Чи замислювалися ви колись про те, що звук – це один із найяскравіших проявів життя, дії, руху? І ще про те, що кожен звук має свій «обличчя»? І ми навіть із заплющеними очима, нічого не бачачи, лише за звуком можемо вгадати, що відбувається довкола. Ми можемо розрізняти голоси знайомих, чути шерех, гуркіт, гавкіт, нявкання і т. д. Всі ці звуки нам добре знайомі з дитячих років, і ми легко можемо визначити будь-який з них. Мало того, навіть у абсолютній тиші ми можемо почути внутрішнім слухом кожен із перерахованих звуків. Уявити його наче наяву.

Що таке звук?

Звуки, що сприймаються людським вухом, є одним із найважливіших джерел інформації про навколишній світ. Шум моря і вітру, спів птахів, голоси людей і крики тварин, гуркіт грому, звуки вухом, що рухаються, дозволяють легше адаптуватися в зовнішніх умовах, що змінюються.

Якщо, наприклад, у горах упав камінь, а поряд не було нікого, хто міг би чути звук його падіння, чи існував звук чи ні? На запитання можна відповісти і позитивно і негативно в рівній мірі, тому що слово "звук" має двояке значення. Тому потрібно умовитися. суті є причиною, друге наслідком, при цьому перше поняття про звук – об'єктивне, друге – суб'єктивне. У другому випадку під звуком ми розуміємо ті відчуття, які виникають у слухача при впливі звукової хвилі через слуховий апарат на мозок.Чувши звук, людина може відчувати різні почуття.Найрізніші емоції викликає у нас той складний комплекс звуків, який ми називаємо музикою. Звуки складають основу мови, яка є головним засобом спілкування в людському суспільстві, і, нарешті, існує така форма звуку, як шум. Аналіз звуку з позицій суб'єктивного сприйняття складніший, ніж при об'єктивній оцінці.

Як створити звук?

Спільним для всіх звуків є те, що ті, що їх породжують, тобто джерела звуку, коливаються (хоча найчастіше ці коливання непомітні для очей). Наприклад, звуки голосів людей та багатьох тварин виникають у результаті коливань їх голосових зв'язок, звучання духових музичних інструментів, звук сирени, свист вітру, гуркіт грому обумовлені коливаннями мас повітря.

Приклад лінійки можна буквально очима побачити, як народжується звук. Який рух здійснює лінійка, коли ми закріпимо один кінець, відтягнемо інший і відпустимо його? Ми помітимо, що він ніби затремтів, завагався. Виходячи з цього, робимо висновок, що звук створюється коротким чи довгим коливанням якихось предметів.

Джерелом звуку можуть бути не тільки вібруючі предмети. Свист куль або снарядів у польоті, завивання вітру, ревіння реактивного двигуна народжуються від розривів у потоці повітря, при яких також виникають його розрідження та стискування.

Також звукові коливальні рухи можна помітити за допомогою приладу – камертону. Він є вигнутим металевим стрижнем, на ніжці укріплений на резонаторному ящику. Якщо по камертону вдарити молоточком, він зазвучить. Коливання гілок камертону непомітні. Але їх можна виявити, якщо до камертону, що звучить, піднести маленьку, підвішену на нитці кульку. Кулька періодично відскакуватиме, що свідчить про коливання гілок камерону.

Внаслідок взаємодії джерела звуку з навколишнім повітрям частинки повітря починають стискатися і розширюватися в такт (або "майже в такт") з рухами джерела звуку. Потім, через властивості повітря як текучого середовища, відбувається передача коливань від одних частинок повітря іншим.

До пояснення поширення звукових хвиль

В результаті коливання передаються повітрям на відстань, тобто в повітрі поширюється звукова або акустична хвиля, або, просто, звук. Звук, досягаючи вуха людини, своєю чергою, збуджує коливання його чутливих ділянок, які сприймаються нами як мови, музики, шуму тощо. буд. (залежно від властивостей звуку, продиктованих характером його джерела).

Розповсюдження звукових хвиль

А чи можна побачити, як "біжить" звук? У прозорому повітрі чи воді коливання частинок самі собою непомітні. Але легко знайдеться приклад, який підкаже, що відбувається під час поширення звуку.

Необхідна умова поширення звукових хвиль – наявність матеріального середовища.

У вакуумі звукові хвилі не поширюються, тому що там немає частинок, що передають взаємодію джерела коливань.

Тому на Місяці через відсутність атмосфери панує цілковита тиша. Навіть падіння метеориту на її поверхню не чутно спостерігачеві.

Швидкість поширення звукових хвиль визначається швидкістю передачі взаємодії між частинками.

Швидкість звуку – швидкість поширення звукових хвиль у середовищі. У газі швидкість звуку виявляється порядку (точніше – трохи менше) теплової швидкості молекул і тому збільшується із зростанням температури газу. Чим більша потенційна енергія взаємодії молекул речовини, тим більша швидкість звуку, тому швидкість звуку в рідині, яка, у свою чергу, перевищує швидкість звуку в газі. Наприклад, у морській воді швидкість звуку 1513 м/с. У сталі, де можуть поширюватися як поперечні, так і поздовжні хвилі, швидкість їх поширення різна. Поперечні хвилі поширюються зі швидкістю 3300 м/с, а поздовжні зі швидкістю 6600 м/с.

Швидкість звуку в будь-якому середовищі обчислюється за такою формулою:

де - адіабатична стисливість середовища; ρ – щільність.

Закони розповсюдження звукових хвиль

До основних законів поширення звуку відносяться закони його відображення та заломлення на межах різних середовищ, а також дифракція звуку та його розсіювання за наявності перешкод та неоднорідностей у середовищі та на межах розділу середовищ.

На дальність поширення звуку впливає чинник поглинання звуку, тобто незворотний перехід енергії звукової хвилі до інших видів енергії, зокрема, тепло. Важливим фактором є також спрямованість випромінювання та швидкість поширення звуку, яка залежить від середовища та її специфічного стану.

Від джерела звуку акустичні хвилі поширюються на всі боки. Якщо звукова хвиля проходить через порівняно невеликий отвір, вона поширюється на всі боки, а чи не йде спрямованим пучком. Наприклад, вуличні звуки, що проникають через відкриту кватирку до кімнати, чути у всіх її точках, а не лише проти вікна.

Характер поширення звукових хвиль у перешкоди залежить від співвідношення між розмірами перешкоди та довжиною хвилі. Якщо розміри перешкоди малі в порівнянні з довжиною хвилі, то хвиля обтікає цю перешкоду, поширюючись на всі боки.

Звукові хвилі, проникаючи з одного середовища в інше, відхиляються від свого початкового напряму, тобто заломлюються. Кут заломлення може бути більшим або меншим за кут падіння. Це залежить від того, з якого середовища, в яке проникає звук. Якщо швидкість звуку в другому середовищі більша, то кут заломлення буде більшим за кут падіння, і навпаки.

Зустрічаючи своєму шляху перешкода, звукові хвилі відбиваються від нього за строго певному правилу – кут відображення дорівнює куту падіння – з цим пов'язане поняття луна. Якщо звук відбивається від кількох поверхонь, що є різних відстанях, виникає багаторазове відлуння.

Звук поширюється у вигляді сферичної хвилі, що розходиться, яка заповнює все більший обсяг. Зі збільшенням відстані, коливання частинок середовища слабшають, і звук розсіюється. Відомо, що для збільшення дальності передачі звук необхідно концентрувати у заданому напрямку. Коли ми хочемо, наприклад, щоби нас почули, ми прикладаємо долоні до рота або користуємося рупором.

Велике впливом геть дальність поширення звуку надає дифракція, тобто викривлення звукових променів. Чим різнорідніше середовище, тим більше викривляється звуковий промінь і, тим менше дальність поширення звуку.

Властивості звуку та його характеристики

Основні фізичні характеристики звуку – частота та інтенсивність коливань. Вони впливають на слухове сприйняття людей.

Періодом коливання називається час, протягом якого відбувається одне повне коливання. Можна привести в приклад маятник, що коливається, коли він з крайнього лівого положення переміщається в крайнє праве і повертається назад у вихідне положення.

Частота коливань – це кількість повних коливань (періодів) за секунду. Цю одиницю називають герцем (Гц). Чим більша частота коливань, тим вищий звук ми чуємо, тобто звук має вищий тон. Відповідно до прийнятої міжнародної системи одиниць, 1000 Гц називається кілогерцем (кГц), а 1. 000. 000 – мегагерцем (МГц).

Розподіл за частотами: чутні звуки – не більше 15Гц-20кГц, інфразвуки – нижче 15Гц; ультразвуки – не більше 1,5(104 – 109 Гц; гиперзвуке - не більше 109 – 1013Гц.

Вухо людини найбільш чутливе до звуків із частотою від 2000 до 5000 кГц. Найбільша гострота слуху спостерігається у віці 15-20 років. З віком слух погіршується.

З періодом та частотою коливань пов'язане поняття про довжину хвилі. Довжиною звукової хвилі називається відстань між двома послідовними згущення або розрідження середовища. На прикладі хвиль, що розповсюджуються на поверхні води, - це відстань між двома гребенями.

Звуки розрізняються також за тембром. Основний тон звуку супроводжується другорядними тонами, які завжди вищі за частотою (обертона). Тембр – якісна характеристика звуку. Чим більше обертонів накладається на основний тон, тим соковитіший звук у музичному відношенні.

Друга основна характеристика – амплітуда коливань. Це найбільше відхилення від рівноваги при гармонійних коливаннях. Приклад з маятником – максимальне відхилення їх у крайнє ліве становище, чи крайнє праве становище. Амплітуда коливань визначає інтенсивність (силу) звуку.

Сила звуку, або його інтенсивність, визначається кількістю акустичної енергії, що протікає за секунду через площу один квадратний сантиметр. Отже, інтенсивність акустичних хвиль залежить від величини акустичного тиску, створюваного джерелом у середовищі.

З інтенсивністю звуку своєю чергою пов'язана гучність. Чим більша інтенсивність звуку, тим голосніше. Однак ці поняття не є рівнозначними. Гучність – це міра сили слухового відчуття, викликаного звуком. Звук однакової інтенсивності може створювати у різних людей неоднакове за своєю гучністю слухове сприйняття. Кожна людина має свій порог чутності.

Звуки дуже великої інтенсивності людина перестає чути і сприймає їх як відчуття тиску і болю. Таку силу звуку називають порогом болючого відчуття.

Вплив звуку на органи слуху людини

Органи слуху людини здатні сприймати коливання із частотою від 15-20 герц до 16-20 тисяч герц. Механічні коливання із зазначеними частотами називаються звуковими або акустичними (акустика – вчення про звук) Людське вухо найбільш чутливе до звуків із частотою від 1000 до 3000 Гц. Найбільша гострота слуху спостерігається у віці 15-20 років. З віком слух погіршується. У людини до 40 років найбільша чутливість знаходиться в області 3000 Гц, від 40 до 60 років - 2000 Гц, старше 60 років - 1000 Гц. У межах до 500 Гц ми здатні розрізнити зниження чи підвищення частоти навіть 1 Гц. На більш високих частотах наш слуховий апарат стає менш сприйнятливим до такої незначної зміни частоти. Так, після 2000 Гц ми можемо відрізнити один звук від іншого, тільки якщо різниця в частоті буде не менше 5 Гц. За меншої різниці звуки нам здаватимуться однаковими. Проте правил без винятку майже буває. Є люди, які мають надзвичайно тонкий слух. Обдарований музикант може вловити зміну звуку на якусь частку коливань.

Зовнішнє вухо складається з вушної раковини та слухового проходу, що з'єднують її з барабанною перетинкою. Основна функція зовнішнього вуха – визначення напряму джерело звуку. Слуховий прохід, що представляє трубку, що звужується всередину, довжиною в два сантиметри, оберігає внутрішні частини вуха і відіграє роль резонатора. Слуховий прохід закінчується барабанною перетинкою – мембраною, яка коливається під впливом звукових хвиль. Саме тут, на зовнішній межі середнього вуха, і відбувається перетворення об'єктивного звуку на суб'єктивний. За барабанною перетинкою розташовані три маленькі з'єднані між собою кісточки: молоточок, ковадло і стрем'я, за допомогою яких коливання передаються внутрішньому вуху.

Там, у слуховому нерві, вони перетворюються на електричні сигнали. Мала порожнина, де знаходиться молоточок, ковадло і стремено, наповнена повітрям і з'єднана з порожниною рота євстахієвою трубою. Завдяки останній підтримується однаковий тиск на внутрішню та зовнішню сторону барабанної перетинки. Зазвичай євстахієва труба закрита, а відкривається лише при раптовій зміні тиску (при позіханні, ковтанні) для вирівнювання його. Якщо у людини євстахієва труба закрита, наприклад, у зв'язку із застудним захворюванням, то тиск не вирівнюється, і людина відчуває біль у вухах. Далі коливання передаються від барабанної перетинки до овального вікна, яке є початком внутрішнього вуха. Сила, що діє на барабанну перетинку, дорівнює добутку тиску на площу барабанної перетинки. Але справжні обряди слуху починаються з овального вікна. Звукові хвилі поширюються в рідині (перилімфі), якій наповнений равлик. Цей орган внутрішнього вуха, що формою нагадує равлик, має довжину три сантиметри і по всій довжині розділений перегородкою на дві частини. Звукові хвилі сягають перегородки, огинають її й далі поширюються у напрямку майже того місця, де вони вперше торкнулися перегородки, але з іншого боку. Перегородка равлика складається з основної мембрани, дуже товстої та тугої. Звукові коливання створюють її поверхні хвилеподібну бриж, у своїй гребені для різної частоти лежать у цілком певних ділянках мембрани. Механічні коливання перетворюються на електричні в спеціальному органі (органі Корті), розташованому над верхньою частиною основної мембрани. Над органом Корті розташована текторіальна мембрана. Обидва ці органи занурені в рідину - ендолімфу і відокремлені від решти равлика мембраною Рейснера. Волоски, що ростуть з органу, Корті майже пронизують текторіальну мембрану, і при виникненні звуку вони стикаються - відбувається перетворення звуку, тепер він закодований у вигляді електричних сигналів. Помітну роль посиленні нашої здатності до сприйняття звуків грає шкірний покрив і кістки черепа, що з їх хорошої провідністю. Наприклад, якщо прикласти вухо до рейки, то рух поїзда, що наближається, можна виявити задовго до його появи.

Вплив звуку на організм людини

Протягом останніх десятиліть різко зросла кількість різного роду машин та інших джерел шуму, поширення портативних радіоприймачів і магнітофонів, які нерідко включаються на велику гучність, захоплення гучною популярною музикою. Зазначено, що у містах кожні 5-10 років рівень шуму зростає 5 дБ (децибел). Слід враховувати, що для віддалених предків людини шум був сигналом тривоги, вказував на можливість небезпеки. При цьому швидко активізувалася симпатико-адреналова та серцево-судинна системи, газообмін та змінювалися та інші види обміну (підвищувався в крові рівень цукру, холестерину), готуючи організм до боротьби чи втечі. Хоча в сучасної людини ця функція слуху втратила таке практичне значення, "вегетативні реакції боротьби за існування" збереглися. Так, навіть короткочасний шум у 60-90 дБ викликає збільшення секреції гормонів гіпофіза, що стимулюють вироблення багатьох інших гормонів, зокрема, катехоламінів (адреналіну та норадреналіну), посилюється робота серця, звужуються судини, підвищується артеріальний тиск (АТ). При цьому зазначено, що найбільш виражене підвищення АТ відзначається у хворих на гіпертонію та осіб зі спадковою схильністю до неї. Під впливом шуму порушується діяльність мозку: змінюється характер електроенцефалограми, знижується гострота сприйняття, розумова працездатність. Відмічено погіршення травлення. Відомо, що тривале перебування у галасливій обстановці веде до зниження слуху. Залежно від індивідуальної чутливості люди по-різному оцінюють шум як неприємний і заважає їм. При цьому музика, що цікавить слухача, і мова навіть у 40-80 дБ можуть переноситися відносно легко. Зазвичай слух сприймає коливання в межах 16-20000 Гц (коливань за секунду). Важливо підкреслити, що неприємні наслідки викликає не тільки надмірний шум у чутному діапазоні коливань: ультра- та інфразвук у діапазонах, що не сприймаються слухом людини (вище 20 тис. Гц і нижче 16Гц), також викликає нервове перенапруга, нездужання, запаморочення, зміна діяльності особливо нервової та серцево-судинної систем. Встановлено, що у мешканців районів, розташованих поряд із великими міжнародними аеропортами, захворюваність на гіпертонію виразно вища, ніж у тихішому районі того ж міста. Від надмірного шуму (понад 80 дБ) страждають не тільки органи слуху, але й інші органи та системи (кровоносна, травна, нервова тощо). д.), порушуються процеси життєдіяльності, енергетичний обмін починає переважати над пластичним, що призводить до передчасного старіння організму.

При цих спостереженнях-відкриттях почали з'являтися методи цілеспрямованого на людини. Впливати на розум і поведінку людини можна різними шляхами, одна з яких вимагає спеціальної апаратури (технотронні прийоми, зомбування.).

Звукоізоляція

Ступінь шумозахищеності будівель насамперед визначається нормами допустимого шуму для приміщень цього призначення. Нормованими параметрами постійного шуму в розрахункових точках є рівні звукового тиску L, дБ, октавних смугах частот із середньогеометричними частотами 63, 125, 250, 500, 1000, 2000, 4000, 8000 Гц. Для орієнтовних розрахунків можна використовувати рівні звуку LА, дБА. Нормованими параметрами непостійного шуму в розрахункових точках є еквівалентні рівні звуку LА екв, дБА і максимальні рівні звуку LА макс, дБА.

Допустимі рівні звукового тиску (еквівалентні рівні звукового тиску) нормуються СНиП II-12-77 "Захист від шуму".

Слід враховувати, що допустимі рівні шуму від зовнішніх джерел у приміщеннях встановлюються за умови забезпечення нормативної вентиляції приміщень (для житлових приміщень, палат, класів – при відкритих кватирках, фрамугах, вузьких стулках вікон).

Ізоляцією від повітряного шуму називається ослаблення звукової енергії під час передачі її через огородження.

Нормованими параметрами звукоізоляції огороджувальних конструкцій житлових та громадських будівель, а також допоміжних будівель та приміщень промислових підприємств є індекс ізоляції повітряного шуму огороджувальної конструкції Rw, дБ та індекс наведеного рівня ударного шуму під перекриттям.

Шум. Музика. Мова.

З погляду сприйняття органами слуху звуків, їх можна розділити здебільшого три категорії: шум, музика і мова. Це різні області звукових явищ, що мають специфічну для людини інформацію.

Шум - це безсистемне поєднання великої кількості звуків, тобто злиття всіх цих звуків в один безладний голос. Вважається, що шум – це категорія звуків, яка заважає людині чи дратує.

Люди витримують лише певну дозу шуму. Але якщо минає година – інший, і шум не припиняється, то виникає напруга, нервозність і навіть біль.

Звуком можна вбити людину. У середні віки існувала навіть така кара, коли людину садили під дзвін і починали бити. Поступово дзвін убивав людину. Але це було в середні віки. Нині з'явилися надзвукові літаки. Якщо такий літак пролетить над містом на висоті 1000-1500 метрів, то в будинках луснуть шибки.

Музика – це особливе явище у світі звуків, але, на відміну мови, вона передає точних смислових чи лінгвістичних значень. Емоційне насичення та приємні музичні асоціації починаються в ранньому дитинстві, коли у дитини ще словесного спілкування. Ритми та наспіви пов'язують його з матір'ю, а спів та танці є елементом спілкування в іграх. Роль музики в житті людини настільки велика, що останніми роками медицина приписує їй цілющі властивості. За допомогою музики можна нормалізувати біоритми, забезпечити оптимальний рівень діяльності серцево-судинної системи. Адже варто лише згадати, як солдати йдуть у бій. Споконвіку пісня була неодмінним атрибутом солдатського маршу.

Інфразвук та ультразвук

Чи можна назвати звуком те, що ми зовсім не чуємо? Ну і що, як ми не чуємо? Хіба ці звуки недоступні нікому чи нічому?

Скажімо, звуки із частотою нижче 16 герц називають інфразвуком.

Інфразвук – пружні коливання та хвилі з частотами, що лежать нижче області чутних людиною частот. Зазвичай верхню межу інфразвукового діапазону приймають 15-4- Гц; таке визначення умовне, оскільки за достатньої інтенсивності слухове сприйняття виникає і частотах в одиниці Гц, хоча у своїй зникає тональний характер відчуття, і робляться помітними лише окремі цикли коливань. Нижня частотна межа інфразвуку невизначена. В даний час область його вивчення тягнеться вниз приблизно до 0,001 Гц. Таким чином, діапазон інфразвукових частот охоплює близько 15 октав.

Інфразвукові хвилі поширюються в повітряному та водному середовищі, а також у земній корі. До інфразвуків відносяться також низькочастотні коливання великогабаритних конструкцій, зокрема транспортних засобів, будівель.

І хоча наші вуха такі коливання не «вловлюють», але якимось чином людина таки їх сприймає. При цьому у нас виникають неприємні, а подекуди тривожні відчуття.

Давно було помічено, що деякі тварини набагато раніше за людину відчувають небезпеку. Вони заздалегідь реагують на далекий ураган або землетрус, що насувається. З іншого боку, вчені виявили, що за катастрофічних подій у природі виникає інфразвук – низькочастотні коливання повітря. Це і породило гіпотез про те, що тварини завдяки гострому чуття сприймають такі сигнали раніше, ніж людина.

На жаль, інфразвук створюється багатьма машинами та промисловими установками. Якщо, скажімо, він виникає в автомобілі чи літаку, то через якийсь час льотчиків чи водіїв охоплює занепокоєння, вони швидше втомлюються, а це може спричинити аварію.

Шумлять в інфразвуковому верстаті, і тоді важче працювати на них. А й усім, хто довкола, доведеться несолодко. Не краще, якщо «гудить» інфразвуком вентиляції в житловому будинку. Начебто не чути, а люди дратуються і навіть можуть захворіти. Позбутися інфразвукових негараздів дозволяє спеціальний «тест», який має пройти будь-який пристрій. Якщо воно «фонить» у зоні інфразвуку, то перепустки до людей не отримає.

Як називається дуже високий звук? Такий ось писк, який для нашого вуха недоступний? Це – ультразвук. Ультразвук - пружні хвилі з частотами приблизно від (1,5 - 2) (104Гц (15 - 20 кГц) до 109 Гц (1ГГц); область частотних хвиль від 109 до 1012 - 1013 Гц прийнято називати гіперзвуком. За частотою ультразвук 3 діапазони: ультразвук низьких частот (1,5 (104 – 105 Гц), ультразвук середніх частот (105 – 107 Гц), область високих частот ультразвуку (107 – 109 Гц). Кожен з цих діапазонів характеризується своїми специфічними особливостями генерації, прийому, поширення та поширення .

За фізичною природою ультразвук є пружними хвилями, і в цьому він не відрізняється від звуку, тому частотна межа між звуковими та ультразвуковими хвилями умовна. Однак завдяки вищим частотам і, отже, малим довжинам хвиль, має місце низка особливостей поширення ультразвуку.

Зважаючи на малу довжину хвилі ультразвуку, характер його визначається, перш за все, молекулярною структурою середовища. Ультразвук у газі, і зокрема у повітрі, поширюється з великим загасанням. Рідини і тверді тіла є, як правило, хорошими провідниками ультразвуку, - загасання в них значно менше.

Людське вухо не здатне сприймати ультразвукові воли. Однак багато тварин вільно його сприймають. Це, зокрема, так добре знайомі нам собаки. Але «гавкати» ультразвуком собаки, на жаль, не можуть. А ось кажани і дельфіни мають дивовижну здатність і випускати і приймати ультразвук.

Гіперзвук – це пружні хвилі із частотами від 109 до 1012 – 1013 Гц. За фізичною природою гіперзвук нічим не відрізняється від звукових та ультразвукових хвиль. Завдяки вищим частотам і, отже, меншою, ніж у області ультразвуку, довжинам хвиль значно суттєвішими стають взаємодії гіперзвуку з квазичастицами серед – з електронами провідності, тепловими фононами та інших. Гіперзвук також часто представляють як потік квазичастинок – фононів.

Область частот гіперзвуку відповідає частотам електромагнітних коливань дециметрового, сантиметрового та міліметрового діапазонів (так звані надвисокі частоти). Частота 109 Гц у повітрі при нормальному атмосферному тиску та кімнатній температурі має бути одного порядку з довжиною вільного пробігу молекул у повітрі за цих самих умов. Однак пружні хвилі можуть поширюватися в середовищі лише за умови, що їх довжина хвилі помітно більша за довжину вільного пробігу частинок у газах або більше міжатомних відстаней у рідинах і твердих тілах. Тому в газах (зокрема у повітрі) за нормального атмосферного тиску гіперзвукові хвилі поширюватися не можуть. У рідинах згасання гіперзвуку дуже велике і дальність поширення мала. Порівняно добре гіперзвук поширюється у твердих тілах – монокристалах, особливо за низької температури. Але навіть у таких умовах гіперзвук здатний пройти відстань лише 1, максимум 15 сантиметрів.

Звук-це механічні коливання, що сприймаються органами слуху, що поширюються в пружних середовищах - газах, рідинах і твердих тілах.

За допомогою спеціальних приладів можна побачити поширення звукових хвиль.

Звукові хвилі можуть шкодити здоров'ю людини і навпаки, допомагати лікується від недуг, це залежить від виду звуку.

Виявляється, існують звуки, які сприймаються людським вухом.

Список літератури

Перишкін А. В., Гутник Є. М. Фізика 9 клас

Касьянов В. А. Фізика 10 клас

Леонов А. А «Я пізнаю світ» Діт. Енциклопедія. Фізика

Глава 2. Акустичний шум та його вплив на людину

Ціль: Дослідити вплив акустичного шуму на організм людини.

Вступ

Навколишній світ – це чудовий світ звуків. Навколо нас звучать голоси людей та тварин, музика та шум вітру, спів птахів. Люди передають інформацію з допомогою мови, і з допомогою слуху її сприймають. Для тварин звук має не менше значення, а в чомусь і більший слух у них розвинений гостріше.

З погляду фізики, звук – це механічні коливання, які поширюються у пружному середовищі: воді, повітрі, твердому тілі тощо. п. Здатність людини сприймати звукові коливання, слухати їх, відбилися у назві вчення про звук – акустику (від грецького akustikos – чутний, слуховий). Відчуття звуку в наших органах слуху виникає за періодичних змін тиску повітря. Звукові хвилі з великою амплітудою зміни звукового тиску сприймаються людським вухом як гучні звуки, з малою амплітудою зміни звукового тиску як тихі звуки. Гучність звуку залежить від амплітуди коливань. Гучність звуку також залежить від його тривалості та від індивідуальних особливостей слухача.

Звукові коливання високої частоти називають звуками високого тону, звукові коливання низької частоти називаються звуками низького тону.

Органи слуху людини здатні сприймати звуки з частотою не більше від 20 Гц до 20 000 Гц. Поздовжні хвилі серед із частотою зміни тиску менше 20 Гц називають інфразвуком, із частотою понад 20 000 Гц – ультразвуком. Інфразвук та ультразвук людське вухо не сприймає, тобто не чує. Слід зазначити, що зазначені межі звукового діапазону умовні, оскільки залежать від віку людей та індивідуальних особливостей звукового апарату. Зазвичай з віком верхня частотна межа звуків, що сприймаються, значно знижується – деякі люди похилого віку можуть чути звуки з частотами, що не перевищують 6 000 Гц. Діти ж, навпаки, можуть сприймати звуки, частота яких трохи більша за 20 000 Гц.

Коливання, частоти яких більші за 20 000 Гц або менше 20 Гц, чують деякі тварини.

Предметом вивчення фізіологічної акустики і є сам орган слуху, його будову та дію. Архітектурна акустика вивчає поширення звуку в приміщеннях, вплив розмірів та форм на звук, властивості матеріалів, якими покриті стіни та стелі. У цьому мають на увазі слухове сприйняття звуку.

Є також музична акустика, яка досліджує музичні інструменти та умови для їхнього найкращого звучання. Фізична акустика займається вивченням самих звукових коливань, а останнім часом охопила і коливання, що лежать поза чутності (ультраакустика). Вона широко використовує різноманітні методи для перетворення механічних коливань на електричні та навпаки (електроакустика).

Історична довідка

Звуки почали вивчати ще в давнину, тому що людині властивий інтерес до всього нового. Перші спостереження з акустиці було проведено VI столітті до нашої ери. Піфагор встановив зв'язок між висотою тону та довгою струни або труби, що видає звук.

У IV столітті до нашої ери Арістотель перший правильно представив, як поширюється звук у повітрі. Він сказав, що тіло, що звучить, викликає стиск і розрідження повітря, луна пояснила відображенням звуку від перешкод.

У XV столітті Леонардо да Вінчі сформулював принцип незалежності звукових хвиль від джерел.

У 1660 році у дослідах Роберта Бойля було доведено, що повітря є провідником звуку (у вакуумі звук не поширюється).

У 1700-1707 р.р. вийшли мемуари Жозефа Савера з акустики, опубліковані Паризькою академією наук. У цих мемуарах Савер розглядає явище, добре відоме конструкторам органів: якщо дві труби органу видають одночасно два звуки, які лише трохи відрізняються за висотою, то чути періодичні посилення звуку, подібні до барабанного дробу. Савер пояснив це явище періодичним збігом коливань обох звуків. Якщо, наприклад, один із двох звуків відповідає 32 коливанням в секунду, а інший – 40 коливань, то кінець четвертого коливання першого звуку збігається з кінцем п'ятого коливання другого звуку і таким чином відбувається посилення звуку. Від органних труб Савер перейшов до експериментального дослідження коливань струни, спостерігаючи вузли та пучності коливань (ці назви, що існують і досі в науці, введені ним), а також зауважив, що при збудженні струни поряд з основною нотою звучать й інші ноти, довжина хвилі яких становить?, 1/3,?,. від основної. Він назвав ці ноти найвищими гармонійними тонами, і цій назві судилося залишитися в науці. Нарешті, Савер перший намагався визначити межу сприйняття коливань як звуків: для низьких звуків він вказав кордон у 25 коливань за секунду, а високих – 12 800. Потім, Ньютон, грунтуючись цих експериментальних роботах Савера, дав перший розрахунок довжини хвилі звуку і дійшов висновку, добре відомому зараз у фізиці, що для будь-якої відкритої труби довжина хвилі звуку, що випускається, дорівнює подвоєній довжині труби.

Джерела звуку та їх природа

Спільним всім звуків і те, що породжують їх тіла, т. е. джерела звуку, коливаються. Всім знайомі звуки, що виникають при русі натягнутої на барабан шкіри, хвиль морського прибою, гілок, що розгойдуються вітром. Усі вони відрізняються одна від одної. «Забарвлення» кожного окремого звуку залежить від руху, завдяки якому він виникає. Тож коли коливальний рух проходить надзвичайно швидко, звук містить коливання високої частоти. Менш швидкий коливальний рух створює звук нижчої частоти. Різні досліди свідчать про те, що будь-яке джерело звуку обов'язково коливається (хоча найчастіше ці коливання не помітні для ока). Наприклад, звуки голосів людей та багатьох тварин виникають у результаті коливань їх голосових зв'язок, звучання духових музичних інструментів, звук сирени, свист вітру, гуркіт грому обумовлені коливаннями мас повітря.

Але далеко не всяке тіло, що вагається, є джерелом звуку. Наприклад, не видає звуку вантаж, що коливається, підвішений на нитці або пружині.

Частота, з якою повторюються коливання, вимірюється у герцах (або циклах на секунду); 1Гц є частота такого періодичного коливання, що дорівнює 1с. Зауважте, що саме частота є тією властивістю, яка дозволяє нам відрізняти один звук від іншого.

Дослідження показали, що людське вухо здатне сприймати як звук механічні коливання тіл, що відбуваються із частотою від 20 Гц до 20 000 Гц. При дуже швидких, більше 20 000 Гц або дуже повільних, менше 20 Гц, коливання звуку ми не чуємо. Саме тому для реєстрації звуків, що лежать поза межами частот, що сприймаються людським вухом, нам потрібні спеціальні прилади.

Якщо швидкість коливального руху визначає частоту звуку, його величина (розмір приміщення) – гучність. Якщо таке колесо обертати з великою швидкістю, виникне високочастотний тон, повільніше обертання породить тон меншої частоти. Причому чим дрібніші зуби колеса (як це показано пунктиром), тим слабший звук, і чим крупніші зуби, тобто чим сильніше вони змушують відхилятися пластинку, тим звук голосніше. Отже, ми можемо відзначити ще одну характеристику звуку – його гучність (інтенсивність).

Не можна не згадати і про таку властивість звуку як якість. Якість тісно пов'язана зі структурою, яка може змінитися від надмірно складної до надзвичайно простої. Тон камертону, що підтримується резонатором, має дуже просту структуру, оскільки містить лише одну частоту, величина якої залежить виключно від конструкції камертону. При цьому звук камертону може бути як сильним, і слабким.

Можна створити складні звуки, наприклад, безліч частот містить звук органного акорду. Навіть звук мандолінної струни досить складний. Це з тим, що натягнута струна коливається як з основний (як камертон), а й іншими частотами. Вони генерують додаткові тони (гармоніки), частоти яких у ціле число разів перевищують частоту основного тону.

Поняття частоти неправомірно застосовувати стосовно шуму, хоча деякі області його частот ми можемо говорити, оскільки вони й відрізняють один шум від іншого. Спектр шуму вже не можна уявити однією або декількома лініями, як у випадках монохроматичного сигналу або періодичної хвилі, що містить багато гармонік. Він зображується цілою смугою

Частотна структура деяких звуків, особливо музичних, така, що всі обертони гармонійні по відношенню до основного тону; у таких випадках говорять, що звуки мають висоту (визначається частотою основного тону). Більшість звуків не настільки мелодійно, в них немає властивого музичним звукам цілісного співвідношення між частотами. Ці звуки за своєю структурою подібні до шуму. Отже, узагальнюючи сказане, ми можемо стверджувати, що звук характеризується гучністю, якістю та висотою.

Що ж відбувається із звуком після його виникнення? Як доходить, наприклад, до нашого вуха? Як він поширюється?

Ми сприймаємо звук за допомогою вуха. Між тілом, що звучить (джерелом звуку) і вухом (приймачем звуку) знаходиться речовина, що передає звукові коливання від джерела звуку до приймача. Найчастіше такою речовиною виявляється повітря. У безповітряному просторі звук поширюватися не може. Як хвилі не можуть існувати без води. Досліди підтверджують такий висновок. Розглянемо один із них. Під дзвін повітряного насоса поміщають дзвінок та включають його. Потім починають відкачувати повітря насосом. У міру розрідження повітря звук стає чутний все слабшим і слабкішим і, нарешті, майже зовсім зникає. Коли повітря знову починаю впускати під дзвін, то звук дзвінка знову стає чутним.

Звісно, ​​звук поширюється у повітря, а й у інших тілах. Це також можна перевірити на досвіді. Навіть такий слабкий звук, як цокання кишенькового годинника, що лежить на одному кінці столу, можна виразно почути, приклавши вухо до іншого кінця столу.

Добре відомо, що по землі і, особливо залізничними рейками, звук передається на великі відстані. Прикладаючи вухо до рейки або до землі, можна почути звук далеко поїзда, що йде, або тупіт скаче коня.

Якщо ми, перебуваючи під водою, ударимо камінь у камінь, то ясно почуємо звук удару. Отже, звук поширюється у воді. Риби чують кроки, і голоси людей на березі це добре відомо рибалкам.

Досліди свідчать, що різні тверді тіла проводять звук по-різному. Пружні тіла – добрі провідники звуку. Більшість металів, дерево, гази, а також рідини є пружними тілами і тому добре проводять звук.

М'які та пористі тіла – погані провідники звуку. Коли, наприклад годинник лежать у кишені, вони оточені м'якою тканиною, і ми не чуємо їх цокання.

До речі, з поширенням звуку в твердих тілах пов'язаний той факт, що експеримент із дзвінком, поміщеним під ковпак, тривалий час здавався не дуже переконливим. Справа в тому, що експериментатори недостатньо добре ізолювали дзвінок, і звук був чутний навіть коли під ковпаком не було повітря, оскільки коливання передавалися через всілякі з'єднання установки.

1650 року Атанасіус Кірх'єр та Отто Гюкке на підставі експерименту зі дзвінком зробили висновок, що для поширення звуку повітряне середовище не потрібне. І лише через десять років Роберт Бойль переконливо довів протилежне. Звук у повітрі, наприклад, передається поздовжніми хвилями, т. е. згущеннями, що чергуються, і розрідженнями повітря, що йдуть від джерела звуку. Але оскільки навколишній простір на відміну від двомірної поверхні води тривимірно, то і звукові хвилі поширюються не в двох, а в трьох напрямках - у вигляді сфер, що розходяться.

Звукові хвилі, як і будь-які інші механічні хвилі, поширюються у просторі не миттєво, а з певною швидкістю. Найпростіші спостереження дозволяють переконатися у цьому. Наприклад, під час грози ми спершу бачимо блискавку і лише через деякий час чуємо грім, хоча коливання повітря, сприймані нами як звук, виникають одночасно зі спалахом блискавки. Справа в тому, що швидкість світла дуже велика (300 000 км/с), тому можна вважати, що ми бачимо спалах у момент її виникнення. А звук грому, що утворився одночасно з блискавкою, потрібен цілком відчутний для нас час, щоб пройти відстань від місця його виникнення до спостерігача, що стоїть на землі. Наприклад, якщо ми почуємо гуркіт грому більш ніж через 5 секунд після того, як побачили блискавку, то можемо зробити висновок, що гроза знаходиться від нас на відстані не менше 1,5 км. Швидкість звуку залежить від властивостей середовища, в якому поширюється звук. Вченими розроблено різні способи визначення швидкості звуку у будь-яких середовищах.

Швидкість звуку та його частота визначають довжину хвилі. Спостерігаючи за хвилями в ставку, ми помічаємо, що кола, що розходяться, іноді бувають менше, а іноді більше, іншими словами, відстань між гребенями хвилі або западинами хвиль можуть бути різними в залежності від розмірів об'єкта, завдяки якому вони виникли. Тримаючи руку досить низько над поверхнею води, ми можемо відчувати кожен сплеск, що проходить повз нас. Чим більша відстань між наступними один за одним хвилями, тим рідше їхні гребені торкатимуться наших пальців. Такий нескладний досвід дозволяє зробити висновок, що у разі хвиль на водної поверхні для даної швидкості поширення хвиль більшій частоті відповідає менша відстань між гребенями хвиль, тобто більш короткі хвилі, і, навпаки, меншій частоті – більш довгі хвилі.

Те саме справедливо і для звукових хвиль. Про те, що через деяку точку простору проходить звукова хвиля, можна судити щодо зміни тиску в цій точці. Ця зміна повністю повторює коливання мембрани джерела звуку. Людина чує звук, тому що звукова хвиля чинить змінний тиск на барабанну перетинку її вуха. Як тільки гребінець звукової хвилі (або область високого тиску) досягає нашого вуха. Ми відчуваємо тиск. Якщо області підвищеного тиску звукової хвилі йдуть один за одним досить швидко, то барабанна перетинка нашого вуха коливається швидко. Якщо ж гребені звукової хвилі значно відстають один від одного, то й барабанна перетинка коливатиметься набагато повільніше.

Швидкість звуку в повітрі є на диво постійною величиною. Ми вже бачили, що частота звуку безпосередньо пов'язана з відстанню між гребенями звукової хвилі, тобто між частотою звуку та довжиною хвилі існує певне співвідношення. Ми можемо висловити це співвідношення так: довжина хвилі дорівнює швидкості, поділеної на частоту. Можна сказати і по-іншому: довжина хвилі обернено пропорційна частоті з коефіцієнтом пропорційності, рівним швидкості звуку.

Який же звук стає чутним? Коли звукові хвилі надходять у слуховий прохід, вони викликають вібрацію барабанної перетинки, середнього та внутрішнього вуха. Потрапляючи в рідину, що заповнює равлик, повітряні хвилі впливають на волоскові клітини всередині кортієва органу. Слуховий нерв передає ці імпульси у мозок, де вони перетворюються на звуки.

Вимірювання шуму

Шум – це неприємний або небажаний звук, або сукупність звуків, що заважають сприйняттю корисних сигналів, що порушують тишу, надають шкідливу або дратівливу дію на організм людини, що знижує її працездатність.

У галасливих районах у багатьох людей з'являються симптоми шумової хвороби: підвищена нервова збудливість, швидка стомлюваність, підвищений артеріальний тиск.

Рівень шуму вимірюється в одиницях,

Виражають рівень звуків тиску, - децибелах. Цей тиск сприймається не безмежно. Рівень шуму в 20-30 дБ практично нешкідливий для людини – це природне шумове тло. Що ж до гучних звуків, то тут допустима межа становить приблизно 80 дБ. Звук у 130 дБ вже викликає у людини больове відчуття, а 150 стає для нього нестерпним.

Акустичний шум-безладні звукові коливання різної фізичної природи, що характеризуються випадковою зміною амплітуди, частоти.

При поширенні звукової хвилі, що складається зі згущень і розрідження повітря, тиск на барабанну перетинку змінюється. Одиницею вимірювання тиску є 1 Н/м2, а одиницею потужності звуку – 1 Вт/м2.

Порогом чутності називають мінімальну гучність звуку, яку людина сприймає. У різних людей він різний, і тому умовно за поріг чутності прийнято вважати звуковий тиск, що дорівнює 2x10"5 Н/м2 при 1000 Гц, що відповідає потужності 10"12 Вт/м2. Саме з цими величинами порівнюють звук, що вимірюється.

Наприклад, потужність звуку моторів при зльоті реактивного літака дорівнює 10 Вт/м2, тобто перевищує граничну в 1013 разів. Оперувати такими великими числами незручно. Про звуки різної гучності говорять, що один голосніше іншого не стільки разів, а стільки одиниць. Одиниця гучності називається Білом - на ім'я винахідника телефону А. Бела (1847-1922). Гучність вимірюють у децибелах: 1 дБ = 0,1 Б (Біл). Наочне уявлення про те, як пов'язані між собою інтенсивність звуку, звуковий тиск та рівень гучності.

Сприйняття звуку залежить лише від його кількісних характеристик (тиск і потужність), а й його якості - частоти.

Один і той же за силою звук на різних частотах відрізняється гучністю.

Деякі люди не чують звуки високої частоти. Так, у людей похилого віку верхня межа сприйняття звуку знижується до 6000 Гц. Вони не чують, наприклад, писку комара та трелів цвіркуну, які видають звуки із частотою близько 20 000 Гц.

Відомий англійський фізик Д. Тіндаль так описує одну зі своїх прогулянок з товаришем: «Луга по обидва боки дороги кишіли комахами, які для мого слуху наповнювали повітря своїм різким дзижчанням, але мій друг нічого цього не чув - музика комах літала поза межами його слуху» !

Рівні шуму

Гучність – рівень енергії у звуку – вимірюється в децибелах. Шепіт дорівнює приблизно 15 дБ, шелест голосів у студентській аудиторії досягає приблизно 50 дБ, а вуличний шум при інтенсивному дорожньому русі - близько 90 дБ. Шуми вище 100 дБ можуть бути нестерпними для вуха людини. Шуми близько 140 дБ (наприклад, звук реактивного літака, що злітає) можуть виявитися болючими для вуха і пошкодити барабанну перетинку.

Більшість людей гострота слуху з віком притупляється. Це тим, що вушні кісточки втрачають свою початкову рухливість, у зв'язку з чим коливання не передаються у внутрішнє вухо. Крім того, інфекції органів слуху можуть пошкоджувати барабанну перетинку та негативно відбиватися на роботі кісточок. У разі виникнення будь-яких проблем зі слухом необхідно негайно звернутися до лікаря. Причиною деяких видів глухоти є ушкодження внутрішнього вуха чи слухового нерва. Погіршення слуху може бути викликано постійним шумовим впливом (наприклад, у заводському цеху) або різкими і дуже гучними сплесками. Необхідно дуже обережно користуватися персональними стереоплеєрами, оскільки надмірна гучність звучання також може призвести до глухоти.

Допустимий шум у приміщеннях

Щодо рівня шуму слід зазначити, що таке поняття не є ефемерним та неврегульованим з погляду законодавства. Так, в Україні досі діють прийняті ще за часів СРСР Санітарні норми допустимого шуму у приміщеннях житлових та громадських будівель та на території житлової забудови. Згідно з зазначеним документом, у житлових приміщеннях має бути забезпечене дотримання рівня шуму, що не перевищує 40 дБ вдень та 30 дБ вночі (з 22:00 до 8:00).

Нерідко шум несе важливу інформацію. Авто- або мотогонщик уважно прислухається до звуків, які видають мотор, шасі та інші частини апарату, що рухається, адже будь-який сторонній шум може бути провісником аварії. Шум грає істотну роль акустиці, оптиці, обчислювальної техніки, медицині.

Що таке шум? Під ним розуміють безладні складні коливання різної фізичної природи.

Проблема галасу виникла дуже давно. Вже в давнину стукіт коліс по бруківці викликав у багатьох безсоння.

А може, проблема виникла ще раніше, коли сусіди по печері починали сваритися через те, що один із них надто голосно стукав, виготовляючи кам'яний ніж чи сокиру?

Шумове забруднення довкілля постійно зростає. Якщо 1948 р. під час обстеження жителів великих міст питанням, турбує їх шум у квартирі, ствердно відповіли 23% опитаних, то 1961 р. - вже 50%. Останнім десятиліттям рівень шуму в містах зріс у 10-15 разів.

Шум - один із видів звуку, щоправда, його часто називають «небажаним звуком». При цьому, за даними фахівців, шум трамваю розцінюється на рівні 85-88 дБ, тролейбуса – 71 дБ, автобуса з двигуном потужністю понад 220 л. с. - 92 дБ, менше 220 л. с. - 80-85 дБ.

Вчені з Державного Університету Огайо дійшли висновку, що люди, які регулярно піддаються впливу гучних звуків, в 1,5 рази більше, ніж інші, ризикують захворіти на акустичну неврому.

Акустична неврома – це доброякісна пухлина, що веде до втрати слуху. Вчені обстежили 146 пацієнтів з акустичною невромою та 564 здорових людей. Усім їм поставили питання щодо того, наскільки часто їм доводиться стикатися з гучними звуками не слабше 80 децибелів (шум дорожнього руху). В анкеті враховувався шум приладів, моторів, музика, дитячий крик, шум на спортивних заходах, барах та ресторанах. Учасників дослідження також запитали, чи вони використовують пристосування для захисту слуху. У тих, хто регулярно слухав гучну музику, ризик виникнення акустичної невроми був підвищений у 2,5 рази.

У тих, хто зазнавав впливу технічного шуму - в 1,8 рази. У людей, які регулярно слухають дитячий крик, шум на стадіонах, у ресторанах чи барах – у 1,4 рази. При використанні захисту для слуху ризик виникнення акустичної невроми не вищий, ніж у людей, які взагалі не піддаються дії шуму.

Вплив акустичного шуму на людину

Вплив акустичного шуму на людину буває різним:

A. Шкідливе

Шум призводить до виникнення доброякісної пухлини.

Тривалий шум несприятливо впливає орган слуху, розтягуючи барабанну перетинку цим, знижуючи чутливість до звуку. Він призводить до розладу діяльності серця, печінки, до виснаження та перенапруги нервових клітин. Звуки і шуми великої потужності вражають слуховий апарат, нервові центри, можуть викликати болючі відчуття і шок. Так діє шумове забруднення.

Шуми штучні, техногенні. Саме вони негативно впливають на нервову систему людини. Один із найзлісніших міських шумів – шум автомобільного транспорту на великих магістралях. Він дратує нервову систему, тому людину мучать тривоги, вона почувається стомленою.

В. Сприятливе

До корисних звуків відноситься шум листя. Сплеск хвиль надає заспокійливий вплив на нашу психіку. Тихий шелест листя, дзюрчання струмка, легкий плескіт води та шум прибою завжди приємні людині. Вони заспокоюють його, знімають стреси.

С. Лікувальне

Лікувального впливу на людину за допомогою звуків природи виникла у лікарів та біофізиків, які працювали з космонавтами ще на початку 80-х років ХХ століття. У психотерапевтичної практиці природні шуми використовуються при лікуванні різних захворювань як допоміжний засіб. Психотерапевти застосовують і так званий "білий шум". Це своєрідне шипіння, що віддалено нагадує шум хвиль без плескоту води. Лікарі вважають, що "білий шум" заспокоює та заколисує.

Вплив шуму на організм людини

Але чи тільки органи слуху страждають від шумів?

Учням пропонується це з'ясувати, ознайомившись із такими твердженнями.

1. Шум стає причиною передчасного старіння. У тридцяти випадках із ста шум скорочує тривалість життя людей у ​​великих містах на 8-12 років.

2. Кожна третя жінка і кожен четвертий чоловік страждають на неврози, викликані підвищеним рівнем шуму.

3. Такі хвороби, як гастрит, виразки шлунка та кишечника, найчастіше зустрічаються у людей, які живуть і працюють у галасливій обстановці. У естрадних музикантів виразка шлунка – професійне захворювання.

4. Досить сильний шум вже через 1 хв може викликати зміни в електричній активності мозку, яка стає схожою на електричну активність мозку у хворих на епілепсію.

5. Шум пригнічує нервову систему, особливо при дії, що повторюється.

6. Під впливом шуму відбувається стійке зменшення частоти та глибини дихання. Іноді з'являється аритмія серця, гіпертонія.

7. Під впливом шуму змінюються вуглеводний, жировий, білковий, сольовий обмін речовин, що проявляється у зміні біохімічного складу крові (знижується рівень цукру в крові).

Від надмірного шуму (понад 80 дБ) страждають не тільки органи слуху, але й інші органи та системи (кровоносна, травна, нервова тощо), порушуються процеси життєдіяльності, енергетичний обмін починає переважати над пластичним, що призводить до передчасного старіння організму. .

ПРОБЛЕМА ШУМУ

Величезне місто завжди супроводжує шум транспорту. За останні 25-30 років у великих містах світу шум збільшився на 12-15 дБ (тобто гучність шуму зросла в 3-4 рази). Якщо межі міста розташовується аеропорт, як і має місце у Москві, Вашингтоні, Омську та інших міст, це призводить до багаторазового перевищення гранично допустимого рівня звукових подразників.

І все-таки автомобільний транспорт лідирує серед основних джерел шуму у місті. Саме він викликає на магістральних вулицях міст шум до 95 дБ за шкалою шумоміра. Рівень шуму в житлових кімнатах при зачинених вікнах, що виходять на магістралі, лише на 10-15 дБ нижче, ніж на вулиці.

Шумність автомобілів залежить від багатьох причин: марки автомобіля, його справності, швидкості руху, якості дорожнього покриття, потужності двигуна тощо. Шум від двигуна різко зростає в момент його запуску та прогрівання. Під час руху автомобіля на першій швидкості (до 40 км/год) шум двигуна вдвічі перевищує шум, створюваний ним на другій швидкості. При різкому гальмуванні автомобіля шум також значно зростає.

Виявлено залежність стану організму людини від рівня шуму навколишнього середовища. Відзначено певні зміни функціонального стану центральної нервової та серцево-судинної систем, спричинені шумом. Ішемічна хвороба серця, гіпертонічна хвороба, підвищення вмісту холестерину в крові зустрічаються частіше у осіб, які проживають у галасливих районах. Шум значною мірою порушує сон, зменшує його тривалість та глибину. Термін засинання збільшується на годину і більше, а після пробудження люди відчувають утому, головний біль. Все це згодом переходить у хронічну перевтому, послаблює імунітет, сприяє розвитку хвороб, знижує працездатність.

Наразі вважається, що шум здатний скорочувати тривалість життя людини майже на 10 років. Стало більше і психічно хворих людей через звукові подразники, що посилюються, особливо сильно шум впливає на жінок. Загалом зросла кількість людей, що слабо чують у містах, ну а найпростішими явищами стали головний біль і підвищена дратівливість.

Шумовий забруднення

Звук і шум великої потужності вражають слуховий апарат, нервові центри і можуть викликати болючі відчуття і шок. Так діє шумове забруднення. Тихий шелест листя, дзюрчання струмка, пташині голоси, легкий плескіт води та шум прибою завжди приємні людині. Вони заспокоюють його, знімають стреси. Це використовується у лікувальних закладах, у кабінетах психологічного розвантаження. Природні шуми природи стають дедалі рідкісними, зникають зовсім чи заглушаються промисловими, транспортними та інші шумами.

Тривалий шум несприятливо впливає орган слуху, знижуючи чутливість до звуку. Він призводить до розладу діяльності серця, печінки, до виснаження та перенапруги нервових клітин. Ослаблені клітини нервової системи що неспроможні досить координувати роботу різних систем організму. Звідси виникають порушення діяльності.

Ми вже знаємо, що шум у 150 дБ згубний для людини. Не дарма в середні віки існувала страта під дзвоном. Гул дзвін мучив і повільно вбивав.

Кожна людина сприймає по-різному шум. Багато залежить від віку, темпераменту, стану здоров'я, навколишніх умов. Шум має акумулятивний ефект, тобто акустичні подразнення, накопичуючись в організмі, все сильніше пригнічують нервову систему. Особливе шкідливе вплив шум надає нервово-психічну діяльність організму.

Шуми викликають функціональні розлади серцево-судинної системи; надає шкідливий вплив на зоровий та вестибулярний аналізатори; знижують рефлекторну діяльність, що часто стає причиною нещасних випадків та травм.

Шум підступний, його шкідливий вплив на організм відбувається незримо, непомітно, катастрофи в організмі виявляються не відразу. До того ж організм людини проти шуму практично беззахисний.

Все частіше лікарі говорять про шумову хворобу, переважне ураження слуху та нервової системи. Джерелом шумового забруднення може бути промислове підприємство чи транспорт. Особливо сильний шум роблять важкі самоскиди та трамваї. Шум впливає на нервову систему людини, і тому в містах та на підприємствах проводяться заходи щодо шумозахисту. Залізничні та трамвайні лінії та дороги, якими проходить вантажний транспорт, потрібно виносити з центральних частин міст у малонаселені райони та створювати навколо них зелені насадження, що добре поглинають шум. Літаки не повинні літати над містами.

Звукоізоляція

Уникнути шкідливого впливу шуму значно допомагає звукоізоляція

Зменшення рівня шуму досягається за рахунок будівельно-акустичних заходів. У зовнішніх конструкціях, що захищають вікна і балконні двері мають значно меншу звукоізоляцію, ніж сама стіна.

Ступінь шумозахищеності будівель насамперед визначається нормами допустимого шуму для приміщень цього призначення.

БОРОТЬБА З АКУСТИЧНИМ ШУМОМ

Лабораторія акустики МНДІП проводить розробку розділів "Акустична екологія" у складі проектної документації. Виконуються проекти із звукоізоляції приміщень, боротьби з шумом, розрахунки систем звукопідсилення, акустичні вимірювання. Хоча і в звичайних приміщеннях людям все більше хочеться акустичного комфорту, - гарного захисту від шуму, розбірливої ​​мови та відсутності т.з. акустичних фантомів – негативних звукових образів, які формуються деякими. У конструкціях, призначених для додаткової боротьби з децибелами, чергуються як мінімум два шари - "жорсткий" (гіпсокартон, гіпсоволокно). Також і акустичний дизайн повинен зайняти всередині свою скромну нішу. Для боротьби з акустичними шумами використовується частотна фільтрація.

МІСТО І ЗЕЛЕНІ НАСАДЖЕННЯ

Якщо захистити своє житло від шуму деревами, то недаремно буде дізнатися, що звуки поглинаються не листям. Вдаряючись об стовбур, звукові хвилі розбиваються, прямуючи вниз, до ґрунту, яким і поглинаються. Найкращим вартовим тиші вважається ялина. Навіть біля насиченої автомагістралі можна жити спокійно, якщо захистити свій будинок поруч зелених ялинок. І непогано б посадити поряд каштани. Одне доросле каштанове дерево очищає від вихлопних газів автомобілів простір заввишки до 10 м, завширшки до 20 м і завдовжки до 100 м. При цьому на відміну від багатьох інших дерев каштан розкладає отруйні речовини газів майже без шкоди для свого здоров'я.

Значення озеленення міських вулиць велике - щільні посадки чагарників та лісосмуги захищають від шуму, знижуючи його на 10-12 дБ (децибел), зменшують концентрацію шкідливих частинок у повітрі зі 100 до 25%, знижують швидкість вітру з 10 до 2 м/с, зменшують концентрацію газів від машин до 15% в одиниці обсягу повітря, роблять повітря більш вологим, знижують його температуру, тобто роблять його більш прийнятним для дихання.

Зелені насадження так само поглинають звуки, чим вище дерева і щільніше їх посадка, тим менше чути звук.

Зелені насадження в комплексі з газонами, квітниками сприятливо діють на психіку людини, заспокоюють зір, нервову систему, є джерелом натхнення, підвищують працездатність людей. Найбільші витвори мистецтва та літератури, відкриття вчених, зароджувалися під сприятливим впливом природи. Так було створено найбільші музичні твори Бетховена, Чайковського, Штрауса та інших композиторів, картини чудових російських художників-пейзажистів Шишкіна, Левітана, твори російських та радянських письменників. Невипадково сибірський науковий центр було закладено серед зелених насаджень Пріобського бору. Тут, у тіні від міського шуму серед зелені наші Сибірські вчені успішно проводять свої дослідження.

Висока озеленення таких міст, як Москва, Київ; в останньому, наприклад, на кожного жителя припадає у 200 разів більше насаджень, ніж у Токіо. У столиці Японії за 50 років (1920-1970 рр.) було знищено близько половини всіх зелених ділянок, що знаходилися в радіусі десяти кілометрів від центру. У США за п'ятиріччя втрачено майже 10 тисяч гектарів центральних міських парків.

← Шум шкідливо відбивається на стані здоров'я людини, насамперед погіршується слух, стан нервової та серцево-судинної системи.

← Шум можна виміряти за допомогою спеціальних приладів – шумомірів.

← Потрібно боротися із шкідливим впливом шуму шляхом контролю рівня шуму, а також за допомогою спеціальних заходів щодо зниження рівня шуму.

Команда вчених із Університету Пенсільванії за підтримки Ben and Jerry's створила холодильник, який охолоджує їжу за допомогою звуку. В його основі лежить принцип того, що звукові хвилі стискають та розширюють повітря навколо себе, що нагріває та охолоджує його відповідно. Як правило, звукові хвилі змінюють температуру не більше ніж на 1/10000 градусів, але якщо газ буде під тиском у 10 атмосфер, ефекти будуть значно сильнішими. Так званий термоакустичний холодильник стискає газ в камері, що охолоджує, і підриває його за допомогою 173 децибел звуку, генеруючи тепло. Усередині камери серія металевих пластин на шляху звукових хвиль поглинає тепло та повертає його у теплообмінну систему. Тепло видаляється, а вміст холодильника охолоджується.

Ця система була розроблена як більш екологічна альтернатива сучасним холодильникам. На відміну від традиційних моделей, які використовують хімічні холодоагенти на шкоду атмосфері, термоакустичний холодильник відмінно працює з інертними газами на зразок гелію. Оскільки гелій просто залишає атмосферу, якщо раптом опиняється в ній, нова технологія буде екологічніша за будь-яку іншу на ринку. У міру розвитку цієї технології її дизайнери сподіваються, що термоакустичні моделі в кінцевому рахунку обійдуть традиційні холодильники по всіх пунктах.

Ультразвукове зварювання

Ультразвукові хвилі використовуються для зварювання пластмас із 1960-х років. В основі цього методу лежить стиск двох термопластичних матеріалів на вершині особливого пристосування. Через розтруб потім подаються ультразвукові хвилі, які викликають вібрації в молекулах, що, у свою чергу, призводить до тертя, що генерує тепло. Зрештою два шматки зварюються разом рівномірно та міцно.

Як і багато технологій, ця була виявлена ​​випадково. Роберт Солофф працював над ультразвуковою технологією герметизації і випадково торкнувся зондом диспенсера скотчу на столі. У результаті дві частини диспенсера спаялися разом, а Солофф зрозумів, що звукові хвилі можуть огинати кути та боки жорсткого пластику, досягаючи внутрішніх частин. Після відкриття Солофф та його колеги розробили та запатентували метод ультразвукового зварювання.

З того часу ультразвукове зварювання знайшло широке застосування у багатьох галузях промисловості. Від підгузків до автомобілів цей метод повсюдно використовується для з'єднання пластмас. Останнім часом експериментують навіть із ультразвуковим зварюванням швів на спеціалізованому одязі. Компанії на кшталт Patagonia та Northface вже використовують зварні шви у своєму одязі, але тільки прямі, і виходить дуже дорого. В даний час найпростішим і універсальним методом, як і раніше, залишається ручне шиття.

Крадіжка інформації про кредитки

Вчені знайшли спосіб передавати дані з комп'ютера на комп'ютер, використовуючи лише звук. На жаль, цей спосіб також виявився ефективним у передачі вірусів.

Фахівцю з безпеки Драгошу Руйу прийшла ця ідея після того, як він помітив щось дивне зі своїм MacBook Air: після встановлення OS X його комп'ютер спонтанно завантажив ще дещо. Це був дуже потужний вірус, який міг видаляти дані та вносити зміни за власним бажанням. Навіть після видалення, переустановки та переналаштування всієї системи проблема залишалася. Найбільш правдоподібне пояснення безсмертя вірусу було таким, що він проживав у BIOS і залишався там, незважаючи на будь-які операції. Інша, менш ймовірна теорія була такою, що вірус використовував високочастотні передачі між динаміками та мікрофоном для управління даними.

Ця дивна теорія здавалася неймовірною, але була доведена хоча б щодо можливості, коли Німецький інститут знайшов спосіб відтворити цей ефект. На основі розробленого для підводного зв'язку програмного забезпечення вчені розробили прототип шкідливої ​​програми, яка передавала дані між непідключеними до Мережі ноутбуками, використовуючи динаміки. У тестах ноутбуки могли повідомлятись на відстані до 20 метрів. Діапазон можна було розширити, зв'язавши заражені пристрої в мережу, подібно до ретрансляторів Wi-Fi.

Хороші новини в тому, що ця акустична передача відбувається вкрай повільно, досягаючи швидкості 20 біт на секунду. Хоча цього недостатньо для передачі великих пакетів даних, цього достатньо, щоб передавати інформацію на кшталт натискання клавіш, паролів, номерів кредитних карток та ключів шифрування. Оскільки сучасні віруси вміють робити все це швидше та краще, малоймовірно, що нова акустична система стане популярною у найближчому майбутньому.

Акустичні скальпелі

Лікарі вже використовують звукові хвилі для медичних процедур на кшталт УЗД та руйнування каміння у нирках, але вчені з Університету штату Мічиган створили акустичний скальпель, точність якого дозволяє відокремлювати навіть одну клітину. Сучасні ультразвукові технології дозволяють створити промінь з фокусом в кілька міліметрів, проте новий інструмент має точність вже в 75 на 400 мікрометрів.

Загальна технологія була відома з кінця 1800-х, проте новий скальпель став можливим завдяки використанню лінзи, обгорнутої в вуглецеві нанотрубки та матеріал під назвою полідиметилсилоксан, що конвертує світло в звукові хвилі високого тиску. При належному фокусі, звукові хвилі створюють ударні хвилі та мікробульбашки, які чинять тиск на мікроскопічному рівні. Технологію протестували, відокремивши одну клітину раку яєчників і просвердливши 150-мікрометрову дірку у штучному нирковому камені. Автори технології вважають, що її можна буде нарешті використовувати для доставки ліків чи видалення малих ракових пухлин чи бляшок. Її можна навіть використовувати для проведення безболісних операцій, оскільки такий ультразвуковий промінь зможе уникати нервових клітин.

Підзарядка телефону голосом

За допомогою нанотехнологій вчені намагаються видобувати енергію з різних джерел. Одне з таких завдань – створення пристрою, який не потрібно буде заряджати. Nokia навіть запатентувала пристрій, що поглинає енергію руху.

Оскільки звук - це лише стиск і розширення газів повітря, отже рух, може стати життєздатним джерелом енергії. Вчені експериментують із можливістю заряджання телефону прямо під час використання - поки ви телефонуєте, наприклад. У 2011 році вчені з Сеула взяли наностержні з оксиду цинку, затиснуті між двома електродами, щоб видобути електрику зі звукових хвиль. Ця технологія могла виробляти 50 мл просто з шуму руху машин. Цього недостатньо, щоб зарядити більшість електричних пристроїв, але торік лондонські інженери вирішили створити пристрій, що виробляє 5 вольт – і цього вже вистачає, щоб зарядити телефон.

Хоча зарядка телефонів за допомогою звуків може бути гарною новиною для любителів побалакати, вона може вплинути на світ, що розвивається. Та сама технологія, яка забезпечила існування термоакустичного холодильника, може бути використана для перетворення звуку на електрику. Score-Stove - це плита та холодильник, яка витягує енергію в процесі приготування на паливній біомасі для виробництва невеликих обсягів електрики, близько 150 Вт. Це небагато, але достатньо, щоб забезпечити 1,3 мільярда людей на Землі, які не мають доступу до електрики, енергією.

Перетворити тіло людини на мікрофон

Вчені з Disney зробили пристрій, який перетворює людське тіло на мікрофон. Назване «ішин-ден-шин» на честь японського висловлювання, що означає спілкування через негласне взаєморозуміння, воно дозволяє комусь передати записане повідомлення, просто торкнувшись вуха іншої персони.

Цей пристрій включає мікрофон, прикріплений до комп'ютера. Коли хтось говорить у мікрофон, комп'ютер зберігає мову у вигляді запису на повторі, яка потім перетворюється на ледь чутний сигнал. Цей сигнал передається по дроту від мікрофона до тіла будь-кого, хто його тримає, та виробляє модульоване електростатичне поле, яке викликає крихітні вібрації, якщо людина чогось стосується. Вібрації можуть бути почуті, якщо людина торкнеться чужого вуха. Їх навіть можна передавати від людини до людини, якщо група людей перебуває у фізичному контакті.

Іноді наука створює щось, про що навіть Джеймс Бонд міг лише мріяти. Вчені з Массачусетського технологічного інституту та Adobe розробили алгоритм, який може зчитувати пасивні звуки від неживих об'єктів на відео. Їхній алгоритм аналізує непомітні коливання, які звукові хвилі створюють на поверхнях, і робить їх чутними. В ході одного експерименту вдалося вважати виразну промову з пакету картопляних чіпсів, що лежать на відстані 4,5 метра за звуконепроникним склом.

Для досягнення найкращих результатів алгоритм вимагає, щоб кількість кадрів за секунду на відео була вищою за частоту аудіосигналу, для чого необхідна високошвидкісна камера. Але, зрештою, можна взяти і звичайну цифрову камеру, щоб визначити, наприклад, кількість співрозмовників у кімнаті та їх підлогу - можливо, навіть їх особи. Нова технологія має очевидні застосування в судово-медичній експертизі, правоохоронних органах і шпигунських війнах. Маючи таку технологію, можна дізнатися, що відбувається за вікном, просто діставши цифрову камеру.

Акустична маскування

Вчені зробили пристрій, який може ховати об'єкти від звуку. Воно схоже на дивну діряву піраміду, але її форма відбиває траєкторію звуку так, ніби він відбивається від плоскої поверхні. Якщо ви розмістите це акустичне маскування на об'єкті на плоскій поверхні, він буде невразливий для звуку незалежно від того, під яким кутом ви будете направляти звук.

Хоча, можливо, ця накидка і не запобіжить прослуховування розмови, вона може стати в нагоді в місцях, де об'єкт потрібно сховати від акустичних хвиль, наприклад, концертний зал. З іншого боку, військові вже поклали око на цю маскувальну піраміду, оскільки має потенціал ховати об'єкти від сонара, наприклад. Оскільки під водою звук подорожує майже так само, як повітрям, акустична маскування може зробити підводні човни невидимими до виявлення.

Притягуючий промінь

Довгі роки вчені намагалися втілити в життя технології із «Зоряного шляху», у тому числі й тяговий промінь, за допомогою якого можна захоплювати та притягувати ті чи інші речі. В той час, як багато досліджень фокусується на оптичному промені, який використовує тепло для пересування об'єктів, ця технологія обмежена розміром об'єктів в кілька міліметрів. Ультразвукові тягові промені, однак, довели, що можуть рухати великі об'єкти – до 1 сантиметра завширшки. Можливо, це все ще мало, але у нового променя сила в мільярди разів перевершує старі напрацювання.

Зосередивши два ультразвукові промені на цілі, об'єкт можна підштовхнути у напрямку до джерела променя, розсіюючи хвилі в протилежному напрямку (об'єкт ніби підстрибуватиме на хвилях). Хоча вченим поки що не вдалося створити найкращий вид хвилі для своєї техніки, вони продовжують роботу. У майбутньому цю технологію можна буде використовувати безпосередньо для керування об'єктами та рідинами в тілі людини. Для медицини вона може виявитися незамінною. На жаль, у космічному вакуумі звук не поширюється, тому навряд чи технологія застосовується для управління космічними кораблями.

Тактильні голограми

Наука також працює над іншим витвором «Зоряного шляху» – голодом. Хоча в технології голограми немає нічого нового, на даний момент нам доступні не такі хитромудрі її прояви, як показують фантастичні фільми. Щоправда, найважливішою рисою, яка відокремлює фантастичні голограми від реальних, залишаються тактильні відчуття. Залишалися, якщо бути точними. Інженери з Університету Брістоля розробили так звану технологію UltraHaptics, яка може передавати тактильні відчуття.

Спочатку технологія розроблялася для сили на вашу шкіру, щоб полегшити жестове керування певними пристроями. Механік із брудними руками, наприклад, міг би перегорнути посібник з експлуатації. Технологія мала надати сенсорним екранам відчуття фізичної сторінки.

Оскільки ця технологія використовує звук для вібрацій, які відтворюють відчуття дотику, рівень чутливості можна змінювати. 4-герцеві вібрації схожі на важкі краплі дощу, а 125-герцеві нагадують дотик до піни. Єдиним недоліком на даний момент залишається те, що ці частоти можуть бути почуті собаками, але дизайнери кажуть, що це можна виправити.

Зараз вони допрацьовують свій пристрій для виробництва віртуальних форм на кшталт сфер і пірамід. Щоправда, це зовсім віртуальні форми. В основі їх роботи лежать сенсори, які йдуть за вашою рукою і відповідно утворюють звукові хвилі. В даний час цим об'єктам не вистачає деталізації та деякої точності, але дизайнери кажуть, що одного разу технологія буде сумісна з видимою голограмою, а людський мозок зможе скласти їх в одну картинку.

За матеріалами listverse.com

В останні кілька років безліч людей, які проживають поблизу вітрогенераторів, стверджують, що лопаті, що обертаються, викликають у них різні захворювання. Люди скаржаться на безліч неприємних симптомів, починаючи з головного болю та депресії та закінчуючи кон'юнктивітом та носовими кровотечами. Чи дійсно існує синдром вітрогенератора? Чи це просто ще одна уявна хвороба, яка підігрівається інформацією, що розповсюджується в інтернеті?

Шум може викликати роздратування та порушення сну. Але прихильники синдрому вітрогенератора стверджують, що вітряні турбіни несуть у собі небезпеку здоров'ю людини, пов'язану з низькочастотним шумом нижче порога сприйняття людського слуху.

Синдром вітрогенератора

Синдром вітрогенератора - це клінічне найменування ряду симптомів, дане лікарем, педіатром з Нью Йорка Ніною П'єрпонт (Nina Pierpont), які спостерігаються у багатьох (але не всіх) людей, які проживають поблизу промислових вітрових турбін. Протягом п'яти років Ніна П'єрпонт обстежила людей, які мешкають поблизу вітрогенераторів у США, Італії, Ірландії, Великій Британії та Канаді. У 2009 році вийшла її книга Wind Turbine Syndrome (Синдром вітрогенератора).

Симптоми синдрому вітрогенератора, які описує Ніна П'єрпонт:

• порушення сну;
• головний біль;
• шум в вухах;
• тиск у вухах;
• запаморочення;
• нудота;
• візуальна розмитість;
• тахікардія (прискорене серцебиття);
• дратівливість;
• проблеми з концентрацією та пам'яттю;
• панічні напади, пов'язані з відчуттями внутрішнього пульсації або тремтінням, які виникають під час неспання та уві сні.

Вона стверджує, що проблеми спричиняє порушення вестибулярної системи внутрішнього вуха низькочастотним шумом від турбін вітрогенераторів.

Щоб зрозуміти, із чим пов'язаний синдром вітрогенератора, потрібно спочатку зрозуміти принцип роботи людської вестибулярної системи, рецепторні клітини якої знаходиться у внутрішньому вусі. Внутрішнє вухо складається з присінка, равлика та півкружних каналів. Овальний і круглий мішечок і півкружні канали не відносяться до органів слуху, вони якраз і є вестибулярним апаратом, що визначає положення тіла в просторі, що відповідає за збереження рівноваги і регулює настрій і деякі фізіологічні функції. Низькочастотний звук (інфразвук) ми усвідомлюємо, але впливає вестибулярний апарат. Низькочастотний шум від турбін стимулює вироблення помилкових сигналів у системі внутрішнього вуха, які і призводять до запаморочення та нудоти, а також до проблем з пам'яттю, тривожності та паніки.

Вестибулярний апарат — це давня система «управління та контролю», створена природою, вона з'явилася у тварин ще мільйони років тому, задовго до того, як з'явилися перші люди. Майже ідентичний апарат є у риб та амфібій та безлічі інших хребетних. Чи не тому відмічено, що поблизу вітряних турбін зникають птахи, миші, черв'яки та інші тварини. Схоже, вони теж страждають на синдром вітрогенератора.

Інфразвук внаслідок великої довжини хвилі вільно обходить перешкоди і може поширюватися на великі відстані без значних втрат енергії. Тому інфразвук можна розглядати як фактор, що забруднює довкілля. Тобто. якщо вітрогенератори призводять до вироблення інфразвуку, то вони все ж таки не є чистим джерелом енергії, оскільки забруднюють навколишнє середовище. А відфільтрувати інфразвук набагато складніше, ніж звичний звук. Звукові фільтри, що встановлюються, не дозволяють його екранувати повністю.

Критика синдрому вітрогенератора

Слід зазначити, що синдром вітрогенератора не визнається офіційно. Критики П'єрпонт кажуть, що написана нею книга не рецензувалася та була видана самостійно. А її вибірка суб'єктів для досліджень надто мала і не має контрольної групи для порівняння. Саймон Чепмен, професор у галузі охорони здоров'я, каже, що термін «синдром вітрогенератора» з'являється для поширення групами активістів, які виступають проти вітропарків.

Деякі недавні дослідження пояснюють синдром вітрогенератора силою навіювання. Одне дослідження було опубліковано в журналі Health Psychology. У ході проведення дослідження 60 учасників піддавалися впливу інфразвуку та уявного інфразвуку (тобто тиші) протягом 10 хвилин. До впливу інфразвуку половині групи були продемонстровані відеоролики, в яких описувалися симптоми, що з'являються у людей, які мешкають поряд з вітрогенераторами. Люди, які перебувають у цій групі, після «прослуховування» інфразвуку мали велику кількість скарг на подібні симптоми незалежно від того, чи піддавалися вони впливу справжнього чи уявного інфразвуку.

Один із авторів дослідження вказує, що «синдром вітрогенератора» є класичним випадком ноцебо-ефекту. Це злий близнюк плацебо-ефекту, що викликає негативну реакцію. Ноцебо ефект – це симптоми, що виникають від негативної інформації про продукт. Наприклад, деякі учасники клінічних випробувань, яких попереджали про можливі згубні побічні ефекти препарату, зазнавали саме тих побічних ефектів, навіть якщо вони насправді приймали пустушки.

Група експертів у 2009 році, спонсорована Американською та Канадською асоціацією вітроенергетики, зробила висновок, що симптоми «синдрому вітрогенератора» спостерігається взагалі у багатьох людей, схильних до стресу, незалежно від того, чи впливає на них інфразвук. Інфразвук, який виробляють вітрогенератори, також виробляє транспорт, побутова техніка та людське серце. Він не є чимось особливим і не є фактором ризику.

Однак, незважаючи на критику синдрому, люди дуже часто скаржаться на головний біль, безсоння, дзвін у вухах, які вони пов'язують з вітрогенераторами. Ймовірно, П'єрпонт у чомусь має рацію і люди справді хворіють від інфразвуку, не дарма поруч із вітропарками зникають тварини. Можливо, деякі люди надчутливі до низькочастотних шумів або психологічно схильні до реагування на негативну інформацію про вітряні турбіни. Насправді необхідно проведення додаткових досліджень, щоб виявити всі можливі фактори ризику для здоров'я людини та навколишнього середовища, пов'язані з вітряними установками.

(Переглянути9 212 | Подивилися сьогодні 1)

Система зберігання енергії руйнує останні бар'єри перед альтернативною енергетикою
Віконна ферма з використанням хробаків. «Вертикальний сад» у Первоуральську
Тваринний світ і людина. Де ми зараз і куди рухаємось

Лютий 18, 2016

Світ домашніх розваг досить різноманітний і може включати: перегляд кіно на хорошій домашній кінотеатральній системі; захоплюючий та захоплюючий ігровий процес або прослуховування музичних композицій. Як правило, кожен знаходить щось своє в цій галузі, або поєднує все одразу. Але якими б не були цілі людини з організації свого дозвілля і в яку крайність не вдарялися - всі ці ланки міцно пов'язані одним простим і зрозумілим словом - "звук". Справді, у всіх випадках нас буде вести за ручку звуковий супровід. Але питання це не таке просте і тривіальне, особливо в тих випадках, коли з'являється бажання досягти якісного звучання в приміщенні або будь-яких інших умовах. Для цього не завжди обов'язково купувати дорогі hi-fi або hi-end компоненти (хоча буде вельми доречним), а буває достатнім гарне знання фізичної теорії, яка здатна усунути більшість проблем, що виникають у всіх, хто поставив за мету отримати озвучення високої якості.

Далі буде розглянуто теорію звуку та акустики з погляду фізики. В даному випадку я постараюся зробити це максимально доступно для розуміння будь-якої людини, яка, можливо, далека від знання фізичних законів або формул, але пристрасно мріє втіленням мрії створення досконалої акустичної системи. Я не беруся стверджувати, що для досягнення хороших результатів у цій галузі в домашніх умовах (або в автомобілі, наприклад) необхідно знати ці теорії досканально, проте розуміння основ дозволить уникнути безліч дурних і абсурдних помилок, а також дозволить досягти максимального ефекту звучання від системи будь-якого рівня.

Загальна теорія звуку та музична термінологія

Що ж таке звук? Це відчуття, яке сприймає слуховий орган "вухо"(саме собою явище існує і без участі «вуха» в процесі, але так простіше для розуміння), що виникає при збудженні барабанної перетинки звуковою хвилею. Вухо у разі виступає у ролі " приймача " звукових хвиль різної частоти.
Звукова хвиляж є по суті послідовний ряд ущільнень і розряджень середовища (найчастіше повітряного середовища в нормальних умовах) різної частоти. Природа звукових хвиль коливальна, викликана і вироблена вібрацією будь-яких тіл. Виникнення та поширення класичної звукової хвилі можливе у трьох пружних середовищах: газоподібних, рідких та твердих. При виникненні звукової хвилі в одному з цих типів простору неминуче виникають деякі зміни в середовищі, наприклад, зміна щільності або тиску повітря, переміщення частинок повітряних мас і т.д.

Оскільки звукова хвиля має коливальну природу, то вона має така характеристика, як частота. Частотавимірюється в герцах (на честь німецького фізика Генріха Рудольфа Герца), і позначає кількість коливань за період часу, що дорівнює одній секунді. Тобто. наприклад, частота 20 Гц позначає цикл 20 коливань за одну секунду. Від частоти звуку залежить суб'єктивне поняття його висоти. Чим більше звукових коливань відбувається за секунду, тим вище здається звучання. У звукової хвилі також є ще одна найважливіша характеристика, що має назву - довжина хвилі. Довжиною хвиліприйнято вважати відстань, яка проходить звук певної частоти за період, що дорівнює одній секунді. Наприклад, довжина хвилі найнижчого звуку в чутному діапазоні людини частотою 20 Гц становить 16,5 метрів, а довжина хвилі найвищого звуку 20000 Гц становить 1,7 сантиметра.

Людське вухо влаштоване таким чином, що здатне сприймати хвилі лише в обмеженому діапазоні, приблизно 20 Гц - 20000 Гц (залежить від особливостей конкретної людини, хтось здатний чути трохи більше, хтось менше). Таким чином, це не означає, що звуків нижче або вище за ці частоти не існує, просто людським вухом вони не сприймаються, виходячи за кордон чутного діапазону. Звук вище чутного діапазону називається ультразвуком, звук нижче чутного діапазону називається інфразвуком. Деякі тварини здатні сприймати ультра та інфра звуки, деякі навіть використовують цей діапазон для орієнтування у просторі (кажани, дельфіни). У разі, якщо звук проходить через середовище, яке безпосередньо не стикається з органом слуху людини, такий звук може бути не чуємо або сильно ослабленим згодом.

У музичній термінології звуку є такі важливі позначення, як октава, тон і обертон звуку. Октаваозначає інтервал, в якому співвідношення частот між звуками становить 1 до 2. Октава зазвичай дуже добре помітна на слух, тоді як звуки в межах цього інтервалу можуть бути дуже схожими один на одного. Октавой також можна назвати звук, який робить удвічі більше коливань, ніж інший звук, в однаковий часовий період. Наприклад, частота 800 Гц, є ні що інше, як вища октава 400 Гц, а частота 400 Гц у свою чергу є наступною октавою звуку частотою 200 Гц. Октава у свою чергу складається з тонів та обертонів. Змінні коливання в гармонійній звуковій хвилі однієї частоти сприймаються людським вухом як музичний тон. Коливання високої частоти можна інтерпретувати як звуки високого тону, коливання низької частоти як звуки низького тону. Людське вухо здатне чітко відрізняти звуки з різницею один тон (в діапазоні до 4000 Гц). Незважаючи на це, в музиці використовується дуже мало тонів. Пояснюється це з міркувань принципу гармонійної співзвучності, все ґрунтується на принципі октав.

Розглянемо теорію музичних тонів з прикладу струни, натягнутої певним чином. Така струна, залежно від сили натягу, матиме налаштування на якусь одну конкретну частоту. При дії на цю струну чимось із однією певною силою, що викличе її коливання, стабільно спостерігатиметься якийсь один певний тон звуку, ми почуємо шукану частоту налаштування. Цей звук називається головним тоном. За основний тон у музичній сфері офіційно прийнято частоту ноти "ля" першої октави, що дорівнює 440 Гц. Однак більшість музичних інструментів ніколи не відтворюють одні чисті основні тони, їх неминуче супроводжують призвуки, іменовані обертонами. Тут варто згадати важливе визначення музичної акустики, поняття тембру звуку. Тембр- це особливість музичних звуків, які надають музичним інструментам та голосам їх неповторну впізнавану специфіку звучання, навіть якщо порівнювати звуки однакової висоти та гучності. Тембр кожного музичного інструменту залежить від розподілу звукової енергії обертонами в момент появи звуку.

Обертони формують специфічне забарвлення основного тону, яким ми легко можемо визначити й дізнатися конкретний інструмент, а як і чітко відрізнити його звучання від іншого інструмента. Обертони бувають двох типів: гармонійні та негармонічні. Гармонічні обертониза визначенням кратні частоті основного тону. Навпаки, якщо обертони не кратні і помітно відхиляються від величин, вони називаються негармонічними. У музиці практично виключається оперування некратними обертонами, тому термін зводиться до поняття "обертон", маючи на увазі гармонічний. У деяких інструментів, наприклад, фортепіано, основний тон навіть не встигає сформуватися, за короткий проміжок відбувається наростання звукової енергії обертонів, а потім так само стрімко відбувається спад. Багато інструментів створюють так званий ефект "перехідного тону", коли енергія певних обертонів максимальна в певний момент часу, зазвичай на самому початку, але потім різко змінюється і переходить до інших обертонів. Частотний діапазон кожного інструменту можна розглянути окремо, і він зазвичай обмежується частотами основних тонів, який здатний відтворювати цей конкретний інструмент.

Теоретично звуку також є таке поняття як ШУМ. Шум- це будь-який звук, який створюється сукупністю неузгоджених між собою джерел. Всім добре знайомий шум листя дерев, колихається вітром і т.д.

Від чого залежить гучність звуку?Очевидно, що подібне явище безпосередньо залежить від кількості енергії, що переноситься звуковою хвилею. Для визначення кількісних показників гучності існує поняття - інтенсивність звуку. Інтенсивність звукувизначається як потік енергії, що пройшов через якусь площу простору (наприклад, см2) за одиницю часу (наприклад, за секунду). При звичайній розмові інтенсивність становить приблизно 9 або 10 Вт/см2. Людське вухо здатне сприймати звуки досить широкого діапазону чутливості, у своїй сприйнятливість частот неоднорідна не більше звукового спектра. Так найкраще сприймається діапазон частот 1000 Гц - 4000 Гц, який найбільш широко охоплює людську мову.

Оскільки звуки настільки сильно різняться за інтенсивністю, зручніше розглядати її як логарифмічну величину та вимірювати в децибелах (на честь шотландського вченого Олександра Грема Белла). Нижній поріг слухової чутливості людського вуха становить 0 Дб, верхній 120 Дб, він ще називається "больовий поріг". Верхня межа чутливості також сприймається людським вухом не однаково, а залежить від конкретної частоти. Звуки низьких частот повинні мати набагато більшу інтенсивність, ніж високі, щоб викликати больовий поріг. Наприклад, больовий поріг на низькій частоті 31,5 Гц настає при рівні сили звуку 135 дБ, коли на частоті 2000 Гц відчуття болю з'явиться вже при 112 дБ. Є також поняття звукового тиску, яке фактично розширює звичне пояснення поширення звукової хвилі повітря. Звуковий тиск- це змінний надлишковий тиск, що виникає в пружному середовищі в результаті проходження через неї звукової хвилі.

Хвильова природа звуку

Щоб краще зрозуміти систему виникнення звукової хвилі, уявімо класичний динамік, що знаходиться в трубі, наповненій повітрям. Якщо динамік здійснить різке рух уперед, повітря, що у безпосередній близькості дифузора на мить стискається. Після цього повітря розшириться, штовхаючи тим самим стисну повітряну область вздовж труби.
Ось цей хвильовий рух і буде згодом звуком, коли досягне слухового органу і збудить барабанну перетинку. У разі звукової хвилі у газі створюється надлишковий тиск, надлишкова щільність і відбувається переміщення частинок з постійною швидкістю. Про звукові хвилі важливо пам'ятати те, що речовина не переміщається разом із звуковий хвилею, а виникає лише тимчасове обурення повітряних мас.

Якщо уявити поршень, підвішений у вільному просторі на пружині і здійснює повторювані рухи "вперед-назад", то такі коливання будуть називатися гармонійними або синусоїдальними (якщо уявити хвилю у вигляді графіка, то отримаємо в цьому випадку чисту синусоїду з спадами, що повторюються). Якщо уявити динамік в трубі (як і в прикладі, описаному вище), що здійснює гармонічні коливання, то в момент руху динаміка "вперед" виходить відомий ефект стиснення повітря, а при русі динаміка "назад" зворотний ефект розрядження. У цьому випадку по трубі буде поширюватися хвиля стиснень і розріджень, що чергуються. Відстань уздовж труби між сусідніми максимумами або мінімумами (фазами) називатиметься довжиною хвилі. Якщо частки коливаються паралельно до напряму поширення хвилі, то хвиля називається поздовжній. Якщо ж вони коливаються перпендикулярно до напряму поширення, то хвиля називається поперечної. Зазвичай звукові хвилі в газах і рідинах - поздовжні, у твердих тілах можливе виникнення хвиль обох типів. Поперечні хвилі у твердих тілах виникають завдяки опору до зміни форми. Основна різниця між цими двома типами хвиль полягає в тому, що поперечна хвиля має властивість поляризації (коливання відбуваються у певній площині), а поздовжня – ні.

Швидкість звуку

Швидкість звуку безпосередньо залежить від характеристик середовища, в якому він поширюється. Вона визначається (залежна) двома властивостями середовища: пружністю та щільністю матеріалу. Швидкість звуку в твердих тілах безпосередньо залежить від типу матеріалу та його властивостей. Швидкість у газових середовищах залежить лише від одного типу деформації середовища: стиснення-розрідження. Зміна тиску в звуковій хвилі відбувається без теплообміну з навколишніми частинками і зветься адіабатичним.
Швидкість звуку в газі залежить в основному від температури - зростає у разі підвищення температури і падає при зниженні. Так само швидкість звуку в газоподібному середовищі залежить від розмірів і маси самих молекул газу, - чим маса і розмір частинок менше, тим "провідність" хвилі більша і більша відповідно до швидкості.

У рідкому та твердому середовищах принцип поширення та швидкість звуку аналогічні тому, як хвиля поширюється в повітрі: шляхом стиснення-розрядження. Але в цих середовищах, крім тієї ж залежності від температури, досить важливе значення має щільність середовища та її склад/структура. Чим менша щільність речовини, тим швидкість звуку вища і навпаки. Залежність від складу середовища складніше і визначається у кожному конкретному випадку з урахуванням розташування та взаємодії молекул/атомів.

Швидкість звуку повітря при t, °C 20: 343 м/с
Швидкість звуку у дистильованій воді при t, °C 20: 1481 м/с
Швидкість звуку сталі при t, °C 20: 5000 м/с

Стоячі хвилі та інтерференція

Коли динамік створює звукові хвилі в обмеженому просторі, неминуче виникає ефект відображення хвиль від кордонів. В результаті цього найчастіше виникає ефект інтерференції- коли дві чи більше звукових хвиль накладаються друг на друга. Особливими випадками явища інтерференції є утворення: 1) биття хвиль або 2) стоячих хвиль. Биття хвиль- це випадок, коли відбувається складання хвиль з близькими частотами та амплітудою. Картина виникнення биття: коли дві схожі за частотою хвилі накладаються одна на одну. У якийсь момент часу при такому накладенні амплітудні піки можуть збігатися "по фазі", а також можуть збігатися і спади по "протифазі". Саме так і характеризуються биття звуку. Важливо пам'ятати, що на відміну стоячих хвиль, фазові збіги піків відбуваються не завжди, а через якісь тимчасові проміжки. На слух така картина биття відрізняється досить чітко, і чується як періодичне наростання і зменшення гучності відповідно. Механізм виникнення цього ефекту гранично простий: у момент збігу піків гучність наростає, у момент збігу спадів гучність зменшується.

Стоячі хвилівиникають у разі накладання двох хвиль однакової амлітуди, фази та частоти, коли при "зустрічі" таких хвиль одна рухається у прямому, а інша – у зворотному напрямку. У ділянці простору (де утворилася стояча хвиля) виникає картина накладання двох частотних амплітуд, з чергуванням максимумів (т.зв. пучностей) і мінімумів (т.зв. вузлів). У разі цього явища вкрай важливе значення має частота, фаза і коефіцієнт згасання хвилі у місці відбиття. На відміну від хвиль, що біжать, у стоячій хвилі відсутня перенесення енергії внаслідок того, що утворюють цю хвилю пряма і зворотна хвилі переносять енергію в рівних кількостях і в прямому і в протилежному напрямках. Для наочного розуміння виникнення стоячої хвилі, представимо приклад із домашньої акустики. Припустимо, у нас є акустичні системи підлоги в деякому обмеженому просторі (кімнаті). Змусивши їх грати якусь композицію з великою кількістю басу, спробуємо змінити розташування слухача в приміщенні. Таким чином слухач, потрапивши в зону мінімуму (віднімання) стоячої хвилі, відчує ефект того, що баса стало дуже мало, а якщо слухач потрапляє в зону максимуму (складання) частот, то виходить зворотний ефект суттєвого збільшення басової області. При цьому ефект спостерігається у всіх октав базової частоти. Наприклад, якщо базова частота становить 440 Гц, то явище "додавання" або "віднімання" буде спостерігатися також на частотах 880 Гц, 1760 Гц, 3520 Гц і т.д.

Явище резонансу

Більшість твердих тіл є власна частота резонансу. Зрозуміти цей ефект досить просто на прикладі звичайної труби, відкритої лише з одного кінця. Уявімо ситуацію, що з іншого кінця труби приєднується динамік, який може грати якусь одну постійну частоту, її також можна змінювати. Так от, труба має власну частоту резонансу, кажучи простою мовою - це частота, на якій труба "резонує" або видає свій власний звук. Якщо частота динаміка (в результаті регулювання) співпаде із частотою резонансу труби, то виникне ефект збільшення гучності у кілька разів. Це відбувається тому, що гучномовець збуджує коливання повітряного стовпа в трубі зі значною амплітудою до тих пір, поки не знайдеться та сама «резонансна частота» і відбудеться ефект додавання. Виникне явище можна описати наступним чином: труба в цьому прикладі "допомагає" динаміку, резонуючи на конкретній частоті, їх зусилля складаються і "виливаються" в гучний ефект. На прикладі музичних інструментів легко простежується це явище, оскільки конструкції більшості присутні елементи, звані резонаторами. Неважко здогадатися, що має на меті посилити певну частоту або музичний тон. Для прикладу: корпус гітари з резонатором у вигляді отвору, що сполучається з об'ємом; Конструкція трубки у флейти (і всі труби взагалі); Циліндрична форма корпусу барабана, який сам собою є резонатором певної частоти.

Частотний спектр звуку та АЧХ

Оскільки практично практично не зустрічаються хвилі однієї частоти, виникає необхідність розкладання всього звукового спектру чутного діапазону на обертони чи гармоніки. Для цього існують графіки, які відображають залежність відносної енергії звукових коливань від частоти. Такий графік називається графіком частотного діапазону звуку. Частотний спектр звукубуває двох типів: дискретний та безперервний. Дискретний графік спектра відображає частоти окремо, розділені порожніми проміжками. У безперервному спектрі присутні відразу всі звукові частоти.
У випадку музики або акустики найчастіше використовується звичайний графік Амплітудно-Частота Характеристики(Скорочено "АЧХ"). На такому графіку представлена ​​залежність амплітуди звукових коливань від частоти протягом усього діапазону частот (20 Гц - 20 кГц). Дивлячись на такий графік легко зрозуміти, наприклад, сильні або слабкі сторони конкретного динаміка або акустичної системи в цілому, найбільш сильні ділянки енергетичної віддачі, частотні спади та підйоми, згасання, а також простежити крутість спаду.

Поширення звукових хвиль, фаза та протифаза

Процес поширення звукових хвиль відбувається у всіх напрямках джерела. Найпростіший приклад для розуміння цього явища: камінчик, кинутий у воду.
Від місця, куди впав камінь, починають розходитися хвилі по поверхні води у всіх напрямках. Однак, уявимо ситуацію з використанням динаміка в певному обсязі, допустимо закритому ящику, який підключений до підсилювача і відтворює якийсь музичний сигнал. Неважко помітити (особливо за умови, якщо подати потужний НЧ сигнал, наприклад бас-бочку), що динамік здійснює стрімкий рух "вперед", а потім такий самий стрімкий рух "назад". Залишається зрозуміти, що коли динамік здійснює рух уперед, він випромінює звукову хвилю, яку чуємо згодом. А ось що відбувається, коли динамік здійснює рух назад? А відбувається парадоксально те саме, динамік робить той же звук, тільки поширюється він у нашому прикладі повністю в межах обсягу ящика, не виходячи за його межі (скринька закрита). В цілому, на наведеному вище прикладі можна спостерігати досить багато цікавих фізичних явищ, найбільш значущим є поняття фази.

Звукова хвиля, яку динамік, перебуваючи в обсязі, випромінює у напрямку слухача - знаходиться "у фазі". Зворотна хвиля, яка йде в об'єм ящика, буде відповідно протифазною. Залишається тільки зрозуміти, що мають на увазі ці поняття? Фаза сигналу- Це рівень звукового тиску в даний момент часу в якійсь точці простору. Фазу найпростіше зрозуміти на прикладі відтворення музичного матеріалу звичайною стерео-парою підлоги домашніх акустичних систем. Уявімо, що дві такі колонки встановлені в деякому приміщенні і грають. Обидві акустичні системи у разі відтворюють синхронний сигнал змінного звукового тиску, причому звуковий тиск однієї колонки складається зі звуковим тиском інший колонки. Відбувається подібний ефект рахунок синхронності відтворення сигналу лівої і правої АС відповідно, іншими словами, піки і спади хвиль, випромінюваних лівими і правими динаміками збігаються.

А тепер уявімо, що тиск звуку, як і раніше, змінюються однаковим чином (не зазнали змін), але тільки тепер протилежно один одному. Подібне може статися, якщо підключити одну акустичну систему з двох у зворотній полярності ("+" кабель від підсилювача до "-" клеми акустичної системи, і "-" кабель від підсилювача до "+" клеми акустичної системи). У цьому випадку протилежний у напрямку сигнал викличе різницю тисків, яку можна подати у вигляді чисел наступним чином: ліва акустична система буде створювати тиск "1 Па", а права акустична система буде створювати тиск "мінус 1 Па". В результаті, сумарна гучність звуку в точці розміщення слухача дорівнюватиме нулю. Це називається протифазою. Якщо розглядати приклад більш детально для розуміння, то виходить, що два динаміки, що грають "у фазі" - створюють однакові області ущільнення та розряджання повітря, ніж фактично допомагають один одному. У випадку з ідеалізованою протифазою, область ущільнення повітряного простору, створена одним динаміком, буде супроводжуватися областю розрядження повітряного простору, створеної другим динаміком. Виглядає це приблизно як явище взаємного синхронного гасіння хвиль. Щоправда, практично падіння гучності до нуля немає, і ми почуємо сильно спотворений і ослаблений звук.

Найдоступнішим чином можна описати це так: два сигнали з однаковими коливаннями (частотою), але зрушені за часом. Зважаючи на це, зручніше уявити ці явища зміщення на прикладі звичайного круглого стрілочного годинника. Уявимо, що на стіні висить кілька однакових годин. Коли секундні стрілки цього годинника біжать синхронно, на одному годиннику 30 секунд і на іншому 30, то це приклад сигналу, який знаходиться у фазі. Якщо ж секундні стрілки біжать зі зміщенням, але швидкість, як і раніше, однакова, наприклад, на одному годиннику 30 секунд, а на іншому 24 секунди, то це і є класичний приклад зсуву (зсуву) по фазі. Таким же чином фаза вимірюється в градусах, у межах віртуального кола. У цьому випадку, при зміщенні сигналів один на 180 градусів (половина періоду), і виходить класична протифаза. Нерідко на практиці виникають незначні зміщення по фазі, які можна визначити в градусах і успішно усунути.

Хвилі бувають плоскі та сферичні. Плоский хвильовий фронт поширюється лише одному напрямку і рідко зустрічається практично. Сферичний хвильовий фронт є хвилі простого типу, які виходять з однієї точки і поширюється у всіх напрямках. Звукові хвилі мають властивість дифракції, тобто. здатністю огинати перешкоди та об'єкти. Ступінь обгинання залежить від відношення довжини звукової хвилі до розмірів перешкоди чи отвору. Дифракція виникає і у разі, коли на шляху звуку виявляється якась перешкода. У цьому випадку можливі два варіанти розвитку подій: 1) Якщо розміри перешкоди набагато більші за довжину хвилі, то звук відбивається або поглинається (залежно від ступеня поглинання матеріалу, товщини перешкоди і т.д.), а позаду перешкоди формується зона "акустичної тіні" . 2) Якщо ж розміри перешкоди можна порівняти з довжиною хвилі або навіть менше її, тоді звук дифрагує певною мірою в усіх напрямках. Якщо звукова хвиля під час руху в одному середовищі потрапляє на межу розділу з іншим середовищем (наприклад, повітряне середовище з твердим середовищем), то може виникнути три варіанти розвитку подій: 1) хвиля відобразиться від поверхні розділу 2) хвиля може пройти в інше середовище без зміни напрямку 3) хвиля може пройти в інше середовище зі зміною напряму на кордоні, це називається "заломлення хвилі".

Відношенням надлишкового тиску звукової хвилі до коливальної об'ємної швидкості називається хвильовий опір. Говорячи простими словами, хвильовим опором середовищаможна назвати здатність поглинати звукові хвилі або "опиратися" їм. Коефіцієнти відображення та проходження безпосередньо залежать від співвідношення хвильових опорів двох середовищ. Хвильовий опір у газовому середовищі набагато нижчий, ніж у воді або твердих тілах. Тому якщо звукова хвиля в повітрі падає на твердий об'єкт чи поверхню глибокої води, то звук або відбивається від поверхні, або поглинається значною мірою. Залежить це від товщини поверхні (води чи твердого тіла), яку падає шукана звукова хвиля. При низькій товщині твердого або рідкого середовища звукові хвилі практично повністю "проходять", і навпаки, при великій товщині середовища хвилі частіше відбивається. У разі відображення звукових хвиль відбувається цей процес за добре відомим фізичним законом: "Кут падіння дорівнює куту відображення". У цьому випадку, коли хвиля із середовища з меншою щільністю потрапляє на кордон із середовищем більшої щільності – відбувається явище рефракції. Воно полягає у вигині (заломленні) звукової хвилі після "зустрічі" з перешкодою, і обов'язково супроводжується зміною швидкості. Рефракція залежить також від температури середовища, в якому відбувається відбиття.

У процесі поширення звукових хвиль у просторі неминуче відбувається зниження їхньої інтенсивності, можна сказати загасання хвиль та ослаблення звуку. На практиці зіткнутися з подібним ефектом досить просто: наприклад, якщо двоє людей встануть у поле на деякій близькій відстані (метр і ближче) і почнуть щось говорити один одному. Якщо згодом збільшувати відстань між людьми (якщо вони почнуть віддалятися один від одного), той самий рівень розмовної гучності ставатиме все менш чутним. Подібний приклад наочно демонструє явище зниження інтенсивності звукових хвиль. Чому це відбувається? Причиною цього є різні процеси теплообміну, молекулярної взаємодії та внутрішнього тертя звукових хвиль. Найчастіше практично відбувається перетворення звукової енергії на теплову. Подібні процеси неминуче виникають у будь-якому з трьох середовищ поширення звуку і їх можна охарактеризувати як поглинання звукових хвиль.

Інтенсивність та ступінь поглинання звукових хвиль залежить від багатьох факторів, таких як: тиск та температура середовища. Також поглинання залежить від певної частоти звуку. При поширенні звукової хвилі в рідинах або газах виникає ефект тертя між різними частинками, що називається в'язкістю. В результаті цього тертя на молекулярному рівні і відбувається процес перетворення хвилі зі звукової на теплову. Іншими словами, чим вище теплопровідність середовища, тим менший ступінь поглинання хвиль. Поглинання звуку в газових середовищах залежить і від тиску (атмосферний тиск змінюється з підвищенням висоти щодо рівня моря). Щодо залежності ступеня поглинання від частоти звуку, то зважаючи на вищезгадані залежності в'язкості та теплопровідності, поглинання звуку тим вище, чим вища його частота. Наприклад, при нормальній температурі і тиску в повітрі поглинання хвилі частотою 5000 Гц становить 3 Дб/км, а поглинання хвилі частотою 50000 Гц складе вже 300 Дб/м.

У твердих середовищах зберігаються всі вищезгадані залежності (теплопровідність і в'язкість), проте до цього додається ще кілька умов. Вони пов'язані з молекулярною структурою твердих матеріалів, яка може бути різною, зі своїми неоднорідностями. Залежно від цієї внутрішньої твердої молекулярної будови, поглинання звукових хвиль у разі може бути різним, і від типу конкретного матеріалу. При проходженні звуку через тверде тіло хвиля зазнає ряд перетворень і спотворень, що найчастіше призводить до розсіювання та поглинання звукової енергії. На молекулярному рівні може виникнути ефект дислокацій, коли звукова хвиля викликає усунення атомних площин, які потім повертаються у вихідне положення. Або ж, рух дислокацій призводить до зіткнення з перпендикулярними ним дислокаціями або дефектами кристалічної будови, що викликає їхнє гальмування і як наслідок деяке поглинання звукової хвилі. Однак звукова хвиля може і резонувати з даними дефектами, що призведе до спотворення вихідної хвилі. Енергія звукової хвилі в останній момент взаємодії з елементами молекулярної структури матеріалу розсіюється внаслідок процесів внутрішнього тертя.

У я постараюся розібрати особливості слухового сприйняття людини та деякі тонкощі та особливості поширення звуку.

Для створення різних музичних тонів на духових інструментах, таких як показаний на малюнку кларнет, музикант починає дмухати в мундштук і одночасно з цим натискати на важелі клапанів, щоб відкривати ті чи інші отвори в бічній стінці інструменту. Відкриваючи отвори, музикант змінює довжину стоячої хвилі, яка визначається протяжністю стовпа повітря всередині інструменту, і тим самим збільшує або зменшує висоту тону.

Граючи на таких духових інструментах, як труба або туба, музикант частково перекриває прохідний переріз розтруба та регулює положення клапанів, змінюючи тим самим довжину стовпа повітря.

У тромбоні повітряний стовп регулюється шляхом переміщення ковзного вигнутого коліна. Отвори в стінках найпростіших духових інструментів, таких як флейта та пікколо, для отримання аналогічного ефекту перекриваються пальцями.

Одне з найдавніших творів

Витончена конструкція кларнета, показаного на малюнку вгорі, зобов'язана своєю появою грубим бамбуковим сопілкам і примітивним флейтам, які вважаються першими інструментами, створеними людиною на зорі цивілізації. Найстаріші духові інструменти випередили струнні кілька тисячоліть. Розтруб на відкритому кінці кларнета робить поправку на динамічну взаємодію звукових хвиль із навколишнім повітрям.

Тонкий язичок у мундштуку кларнета (малюнок угорі) коливається при поперечному обтіканні повітрям. Коливання поширюються як хвиль стиснення по трубці інструмента.

Телескопічні трубки

У тромбоні ковзне вигнуте трубчасте коліно (цуг) щільно прилягає до основної трубки. Переміщення телескопічного цуга всередину та назовні змінює довжину стовпа повітря та, відповідно, тон звуку.

Зміна тону за допомогою пальців

Коли отвори закриті, стовп повітря, що коливається, займає всю довжину трубки, створюючи найнижчий тон.

Відкриття двох отворів призводить до скорочення повітряного стовпа і створення більш високого тону.

Відкриття більшої кількості отворів ще більше вкорочує повітряний стовп і забезпечує подальше підвищення тону.

Стоячі хвилі у відкритих трубах

У трубі, відкритій з обох кінців, стоячі хвилі формуються так, що на кожному кінці труби знаходиться пучність (ділянка з максимальною амплітудою коливань).

Стоячі хвилі в закритих трубах

У трубі з одним закритим кінцем стоячі хвилі формуються так, що у закритого кінця розташований вузол (ділянка з нульовою амплітудою коливань), а у відкритого – пучність.