą, degiklio liepsnas, girgždėjimą, priebalsius kalbos garsus ir pan. Tai garso vaizdas gali būti laikomas chaotiškai besikeičiančių sudėtingų tonų deriniu
3 apibrėžimas
Garso bumas yra trumpalaikis, vienodas garso poveikis sprogimo arba popso pavidalu.
Nereikėtų painioti su garsiniu bumu smūgio banga, kurių dažnis yra daug didesnis.
Garso banginė prigimtis
3 pav. Banginė gamta garsas. Autorius24 – internetinis keitimasis studentų darbais
Norint geriau apibrėžti garso bangos atsiradimo sistemą, reikia įsivaizduoti klasikinį garsiakalbį, esantį vamzdyje, kuris iki kraštų pripildytas oru. Jei šis prietaisas staiga pajuda į priekį, artimiausioje aplinkoje esantis oras akimirką suspaudžiamas. Po to oro tarpas išsiplės, stumdamas suspaustą oro plotą išilgai vamzdžio.
Būtent šis bangos judesys vėliau taps garsu, kai pasieks klausos organą ir „sužadins“ ausies būgnelį. Kai dujose atsiranda garso banga, susidaro perteklinis vidinis slėgis, nereikalingas tankis, dalelės virsta su pastovus greitis. Tiriant garsą ir jo ypatybes, svarbu atsiminti faktą, kad materiali medžiaga nejuda proporcingai garso bangai, o atsiranda tik laikinas veikiančių oro masių sutrikimas.
1 pastaba
Jei dalelės vibruoja pagal bangos pasiskirstymo kryptį, tai bangos garsas vadinamas išilginiu, bet jei jos vibruoja tiesiai statmenai krypčiai bangų sklidimas, tada banga vadinama skersine.
Paprastai garso tonus skysčiuose ir dujose – išilgai, kietose fiziniai kūnai Galima formuoti abiejų tipų bangas. Skersinės bangos materialiuose kūnuose atsiranda dėl pasipriešinimo pradinės formos keitimui. Pagrindinis skirtumas tarp minėtų dviejų tipų bangų yra tas skersinė banga turi poliarizacijos savybę, o išilginė – ne.
Pagrindinės šiuolaikinės akustikos kryptys
Daugybė ir ilgalaikių mokslinių darbų, tiriančių triukšmo prigimtį ir triukšmo izoliavimo problemas, buvo paskelbti praėjus kuriam laikui po jų įgyvendinimo. Pirmieji darbai šioje srityje buvo susiję tik su orlaivių ir antžeminio transporto skleidžiamais garsais. Tačiau palaipsniui garsinių tyrimų ribos gerokai išsiplėtė. Šiuo metu dauguma pramoninių šalių turi savo mokslinių tyrimų universitetus, užsiimančius naujų prietaisų kūrimu ir šių problemų sprendimų kūrimu.
Mokslininkai išskiria šias pagrindines akustikos dalis:
- bendras;
- architektūrinis;
- geometrinis;
- statyba;
- muzikinis;
- psichologinis;
- biologinis;
- elektros ir aviacijos;
- medicinos;
- kvantinis.
Akustika tiria tokius fizikiniai reiškiniai, pavyzdžiui, garso bangų susidarymas, sklidimas, pojūtis ir įvairūs garso efektai, kuriuos tiesiogiai sukelia klausos organai. Kaip ir visi kiti mokslo šakos, akustika turi savo koncepcinis aparatas. Tuo pačiu metu jis taip pat laikomas tarpdisciplininiu skyriumi, ty turi glaudžius ryšius su kitomis žinių sritimis.
Aiškiausiai ir aiškiausiai matoma akustikos sąveika su architektūra, mechanika, muzikos teorija, elektronika ir matematika. Pagrindinės formulės akustika tiesiogiai susijusi su garso bangų sklidimo tamprios pastovios terpės sąlygomis charakteristikomis: stovėjimo ir plokštumos bangos, formulės tiksliai apskaičiuoti bangos greitį.
Akustika – fizikos sritis, tirianti tamprius virpesius ir bangas nuo žemiausių iki itin aukštų (10 12 -10 13 Hz). Šiuolaikinė akustika apima daugybę klausimų: fizinė akustika, tirianti tamprių bangų sklidimo ypatumus; skirtingos aplinkos, fiziologinė akustika, tirianti žmonių ir gyvūnų garsą suvokiančių ir skleidžiančių organų sandarą ir veikimą ir kt.Siaurąja to žodžio prasme akustika suprantama kaip garso tyrimas, t.y. apie elastinės vibracijos ir bangos dujose, skysčiuose ir kietose medžiagose, kurias suvokia žmogaus ausis (dažniai nuo 16 iki 20 000 Hz).
8.1. GARSO PRIGIMTIS. FIZINĖS CHARAKTERISTIKOS
Garso virpesiai ir bangos yra ypatingas mechaninių virpesių ir bangų atvejis. Tačiau dėl svarbos akustinės koncepcijos norint įvertinti klausos pojūčius, taip pat taikant medicinines priemones, patartina konkrečiai išnagrinėti kai kuriuos klausimus. Įprasta atskirti šiuos garsus:
1) tonai, arba muzikos garsai;
2) triukšmas;
3) garsiniai strėlės.
Tai vadinama tonugarsas,kuris yra periodiškas procesas. Jei šis procesas harmoningas, vadinasi tonas paprastas arba švarus, o atitinkama plokštuminė garso banga apibūdinama (7.45) lygtimi. Pagrindinė gryno tono fizinė savybė yra dažnis. Anharmonija 1 atitinka svyravimą sunku tonas. Paprastą toną sukuria, pavyzdžiui, kamertonas, sudėtingą toną sukuria muzikos instrumentai, kalbos aparatas (balsių garsai) ir kt.
Sudėtingas tonas gali būti suskirstytas į paprastus. Mažiausias tokio išsiplėtimo dažnis ν ο atitinka pagrindinis tonas kitos harmonikos (obertonai) turi dažnius, lygius 2ν ο, 3ν ο ir kt. Dažnių rinkinys, nurodantis jų santykinį intensyvumą (amplitudę A) paskambino akustiškai
1 Anharmoninė – neharmoninė vibracija.
dangaus spektras(žr. 6.4). Sudėtingo tono spektras yra tiesinis; pav. 8.1 rodo tos pačios natos akustinius spektrus (ν 0 = 100 Hz), paimtas pianinu (a) ir klarnetu (b). Taigi akustinis spektras yra svarbi sudėtingo tono fizinė charakteristika.
Triukšmas yra garsas, turintis sudėtingą, nesikartojančią priklausomybę nuo laiko.
Ryžiai. 8.1
Triukšmas apima garsus iš mašinų vibracijos, plojimus, degiklio liepsnos triukšmą, ošimą, girgždėjimą, priebalsius kalbos garsus ir kt.
Triukšmas gali būti laikomas atsitiktinai besikeičiančių sudėtingų tonų deriniu. Jei bandytume su tam tikru susitarimu išskaidyti triukšmą į spektrą, paaiškėtų, kad šis spektras bus ištisinis, pavyzdžiui, spektras, gautas iš Bunseno dujų degiklio degimo triukšmo (8.2 pav.).
Garso bumas yra trumpalaikis garso poveikis: sprogimas, sprogimas ir kt. Garso bumo nereikėtų painioti su smūgio banga(žr. 7.10).
1 Griežtai tariant, šioje formulėje pagalr turėtų būti suprantama vidutinė garso slėgio amplitudė.
8.2. KLAUSIOS JAUTIMO SAVYBĖS. GARSO MATAVIMAI
8.1. Apsvarstytos objektyvios garso savybės, kurias būtų galima įvertinti tinkamais instrumentais nepriklausomai nuo asmens. Tačiau garsas yra klausos pojūčių objektas, todėl jį žmogus vertina subjektyviai.
Suvokdamas tonus, žmogus juos išskiria pagal aukštį.
Aukštis- subjektyvi savybė, kurį pirmiausia lemia pagrindinio tono dažnis.
Daug mažiau aukštis priklauso nuo tono sudėtingumo ir jo intensyvumo: didesnio intensyvumo garsas suvokiamas kaip žemesnio tono garsas.
Tembras garsą beveik išimtinai lemia jo spektrinė sudėtis.
Fig. 8.1, skirtingi akustiniai spektrai atitinka skirtingus tembrus, nors pagrindinis tonas ir todėl aukštis yra vienodi.
Apimtis- dar vienas subjektyvus vertinimas garsas, apibūdinantis lygį klausos pojūtis.
Nors ir subjektyvus, garsumą galima kiekybiškai įvertinti lyginant dviejų šaltinių klausos pojūtį.
Garso lygio skalės kūrimo pagrindas yra svarbus Psichofizinis Weber-Fechner dėsnis: jei padidėja dirginimas geometrine progresija (t. tas pats numeris kartų), tada šio dirginimo pojūtis sustiprėja aritmetinė progresija(t. y. ta pačia suma).
Kalbant apie garsą, tai reiškia, kad jei garso intensyvumas užima seriją nuoseklios vertės, pavyzdžiui, a1 0, a 2 1 0, a 3 1 0 (a yra tam tikras koeficientas, A>1) ir pan., tada atitinkami garso stiprumo pojūčiai E 0, 2E 0, 3E 0 ir kt.
Matematiškai tai reiškia, kad garso stiprumas yra proporcingas garso stiprumo logaritmui.
Jei yra du garso dirgikliai su intensyvumu aš ir I 0, ir I 0 yra klausos slenkstis, tada remiantis įstatymu Weberis-Fechneris su juo susijęs garsumas yra susijęs su intensyvumu taip:
E= klg (I/ I,), (8.3)
Kur k- tam tikras proporcingumo koeficientas, priklausantis nuo dažnio ir intensyvumo.
Jei koeficientas k buvo pastovus, tada iš (8.1) ir (8.3) sektų tai logaritminė skalė garso intensyvumas atitinka garsumo skalę. Tokiu atveju garso garsumas, taip pat ir intensyvumas, būtų išreiškiami belais arba decibelais. Tačiau stipri priklausomybė k nuo garso dažnio ir intensyvumo neleidžia garsumo matavimo susiaurinti iki paprasto (8.3) formulės naudojimo.
Tradiciškai daroma prielaida, kad esant 1 kHz dažniui garso stiprumo ir intensyvumo skalės visiškai sutampa, t.y. k = 1 ir E b = log(I/I 0), arba pagal analogiją su (8.2):
E f = 10 log(I/l0). (8.4)
Norint atskirti jį nuo garso intensyvumo skalės garsumo skalėje, vadinami decibelai fonų(fonas).
Kitų dažnių garsumą galima išmatuoti lyginant dominantį garsą su 1 kHz dažniu. Norėdami tai padaryti, naudodami garso generatorius 1 sukurti garsą, kurio dažnis yra 1 kHz. Garso intensyvumas keičiamas tol, kol atsiranda klausos pojūtis, panašus į tiriamo garso garsumo pojūtį. Garso, kurio dažnis yra 1 kHz decibelais, išmatuotas prietaisu, yra lygus šio garso garsumui fone.
Norėdami rasti skirtingų dažnių garso stiprumo ir intensyvumo atitiktį, naudokite vienodo garsumo kreives (8.4 pav.). Šios kreivės pagrįstos vidutiniais duomenimis, gautais iš normalią klausą turinčių žmonių, matuojant taikant aukščiau aprašytą metodą.
Apatinė kreivė atitinka silpniausių girdimų garsų intensyvumus – girdimumo slenkstį; visiems dažniams Eph = 0, 1 kHz garso intensyvumui aš 0= 1 pW/m2.
1 Iš aukščiau pateiktų kreivių matyti, kad vidutinė žmogaus ausis jautriausia 2500-3000 Hz dažniams. Kiekviena tarpinė kreivė atitinka tą patį garsumą, bet skirtingą garso intensyvumą skirtingiems dažniams. Naudojant atskirą kreivę, lygią garsumui, galima rasti intensyvumą, kuris tam tikrais dažniais sukelia šio garsumo pojūtį. Naudojant vienodo garsumo kreivių rinkinį, galima rasti skirtingus
tūrio dažniai, atitinkantys tam tikrą intensyvumą. Pavyzdžiui, tegul garso, kurio dažnis yra 100 Hz, intensyvumas yra 60 dB. Koks šio garso stiprumas? Fig. 8.2 randame tašką, kurio koordinatės 100 Hz, 60 dB. Jis yra ant kreivės, atitinkančios 30 vonų garsumo lygį, o tai yra atsakymas.
Turėti tam tikros idėjos apie skirtingo pobūdžio garsus, juos pristatome fizines savybes(8.1 lentelė).
8.1 lentelė
Klausos aštrumo matavimo metodas vadinamas audiometrija. Atliekant audiometriją specialiu prietaisu (audiometras) nustatyti skirtingų dažnių klausos jutimo slenkstį; gauta kreivė vadinama garso diagrama. Sergančio žmogaus audiogramos palyginimas su normalia klausos slenksčio kreive padeda diagnozuoti klausos ligą.
Norint objektyviai išmatuoti triukšmo lygį, jis naudojamas garso lygio matuoklis Struktūriškai jis atitinka schemą, parodytą fig. 8.3. Šiuo tikslu garso lygio matuoklio savybės artimos žmogaus ausies savybėms (žr. vienodo garsumo kreives 8.4 pav.). skirtingi diapazonai Korekciniai elektriniai filtrai naudojami garsumo lygiui valdyti.
8.3. GARSO TYRIMO METODŲ FIZINIAI PAGRINDAI KLINIKOJE
Garsas, kaip ir šviesa, yra informacijos šaltinis, ir tai yra pagrindinė jo reikšmė.
Gamtos garsai, aplinkinių žmonių kalbos, veikiančių mašinų triukšmas mums daug pasako. Norint įsivaizduoti garso reikšmę žmogui, užtenka laikinai atimti iš savęs galimybę suvokti garsą – užsimerkti.
Natūralu, kad garsas taip pat gali būti informacijos apie būseną šaltinis vidaus organai asmuo. Bendras garso metodas
ligų diagnostika - auskultacija(klauso) – žinomas nuo II a. pr. Kr Naudojamas auskultacijai stetoskopas arba fonendoskopas. Fonendoskopas (8.5 pav.) susideda iš tuščiavidurės kapsulės 1 su garsą praleidžiančia membrana 2, uždedama ant paciento kūno, iš jo ateina guminiai vamzdeliai 3 prie gydytojo ausies. Tuščiavidurėje kapsulėje atsiranda oro stulpelio rezonansas, dėl kurio sustiprėja garsas ir pagerėja au-kultacija.
Auskultuojant plaučius girdimi kvėpavimo garsai, įvairūs ligoms būdingi švokštimai. Pagal širdies garsų pokyčius ir ūžesių atsiradimą galima spręsti apie širdies veiklos būklę. Naudodami auskultaciją galite nustatyti skrandžio ir žarnyno peristaltiką ir klausytis vaisiaus širdies plakimo.
Norint vienu metu pacientą išklausyti keli mokslininkai edukaciniais tikslais ar konsultacijos metu, naudojama sistema, kurią sudaro mikrofonas, stiprintuvas ir garsiakalbis arba keli telefonai.
Širdies veiklos būklei diagnozuoti naudojamas ir vadinamas metodas, panašus į auskultaciją fonokardiografija(FKG).
Šis metodas susideda iš širdies garsų ir ūžesių grafinio įrašymo bei jų diagnostinės interpretacijos. Fonokardiograma įrašoma naudojant fonokardiografą (8.6 pav.), susidedantį iš mikrofono, stiprintuvo, dažnių filtrų sistemos ir įrašymo įrenginio. Fig. 8.7 paveiksle parodyta normali fonokardiograma. Iš esmės skiriasi nuo dviejų pirmiau minėtų garso metodai yra perkusija.
Taikant šį metodą, atskirų kūno dalių garsas klausomas jas bakstelėjus.
Įsivaizduokime uždarą ertmę, užpildytą oru kokio nors kūno viduje. Jei šiame kūne sukelsite garso virpesius, tada, esant tam tikram garso dažniui, oras ertmėje pradės rezonuoti, išleisdamas ir sustiprindamas toną, atitinkantį ertmės dydį ir padėtį.
Schematiškai žmogaus kūną galima pavaizduoti kaip dujų pripildytų (plaučių), skysčio (vidaus organų) ir kietųjų (kaulų) tūrių rinkinį. Atsitrenkiant į kūno paviršių atsiranda vibracijos, kurių dažnių diapazonas yra platus. Iš šio diapazono kai kurios vibracijos gana greitai išnyks, o kitos, sutapusios su natūraliais tuštumų virpesiais, sustiprės ir dėl rezonanso bus girdimos. Patyręs gydytojas pagal perkusijos garsų toną nustato vidaus organų būklę ir topografiją.
8.4. ATSPARUMAS BANGAI. GARSO BANGŲ ATSpindis. AIDĖJIMAS Garso slėgis r
priklauso nuo terpės svyruojančių dalelių greičio υ. Skaičiavimai rodo, kad
8.2 lentelė
Garso bangos prasiskverbimo iš oro į betoną ir vandenį koeficientui apskaičiuoti naudojame (8.8): Šie duomenys įspūdingi: pasirodo, tik labai maža dalis garso bangos energijos iš oro pereina į betoną ir į vandenį. Bet kurioje uždaroje erdvėje nuo sienų, lubų, baldų atsispindėjęs garsas krenta ant kitų sienų, grindų ir pan., vėl atsispindi ir sugeriamas ir palaipsniui išnyksta. Todėl net ir sustojus garso šaltiniui patalpoje vis dar sklinda garso bangos, sukeliančios ūžesį. Tai ypač pastebima didelėse erdviose salėse. Laipsniško garso slopinimo procesas patalpose išjungus iškviečiamas šaltinis
Aidėjimas, viena vertus, yra naudingas, nes garso suvokimą sustiprina atspindėtos bangos energija, tačiau, kita vertus, pernelyg ilgas aidėjimas gali žymiai pabloginti kalbos ir muzikos suvokimą, nes kiekviena nauja garso dalis tekstas sutampa su ankstesniais. Šiuo atžvilgiu jie paprastai nurodo kai kuriuos optimalus laikas aidėjimas, į kurį atsižvelgiama statant žiūrovų sales, teatrus ir koncertų salės ir tt Pavyzdžiui, užpildytos kolonų salės atgarsio laikas profsąjungų rūmuose Maskvoje yra 1,70 s. Didysis teatras- 1,55 s. Šių patalpų (tuščių) aidėjimo laikas yra atitinkamai 4,55 ir 2,06 s.
8.5. KLAUSOS FIZIKA
Klausos sistema jungia tiesioginį garso bangų imtuvą su smegenimis.
Naudodamiesi kibernetikos sąvokomis, galime teigti, kad klausos sistema priima, apdoroja ir perduoda informaciją. Iš visų klausos sistema Norėdami atsižvelgti į klausos fiziką, išskirsime išorinę, vidurinę ir vidinę ausis.
Išorinė ausis susideda iš ausies kaušelio 1 ir išorinė klausos landa 2 (8.8 pav.).
Ryžiai. 8.9
Žmonių ausies kaklelis nevaidina reikšmingo vaidmens klausai. Tai padeda nustatyti garso šaltinio lokalizaciją, kai jis yra sagitalinėje plokštumoje. Paaiškinkime tai. Garsas iš šaltinio patenka į ausį. Priklausomai nuo šaltinio padėties vertikalioje plokštumoje (8.9 pav.), garso bangos skirtingai difraktuos ties ausimi dėl specifinės jos formos. Tai taip pat sukels skirtingas pasikeitimas garso bangos, patenkančios į ausies landą, spektrinė sudėtis (difrakcijos klausimai plačiau aptariami 24.6). Patirties dėka žmogus išmoko susieti garso bangos spektro pokyčius su garso šaltinio kryptimi (kryptimis A, B Ir IN pav. 8.9).
Turėdami du garso imtuvus (ausis), žmonės ir gyvūnai gali nustatyti kryptį į garso šaltinį ir horizontali plokštuma(binaurinis efektas; 8.10 pav.). Tai paaiškinama tuo, kad garsas sklinda skirtingais atstumais nuo šaltinio iki skirtingų ausų ir atsiranda fazių skirtumas bangoms, patenkančioms į dešinę ir kairę ausis. Ryšys tarp šių atstumų skirtumo (δ) ir fazių skirtumo (Δφ) išvestas 24.1 paaiškinant šviesos trukdžius [žr. (24.9)]. Jei garso šaltinis yra tiesiai prieš žmogaus veidą, tada δ = 0 ir Δφ = 0, jei garso šaltinis yra priešais vieną iš ausų, tada jis pateks į kitą ausį. Apytiksliai darykime prielaidą, kad šiuo atveju δ yra lygus atstumui tarp ausų. Naudojant (24.9) formulę, galima apskaičiuoti fazių skirtumą, kai ν = 1 kHz ir δ = 0,15 m. Jis yra maždaug lygus 180°.
Skirtingos kryptys į garso šaltinį horizontalioje plokštumoje atitiks fazių skirtumą tarp 0° ir 180° (anksčiau pateiktiems duomenims). Manoma, kad normalią klausą turintis žmogus gali fiksuoti garso šaltinio kryptį 3° tikslumu, tai atitinka 6° fazių skirtumą. Todėl galima daryti prielaidą, kad žmonės
Ryžiai. 8.10
akies vokas geba atskirti į ausis patenkančių garso bangų fazių skirtumo pokyčius 6° tikslumu.
Be fazių skirtumo, binauralinį efektą palengvina garso intensyvumo skirtumas skirtingose ausyse, taip pat akustinis šešėlis nuo galvos vienai ausiai. Fig. 8.10 paveiksle schematiškai parodyta, kad garsas iš šaltinio patenka į kairę ausį dėl difrakcijos.
Garso banga praeina per ausies kanalą ir iš dalies atsispindi nuo ausies būgnelio 3. Dėl krintančių ir atspindėtų bangų trukdžių gali atsirasti akustinis rezonansas. Tai atsitinka, kai bangos ilgis yra keturis kartus didesnis už išorinio klausos kanalo ilgį. Žmogaus ausies kanalo ilgis yra maždaug 2,3 cm; todėl akustinis rezonansas atsiranda tokiu dažniu:
Svarbiausia vidurinės ausies dalis yra ausies būgnelis 3 ir klausos kaulai: plaktukas 4, incus 5 ir balnakilpės 6 su atitinkamais raumenimis, sausgyslėmis ir raiščiais. Kaulai perduoda mechanines vibracijas iš oro aplinka išorinė ausis į skystą vidinės ausies aplinką. Skysta terpė Vidinė ausis turi būdingą varžą, maždaug lygią būdingajai vandens varžai. Kaip buvo parodyta (žr. 8.4), tiesioginio garso bangos perėjimo iš oro į vandenį metu perduodama tik 0,122% kritimo intensyvumo. Tai per mažai. Todėl pagrindinė vidurinės ausies paskirtis – padėti perduoti didesnį garso intensyvumą į vidinę ausį. Naudojant technine kalba, galime sakyti, kad vidurinė ausis atitinka vidinės ausies oro ir skysčio bangų pasipriešinimą.
Viename gale esanti kauliukų sistema plaktuku sujungta su būgneliu (sritis S 1= 64 mm 2), iš kitos - balnakilpės - su ovaliu langeliu 7 vidinė ausis (sritis S 2 = 3 mm 2).
Garso slėgis p 1 veikia ausies būgnelį, kuris lemia jėgą
įjungta 8, paskambino vestibuliariniai laiptai. Kitas kanalas ateina iš apvalaus 9 lango, jis vadinamas Scala tympani 10. Vestibiuliarinės ir būgninės žvyneliai yra sujungti sraigės kupolo srityje per nedidelę angą - helicotrema 11. Taigi abu šie kanalai tam tikru būdu yra viena sistema, užpildyta perilimfa. Laiptų virpesiai 6 perduodama į ovalo lango membraną 7, iš jo į perilimfą ir „išstumia“ apvalaus lango membraną 9. Tarpas tarp scala vestibular ir scala tympani vadinamas kochlearinis kanalas 12, jis užpildytas endolimfa. Pagrindinė (baziliarinė) membrana eina tarp kochlearinio kanalo ir sraigės sraigės. 13. Jame yra Corti organas, kuriame yra receptorių (plaukų) ląstelės, o klausos nervas tęsiasi nuo sraigės (šios detalės nepateiktos 8.9 pav.).
Korti organas (spiralinis organas) virsta mechaninės vibracijosį elektrinį signalą.
Pagrindinės membranos ilgis apie 32 mm, ji platėja ir plonėja kryptimi nuo ovalo lango sraigės viršūnėje (nuo 0,1 iki 0,5 mm pločio). Pagrindinė membrana yra labai įdomi fizikos struktūra, ji turi dažnio atrankos savybių. Tai pastebėjo Helmholtzas, kuris pagrindinę membraną įsivaizdavo kaip analogišką fortepijono suderintų stygų serijai. Laureatas Nobelio premija Bekesy nustatė šios rezonatoriaus teorijos klaidingumą. Bekesy darbas parodė, kad pagrindinė membrana yra nevienalytė mechaninio sužadinimo perdavimo linija. Veikiant akustiniam dirgikliui, palei pagrindinę membraną sklinda banga. Priklausomai nuo dažnio, ši banga susilpnėja skirtingai. Kuo mažesnis dažnis, tuo toliau nuo ovalo lango banga nukeliaus palei pagrindinę membraną, kol pradės susilpnėti. Pavyzdžiui, banga, kurios dažnis yra 300 Hz, pasklis maždaug iki 25 mm nuo ovalo lango prieš prasidėjus slopinimui, o banga, kurios dažnis 100 Hz, pasiekia maksimumą beveik 30 mm.
Remiantis šiais stebėjimais, buvo sukurtos teorijos, pagal kurias žingsnio suvokimą lemia pagrindinės membranos maksimalios vibracijos padėtis. Taigi vidinėje ausyje galima atsekti tam tikrą funkcinę grandinę: ovalo lango membranos virpesiai - perilimfos virpesiai - kompleksiniai pagrindinės membranos virpesiai - plaukų ląstelių (Corti organo receptorių) dirginimas - elektrinis signalas.
Kai kurios kurtumo formos yra susijusios su sraigės receptorių aparato pažeidimu. Šiuo atveju sraigė negeneruoja elektrinių signalų.
nalus veikiant mechaniniams virpesiams. Tokiems kurtiesiems galima padėti į sraigę implantuojant elektrodus ir taikant jiems elektrinius signalus, atitinkančius tuos, kurie atsiranda veikiant mechaniniam dirgikliui.
Tokie protezai, skirti pagrindinei sraigės funkcijai (kochlearinis protezavimas), kuriami daugelyje šalių. Rusijoje kochlearinis protezavimas buvo sukurtas ir įdiegtas Rusijos medicinos universitete. Kochlearinis protezas parodytas fig. 8.12, čia 1 - pagrindinis korpusas, 2 - ausų kabliukas su mikrofonu, 3 - elektros jungties kištukas, skirtas prijungti prie implantuojamų elektrodų.
8.6. ULTRAGARSO IR BGO TAIKYMAS MEDICINOS SRITYJE
Ultragarsas(US) yra mechaniniai virpesiai ir bangos, kurių dažnis yra didesnis nei 20 kHz.
Viršutinė ultragarso dažnių riba gali būti laikoma 10 9 -10 10 Hz. Šią ribą lemia tarpmolekuliniai atstumai, todėl priklauso nuo agregacijos būsena medžiaga, kurioje sklinda ultragarso banga.
Ultragarsui generuoti naudojami prietaisai, vadinami ultragarso skleidėjais. Labiausiai paplitę yra elektromechaniniai emiteriai, pagrįsti atvirkštiniu reiškiniu. pjezoelektrinis efektas(žr. 14.7).
Atvirkštinis pjezoelektrinis efektas yra yra veikiamų kūnų mechaninėje deformacijoje. Pagrindinė tokio emiterio dalis (8.13 pav., a) yra plokštė arba strypas 1, pagamintas iš medžiagos, turinčios aiškiai apibrėžtas pjezoelektrines savybes (kvarco, Rošelio druskos, keraminės medžiagos bario titanato pagrindu ir kt.). Elektrodai 2 yra pritvirtinami prie plokštės paviršiaus laidžių sluoksnių pavidalu 3, tada plokštelė atvirkštinio pjezoelektrinio efekto dėka pradės vibruoti, skleisdama atitinkamo dažnio mechaninę bangą.
Didžiausias mechaninės banginės spinduliuotės poveikis pasireiškia tada, kai įvykdoma rezonanso sąlyga (žr. 7.6). Taigi 1 mm storio plokštėms rezonansas atsiranda kvarcui, kurio dažnis yra 2,87 MHz, Rochelle druskai - 1,5 MHz ir bario titanatui - 2,75 MHz.
Ultragarso imtuvas gali būti sukurtas remiantis pjezoelektriniu efektu (tiesioginis pjezoelektrinis efektas). Šiuo atveju, veikiant mechaninei bangai (ultragarso bangai), vyksta kristalo deformacija (8.13 pav., b), kuri, esant pjezoelektriniam efektui, sukelia kintamo elektrinio lauko susidarymą; galima išmatuoti atitinkamą elektros įtampą.
Ultragarso naudojimas medicinoje yra susijęs su jo paskirstymo ypatumais ir būdingos savybės. Panagrinėkime šį klausimą.
Autorius fizinė prigimtis Ultragarsas, kaip ir garsas, yra mechaninė (elastinė) banga. Tačiau ultragarso bangos ilgis yra žymiai mažesnis už garso bangos ilgį. Pavyzdžiui, vandenyje bangų ilgiai yra 1,4 m (1 kHz, garsas), 1,4 mm (1 MHz, ultragarsas) ir 1,4 μm (1 GHz, ultragarsas). Bangos difrakcija (žr. 24.5) labai priklauso nuo bangos ilgio ir kūnų, ant kurių banga difraktuoja, dydžio santykio. „Nepermatomas“ 1 m ilgio kūnas nebus kliūtis 1,4 m ilgio garso bangai, bet taps kliūtimi 1,4 mm ilgio ultragarso bangai ir atsiras ultragarso šešėlis. Tai leidžia kai kuriais atvejais neatsižvelgti į ultragarso bangų difrakciją, laikant šias bangas spinduliais lūžio ir atspindžio metu (panašiai kaip šviesos spindulių lūžimas ir atspindys).
Ultragarso atspindys ties dviejų terpių riba priklauso nuo jų bangų varžų santykio (žr. 8.4). Taigi, ultragarsas gerai atsispindi ties raumenų – perioste – kaulo ribomis, tuščiavidurių organų paviršiuje ir kt.
Todėl galima nustatyti nehomogeniškų inkliuzų, ertmių, vidaus organų ir kt. vietą ir dydį. (Ultragarsinė vieta). Ultragarso lokacijai naudojama tiek nuolatinė, tiek impulsinė spinduliuotė. Pirmuoju atveju tiriama stovinčioji banga, kylanti iš sąsajos krintančių ir atspindėtų bangų trukdžių. Antruoju atveju stebimas atsispindėjęs impulsas ir matuojamas ultragarso sklidimo laikas iki tiriamo objekto ir atgal. Žinant ultragarso sklidimo greitį, nustatomas objekto gylis.
Biologinės terpės bangų varža yra 3000 kartų didesnė už oro bangų varžą. Todėl ant žmogaus kūno pritaikius ultragarso spinduliuotę, ultragarsas nepateks į vidų, o atsispindės dėl plono oro sluoksnio tarp emiterio ir biologinio objekto (žr. 8.4). Norint pašalinti oro sluoksnį, ultragarso skleidėjo paviršius padengiamas alyvos sluoksniu.
Skleidimo greitis ultragarso bangos o jų įsisavinimas labai priklauso nuo aplinkos būklės; Tai yra pagrindas ultragarsui tirti medžiagos molekulines savybes. Tokio pobūdžio tyrimai yra molekulinės akustikos objektas.
Kaip matyti iš (7.53), bangos intensyvumas yra proporcingas apskritimo dažnio kvadratui, todėl galima gauti reikšmingo intensyvumo ultragarso bangas net esant santykinai nedidelei svyravimų amplitudei. Ultragarso bangoje svyruojančių dalelių pagreitis taip pat gali būti didelis [žr. (7.12)], o tai rodo reikšmingų jėgų, veikiančių daleles biologiniuose audiniuose, buvimą ultragarsinio švitinimo metu.
Ultragarsu sukuriami suspaudimai ir retėjimas sukelia skysčio tęstinumo nutrūkimus – kavitacijas.
Kavitacijos netrunka ilgai ir greitai žlunga, o nedideliais kiekiais išsiskiria nemaža energija, vyksta medžiagos kaitinimas, molekulių jonizacija ir disociacija.
Fizikiniai procesai, kuriuos sukelia ultragarso poveikis, sukelia šiuos pagrindinius efektus biologiniuose objektuose:
Mikrovibracijos ląstelių ir tarpląsteliniame lygmenyse;
Biomakromolekulių naikinimas;
Atstatymas ir žala biologinės membranos, membranos pralaidumo pokytis (žr. 13 skyrių);
Šiluminis poveikis;
Biomedicininį ultragarso taikymą daugiausia galima suskirstyti į dvi sritis: diagnostikos ir tyrimo metodus bei poveikio metodus.
Pirmoji kryptis apima vietos nustatymo metodus ir impulsinės spinduliuotės naudojimą. Tai echoencefalografija- navikų ir smegenų edemų nustatymas (8.14 pav. parodyta echoencefalografas„Echo-12“); ultragarsinė kardiografija- širdies dydžio matavimas dinamikoje; oftalmologijoje - ultragarso vieta akies terpės dydžiui nustatyti. Naudojant Doplerio ultragarso efektą, tiriamas širdies vožtuvų judėjimo modelis ir matuojamas kraujo tėkmės greitis. Diagnostikos tikslais susiliejusio ar pažeisto kaulo tankis nustatomas pagal ultragarso greitį.
Antroji kryptis susijusi ultragarso fizioterapija. Fig. 8.15 paveiksle parodytas šiems tikslams naudojamas UTP-ZM aparatas. Pacientas ultragarsu veikiamas naudojant specialią spinduliuojančią prietaiso galvutę. Paprastai gydymo tikslais naudojamas 800 kHz dažnio ultragarsas, jo vidutinis intensyvumas yra apie 1 W/cm 2 ar mažiau.
Pagrindiniai ultragarso terapijos mechanizmai yra mechaniniai ir terminis veiksmas ant audinio.
Operacijų metu ultragarsas naudojamas kaip „ultragarsinis skalpelis“, galintis pjauti ir minkštąjį, ir kaulinį audinį.
Ultragarso gebėjimas sutraiškyti į skystį įdėtus kūnus ir sukurti emulsijas naudojamas farmacijos pramonėje gaminant vaistus. Gydant tokias ligas kaip tuberkuliozė, bronchinė astma, viršutinės dalies kataras kvėpavimo takai, naudojami įvairių vaistinių medžiagų aerozoliai, gauti naudojant ultragarsą.
Šiuo metu sukurta naujas metodas Pažeisto ar persodinto kaulinio audinio "suvirinimas" ultragarsu (ultragarsinė osteosintezė).
Sterilizavimui naudojamas destruktyvus ultragarso poveikis mikroorganizmams.
Įdomus yra ultragarso naudojimas akliesiems. Ultragarsinės vietos nustatymo dėka, naudojant Orientir nešiojamąjį įrenginį, galite aptikti objektus ir nustatyti jų pobūdį iki 10 m atstumu.
Išvardyti pavyzdžiai neišsemia visų medicininių ir biologinių ultragarso taikymo galimybių. Taigi galime tikėtis, pavyzdžiui, iš esmės naujų diagnostikos metodų atsiradimo medicinoje įdiegus ultragarso holografiją (žr. 24 skyrių).
8.7. INFRAGARSAS
Infragarsu vadinamos mechaninės (elastingos) bangos, kurių dažniai yra žemesni už žmogaus ausies suvokiamus (20 Hz).
Infragarso šaltiniai gali būti tiek natūralūs objektai (jūra, žemės drebėjimas, žaibo išlydžiai ir kt.), tiek dirbtiniai (sprogimai, automobiliai, staklės ir kt.).
Infragarsą dažnai lydi garsinis triukšmas, pavyzdžiui, automobilyje, todėl iškyla sunkumų matuojant ir tiriant pačius infragarso virpesius.
Infragarsui būdinga silpna absorbcija skirtingos aplinkos, todėl plinta nemažu atstumu. Tai leidžia skleisti infragarsą žemės pluta aptikti sprogimą dideliu atstumu nuo jo šaltinio, numatyti cunamį pagal išmatuotas infragarso bangas ir pan. Kadangi infragarso bangos ilgis yra ilgesnis nei girdimų garsų, infragarso bangos geriau difrakuoja ir prasiskverbia į patalpas, aplenkdamos kliūtis.
Infragarsas neigiamai veikia funkcinė būklė kai kurios kūno sistemos: nuovargis, galvos skausmas, mieguistumas, dirginimas ir tt Daroma prielaida, kad pirminis infragarso poveikio organizmui mechanizmas yra rezonansinio pobūdžio. Rezonansas atsiranda esant artimoms varomosios jėgos dažnio ir natūralių virpesių dažnio vertėms (žr. 7.6). Natūralių žmogaus kūno vibracijų dažnis gulint (3-4 Hz), stovint (5-12 Hz), natūralių virpesių dažnis krūtinė(5-8 Hz), pilvo ertmę (3-4 Hz) ir kt. atitinka infragarsų dažnį.
Infragarsų intensyvumo lygio mažinimas gyvenamosiose, gamybinėse ir transporto patalpose yra vienas iš higienos uždavinių.
8.8. VIBRACIJA
Technologijoje mechaninės vibracijos įvairaus dizaino ir automobiliai buvo pavadinti vibracijos
Jie taip pat veikia žmogų, kuris liečiasi su vibruojančiais objektais. Šis poveikis gali būti tiek žalingas ir tam tikromis sąlygomis sukelti vibracinę ligą, tiek naudingas ir gydomasis (vibracijos terapija ir vibracinis masažas).
Pagrindinės fizinės vibracijų charakteristikos sutampa su mechaninių kūnų virpesių charakteristikomis, tai yra:
Anharmoninių virpesių virpesių dažnis arba harmoninis spektras;
Amplitudė, greičio amplitudė ir pagreičio amplitudė;
Energija ir vidutinė svyravimų galia.
Be to, norint suprasti vibracijų poveikį biologinis objektas Svarbu įsivaizduoti vibracijų sklidimą ir susilpnėjimą kūne. Nagrinėjant šį klausimą, naudojami modeliai, susidedantys iš inercinių masių, elastinių ir klampių elementų (žr. 10.3).
Vibracijos yra girdimų garsų, ultragarsų ir infragarsų šaltinis.
I. Fizikos dalykas. Jos užduotys. Garsas ir jo savybės.
Fizika – mokslas apie materijos savybes ir egzistavimo formas.
Biofizika - medicinos ir biologijos mokslas, tiriantis fizinius procesus ir reiškinius gyvose sistemose, taip pat veikiant įvairiems išoriniams poveikiams.
Tikslai iružduotismedicinos ir biologinės fizikos kursas:
Susipažinkite su fiziniais ir biofiziniais mechanizmais, vykstančiais organizmo audiniuose, organuose ir sistemose.
Ištirti fizines ir biofizines organų ir audinių savybes ir fizinius principus jų darbas.
Susipažink fizinis pagrindas diagnozavimo ir gydymo metodai.
Susipažinti su medicininės įrangos veikimo metodų fizine baze.
Ištirkite poveikį išoriniai veiksniai ant kūno.
Šiuolaikinės fizikos ypatybės.
a) Šiuolaikinė fizika turi ribines sritis su kitais mokslais.
b) Fizika skirstoma į keletą siaurų sričių pagal skirtingus kriterijus:
pagal tyrimų apimtį;
pagal tiriamuosius.
Didėja fizikos vaidmuo kitiems mokslams, suteikia jiems teorijas, principus, vienetų sistemas, eksperimentinius rezultatus, sukuria medicinos įrangos projektavimo pagrindą, paaiškina įvairius fizikinius ir biologinius procesus.
Biofizikos ypatybės:
Tai pasienio mokslas.
Turi siauras sritis:
bendras ir privatus;
teorinis, eksperimentinis ir taikomasis;
tiria augalų, gyvūnų ir žmonių biofiziką;
kvantinė biofizika;
audinių, organų, sistemų, populiacijų molekulinė, ląstelinė, biofizika.
Garsas, jo savybės.
Akustika yra mokslas apie mechaninių bangų priėmimą, sklidimą ir savybes bei šių bangų sąveiką su fiziniais ir biofiziniais objektais.
Akustikos tipai:
Techninė- tiria garso priėmimą ir sklaidą, kuria garso tyrimo metodus.
Architektūrinis- nagrinėja gero girdėjimo ar patalpų apsaugos (pavyzdžiui, nuo triukšmo) klausimus.
Biologinis- tiria gyvų organizmų garso gamybą ir naudojimą.
Medicinos- tiria klausos ir kalbos fiziką ir biofiziką, garso panaudojimo galimybes diagnostikai ir gydymui. Reikia atskirti garsinio garso ir ultragarso naudojimą.
Pagrindinės medicininės akustikos užduotys :
garso naudojimo moksle ir pramonėje higienos standartų kūrimas;
patikimų diagnostikos ir gydymo metodų kūrimas;
ultragarso diagnostikos ir gydymo metodų kūrimas.
Garsas kaip fizinis reiškinys.
Garsas- mechaninių virpesių tipas, plintantis elastingose terpėse daugiausia išilginių bangų pavidalu. Garsas nekeliauja vakuume.
garso banga- mechaninis trikdymas, plintantis elastingoje terpėje.
Garso vibracijos- įprastų terpės dalelių mechaniniai virpesiai.
Sąlyginės dalelės- terpės tūriai, kurie yra gana maži, palyginti su bangos ilgiu.
Garso laukas- erdvės dalis, kurioje sklinda garso banga.
Garso bangų klasifikacija:
1. Pagal dažnumą
infragarsas (v< 16Гц)
girdimas garsas (16Hz< v < 20000Гц)
ultragarsas (20000Hz< v <100МГц)
hipergarsas (v > 100 MHz)
(visos ribos yra sąlyginės)
Infragarso, ultragarso ir hipergarso klausos analizatorius nesuvokia.
Vidutinių dalelių poslinkio kryptimi:
Išilginės – bangos, kuriose terpės dalelių virpesiai atsiranda išilgai bangos sklidimo krypties.
Skersinės – bangos, kurių kryptimi vyksta terpės dalelių virpesiai statmenai krypčiai bangų sklidimas.
Skysčiuose ir dujose tamprumo jėgos atsiranda tik tuomet, kai jose kinta tik išilginės bangos.
Kietuosiuose kūneliuose tamprumo jėgos atsiranda tiek keičiantis tūriui, tiek keičiantis jų formai, o išilginių bangų greitis yra maždaug pusė skersinių bangų greičio.
3. Pagal vibracijos formą:
Harmoninis spektras
Jų ypatumas yra tas, kad jie gali būti matematiškai ir grafiškai pavaizduoti kaip baigtinio arba begalinio skaičiaus paprastų dažnių sinusoidų, svyruojančių vienoda amplitude, suma.
Garsas – reiškinys, jaudinantis žmogaus protus nuo seniausių laikų. Tiesą sakant, įvairių garsų pasaulis Žemėje atsirado gerokai anksčiau nei joje atsirado žmonės. Pirmieji garsai pasigirdo gimstant mūsų planetai. Juos sukėlė galingi smūgiai, materijos virpesiai ir karštos medžiagos virpėjimas.
Garsas natūralioje aplinkoje
Kai planetoje pasirodė pirmieji gyvūnai, laikui bėgant jiems atsirado skubus poreikis gauti kuo daugiau. daugiau informacijos apie supančią tikrovę. O kadangi garsas yra vienas pagrindinių informacijos nešėjų, faunos atstovams smegenyse prasidėjo evoliuciniai pokyčiai, dėl kurių palaipsniui susiformavo klausos organai.
Dabar primityvūs gyvūnai galėjo priimti fiksuodami garso virpesius reikalinga informacija apie pavojų, dažnai kylantį iš plika akimi nematomų objektų. Vėliau gyvos būtybės išmoko naudoti garsus kitiems tikslams. Garsinės informacijos taikymo sritis augo pačių gyvūnų evoliucijos procese. Garso signalai pradėjo tarnauti kaip primityvios komunikacijos tarp jų priemonė. Garsais jie pradėjo įspėti vienas kitą apie pavojų, o tai taip pat buvo raginimas vienytis būtybėms, turinčioms bandos instinktus.
Žmogus yra garsų šeimininkas
Tačiau tik žmogui pavyko išmokti visiškai panaudoti garsą savo tikslams. Vienu metu žmonės susidūrė su būtinybe perduoti žinias vieni kitiems ir iš kartos į kartą. Žmogus šiems tikslams pajungė daugybę garsų, kuriuos laikui bėgant išmoko sukurti ir suvokti. Iš daugybės garsų vėliau atsirado kalba. Garsas tapo ir laisvalaikio užpildu. Žmonės atrado paleidžiamo strypo švilpuko eufoniją ir ritmingo medinių daiktų smogimo vienas į kitą energiją. Taip atsirado pirmieji, paprasčiausi muzikos instrumentai, taigi ir pats muzikos menas.
Tačiau žmonių bendravimas ir muzika nėra vieninteliai garsai, kurie atsirado Žemėje atsiradus žmonėms. Daugybę darbo procesų taip pat lydėjo garsai: gamyba įvairių daiktų pagamintas iš akmens ir medžio. O atsiradus civilizacijai, išradus ratą, žmonės pirmą kartą susidūrė su didelio triukšmo problema. Yra žinoma, kad jau m senovės pasaulis Ratų garsas akmenimis grįstuose keliuose dažnai prastai užmigdavo pakelės namų gyventojus. Kovai su šiuo triukšmu buvo išrasta pirmoji triukšmo mažinimo priemonė: ant grindinio buvo paklota šiaudų.
Auganti triukšmo problema
Kai žmonija sužinojo apie geležies naudą, triukšmo problema ėmė įgauti pasaulinius mastus. Išradęs paraką, žmogus sukūrė tokios galios garso šaltinį, kad jo pakaktų padaryti pastebimą žalą savo klausos aparatui. Pramonės revoliucijos eroje tarp tokių neigiamų šalutinių poveikių kaip aplinkos tarša ir gamtos išteklių išeikvojimas, pramoninis triukšmas didelis tūris.
Anekdotas is gyvenimo
Tačiau ir šiandien ne visi pramoninės įrangos gamintojai skiria bent šiek tiek dėmesio šį klausimą. Ne visų gamyklų ir gamyklų vadovybė rūpinasi savo pavaldinių sveikos klausos išsaugojimu.
Kartais tenka išgirsti tokias istorijas. Vyriausiasis inžinierius viena iš stambių pramonės įmonių užsakė triukšmingiausiose dirbtuvėse įrengti mikrofonus, prijungtus prie už pastatų esančių garsiakalbių. Jo nuomone, tokiu būdu mikrofonai išsiurbs dalį triukšmo. Žinoma, kad ir kokia komiška ši istorija, ji verčia susimąstyti apie tokio neraštingumo triukšmo mažinimo ir garso izoliacijos klausimais priežastis. Ir vienintelė to priežastis yra švietimo įstaigų Tik pastaraisiais dešimtmečiais jie pradėjo diegti specialius akustikos kursus aukštojo, vidurinio profesinio ir vidurinio specializuoto išsilavinimo lygiuose.
Garso mokslas
Pirmuosius bandymus suprasti garso prigimtį padarė Pitagoras, tyrinėjęs stygos virpesius. Po Pitagoro už ilgus šimtmečiusši sritis nesulaukė tyrėjų susidomėjimo. Žinoma, nemažai senovės mokslininkų užsiėmė savo akustinių teorijų kūrimu, tačiau šie moksliniai tyrimai nebuvo pagrįsti matematiniais skaičiavimais, o buvo labiau panašūs į skirtingus filosofinius samprotavimus.
Ir tik po daugiau nei tūkstančio metų prasidėjo Galilėjus naujas mokslas apie garsą – akustiką. Žymiausi šios srities pionieriai buvo Rayleighas ir Helmholtzas. Jie sukūrė teorinį šiuolaikinės akustikos pagrindą XIX a. Hermannas Helmholtzas daugiausia garsėja rezonatorių savybių tyrimais, o Rayleighas tapo Nobelio premijos laureatu už pagrindinį garso teorijos darbą.
Pagrindinės šiuolaikinės akustikos kryptys
Po kurio laiko buvo paskelbta daugybė mokslinių darbų apie triukšmo prigimtį ir triukšmo mažinimo bei garso izoliavimo klausimus. Pirmieji darbai šioje srityje daugiausia buvo susiję su orlaivių keliamu triukšmu ir antžeminis transportas. Tačiau laikui bėgant šių tyrimų ribos gerokai išsiplėtė. Įjungta šiuo metu Dauguma išsivysčiusių šalių turi savo tyrimų institutus, skirtus šių problemų sprendimų kūrimui.
Šiandien geriausiai žinomos šios akustikos sritys: bendroji, geometrinė, architektūrinė, statybinė, psichologinė, muzikinė, biologinė, elektros, aviacijos, transporto, medicinos, ultragarso, kvantinė, kalbos, skaitmeninė. Tolesniuose skyriuose bus nagrinėjamos kai kurios iš šių patikimo mokslo sričių.
Bendrosios nuostatos
Visų pirma, būtina apibrėžti šiame straipsnyje aptartą mokslą. Akustika yra žinių apie garso prigimtį sritis. Šis mokslas tiria tokius reiškinius kaip garso atsiradimas, sklidimas, pojūtis ir įvairūs garso poveikiai klausos organams. Kaip ir visi kiti mokslai, akustika turi savo konceptualų aparatą.
Akustika yra mokslas, laikomas viena iš šakų fizinis mokslas. Kartu tai yra ir tarpdisciplininė sritis, ty turi glaudūs ryšiai su kitomis žinių sritimis. Aiškiausiai matoma akustikos sąveika su mechanika, architektūra, muzikos teorija, psichologija, elektronika, matematika. Svarbiausios formules akustika yra susijusi su garso bangų sklidimo elastingoje terpėje savybėmis: lygtys plokštumos ir stovinčios bangos, bangos greičio skaičiavimo formulės.
Taikymas muzikoje
Muzikinė akustika yra šaka, tirianti muzikos garsus iš fizikos perspektyvos. Ši pramonė taip pat yra tarpdisciplininė. IN mokslo darbai aktyviai naudojami muzikinės akustikos pasiekimai matematikos mokslas, muzikos teorija ir psichologija. Pagrindinės šio mokslo sąvokos: muzikoje naudojamų garsų aukštis, dinaminiai ir tembriniai atspalviai. Šis skyrius Akustika visų pirma skirta tyrinėti pojūčius, kylančius žmogui suvokiant garsus, taip pat muzikinės intonacijos (tam tikro aukščio garsų atkūrimo) ypatybes. Viena iš plačiausių muzikos akustikos tyrimų temų yra muzikos instrumentų tema.
Taikymas praktikoje
Muzikos teoretikai pritaikė muzikinės akustikos tyrimų rezultatus kurdami muzikos sampratas gamtos mokslai. Fizikai ir psichologai nagrinėjo muzikinio suvokimo problemas. Šioje srityje dirbę šalies mokslininkai dirbo tiek ties teorinio pagrindo kūrimu (N.Garbuzovas žinomas dėl savo muzikinio suvokimo zonų teorijos), tiek prie pasiekimų pritaikymo praktikoje (L. Termenas, A. Volodinas, E. Murzinas užsiėmė elektrinių muzikos instrumentų projektavimu).
Pastaraisiais metais tarpdisciplininis mokslo darbai, kuriuose išsamiai nagrinėjama skirtingiems architektūros stiliams ir epochoms priklausančių pastatų akustika. Duomenys, gauti iš šios srities tyrimų, naudojami kuriant muzikos klausos ir muzikos instrumentų derinimo metodus. Todėl galime daryti išvadą, kad muzikinė akustika yra mokslo šaka, nepraradusi savo aktualumo ir šiandien.
Ultragarsas
Ne visi garsai gali būti suvokiami žmogaus klausa. Ultragarsinė akustika – tai akustikos šaka, tirianti garso virpesius dvidešimties kHz diapazone. Šio dažnio garsai yra už ribų žmogaus suvokimas. Ultragarsas skirstomas į tris tipus: žemo dažnio, vidutinio dažnio, aukšto dažnio. Kiekvienas tipas turi savo specifinį reprodukciją ir praktinį pritaikymą. Ultragarsas gali būti sukurtas ne tik dirbtinai. Jie dažnai randami laukinėje gamtoje. Taigi vėjo keliamas triukšmas iš dalies susideda iš ultragarso. Taip pat tokius garsus atkuria kai kurie gyvūnai ir fiksuoja jų klausos organai. Visi žino, kad šikšnosparnis yra viena iš šių būtybių.
Ultragarsinė akustika – tai akustikos šaka, suradusi praktinį pritaikymą medicinoje, atliekant įvairius mokslinius eksperimentus ir tyrimus bei karinėje pramonėje. Visų pirma, XX amžiaus pradžioje Rusijoje buvo išrastas prietaisas povandeniniams ledkalniams aptikti. Šio prietaiso veikimas buvo pagrįstas ultragarso bangų generavimu ir gaudymu. Iš šio pavyzdžio aišku, kad ultragarsinė akustika yra mokslas, kurio pasiekimai praktikoje naudojami daugiau nei šimtą metų.
akustikos tyrimo objektas
Alternatyvūs aprašymaiFizinis reiškinys, kurį sukelia oro dalelių virpesiai
Tamprios terpės dalelių svyruojantis judėjimas
Kas juda oru 330 m/s greičiu?
Tai, kas girdima, suvokiama ausimi
Tylos žudikas
Akustika, garsas
Akustinės bangos
Banga, kurios greitis 330 m/s
Banga, kuri pasiekia tavo ausį
Ausimis suvokiamos bangos
Suvokiamas ausimi
Viskas, kas girdima
Balsė arba priebalsė
Jis matuojamas decibelais
Mes tai suvokiame girdėdami
Ausis jį girdi
Maišytuvas sumaišo
Ausis pagauna
Informacija ausims
Oro vibracijos
M. viskas, ką girdi ausis, kas pasiekia ausį. senas šiukšlių, akmenų laužo, šiukšlių. Skambėti, skambėti, daryti, dūzgti, skambėti, skambėti. Šis fortepijonas skamba ypač gerai. Skambinkite kniedę. Styga skambėjo, skambėjo, tik skambėjo, skambėjo ir nutilo, neskambėjo. Vėl skambėtų. Ji atrodė pavargusi nuo manęs. Skamba trečiadienis. sąlyga pagal veiksmažodį. Garsas, susijęs su garsu. Garso vibracijos, bangos. Skanus, skambus, garsus, trankantis, skambus, triukšmingas. Sonority g. skambėjimo būsena arba kažko, kas skamba, savybė. Garsus dėsnis, patikimas mokslas, patikimas mokslas plg. akustika, garsų mokslas, fizikos dalis. Garso matuoklis – tai sviedinys, skirtas matuoti garsus arba skambančio objekto drebėjimų skaičių. Garsi nuotaika trečia. gerai, garsų nuotaika. Onomatopoėja plg. bet kokius garsus imituojančio žmogaus veiksmas: žodžio, kalbos, kalbos, balso panašumas su kokiu nors kitu garsu. Griaustinis, traškėjimas, švilpimas, onomatopoetiniai žodžiai. Garso harmonija žr. susitarimas, korespondencija, abipusė garsų harmonija
Nebyliojo kino kapakas
Fonetikos tyrimo objektas
„Z“ pagrindas ultragarsu
Aidėjo
Pasukite jį, kitaip negirdėsite
Garsiakalbių darbo produktas
Sklinda iš garsiakalbių
Šlifavimas
Ką girdime ausimis
Ką girdi ausis
Kas girdima
Ką pagauna ausis
Tylos žudikas
Jo ausis jį girdi
Artikuliuotas kalbos elementas
Kas pirmą kartą pasirodė filme „Don Žuanas“ (JAV, 1926)
Ką įrašo fonografas?
Kas išgaunama iš stygos?
Ką sako mikrofonas?
Ką girdi ausis?
Ką paima mūsų ausys?
Kas sustiprina megafoną?
Šurmėjimas ar riaumojimas
Triukšmas, traškėjimas ar beldimas
Studijų dalykas fonetika
Tamprios terpės dalelių svyruojantis judėjimas
Tai, kas girdima, suvokiama ausimi
Fizinis reiškinys, suvokiamas klausa
Pasukite jį, kitaip negirdėsite
Kas pirmą kartą pasirodė filme „Don Žuanas“ (JAV, 1926 m.)?
Ką įrašo fonografas?
Kas išgaunama iš stygos?
Kas matuojama decibelais?
Ką tiria akustika?
Sustiprinta megafonu
Šurmėjimas ir riaumojimas
Ką studijuoja akustikai?
Akustinė banga
Banga, kurios dažnis yra 1000 hercų
Pertraukia tylą
Ką girdime
Bangos ausiai
Ką sako mikrofonas?
Ką sustiprina megafonas?
„Z“ pagrindas ultragarsu
Ką girdi ausis?
Kas sustiprina megafoną?
Bangą pakėlė už ausies
Ką paima mūsų ausys?
