Objekti studimor i akustikës. Anekdotë nga jeta

objekt studimi i akustikës

Fenomeni fizik i shkaktuar nga dridhjet e grimcave të ajrit

Lëvizja osciluese e grimcave medium elastik

Çfarë lëviz në ajër me një shpejtësi prej 330 m/sek?

Ajo që dëgjohet perceptohet nga veshi

Vrasës i heshtjes

Akustikë, audio

Valët akustike

Valë me shpejtësi 330 m/s

Një valë që arrin në veshin tuaj

Valët e perceptuara nga veshët

E perceptuar nga veshi

Gjithçka që dëgjohet

Zanore ose bashkëtingëllore

Ajo matet në decibel

Ne e perceptojmë atë duke dëgjuar

Veshi e dëgjon atë

Mikseri e përzien

E kap veshi

Informacion për veshët

Dridhjet e ajrit

M. çdo gjë që veshi dëgjon, që arrin në vesh. e vjetër mbeturina, gurë skrap, plehra. Të tingëllojë, të tingëllojë, të bëjë, të bëjë një zhurmë, tingull, kumbim. Kjo piano tingëllon veçanërisht mirë. Tingëllon thumba. Vargu tingëllonte, tingëllonte, vetëm tingëllonte, tingëllonte dhe heshti, nuk dëgjoi. Do të tingëllonte përsëri. Ajo dukej e lodhur nga unë. Kumbon e mërkurë. kusht sipas foljes. Tingulli, i lidhur me tingullin. Dridhjet e zërit, valët. Kumbues, tingëllues, me zë të lartë, lulëzues, tingëllues i zhurmshëm, i zhurmshëm. Sonoriteti g. gjendja e një gjëje tingëlluese ose vetia e një gjëje të shëndoshë. Ligji i shëndoshë, shkencë e shëndoshë, shkencë e shëndoshë kf. akustika, shkenca e tingujve, pjesë e fizikës. Një matës zëri është një predhë për matjen e tingujve ose numrin e dridhjeve të një objekti që tingëllon. Gjendja e shëndoshë e Mërkurë. në rregull, disponimi i tingujve. Onomatopeia kf. veprimi i dikujt që imiton ndonjë tingull: ngjashmëria e një fjale, fjalimi, fjalimi, zëri me ndonjë tingull tjetër. Bubullima, kërcitje, fishkëllimë, fjalë onomatopeike. Konkordi i tingullit kf. marrëveshje, korrespondencë, harmoni e ndërsjellë e tingujve

Varrmihësi i filmit të heshtur

Objekti i studimit të fonetikës

Baza e "Z" në ultratinguj

I bëri jehonë

Ndize atë, përndryshe nuk mund ta dëgjosh

Produkt i punës së folësve

Vjen nga altoparlantët

Bluarje

Ajo që dëgjojmë me veshët tanë

Ajo që veshi dëgjon

Ajo që dëgjohet

Çfarë kap veshi

Vrasës i heshtjes

Veshi e dëgjon atë

Elementi i artikuluar i të folurit

Ajo që u shfaq për herë të parë në filmin "Don Juan" (SHBA, 1926)

Çfarë regjistron një gramafon?

Çfarë nxirret nga vargu?

Çfarë thotë mikrofoni?

Çfarë dëgjon veshi?

Çfarë na kapin veshët?

Çfarë e amplifikon një megafon?

Shushurimë ose gjëmim

Zhurmat e shushurimës, kërcitjes ose trokitjes

Lënda e studimit fonetikë

Lëvizja osciluese e grimcave të një mjedisi elastik

Ajo që dëgjohet perceptohet nga veshi

Fenomeni fizik i perceptuar nga dëgjimi

Ndize atë, përndryshe nuk mund ta dëgjosh

Çfarë u shfaq për herë të parë në filmin Don Juan (SHBA, 1926)?

Çfarë regjistron një gramafon?

Çfarë nxirret nga vargu?

Çfarë matet në decibel?

Çfarë studion akustika?

Përforcohet nga një megafon

Shushurimë dhe gjëmim

Çfarë studiojnë akustikët?

Valë akustike

Valë me frekuencë 1000 Hertz

Thye heshtjen

Ajo që dëgjojmë

Valë për veshin

Çfarë thotë mikrofoni?

Çfarë përforcohet nga një megafon?

Baza e "Z" në ultratinguj

Çfarë dëgjon veshi?

Çfarë e amplifikon një megafon?

Valë e kapur nga veshi

Çfarë na kapin veshët?

Akustika është një fushë e fizikës që studion dridhjet dhe valët elastike nga frekuencat më të ulëta deri te ato jashtëzakonisht të larta (10 12 -10 13 Hz). Akustika moderne mbulon një gamë të gjerë çështjesh në të dallohen një sërë seksionesh: akustika fizike, e cila studion veçoritë e përhapjes së valëve elastike; mjedise të ndryshme, akustika fiziologjike, e cila studion strukturën dhe funksionimin e organeve që perceptojnë dhe prodhojnë tinguj te njerëzit dhe kafshët, etj. në kuptimin e ngushtë Fjalët "akustikë" nënkuptojnë studimin e zërit, d.m.th. rreth dridhjeve dhe valëve elastike në gaze, lëngje dhe të ngurta, e perceptuar nga veshi i njeriut (frekuenca nga 16 në 20,000 Hz).

8.1. NATYRA E TINGUT. KARAKTERISTIKAT FIZIKE

Dridhjet e zërit dhe valët - rast i veçantë dridhjet dhe valët mekanike. Megjithatë, për shkak të rëndësisë konceptet akustike për të vlerësuar ndjesitë dëgjimore, si dhe në lidhje me aplikimet mjekësore, këshillohet që të shqyrtohen në mënyrë specifike disa pyetje. Është zakon të dallohen tingujt e mëposhtëm:

1) tonet ose tingujt muzikorë;

2) zhurma;

3) bumet e zërit.

Quhet tontingull,që është një proces periodik. Nëse ky proces është harmonik, atëherë thirret toni thjeshtë ose i pastër, dhe vala korresponduese zanore e planit përshkruhet me ekuacionin (7.45). Karakteristika kryesore fizike e një tone të pastër është frekuenca. Anharmonike 1 korrespondon me luhatjen vështirë ton. Një ton i thjeshtë prodhohet, për shembull, nga një pirun akordimi, një ton kompleks krijohet nga instrumentet muzikore, aparati i të folurit (tingujt e zanoreve), etj.

Një ton kompleks mund të ndahet në të thjeshta. Frekuenca më e ulët ν ο e një zgjerimi të tillë korrespondon me ton bazë harmonike të tjera (zëvendosje) kanë frekuenca të barabarta me 2ν ο, 3ν ο, etj. Një grup frekuencash që tregojnë intensitetin e tyre relativ (amplitudë A) thirrur në mënyrë akustike

1 Vibrim anharmonik - joharmonik.

spektri qiellor(shih 6.4). Spektri i një toni kompleks është linear; në Fig. 8.1 tregon spektrat akustike të së njëjtës notë (ν 0 = 100 Hz), e marrë në piano (a) dhe klarinetë (b). Kështu, spektri akustik është një karakteristikë e rëndësishme fizike e një toni kompleks.

Zhurma është një tingull që ka një varësi kohore komplekse, që nuk përsëritet.

Oriz. 8.1

Zhurma përfshin tingujt nga dridhjet e makinave, duartrokitjet, zhurmën e flakës së djegësit, shushurimën, kërcitjen, tingujt bashkëtingëllore të të folurit, etj.

Zhurma mund të konsiderohet si një kombinim i toneve komplekse që ndryshojnë rastësisht. Nëse përpiqemi, me një farë konvencioni, të zbërthejmë zhurmën në një spektër, rezulton se ky spektër do të jetë i vazhdueshëm, për shembull, spektri i marrë nga zhurma e djegies së një djegësi me gaz Bunsen (Fig. 8.2).

Një bum zanor është një ndikim afatshkurtër i zërit: zhurmë, shpërthim etj. Një bum zanor nuk duhet të ngatërrohet me valë goditëse (shih 7.10).

1 Në mënyrë rigoroze, në këtë formulë nënr duhet kuptuar amplituda mesatare e presionit të zërit.

8.2. KARAKTERISTIKAT E NDIJES AUDITORIKE. MATJE TË TINGUT

8.1 konsiderohen karakteristika objektive të zërit që mund të vlerësohen nga instrumentet e duhura, pavarësisht nga individi. Sidoqoftë, zëri është një objekt ndjesi dëgjimore, prandaj vlerësohet nga një person subjektivisht.

Kur percepton tonet, një person i dallon ato sipas lartësisë.

Lartësia- karakteristikë subjektive, i përcaktuar kryesisht nga frekuenca e tonit themelor.

Në një masë shumë më të vogël, lartësia varet nga kompleksiteti i tonit dhe intensiteti i tij: një tingull me intensitet më të madh perceptohet si një tingull i një toni më të ulët.

Timbër tingulli përcaktohet pothuajse ekskluzivisht nga përbërja e tij spektrale.

Në Fig. 8.1, spektra të ndryshëm akustikë korrespondojnë me timbre të ndryshme, megjithëse toni themelor dhe rrjedhimisht lartësia janë të njëjta.

Vëllimi- edhe një vlerësim subjektiv tingull, i cili karakterizon nivelin e ndjeshmërisë dëgjimore.

Megjithëse subjektive, zhurma mund të matet duke krahasuar ndjesinë dëgjimore të dy burimeve.

Baza për krijimin e një shkalle të nivelit të vëllimit është e rëndësishme ligji psikofizik i Weber-Fechner: nëse rrit acarimin në progresion gjeometrik (d.m.th. të njëjtin numër herë), atëherë ndjesia e këtij acarimi rritet me progresion aritmetik(d.m.th. me të njëjtën sasi).

Në lidhje me zërin, kjo do të thotë se nëse intensiteti i zërit merr një sërë vlerash të njëpasnjëshme, për shembull a1 0, a 2 1 0 dhe 3 1 0 (a është një koeficient i caktuar, A>1), etj., pastaj ndjesitë përkatëse të vëllimit të zërit E 0, 2E 0, 3E 0, etj.

Matematikisht, kjo do të thotë se forca e zërit është në përpjesëtim me logaritmin e intensitetit të zërit.

Nëse ka dy stimuj tingujsh me intensitete I dhe unë 0, dhe unë 0 është pragu i dëgjimit, atëherë bazuar në ligj Weber-Fechner zhurma në lidhje me të lidhet me intensitetet si më poshtë:

E= klg (I/ Unë,), (8.3)

Ku k- një koeficient të caktuar proporcionaliteti në varësi të shpeshtësisë dhe intensitetit.

Nëse koeficienti k ishte konstante, atëherë nga (8.1) dhe (8.3) do të pasonte se shkallë logaritmike intensiteti i zërit korrespondon me shkallën e volumit. Në këtë rast, forca e zërit, si dhe intensiteti, do të shpreheshin në bel ose decibel. Megjithatë, varësia e fortë k nga frekuenca dhe intensiteti i zërit nuk lejon që matja e zërit të reduktohet në përdorimin e thjeshtë të formulës (8.3).

Në mënyrë konvencionale, supozohet se në një frekuencë prej 1 kHz shkallët e vëllimit dhe intensitetit të zërit përputhen plotësisht, d.m.th. k = 1 dhe E b = log (I/I 0), ose, për analogji me (8.2):

E f = 10 log (I/l0). (8.4)

Për ta dalluar atë nga shkalla e intensitetit të zërit në shkallën e zërit, quhen decibel prejardhje(sfondi).

Zëri i zërit në frekuenca të tjera mund të matet duke krahasuar tingullin e interesit me një tingull në 1 kHz. Për ta bërë këtë duke përdorur gjenerator i zërit 1 krijoni një tingull me një frekuencë prej 1 kHz. Intensiteti i zërit ndryshon derisa të shfaqet një ndjesi dëgjimore e ngjashme me ndjesinë e volumit të tingullit që studiohet. Intensiteti i një tingulli me frekuencë 1 kHz në decibel, i matur nga pajisja, është i barabartë me volumin e këtij tingulli në sfond.

Për të gjetur një korrespodencë midis volumit dhe intensitetit të tingullit në frekuenca të ndryshme, përdorni kthesa me zë të barabartë (Fig. 8.4). Këto kthesa bazohen në të dhënat mesatare të marra nga njerëzit me dëgjim normal kur maten duke përdorur metodën e përshkruar më sipër.

Kurba e poshtme korrespondon me intensitetin e tingujve më të dobët të dëgjueshëm - pragun e dëgjueshmërisë; për të gjitha frekuencat Eph = 0, për intensitetin e zërit 1 kHz Unë 0= 1 pW/m2.

1 Nga kthesat e mësipërme mund të shihet se veshi mesatar i njeriut është më i ndjeshëm ndaj frekuencave 2500-3000 Hz. Çdo kurbë e ndërmjetme korrespondon me të njëjtin vëllim, por me intensitet të ndryshëm zëri për frekuenca të ndryshme. Duke përdorur një kurbë të veçantë të barabartë me zërin, mund të gjenden intensitetet që, në frekuenca të caktuara, shkaktojnë ndjesinë e kësaj zhurme. Duke përdorur një grup kthesash me zë të barabartë, mund të gjeni për të ndryshme Një gjenerator i zërit quhet, duke gjeneruar dridhje elektrike me frekuenca në diapazonin audio. Megjithatë, vetë gjeneratori i zërit nuk është burimi i zërit. Nëse vibrimi që krijon aplikohet në një altoparlant, atëherë shfaqet një tingull, tonaliteti i të cilit korrespondon me frekuencën e gjeneratorit. Gjeneratori i zërit siguron aftësinë për të ndryshuar pa probleme amplituda dhe frekuenca e dridhjeve.

frekuencat e volumit që korrespondojnë me një intensitet të caktuar. Për shembull, le të jetë 60 dB intensiteti i një tingulli me frekuencë 100 Hz. Sa është vëllimi i këtij tingulli? Në Fig. 8.2 gjejmë një pikë me koordinata 100 Hz, 60 dB. Shtrihet në kurbën që korrespondon me një nivel vëllimi prej 30 von, që është përgjigja.

Për të pasur ide të caktuara rreth tingujve të natyrës së ndryshme, paraqesim karakteristikat e tyre fizike (Tabela 8.1).

Tabela 8.1

Metoda për matjen e mprehtësisë së dëgjimit quhet audiometri. Gjatë audiometrisë në një pajisje të veçantë (audiometer) përcaktimi i pragut të ndjesisë dëgjimore në frekuenca të ndryshme; kurba që rezulton quhet diagrami audio. Krahasimi i audiogramit të një personi të sëmurë me një kurbë normale të pragut të dëgjimit ndihmon në diagnostikimin e sëmundjes së dëgjimit.

Për të matur në mënyrë objektive nivelin e volumit të zhurmës, përdoret matës i nivelit të zërit Strukturisht, ajo korrespondon me diagramin e treguar në Fig. 8.3. Vetitë e matësit të nivelit të zërit afrohen me ato të veshit të njeriut (shih kthesat e barabarta të zërit në Fig. 8.4), për këtë qëllim përdoren filtra elektrikë korrigjues për diapazon të ndryshëm të niveleve të zërit.

8.3. BAZAT FIZIKE TË TINGUARIT METODAT E KËRKIMIT NË KLINIKË

Tingulli, si drita, është një burim informacioni dhe kjo është rëndësia e tij kryesore.

Tingujt e natyrës, të folurit e njerëzve përreth nesh, zhurma e makinerive në punë na tregojnë shumë. Për të imagjinuar kuptimin e zërit për një person, mjafton që përkohësisht të privoni veten nga aftësia për të perceptuar tingullin - mbyllni veshët.

Natyrisht, tingulli mund të jetë gjithashtu një burim informacioni për shtetin organet e brendshme person. Metoda e zakonshme e zërit

diagnostifikimi i sëmundjeve - auskultim(dëgjim) - i njohur që nga shekulli II. para Krishtit Përdoret për auskultim stetoskop ose fonendoskop. Fonendoskopi (Fig. 8.5) përbëhet nga një kapsulë e zbrazët 1 me një membranë transmetuese të zërit 2, e aplikuar në trupin e pacientit, tuba gome që vijnë prej tij 3 në veshin e mjekut. Në kapsulën e zbrazët ndodh një rezonancë e kolonës së ajrit, si rezultat i së cilës tingulli intensifikohet dhe akumulimi përmirësohet.

Kur dëgjoni mushkëritë, dëgjoni tingujt e frymëmarrjes, fishkëllima të ndryshme karakteristike e sëmundjeve. Nga ndryshimet në tingujt e zemrës dhe shfaqja e zhurmave, mund të gjykohet gjendja e aktivitetit kardiak. Duke përdorur auskultimin, mund të përcaktoni praninë e peristaltikës së stomakut dhe zorrëve dhe të dëgjoni rrahjet e zemrës së fetusit.

Për të dëgjuar njëkohësisht një pacient nga disa studiues për qëllime edukative ose gjatë një konsultimi, përdoret një sistem që përfshin një mikrofon, një përforcues dhe një altoparlant ose disa telefona.

Për të diagnostikuar gjendjen e aktivitetit kardiak, përdoret një metodë e ngjashme me auskultimin dhe quhet fonokardiografia(FKG).

Kjo metodë konsiston në regjistrimin grafik të tingujve dhe zhurmave të zemrës dhe interpretimin e tyre diagnostik. Fonokardiogrami regjistrohet duke përdorur një fonokardiograf (Fig. 8.6), i përbërë nga një mikrofon, një përforcues, një sistem filtrash të frekuencës dhe një pajisje regjistrimi. Në Fig. Figura 8.7 tregon një fonokardiogram normal. Është thelbësisht e ndryshme nga dy metodat e shëndosha të përshkruara më sipër goditje me goditje.

Në këtë metodë, tingulli i pjesëve të veçanta të trupit dëgjohet duke i prekur ato. Le të imagjinojmë një zgavër të mbyllur të mbushur me ajër brenda një trupi. Nëse thirret në këtë organ dridhjet e zërit

, atëherë në një frekuencë të caktuar zëri, ajri në zgavër do të fillojë të rezonojë, duke lëshuar dhe përforcuar një ton që korrespondon me madhësinë dhe pozicionin e zgavrës.

Në mënyrë skematike, trupi i njeriut mund të përfaqësohet si një grup vëllimesh të mbushura me gaz (mushkëri), të lëngshme (organet e brendshme) dhe të ngurta (kockave). Kur godasin sipërfaqen e një trupi, ndodhin dridhje, frekuencat e të cilave kanë një gamë të gjerë. Nga ky varg, disa dridhje do të zbehen mjaft shpejt, ndërsa të tjerat, që përkojnë me dridhjet natyrore të zbrazëtirave, do të intensifikohen dhe, për shkak të rezonancës, do të jenë të dëgjueshme. Një mjek me përvojë përcakton gjendjen dhe topografinë e organeve të brendshme me tonin e tingujve të goditjes.

8.4. REZISTENCA NË VALË. REFLEKTIMI I VALËVE ZËRORE. REVERBERIM Presioni i zërit r

varet nga shpejtësia υ e grimcave lëkundëse të mediumit. Llogaritjet tregojnë se

Tabela 8.2

Këto të dhëna janë mbresëlënëse: rezulton se vetëm një pjesë shumë e vogël e energjisë së valës së zërit kalon nga ajri në beton dhe në ujë. Në çdo hapësirë ​​të mbyllur, tingulli i reflektuar nga muret, tavanet, mobiljet bien mbi mure të tjera, dysheme etj., përsëri reflektohet dhe përthithet dhe gradualisht zbehet. Prandaj, edhe pasi burimi i zërit ndalon, ka ende valë zanore në dhomë që krijojnë zhurmë. Kjo është veçanërisht e dukshme në sallat e mëdha të bollshme. Procesi i dobësimit gradual të zërit në ambiente të mbyllura pas fikjes thirret burimi jehonë.

Reverberimi, nga njëra anë, është i dobishëm, pasi perceptimi i zërit përmirësohet nga energjia e valës së reflektuar, por, nga ana tjetër, jehona tepër e gjatë mund të përkeqësojë ndjeshëm perceptimin e të folurit dhe muzikës, pasi çdo pjesë e re e teksti mbivendoset me ato të mëparshmet. Në këtë drejtim, ata zakonisht tregojnë disa koha optimale jehona, e cila merret parasysh gjatë ndërtimit të auditorëve, teatrove dhe sallat e koncerteve etj. Për shembull, koha e jehonës së një sallë të kolonave të mbushura në Shtëpinë e Sindikatave në Moskë është 1.70 s, një e mbushur Teatri Bolshoi- 1.55 s. Për këto dhoma (bosh), koha e reverberimit është përkatësisht 4.55 dhe 2.06 s.

8.5. FIZIKA E DËGJIMIT

Sistemi i dëgjimit lidh marrësin e drejtpërdrejtë të valëve të zërit me trurin.

Duke përdorur konceptet e kibernetikës, mund të themi se sistemi dëgjimor merr, përpunon dhe transmeton informacion. Nga të gjitha sistemi i dëgjimit Për të shqyrtuar fizikën e dëgjimit, do të dallojmë veshët e jashtëm, të mesëm dhe të brendshëm.

Veshi i jashtëm përbëhet nga veshi 1 dhe kanali i jashtëm i dëgjimit 2 (Fig. 8.8).

Oriz. 8.9

Aurikula tek njerëzit nuk luan një rol të rëndësishëm në dëgjim. Ndihmon në përcaktimin e lokalizimit të burimit të zërit kur ai ndodhet në rrafshin sagittal. Le ta shpjegojmë këtë. Tingulli nga burimi hyn në vesh. Në varësi të pozicionit të burimit në rrafshin vertikal (Fig. 8.9), valët e zërit do të difraktohen ndryshe në veshkë për shkak të formës së saj specifike. Kjo gjithashtu do të çojë në ndryshim të ndryshëm përbërje spektrale vala e zërit që hyn në kanalin e veshit (çështjet e difraksionit diskutohen më në detaje në 24.6). Si rezultat i përvojës, një person ka mësuar të shoqërojë ndryshimet në spektrin e një valë zanore me drejtimin drejt burimit të zërit (drejtimet A, B Dhe NË në Fig. 8.9).

Duke poseduar dy marrës të zërit (veshët), njerëzit dhe kafshët janë në gjendje të përcaktojnë drejtimin drejt burimit të zërit dhe në plan horizontal(efekt binaural; Fig. 8.10). Kjo shpjegohet me faktin se zëri përshkon distanca të ndryshme nga burimi në veshë të ndryshëm dhe lind një ndryshim fazor për valët që hyjnë në veshët e djathtë dhe të majtë. Marrëdhënia midis ndryshimit në këto distanca (δ) dhe ndryshimit të fazës (Δφ) rrjedh në 24.1 në shpjegimin e ndërhyrjes së dritës [shih (24.9)]. Nëse burimi i zërit ndodhet drejtpërdrejt përpara fytyrës së një personi, atëherë δ = 0 dhe Δφ = 0 nëse burimi i zërit ndodhet në anën përballë njërit prej veshëve, atëherë ai do të hyjë në veshin tjetër me vonesë. Le të supozojmë përafërsisht se në këtë rast δ është e barabartë me distancën ndërmjet veshët. Duke përdorur formulën (24.9), diferenca e fazës mund të llogaritet për ν = 1 kHz dhe δ = 0.15 m. Është afërsisht e barabartë me 180°.

Drejtimet e ndryshme drejt burimit të zërit në planin horizontal do të korrespondojnë me një ndryshim fazor midis 0° dhe 180° (për të dhënat e mësipërme). Besohet se një person me dëgjim normal mund të rregullojë drejtimin e një burimi të zërit me një saktësi prej 3 °, kjo korrespondon me një ndryshim fazor prej 6 °. Prandaj, mund të supozohet se njerëzit

Oriz. 8.10

qepalla është në gjendje të dallojë ndryshimet në diferencën e fazës së valëve të zërit që hyjnë në veshët e saj me një saktësi prej 6°.

Përveç ndryshimit të fazës, efekti binaural lehtësohet nga ndryshimi në intensitetin e zërit në veshë të ndryshëm, si dhe hija akustike nga koka për një vesh. Në Fig. Figura 8.10 tregon skematikisht se zëri nga një burim hyn në veshin e majtë si rezultat i difraksionit.

Vala e zërit kalon nëpër kanalin e veshit dhe pjesërisht reflektohet nga daullja e veshit 3. Si rezultat i ndërhyrjes së valëve të rënë dhe të reflektuara, mund të ndodhë rezonanca akustike. Kjo ndodh kur gjatësia e valës është katër herë më e madhe se gjatësia e kanalit të jashtëm të dëgjimit. Gjatësia e kanalit të veshit tek njerëzit është afërsisht 2.3 cm; Prandaj, rezonanca akustike ndodh në një frekuencë:

Pjesa më thelbësore e veshit të mesëm është daullja e veshit 3 dhe kockat dëgjimore: çekiç 4, incus 5 dhe trazues 6 me muskujt, tendinat dhe ligamentet përkatëse. Kockat transmetojnë dridhje mekanike nga mjedisi ajror veshi i jashtëm në mjedisin e lëngshëm të veshit të brendshëm. Mjeti i lëngshëm i veshit të brendshëm ka një rezistencë karakteristike afërsisht të barabartë me rezistencën karakteristike të ujit. Siç u tregua (shih 8.4), kur tranzicioni i drejtpërdrejtë Nga një valë zanore nga ajri në ujë, transmetohet vetëm 0,122% e intensitetit të incidentit. Kjo është shumë pak. Prandaj, qëllimi kryesor i veshit të mesëm është të ndihmojë në transmetimin e intensitetit më të madh të zërit në veshin e brendshëm. Duke përdorur gjuha teknike, mund të themi se veshi i mesëm përputhet me rezistencën valore të ajrit dhe lëngut të veshit të brendshëm.

Sistemi i kockave në njërin skaj është i lidhur me një çekiç me daullen e veshit (zona S 1= 64 mm 2), nga ana tjetër - një trazues - me një dritare ovale 7 veshi i brendshëm (zona S 2 = 3 mm 2).

Presioni i zërit p 1 vepron në daullen e veshit, i cili përcakton forcën

në 8, thirrur shkallë vestibulare. Një kanal tjetër vjen nga dritarja e rrumbullakët 9, quhet Scala tympani 10. Shkallët vestibulare dhe timpanike janë të lidhura në zonën e kupolës së kokleës përmes një hapjeje të vogël - helikotrema 11. Kështu, të dy këto kanale në një farë mënyre përfaqësojnë një sistem të vetëm të mbushur me peri-limfë. Lëkundjet e stapes 6 transmetohet në membranën e dritares ovale 7, nga ajo në perilimfë dhe "shfryni" membranën e dritares së rrumbullakët 9. Hapësira ndërmjet scalës vestibulare dhe scalës timpanit quhet kanali koklear 12,është e mbushur me endolimfë. Membrana kryesore (bazilare) kalon midis kanalit koklear dhe timpanit të skalës përgjatë kokleës. 13. Ai përmban organin e Corti, i cili përmban qeliza receptore (qime) dhe nervi i dëgjimit shtrihet nga koklea (këto detaje nuk janë paraqitur në Fig. 8.9).

Organi i Corti (organ spirale) konvertohet dridhjet mekanike në një sinjal elektrik.

Gjatësia e membranës kryesore është rreth 32 mm, ajo zgjerohet dhe hollohet në drejtim nga dritarja ovale në kulmin e kokleës (nga një gjerësi prej 0,1 deri në 0,5 mm). Membrana kryesore është një strukturë shumë interesante për fizikën, ajo ka veti përzgjedhëse të frekuencës. Kjo u vu re nga Helmholtz, i cili e parashikoi membranën kryesore si analoge me një seri telash të akorduar në një piano. Laureat Çmimin Nobel Bekesy vërtetoi gabimin e kësaj teorie rezonatore. Puna e Bekesy-t tregoi se membrana kryesore është një linjë heterogjene e transmetimit të ngacmimit mekanik. Kur ekspozohet ndaj një stimuli akustik, një valë përhapet përgjatë membranës kryesore. Në varësi të frekuencës, kjo valë dobësohet ndryshe. Sa më e ulët të jetë frekuenca, aq më larg nga dritarja ovale vala do të udhëtojë përgjatë membranës kryesore përpara se të fillojë të dobësohet. Për shembull, një valë me një frekuencë prej 300 Hz do të përhapet në afërsisht 25 mm nga dritarja ovale përpara se të fillojë zbutja, dhe një valë me një frekuencë prej 100 Hz arrin maksimumin e saj afër 30 mm.

Bazuar në këto vëzhgime, u zhvilluan teori sipas të cilave perceptimi i lartësisë përcaktohet nga pozicioni i dridhjes maksimale të membranës kryesore. Kështu, një zinxhir i caktuar funksional mund të gjurmohet në veshin e brendshëm: lëkundje e membranës së dritares ovale - lëkundje e perilimfës - lëkundje komplekse të membranës kryesore - acarim i qelizave të flokëve (receptorët e organit të Kortit) - gjenerimi i një elektrik. sinjal.

Disa forma të shurdhimit shoqërohen me dëmtim të aparatit receptor të kokleës. Në këtë rast, koklea nuk gjeneron sinjale elektrike.

nalet kur ekspozohen ndaj dridhjeve mekanike. Njerëz të tillë të shurdhër mund të ndihmohen duke futur elektroda në kokle dhe duke aplikuar sinjale elektrike në to që korrespondojnë me ato që lindin kur ekspozohen ndaj një stimuli mekanik.

Proteza të tilla për funksionin kryesor të kokleës (protetika kokleare) po zhvillohen në një sërë vendesh. Në Rusi, proteza kokleare u zhvillua dhe u zbatua në Universitetin Mjekësor Rus. Proteza kokleare është paraqitur në Fig. 8.12, këtu 1 - trupi kryesor, 2 - kapëse veshi me mikrofon, 3 - spina lidhëse elektrike për lidhje me elektroda të implantueshme.

8.6. APLIKIMET E ULTRAZËRI DHE BGO NË Mjekësi

Ultratinguj(SHBA) janë dridhje dhe valë mekanike frekuencat e të cilave janë më shumë se 20 kHz.

Kufiri i sipërm i frekuencave tejzanor mund të konsiderohet të jetë 10 9 -10 10 Hz. Ky kufi përcaktohet nga distancat ndërmolekulare dhe prandaj varet nga gjendja e grumbullimit një substancë në të cilën përhapet një valë ultrasonike.

Për të gjeneruar ultratinguj, përdoren pajisje të quajtura emetues të ultrazërit. Më të përhapurit janë emetuesit elektromekanikë të bazuar në fenomenin e kundërt. efekt piezoelektrik(shih 14.7).

Efekti i kundërt piezoelektrik është është në deformimin mekanik të trupave nën ndikim. Pjesa kryesore e një emetuesi të tillë (Fig. 8.13, a) është një pllakë ose shufër 1 e bërë nga një substancë me veti piezoelektrike të përcaktuara mirë (kuarc, kripë Rochelle, material qeramik i bazuar në titanat barium, etj.). Elektrodat 2 aplikohen në sipërfaqen e pllakës në formën e shtresave përçuese Nëse në elektroda aplikohet një tension elektrik i alternuar nga një gjenerator 3, atëherë pllaka, falë efektit piezoelektrik të anasjelltë, do të fillojë të dridhet, duke lëshuar një valë mekanike të frekuencës përkatëse.

Efekti më i madh i rrezatimit të valëve mekanike ndodh kur plotësohet kushti i rezonancës (shih 7.6). Kështu, për pllakat 1 mm të trasha, rezonanca ndodh për kuarcin me një frekuencë prej 2,87 MHz, kripën Rochelle - 1,5 MHz dhe titanatin e bariumit - 2,75 MHz.

Një marrës me ultratinguj mund të krijohet bazuar në efektin piezoelektrik (efekti piezoelektrik i drejtpërdrejtë). Në këtë rast, nën ndikimin e një vale mekanike (valë ultrasonike), ndodh deformimi i kristalit (Fig. 8.13, b), i cili, me efektin piezoelektrik, çon në gjenerimin e një fushe elektrike alternative; mund të matet tensioni përkatës elektrik.

Përdorimi i ultrazërit në mjekësi shoqërohet me veçoritë e shpërndarjes së tij dhe vetitë karakteristike. Le ta shqyrtojmë këtë pyetje.

Nga natyra fizike Ultratingulli, si zëri, është një valë mekanike (elastike). Megjithatë, gjatësia e valës së ultrazërit është dukshëm më e vogël se gjatësia e valës së zërit. Për shembull, në ujë gjatësitë e valëve janë 1.4 m (1 kHz, zë), 1.4 mm (1 MHz, ultratinguj) dhe 1.4 μm (1 GHz, ultratinguj). Difraksioni i valës (shih 24.5) varet në mënyrë të konsiderueshme nga raporti i gjatësisë së valës dhe madhësisë së trupave mbi të cilët difraktohet vala. Një trup "i errët" me përmasa 1 m nuk do të jetë pengesë për një valë zanore me gjatësi 1.4 m, por do të bëhet pengesë për një valë ultratinguj me gjatësi 1.4 mm dhe do të shfaqet një hije me ultratinguj. Kjo bën të mundur që në disa raste të mos merret parasysh difraksioni i valëve ultrasonike, duke i konsideruar këto valë si rreze gjatë përthyerjes dhe reflektimit (të ngjashme me përthyerjen dhe reflektimin e rrezeve të dritës).

Pasqyrimi i ultrazërit në kufirin e dy mediave varet nga raporti i impedancave të tyre të valës (shih 8.4). Kështu, ekografia reflektohet mirë në kufijtë muskul-periosteum-kockë, në sipërfaqen e organeve të zgavra, etj.

Prandaj, është e mundur të përcaktohet vendndodhja dhe madhësia e përfshirjeve johomogjene, zgavrave, organeve të brendshme, etj. (Vendndodhja me ultratinguj). Vendndodhja e ultrazërit përdor rrezatim të vazhdueshëm dhe pulsues. Në rastin e parë, studiohet një valë në këmbë që lind nga ndërhyrja e valëve të incidentit dhe të reflektuara nga ndërfaqja. Në rastin e dytë, vërehet pulsi i reflektuar dhe matet koha e përhapjes së ultrazërit në objektin në studim dhe mbrapa. Duke ditur shpejtësinë e përhapjes së ultrazërit, përcaktohet thellësia e objektit.

Rezistenca valore e mediave biologjike është 3000 herë më e madhe se rezistenca e valës së ajrit. Prandaj, nëse një emetues me ultratinguj aplikohet në trupin e njeriut, ekografia nuk do të depërtojë brenda, por do të reflektohet për shkak të një shtrese të hollë ajri midis emetuesit dhe objektit biologjik (shih 8.4). Për të eliminuar shtresën e ajrit, sipërfaqja e emetuesit tejzanor është e mbuluar me një shtresë vaji.

Shpejtësia e përhapjes valët tejzanor dhe përthithja e tyre varet dukshëm nga gjendja e mjedisit; Kjo është baza për përdorimin e ultrazërit për të studiuar vetitë molekulare substancave. Kërkimet e këtij lloji janë objekt i akustikës molekulare.

Siç shihet nga (7.53), intensiteti i valës është proporcional me katrorin e frekuencës rrethore, prandaj është e mundur të merren valë ultrasonike me intensitet të konsiderueshëm edhe me një amplitudë relativisht të vogël lëkundjesh. Përshpejtimi i grimcave që lëkunden në një valë ultrasonike mund të jetë gjithashtu i madh [shih. (7.12)], e cila tregon praninë e forcave të rëndësishme që veprojnë mbi grimcat në indet biologjike gjatë rrezatimit me ultratinguj.

Ngjeshjet dhe rrallimet e krijuara nga ekografia çojnë në formimin e ndërprerjeve në vazhdimësinë e kavitacioneve të lëngut.

Kavitacionet nuk zgjasin shumë dhe shpejt shemben, ndërsa energjia e konsiderueshme lirohet në vëllime të vogla, ndodh ngrohja e substancës, si dhe jonizimi dhe shpërbërja e molekulave.

Proceset fizike të shkaktuara nga ndikimi i ultrazërit shkaktojnë efektet kryesore të mëposhtme në objektet biologjike:

Mikrovibrimet në nivel qelizor dhe nënqelizor;

Shkatërrimi i biomakromolekulave;

Rindërtimi dhe dëmtimi membranat biologjike, ndryshim në përshkueshmërinë e membranës (shih Kapitullin 13);

Veprim termik;

Aplikimet biomjekësore të ultrazërit mund të ndahen kryesisht në dy fusha: metodat diagnostikuese dhe kërkimore dhe metodat e ekspozimit.

Drejtimi i parë përfshin metodat e vendndodhjes dhe përdorimin e rrezatimit pulsues. Kjo ekoencefalografia- përcaktimi i tumoreve dhe edemës cerebrale (Fig. 8.14 tregon ekoencefalograf"Echo-12"); kardiografi me ultratinguj- matja e madhësisë së zemrës në dinamikë; në oftalmologji - vendndodhja me ultratinguj për të përcaktuar madhësinë e mediumit okular. Duke përdorur efektin e ultrazërit Doppler, studiohet modeli i lëvizjes së valvulave të zemrës dhe matet shpejtësia e rrjedhjes së gjakut. Për qëllime diagnostikuese, dendësia e kockës së shkrirë ose të dëmtuar përcaktohet nga shpejtësia e ultrazërit.

Drejtimi i dytë ka të bëjë fizioterapi me ultratinguj. Në Fig. Figura 8.15 tregon aparatin UTP-ZM të përdorur për këto qëllime. Pacienti i ekspozohet ultrazërit duke përdorur një kokë të veçantë rrezatuese të pajisjes. Zakonisht, ultratingulli me një frekuencë prej 800 kHz përdoret për qëllime terapeutike, intensiteti mesatar i tij është rreth 1 W / cm 2 ose më pak.

Mekanizmat parësorë të terapisë me ultratinguj janë mekanike dhe veprim termik mbi pëlhurë.

Gjatë operacioneve, ultratingulli përdoret si një "bisturi tejzanor", i aftë për të prerë indet e buta dhe kockore.

Aftësia e ultrazërit për të shtypur trupat e vendosur në lëng dhe për të krijuar emulsione përdoret në industrinë farmaceutike në prodhimin e barnave. Në trajtimin e sëmundjeve të tilla si tuberkulozi, astma bronkiale, katara e traktit të sipërm respirator, përdoren aerosole të substancave të ndryshme medicinale të marra duke përdorur ultratinguj.

Aktualisht i zhvilluar metodë e re"Saldimi" i indit kockor të dëmtuar ose të transplantuar duke përdorur ultratinguj (Osteosinteza me ultratinguj).

Efekti shkatërrues i ultrazërit në mikroorganizma përdoret për sterilizim.

Përdorimi i ultrazërit për të verbrit është interesant. Falë vendndodhjes tejzanor duke përdorur pajisjen portative Orientir, ju mund të zbuloni objekte dhe të përcaktoni natyrën e tyre në një distancë deri në 10 m.

Shembujt e listuar nuk shterojnë të gjitha aplikimet mjekësore dhe biologjike të ultrazërit, perspektiva e zgjerimit të këtyre aplikacioneve është vërtet e madhe. Kështu, ne mund të presim, për shembull, shfaqjen e metodave themelore të reja diagnostikuese me futjen e holografisë me ultratinguj në mjekësi (shih Kapitullin 24).

8.7. INFRAZËR

Infratingulli është emri që u jepet valëve mekanike (elastike) me frekuenca më të ulëta se ato të perceptuara nga veshi i njeriut (20 Hz).

Burimet e infratingujve mund të jenë objekte natyrore (det, tërmet, rrufe etj.) dhe artificiale (shpërthime, makina, vegla makinerie etj.).

Infratingulli shoqërohet shpesh me zhurmë të dëgjueshme, për shembull në një makinë, kështu që lindin vështirësi në matjen dhe studimin e vetë dridhjeve të infratingujve.

Infratingulli karakterizohet nga një përthithje e dobët mjedise të ndryshme, kështu që përhapet në një distancë të konsiderueshme. Kjo lejon përhapjen e infratingujve në kores së tokës zbuloni një shpërthim në një distancë të madhe nga burimi i tij, parashikoni një cunami bazuar në valët e matura infratingujsh, etj. Meqenëse gjatësia e valës së infratingullit është më e gjatë se ajo e tingujve të dëgjueshëm, valët infratinguj shpërthejnë më mirë dhe depërtojnë në dhoma, duke anashkaluar pengesat.

Infratingulli ka një efekt negativ në gjendjen funksionale të një numri sistemesh të trupit: lodhje, dhimbje koke, përgjumje, acarim, etj. Supozohet se mekanizmi primar i veprimit të infratingujve në trup është i natyrës rezonante. Rezonanca ndodh në vlera të ngushta të frekuencës së forcës lëvizëse dhe frekuencës së lëkundjeve natyrore (shih 7.6). Frekuenca e dridhjeve natyrore të trupit të njeriut në një pozicion të shtrirë (3-4 Hz), në këmbë (5-12 Hz), frekuenca e dridhjeve natyrore gjoks(5-8 Hz), zgavrën e barkut (3-4 Hz), etj. korrespondojnë me frekuencën e infratingujve.

Ulja e nivelit të intensitetit të infratingujve në ambientet e banimit, industriale dhe të transportit është një nga detyrat higjienike.

8.8. VIBRACIONET

Në teknologji, dridhjet mekanike dizajne të ndryshme dhe makinat u emëruan dridhjet

Ato gjithashtu prekin një person që bie në kontakt me objekte vibruese. Ky efekt mund të jetë i dëmshëm dhe, në kushte të caktuara, mund të çojë në sëmundje të dridhjeve, si dhe i dobishëm dhe terapeutik (terapia vibruese dhe masazhi vibrues).

Karakteristikat kryesore fizike të dridhjeve përkojnë me karakteristikat e dridhjeve mekanike të trupave, këto janë:

Frekuenca e lëkundjeve ose spektri harmonik i dridhjeve anharmonike;

Amplituda, amplituda e shpejtësisë dhe amplituda e nxitimit;

Energjia dhe fuqia mesatare e lëkundjeve.

Përveç kësaj, për të kuptuar efektin e dridhjeve në objekt biologjikËshtë e rëndësishme të imagjinohet përhapja dhe zbutja e dridhjeve në trup. Gjatë studimit të kësaj çështjeje, përdoren modele që përbëhen nga masa inerciale, elementë elastikë dhe viskozë (shih 10.3).

Dridhjet janë burimi i tingujve të dëgjueshëm, ultratingujve dhe infratingujve.

Tingulli është një fenomen që ka ngacmuar mendjet njerëzore që nga kohërat e lashta. Në fakt, një botë me tinguj të ndryshëm u ngrit në Tokë shumë kohë përpara se qeniet njerëzore të shfaqeshin në të. Tingujt e parë u dëgjuan gjatë lindjes së planetit tonë. Ata u thirrën me goditjet më të fuqishme, dridhje të materies dhe vlimi i lëndës së nxehtë.

Tingulli në mjedisin natyror

Kur kafshët e para u shfaqën në planet, me kalimin e kohës ata krijuan një nevojë urgjente për të marrë sa më shumë që të ishte e mundur. më shumë informacion për realitetin përreth. Dhe meqenëse tingulli është një nga bartësit kryesorë të informacionit, përfaqësuesit e faunës filluan të përjetojnë ndryshimet evolucionare trurit, i cili gradualisht çoi në formimin e organeve të dëgjimit.

Tani kafshët primitive mund të merrnin, duke kapur dridhjet e zërit, informacionin e nevojshëm rreth rrezikut, që shpesh buronte nga objekte të padukshme për syrin. Më vonë, qeniet e gjalla mësuan të përdorin tingujt për qëllime të tjera. Shtrirja e aplikimit të informacionit audio u rrit në procesin e evolucionit të vetë kafshëve. Sinjalet e zërit filluan të shërbenin si një mjet komunikimi primitiv midis tyre. Me tinguj ata filluan të paralajmërojnë njëri-tjetrin për rrezikun dhe shërbeu gjithashtu si një thirrje për bashkim për krijesat me instinktet e tufës.

Njeriu është mjeshtër i tingujve

Por vetëm njeriu arriti të mësojë të përdorë plotësisht tingullin për qëllimet e tij. Në një moment, njerëzit u përballën me nevojën për të transferuar njohuri tek njëri-tjetri dhe nga brezi në brez. Njeriu i nënshtronte këtyre qëllimeve shumëllojshmërinë e tingujve që mësoi me kalimin e kohës të prodhonte dhe perceptonte. Nga kjo mori tingujsh më pas doli fjalimi. Tingulli është bërë gjithashtu një mbushës i kohës së lirë. Njerëzit zbuluan eufoninë e bilbilit të një fije harku që lëshohej dhe energjinë e goditjes ritmike të objekteve prej druri kundër njëri-tjetrit. Kështu lindën instrumentet e para, më të thjeshta muzikore, dhe për rrjedhojë edhe vetë arti i muzikës.

Megjithatë komunikimi njerëzor dhe muzika nuk janë tingujt e vetëm që u shfaqën në Tokë me shfaqjen e njerëzve. Proceset e shumta të punës shoqëroheshin edhe me tinguj: prodhim artikuj të ndryshëm prej guri dhe druri. Dhe me ardhjen e qytetërimit, me shpikjen e rrotës, njerëzit për herë të parë u ndeshën me problemin e zhurmës së madhe. Dihet se tashmë në bota e lashtë Shkak bëhej shpesh trokitja e rrotave në rrugët e shtruara me gurë gjumë i keq nga banorët e shtëpive buzë rrugës. Për të luftuar këtë zhurmë, u shpik mjeti i parë i uljes së zhurmës: në trotuar u vendos kashtë.

Problemi i zhurmës në rritje

Kur njerëzimi mësoi përfitimet e hekurit, problemi i zhurmës filloi të merrte përmasa globale. Duke shpikur barutin, njeriu krijoi një burim tingulli të një fuqie të tillë që ishte i mjaftueshëm për të shkaktuar dëme të dukshme në aparatin e tij të dëgjimit. Gjatë epokës së revolucionit industrial, ndër efektet anësore të tilla negative si ndotja e mjedisit, rraskapitja burimet natyrore, Jo vendin e fundit problemi zë zhurma industriale volum të lartë.

Anekdotë nga jeta

Sidoqoftë, edhe sot, jo të gjithë prodhuesit e pajisjeve industriale i kushtojnë të paktën një vëmendje këtë çështje. Menaxhimi i jo të gjitha fabrikave dhe fabrikave është i shqetësuar për ruajtjen e dëgjimit të shëndetshëm midis vartësve të tyre.

Ndonjëherë dëgjon histori të tilla. Kryeinxhinieri i një prej ndërmarrjeve të mëdha industriale urdhëroi vendosjen e mikrofonave në punishtet më të zhurmshme, të lidhura me altoparlantët e vendosur jashtë ndërtesave. Sipas tij, në këtë mënyrë mikrofonët do të thithin një pjesë të zhurmës. Sigurisht, sado komike të jetë kjo histori, të bën të mendosh për arsyet e një analfabetizmi të tillë në çështjet që kanë të bëjnë me uljen e zhurmës dhe izolimin e zërit. Dhe e vetmja arsye për këtë është institucionet arsimore nivelet e larta, të mesme profesionale dhe të mesme të specializuara të arsimit vetëm në dekadat e fundit Filluan të futen kurse speciale në akustikë.

Shkenca e Tingullit

Përpjekjet e para për të kuptuar natyrën e tingullit u bënë nga Pitagora, i cili studioi dridhjet e një vargu. Pas Pitagorës për shekuj të gjatë kjo zonë nuk ka tërhequr asnjë interes tek studiuesit. Sigurisht, një numër shkencëtarësh të lashtë ishin të angazhuar në ndërtimin e teorive të tyre akustike, por këto kërkime shkencore nuk bazoheshin në llogaritjet matematikore, por ishin më shumë si arsyetime të ndryshme filozofike.

Dhe vetëm pas më shumë se një mijë vjetësh Galileo hodhi themelet për një shkencë të re të tingullit - akustikën. Pionierët më të shquar në këtë zonë ishin Rayleigh dhe Helmholtz. Ata krijuan në shekullin e nëntëmbëdhjetë bazë teorike akustikë moderne. Hermann Helmholtz është kryesisht i famshëm për studimet e tij të vetive të rezonatorëve dhe Rayleigh u bë laureat i Nobelit për punën e tij themelore në teorinë e tingullit.

Drejtimet kryesore të akustikës moderne

Të shumta punimet shkencore mbi studimin e natyrës së zhurmës dhe çështjet e reduktimit të zhurmës dhe izolimit të zhurmës u publikuan disa kohë më vonë. Punimet e para në këtë fushë kishin të bënin kryesisht me zhurmën e prodhuar nga transporti ajror dhe tokësor. Por me kalimin e kohës, kufijtë e këtyre studimeve janë zgjeruar ndjeshëm. Për momentin, shumica e vendeve të industrializuara kanë institutet e tyre kërkimore që janë të angazhuar në zhvillimin e zgjidhjeve për këto probleme.

Sot më së shumti njihen seksionet e mëposhtme të akustikës: e përgjithshme, gjeometrike, arkitekturore, ndërtimore, psikologjike, muzikore, biologjike, elektrike, aviacioni, transporti, mjekësore, ultratingulli, kuantike, të folurit, dixhital. Kapitujt në vijim do të shqyrtojnë disa nga këto fusha të shkencës së shëndoshë.

Dispozitat e përgjithshme

Para së gjithash, është e nevojshme të përkufizohet shkenca e diskutuar në këtë artikull. Akustika është fusha e njohurive për natyrën e zërit. Kjo shkencë studion dukuri të tilla si shfaqja, përhapja, ndjesia e zërit dhe efekte të ndryshme prodhuar nga zëri në organet e dëgjimit. Ashtu si të gjitha shkencat e tjera, akustika ka aparatin e saj konceptual.

Akustika është një shkencë që konsiderohet si një nga degët e shkencës fizike. Njëkohësisht është edhe fushë ndërdisiplinore, pra ka lidhje të ngushta me fusha të tjera të dijes. Ndërveprimi i akustikës me mekanikën, arkitekturën, teorinë e muzikës, psikologjinë, elektronikën dhe matematikën është më qartë i dukshëm. Formulat më të rëndësishme të akustikës kanë të bëjnë me vetitë e përhapjes së valëve të zërit në një mjedis elastik: ekuacionet e planit dhe valët në këmbë, formulat për llogaritjen e shpejtësisë së valës.

Aplikimi në muzikë

Akustika muzikore është një degë që studion tingujt muzikorë nga këndvështrimi i fizikës. Kjo industri është gjithashtu ndërdisiplinore. Punimet shkencore mbi akustikën muzikore përdorin në mënyrë aktive arritjet shkenca matematikore, teoria e muzikës dhe psikologjia. Konceptet bazë të kësaj shkence: lartësia, nuancat dinamike dhe timbrale të tingujve të përdorur në muzikë. Ky seksion Akustika ka për qëllim kryesisht studimin e ndjesive që lindin kur njerëzit perceptojnë tingujt, si dhe karakteristikat e intonacionit muzikor (riprodhimi i tingujve të një lartësie të caktuar). Një nga temat më të gjera kërkimore në akustikën muzikore është tema e instrumenteve muzikore.

Aplikimi në praktikë

Teoricienët e muzikës kanë aplikuar rezultatet e hulumtimit në akustikën muzikore për të ndërtuar koncepte të muzikës bazuar në shkencat natyrore. Fizikanët dhe psikologët kanë studiuar çështje të perceptimit muzikor. Shkencëtarët vendas që punuan në këtë fushë punuan si në zhvillimin e një baze teorike (N. Garbuzov njihet për teorinë e zonave të perceptimit muzikor), ashtu edhe në zbatimin e arritjeve në praktikë (L. Termen, A. Volodin, E. Murzin ishin të angazhuar në projektimin e instrumenteve muzikore elektrike).

Vitet e fundit, gjithnjë e më shumë kanë filluar të shfaqen punime shkencore ndërdisiplinore, në të cilat shqyrtohen në mënyrë të gjithanshme veçoritë e akustikës së ndërtesave që u përkasin stileve dhe epokave të ndryshme arkitekturore. Të dhënat e marra nga kërkimet në këtë fushë përdoren për të zhvilluar metoda për zhvillimin e teknikave të veshit muzikor dhe akordimit për instrumentet muzikore. Prandaj, mund të konkludojmë se akustika muzikore është një degë e shkencës që nuk e ka humbur rëndësinë e saj sot.

Ultratinguj

Jo të gjithë tingujt mund të perceptohen nga dëgjimi i njeriut. Akustika tejzanor është një degë e akustikës që studion dridhjet e zërit me një gamë prej njëzet kHz. Tingujt e kësaj frekuence janë përtej kufijve perceptimi njerëzor. Ekografia ndahet në tre lloje: me frekuencë të ulët, me frekuencë të mesme, me frekuencë të lartë. Çdo lloj ka riprodhimin e tij specifik dhe zbatimin praktik. Ultratingujt mund të krijohen jo vetëm artificialisht. Ato shpesh gjenden në jetën e egër. Kështu, zhurma e prodhuar nga era përbëhet pjesërisht nga ultratinguj. Gjithashtu, tinguj të tillë riprodhohen nga disa kafshë dhe kapen nga organet e tyre të dëgjimit. Të gjithë e dinë se lakuriq i natës është një nga këto krijesa.

Akustika tejzanor është një degë e akustikës që ka gjetur aplikim praktik në mjekësi, për të ndryshme eksperimentet shkencore dhe kërkimore, në industrinë ushtarake. Në veçanti, në fillim të shekullit të njëzetë në Rusi u shpik një pajisje për zbulimin e ajsbergëve nënujorë. Funksionimi i kësaj pajisjeje bazohej në gjenerimin dhe kapjen e valëve tejzanor. Nga ky shembullËshtë e qartë se akustika tejzanor është një shkencë, arritjet e së cilës janë përdorur në praktikë për më shumë se njëqind vjet.

I. Lënda e fizikës. Detyrat e saj. Tingulli dhe karakteristikat e tij.

Fizika - shkenca e vetive dhe formave të ekzistencës së materies.

Biofizika - shkencë mjekësore dhe biologjike që studion proceset dhe fenomenet fizike në sistemet e gjalla, duke përfshirë edhe nën ndikime të ndryshme të jashtme.

Golat dhedetyratKursi i fizikës mjekësore dhe biologjike:

Njihuni me mekanizmat fizikë dhe biofizikë që ndodhin në indet, organet dhe sistemet e trupit.

Studimi i karakteristikave fizike dhe biofizike të organeve dhe indeve dhe parimet fizike punën e tyre.

Njihuni bazë fizike metodat e diagnostikimit dhe trajtimit.

Njihuni me bazën fizike të metodave të funksionimit të pajisjeve mjekësore.

Studioni ndikimin faktorët e jashtëm në trup.

Karakteristikat e fizikës moderne.

a) Fizika moderne ka zona kufitare me shkencat e tjera.

b) Fizika ndahet në një numër fushash të ngushta sipas kritereve të ndryshme:

sipas fushës së hulumtimit;

sipas subjekteve të kërkimit.

Roli i fizikës për shkencat e tjera po rritet, ajo u jep atyre teori, parime, sisteme njësish, rezultate eksperimentale, krijon bazën për projektimin e pajisjeve mjekësore dhe shpjegon procese të ndryshme fizike dhe biologjike.

Karakteristikat e biofizikës:

Është një shkencë kufitare.

Ka zona të ngushta:

të përgjithshme dhe private;

teorike, eksperimentale dhe aplikative;

studion biofizikën e bimëve, kafshëve dhe njerëzve;

biofizika kuantike;

molekulare, qelizore, biofizika e indeve, organeve, sistemeve, popullatave.

Tingulli, karakteristikat e tij.

Akustika është shkenca e prodhimit, shpërndarjes dhe pronave valët mekanike dhe ndërveprimin e këtyre valëve me objektet fizike dhe biofizike.

Llojet e akustikës:

teknike- studion marrjen dhe shpërndarjen e zërit, zhvillon metoda të kërkimit të zërit.

Arkitekturore- eksploron çështje të marrjes së dëgjueshmërisë së mirë ose mbrojtjes së ambienteve (për shembull, nga zhurma).

Biologjike- eksploron prodhimin dhe përdorimin e tingullit nga organizmat e gjallë.

Mjekësore- eksploron fizikën dhe biofizikën e dëgjimit dhe të folurit, mundësitë e përdorimit të zërit për diagnostikim dhe mjekim. Duhet bërë dallimi ndërmjet përdorimit të tingullit të dëgjueshëm dhe ultrazërit.

Detyrat kryesore të akustikës mjekësore :

zhvillimi i standardeve higjienike për përdorimin e zërit në shkencë dhe industri;

zhvillimi i metodave të shëndosha të diagnostikimit dhe trajtimit;

zhvillimi i metodave të diagnostikimit dhe trajtimit me ultratinguj.

Tingulli si fenomen fizik.

Tingull- një lloj dridhjesh mekanike që përhapen në media elastike kryesisht në formën e valëve gjatësore. Zëri nuk udhëton në vakum.

valë zanore- shqetësimi mekanik i përhapur në një mjedis elastik.

Dridhjet e zërit- dridhjet mekanike të grimcave konvencionale të mediumit.

Grimcat e kushtëzuara- vëllime të mediumit që janë mjaft të vogla në krahasim me gjatësinë valore.

Fusha zanore- pjesë e hapësirës në të cilën përhapet një valë zanore.

Klasifikimi i valëve të zërit:

1. Sipas frekuencës

infratingulli (v< 16Гц)

tingull i dëgjueshëm (16 Hz< v < 20000Гц)

ultratinguj (20000 Hz< v <100МГц)

hipertingulli (v > 100 MHz)

(të gjithë kufijtë janë arbitrarë)

Infratingulli, ultratingulli dhe hipertingulli nuk perceptohen nga analizuesi auditor.

Në drejtim të zhvendosjes së grimcave të mesme:

Gjatësore - valë në të cilat dridhjet e grimcave të mediumit ndodhin përgjatë drejtimit të përhapjes së valës.

Tërthore - valë në të cilat ndodhin dridhjet e grimcave të mediumit në drejtim pingul me drejtimin përhapja e valës.

Te lëngjet dhe gazrat, forcat elastike lindin vetëm kur në to formohen vetëm valë gjatësore.

Në trupat e ngurtë, forcat elastike lindin si kur ndryshon vëllimi, ashtu edhe kur ndryshon forma në to, si valët gjatësore ashtu edhe ato tërthore, dhe shpejtësia e valëve gjatësore është afërsisht gjysma e shpejtësisë së valëve tërthore.

3. Sipas formës së vibrimit:

Spektri harmonik

Në përgjithësi, akustika është shkenca e tingujve. Tinguj të luajtur në çdo kohë rol të veçantë në jetën e çdo personi, pasi i lejojnë njerëzit të lundrojnë në hapësirë, të komunikojnë, të shikojnë filma dhe të dëgjojnë muzikën e tyre të preferuar.

Figura 1. Varietetet e akustikës Autori24 - shkëmbim online i punimeve të studentëve

Përdorimi i akustikës është i kërkuar absolutisht në të gjitha fushat, nga ndërtimi në mjekësi. Ky seksion shkencor studion dridhjet e valëve të zërit, parimet e formimit dhe shpërndarjes së tyre.

Përkufizimi 1

Akustika është një fushë e gjerë e fizikës që studion dridhjet dhe valët elastike nga frekuencat më të ulëta në më të lartat.

Një person fillon të dëgjojë zërin përmes dridhjeve të vazhdueshme të prodhuara në një frekuencë të caktuar. Një nga përkufizimet kryesore të akustikës është një valë zanore, e cila është një dridhje, presioni i së cilës varet drejtpërdrejt nga burimi. Për shembull, një sinjal i borisë së makinës mbart një dridhje më të lartë se një pëshpëritje njerëzore. Intensiteti i zërit matet gjithmonë në decibel.

Akustika moderne mbulon një gamë mjaft të gjerë çështjesh, ajo përfshin një numër nënseksionesh të rëndësishme:

• akustika fizike - studion veçoritë e përhapjes së valëve elastike në hapësira të ndryshme;
• akustika fiziologjike - përshkruan strukturën dhe funksionimin e organeve që prodhojnë dhe perceptojnë zërin tek njerëzit dhe kafshët.

Në një kuptim më të ngushtë të fjalës, akustika duhet të kuptohet si studimi i zërit, domethënë dridhjet elastike në gaze, trupa të ngurtë dhe lëngje të perceptuara nga veshi i njeriut. Një valë zanore mund të reflektohet nga sipërfaqet, të shpërndahet në to ose të absorbohet. Parametri i reflektimit të intensitetit të zërit përcaktohet nga çfarë karakteristikat akustike ajo ka dhe ajo që u kalua nga vala e zërit.

Natyra e zërit dhe karakteristikat e tij fizike

Figura 2. Karakteristikat fizike të zërit. Autor24 - shkëmbim online i punës së studentëve

Valët e zërit dhe dridhjet janë një rast i veçantë i ndryshimeve mekanike. Megjithatë, për shkak të rëndësisë së përkufizimeve akustike për vlerësimin e saktë të ndjesive dëgjimore, si dhe për shkak të aplikimit mjekësor, do të ishte e këshillueshme që disa çështje të shqyrtoheshin më në detaje.

Sot është zakon të dallohen tingujt e mëposhtëm:

• tonet ose tingujt muzikorë;
• zhurmat;
• bumet e zërit.

Toni është një proces periodik i zërit. Nëse ky proces është plotësisht harmonik, atëherë toni quhet i pastër ose i plotë, dhe vala përkatëse e rrafshit zanor përshkruhet nga ekuacioni përkatës. Karakteristika kryesore fizike e këtij lloji të tingullit është frekuenca. Dridhja anharmonike korrespondon me një ton kompleks. Një ton i thjeshtë formohet, për shembull, nga një pirun akordimi, por një ton kompleks mund të dëgjohet falë instrumenteve muzikore.

Frekuenca më e ulët e zbërthimit të një toni kompleks në ato më të thjeshta njësitë strukturore korrespondon me tonin themelor, nuancat e mbetura në këtë rast kanë frekuenca të barabarta me $2νο$, $3νο$ e kështu me radhë.

Përkufizimi 2

Një grup dridhjesh me një tregues të intensitetit të tyre specifik (amplituda A) quhet spektër akustik në fizikë.

Spektri i një toni kompleks është gjithmonë i rreshtuar. Kështu, spektri akustik është një nga më të rëndësishmit karakteristikat fizike tinguj muzikorë, meqenëse është në gjendje të ketë një varësi kohore komplekse, jo të përsëritur.

Studiuesit përfshijnë zhurmën nga dridhjet e makinës, duartrokitjet, shushurimat, flakët e djegies, kërcitjet, tingujt bashkëtingëllore të të folurit, etj. Kjo pamje e zërit mund të konsiderohet si një kombinim i toneve komplekse që ndryshojnë në mënyrë kaotike

Përkufizimi 3

Një bum zanor është një ndikim tingulli i njëtrajtshëm afatshkurtër në formën e një shpërthimi ose pop.

Një bum zanor nuk duhet të ngatërrohet me një valë shoku, frekuenca e së cilës është shumë më e lartë.

Natyra valore e zërit

Figura 3. Natyra e valës zëri. Autor24 - shkëmbim online i punës së studentëve

Për të përcaktuar më mirë sistemin për shfaqjen e një valë zanore, është e nevojshme të imagjinohet një altoparlant klasik i vendosur në një tub, i cili është i mbushur deri në buzë me ajër. Nëse papritmas kjo pajisje lëviz përpara, ajri në afërsi ngjeshet për një moment. Pas kësaj, hendeku i ajrit do të zgjerohet, duke shtyrë zonën e ngjeshur të ajrit përgjatë tubit.

Është kjo lëvizje valore që më pas do të bëhet e shëndoshë kur të arrijë në organin e dëgjimit dhe të "ngacmojë" daullen e veshit. Kur shfaqet një valë zanore në gaz, formohet presioni i brendshëm i tepërt, formohet dendësia e panevojshme dhe grimcat transformohen me shpejtësi konstante. Kur studioni tingullin dhe veçoritë e tij, është e rëndësishme të mbani mend faktin se lënda materiale nuk lëviz në proporcion me valën e zërit, por shfaqet vetëm një shqetësim i përkohshëm i masave të ajrit që veprojnë.

Shënim 1

Nëse grimcat dridhen përgjatë drejtimit të shpërndarjes së valës, atëherë tingulli i valës quhet gjatësor, por nëse ato dridhen drejtpërdrejt pingul me drejtimin përhapja e valës, atëherë vala quhet tërthore.

Në mënyrë tipike, tonet e tingullit në lëngje dhe gazra janë gjatësore, ndërsa në të ngurta trupat fizikëËshtë e mundur të formohen valë të të dy llojeve. Valët tërthore në trupat materiale lindin përmes rezistencës ndaj ndryshimit në formën origjinale. Dallimi kryesor midis dy llojeve të valëve të mësipërme është se valë tërthoreështë e pajisur me vetinë e polarizimit, por ajo gjatësore jo.

Drejtimet kryesore të akustikës moderne

Punime të shumta dhe afatgjata shkencore për studimin e natyrës së çështjeve të zhurmës dhe izolimit të zhurmës u botuan pak kohë pas zbatimit të tyre. Punimet e para në këtë fushë kishin të bënin vetëm me tingujt e prodhuar nga avionët dhe me transport tokësor. Por gradualisht kufijtë e kërkimit të shëndoshë u zgjeruan ndjeshëm. Aktualisht, shumica e vendeve të industrializuara kanë universitetet e tyre kërkimore të angazhuara në krijimin e pajisjeve të reja dhe zhvillimin e zgjidhjeve për këto probleme.

Shkencëtarët identifikojnë seksionet kryesore të mëposhtme të akustikës:

• i përgjithshëm;
• arkitektonike;
• gjeometrike;
• ndërtimi;
• muzikore;
• psikologjike;
• biologjike;
• elektrike dhe aviacion;
• mjekësore;
• kuantike.

Akustika studion të tilla dukuritë fizike, si formimi, përhapja, ndjesia e valëve të zërit dhe efektet e ndryshme që tingulli prodhon drejtpërdrejt në organet e dëgjimit. Si gjithë të tjerët degët shkencore, akustika ka aparatin e vet konceptual. Në të njëjtën kohë, ai konsiderohet edhe një seksion ndërdisiplinor, domethënë ka marrëdhënie të ngushta me fusha të tjera të dijes.

Ndërveprimi i akustikës me arkitekturën, mekanikën, teorinë e muzikës, elektronikën dhe matematikën është më qartë dhe më i dukshëm. Formulat bazë akustika lidhet drejtpërdrejt me karakteristikat e përhapjes së valëve të zërit në kushtet e një mjedisi konstant elastik: ekuacionet e qëndrimit dhe valët e avionit, formula për llogaritjen e saktë të shpejtësisë së valës.