Энергетическая характеристика звуковых колебаний

5

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

1. Основные характеристики звука

1.1 Источники звука

1.2 Приёмники звука

1.3 Скорость звука

2. Ультразвук

2.1 Влияние ультразвука на организм человека

3. Инфразвук

3.1 Влияние инфразвука на организм людей

4. Шум

4.1 Влияние шума на организм

5. Влияние ритма на организм

Заключение

Список использованной литературы

Введение

Человек всегда жил в мире звуков и шума. Каждый день, просыпаясь утром от звонка будильника, спеша по делам, в общественном транспорте, смотря вечером телевизор или слушая музыку, мы подвергаемся воздействию звуковых волн различных частот. И это воздействие, даже если мы не придаем ему значения. Не остается безразличным для нашего организма.

Что собой представляет звук?

1. В широком смысле звук - колебательное движение частей упругой среды, который распространяется в виде волн в газообразной, жидкой или твердой среде; в узком смысле звук - явление, которое субъективно воспринимается специальным органом чувств человека и животных. Человек слышит звук с частотой от 16 Гц до 20000 Гц. Физическое понятие о звуке охватывает как слышимые, так и неслышимые звуки. Звук с частотой ниже 16 Гц называется инфразвуком, выше 20000 Гц - ультразвуком; наиболее высокочастотные упругие волны в диапазоне от до Гц относят к гиперзвуку. Область инфразвуковых частот снизу практически не ограничена - в природе встречаются инфразвуковые колебания с частотой в десятые и сотые доли Гц. Частотный диапазон гиперзвуковых волн сверху ограничивается физическим факторами, которые характеризуют атомный и молекулярный состав среды: длина упругой волны должна быть значительно больше длины свободного пробега молекул в газах и более межатомных расстояний в жидкостях и твердых телах. Поэтому в воздухе не может распространяться гиперзвук с частотой Гц и выше, а в твердых телах - с частотой более Гц.

1. Основные характеристики звука

Основной характеристикой звука является его спектр, получаемый в результате разложения звука на простые гармонические колебания. Спектр бывает сплошной, когда энергия звуковых колебаний непрерывно распределена в более или менее широкой области частот, и линейный, когда существует совокупность дискретных (прерывных) частотных составляющих. Звук со сплошным спектром воспринимается как шум, например, шелест деревьев под ветром, звуки работающих механизмов. Линейным спектром с кратными частотами обладают музыкальные звуки; основная частота определяет при этом высоту звука, воспринимаемой на слух, а набор гармонических составляющих - тембр звука. Энергетической характеристикой звуковых колебаний является интенсивность звука - энергия, переносимая звуковой волной через единицу поверхности, перпендикулярно направлению распространения волн, за единицу времени. Интенсивность звука зависит от амплитуды звукового давления, а также от свойств самой среды и от формы волны. Субъективной характеристикой звука, связанной с его интенсивностью, является громкость звука, которая зависит от частоты. Наибольшей чувствительностью человеческое ухо обладает в области частот 1-5 кГц.

1.1 Источники звука

Источники звука - любые явления, вызывающие местное изменение давления или механическое напряжение. Широко распространены источники звука в виде колеблющихся твердых тел (например, диффузор динамиков и мембраны телефонов; в ультразвуковом диапазоне частот - пластинки и стержни из пьезоэлектрических материалов или магнитострикционных материалов). Источниками звуков могут служить и колебания в ограниченных объемах самой среды (например, в органных трубах, духовых музыкальных инструментах, свистках и т.д.). Сложной колебательной системой является также голосовой (вербальный) аппарат человека и животных. Возбуждение колебаний источников звуков может осуществляться ударом или щипком (колокола, струны), в них может поддерживаться режим автоколебаний за счет, например, потока воздуха (духовые инструменты). Обширный класс источников звука - электроакустические преобразователи, в которых механические колебания создаются путем преобразования колебаний электрического тока такой же частоты. В природе звуки порождаются с помощью потоков воздуха, например, при обдуве ветром проводов, труб и т.д.; звук низких и инфранизких частот возникает при взрывах, обвалах. Различные источники акустических шумов, к которым относятся машины и механизмы, газовые и водяные струи. Исследованию источников промышленных, транспортных шумов и шумов аэродинамического происхождения уделяется большое внимание, учитывая их вредное влияние на человеческий организм и техническое оборудование.

1.2 Приёмники звука

Приемники звука служат для принятия звуковой энергии и преобразования ее в другие формы. К приемникам звука относятся, в частности, слуховой аппарат человека и животных. В технике для приема звука применяются главным образом электроакустические преобразователи: на воздухе - микрофоны, в воде - гидрофоны и в земной коре - геофоны. Вместе с такими преобразователями, существуют приемники, измеряющие усреднённые по времени характеристики звуковой волны, например, диск Рэлея, радиометр.

1.3 Скорость звука

Распространение звуковых волн характеризуются в первую очередь скоростью звука. В газообразных и жидких средах распространяются продольные волны, скорость которых определяется плотностью или плотностью среды. Скорость звука в сухом воздухе при температуре 0 є С - 330м/сек, в пресной воде при 17 є С - 1430м/сек. В твердых телах, кроме продольных, могут распространяться поперечные волны, с направлением колебаний, перпендикулярным распространению волны, а также поперечные волны. Для большинства металлов скорость продольных волн лежит в пределах от 4000м/сек до 7000м/сек, а поперечных - от 2000 до 3500м/сек.

2. Ультразвук

Ультразвуком называют механические колебания упругой среды с частотой, превышающей верхний предел слышимости - 20 кГц. Единицей измерения уровня звукового давления является дБ. Единицей измерения интенсивности ультразвука является ватт на квадратный сантиметр (). Человеческое ухо не воспринимает ультразвук, однако некоторые животные, например летучие мыши, могут и слышать, и издавать ультразвук. Частично воспринимают его грызуны, кошки, собаки, киты, дельфины. Ультразвуковые колебания возникают при работе моторов автомобилей, станков и ракетных двигателей.

В практике для получения ультразвука обычно применяют электромеханические генераторы ультразвука, действие которых основано на способности некоторых материалов изменять свои размеры под действием магнитного (магнитострикционные генераторы) или электрического поля (пьезоэлектрические генераторы), при этом генераторы издают звуки высокой частоты.

Вследствие большой частоты (малой длины волны) ультразвук обладает особыми свойствами. Так, подобно свету, ультразвуковые волны могут образовывать строго направленные пучки. Отражение и преломление этих пучков на границе двух сред подчиняется законам геометрической оптики. Он сильно поглощается газами и слабо - жидкостями. В жидкости под воздействием ультразвука образуются пустоты в виде мельчайших пузырьков с кратковременным возрастанием давления внутри них. Кроме того, ультразвуковые волны ускоряют протекание процессов диффузии (взаимопроникновения двух сред друг в друга). Ультразвуковые волны существенно влияют на растворимость вещества и в целом на ход химических реакций. Эти свойства ультразвука и особенности его взаимодействия со средой обусловливают его широкое техническое и медицинское использование. Ультразвук применяют в медицине и биологии для эхолокации, для выявления и лечения опухолей и некоторых дефектов в тканях организма, в хирургии и травматологии для рассечения мягких и костных тканей при различных операциях, для сварки сломанных костей, для разрушения клеток (ультразвук большой мощности). В ультразвуковой терапии для лечебных целей используют колебания 800-900 кГц. Предельная норма ультразвука в пределах частот 20-25 кГц - 105 Дб и при частотах выше 25 кГц - 115 Дб.

2.1 Влияние ультразвука на организм человека

Ультразвук обладает главным образом локальным действием на организм, поскольку передается при непосредственном контакте с ультразвуковым инструментом, обрабатываемыми деталями или средами, где возбуждаются ультразвуковые колебания. Ультразвуковые колебания, генерируемые ультразвуком низкочастотным промышленным оборудованием, оказывают неблагоприятное влияние на организм человека. Длительное систематическое воздействие ультразвука, распространяющегося воздушным путем, вызывает изменения нервной, сердечно - сосудистой и эндокринной систем, слухового и вестибулярного анализаторов. Наиболее характерным является наличие вегетососудистой дистонии и астенического синдрома. Степень выраженности изменений зависит от интенсивности и длительности воздействия ультразвука и усиливается при наличии в спектре высокочастотного шума, при этом присоединяется выраженное снижение слуха. В случае продолжения контакта с ультразвуком указанные расстройства приобретают более стойкий характер. При действии локального ультразвука возникают явления вегетативного полиневрита рук (реже ног) разной степени выраженности, вплоть до развития пареза кистей и предплечий, вегетативно-сосудистой дисфункции. Характер изменений, возникающих в организме под воздействием ультразвука, зависит от дозы воздействия. Малые дозы - уровень звука 80-90 дБ - дают стимулирующий эффект - микромассаж, ускорение обменных процессов. Большие дозы - уровень звука 120 и более дБ - дают поражающий эффект.

В поле ультразвуковых колебаний в живых тканях ультразвук оказывает механическое, термическое, физико-химическое воздействие (микромассаж клеток и тканей). При этом активизируются обменные процессы, повышаются иммунные свойства организма. Ультразвук оказывает выраженное обезболивающее, спазмолитическое, противовоспалительное и общетонизирующее действие, стимулирует крово - и лимфообращение, ускоряет регенеративные процессы, улучшает трофику тканей. Время воздействия на болевую зону 3-5 мин, а в сумме - на несколько зон - не более 12-15 мин на всю процедуру и не более 10-12 процедур раз в 3 месяца. Так как ультразвук полностью отражается от тончайших прослоек воздуха, к телу его подводят через безвоздушные контактные среды.

3. Инфразвук

Инфразвуком называют акустические колебания с частотой ниже 20 Гц. Этот частотный диапазон лежит ниже порога слышимости и человеческое ухо не способно воспринимать колебания указанных частот. Производственный инфразвук возникает за счет тех же процессов что и шум слышимых частот. Наибольшую интенсивность инфразвуковых колебаний создают машины и механизмы, имеющие поверхности больших размеров, совершающие низкочастотные механические колебания (инфразвук механического происхождения) или турбулентные потоки газов и жидкостей (инфразвук аэродинамического или гидродинамического происхождения). Максимальные уровни низкочастотных акустических колебаний от промышленных и транспортных источников достигают 100-110 дБ.

3.1 Влияние инфразвука на организм людей

Исследования биологического действия инфразвука на организм показали, что при уровне от 110 до 150 дБ и более он может вызывать у людей неприятные субъективные ощущения и многочисленные реактивные изменения, к числу которых следует отнести изменения в центральной нервной, сердечно - сосудистой и дыхательной системах, вестибулярном анализаторе. Имеются данные о том, что инфразвук вызывает снижение слуха преимущественно на низких и средних частотах. Выраженность этих изменений зависит от уровня интенсивности инфразвука и длительности действия фактора. звук шум энергия колебание

При облучении инфразвуком внутренние органы человека, имеют резонансные частоты в диапазоне 6-12 Гц, могут прийти в колебания. Между сердцем, легкими и желудком возникает трение, что приводит к сильному раздражению и нарушению их нормальной жизнедеятельности. Особенно опасна частота 7 Гц, что совпадает с альфа - ритмами мозга. Инфразвуки малой мощности действуют и на внутреннее ухо, вызывая недомогание типа морской болезни, нервную усталость. При средних мощностях наблюдаются внутренние расстройства пищеварения и мозга с всевозможными последствиями: параличами, потерей сознания, общей слабостью. Инфразвук большой мощности особенно опасен тем, что, вызывая резонанс внутренних органов, может привести их к разрушению, торможению кровообращения и даже к остановке сердца.

Инфразвуки особое влияние оказывают на психическую сферу человека: поражают все виды интеллектуальной деятельности, ухудшают настроение, иногда появляется ощущение растерянности, тревоги, испуга, страха, а при высокой интенсивности - чувство слабости, как после сильного нервного потрясения. Даже слабые инфразвуки могут оказывать на человека существенное воздействие, особенно если они носят длительный характер.

4. Шум

Шум - беспорядочное сочетание различных по силе и частоте звуков; способен оказывать неблагоприятное воздействие на организм. Источником шума является любой процесс, вызывающий местное изменение давления или механические колебания в твердых, жидких или газообразных средах.

4.1 Влияние шума на организм

Сегодня вредное воздействие шума на организм человека научно обоснованно. Действуя на орган слуха, центральную и вегетативную нервные системы, а через них на внутренние органы, шум является причиной развития болезни, вызванной шумом. Снижая общую сопротивляемость организма, он способствует развитию инфекционных заболеваний. При работе в условиях шума наблюдаются повышенная утомляемость и снижение работоспособности, ухудшаются внимание и речевая коммутация, создаются предпосылки к ошибочным действиям рабочих. Вследствие этого шум может вызвать снижение уровня безопасности труда, а результаты его негативного влияния на операторов таких служб гражданской авиации, как связь управления воздушным движением и другие, могут сказываться на безопасности полетов. Будучи причиной головной боли, раздражительности, неуравновешенного эмоционального состояния, шум создает предпосылки к ухудшению психологического состояния.

Проявления болезни, вызванной шумом, делятся на специфические, возникающие в периферической части слуховой системы человека (в органе Корти), и неспецифические, характерные для других органов и систем организма человека.

Под влиянием шума происходит снижение слуховой чувствительности. Чем значительнее шум, тем выше его интенсивность и экспозиция. Стойкая утрата слуха наступает через пять - восемь лет работы в условиях, характеризующихся высокими уровнями шума. Механизм воздействия шума слуховым путем носит название кохлеарного, и он является предпочтительным при уровнях ниже 110 дБ.

Акустическая энергия звуковых волн при уровнях шума более 125 дБ и частоте 250-1000 Гц настолько велика, что звук способен вызвать тотальное сотрясение тела человека (воздушные вибрации). В этом случае повышается роль прохождения звука к внутреннему уху через кости, и защиту только околоушных областей оказывается недостаточным.

5. Влияние ритма на организм

Ритм - это вообще сильнейшее средство воздействия на человека. Еще в древнейшие времена шаманы могли при помощи определённых музыкальных ритмов, которые они отбивали на своих инструментах, ввести человека в транс или добиться у него состояния экстаза.

Есть музыка, вызывающая агрессию (тут говорим не о роке, а о военных маршах). Её используют для создания нужного психического состояния у солдат - побольше агрессии, поменьше страха, и, плюс ко всему, ненависть к врагу.

Сначала ритм действует на слуховой аппарат, затем захватывает двигательный центр мозга, стимулирует определённые функции эндокринной системы. Но самый мощный удар приходится на участки головного мозга, связанные с половыми функциями человека.

В современной рок-музыке употребляются такие частоты, которые особым образом воздействуют на мозг. Ритм приобретает наркотические свойства, так как сочетается от со сверхнизкими в 15-30 герц и сверхвысокими до 80 000 герц частотами. Ритм, кратный полутора ударам в секунду, сопровождающийся при этом сверхнизкими частотами, может вызвать экстаз. Ритм, равный двум ударам в секунду на той же частоте, вводит человека в своеобразный танцевальный транс. Перебор как высоких, так и низких частот, травмирует мозг.

Ритмы помогают снять эмоциональное напряжение, «разрядиться», а также сконцентрироваться на «здесь и сейчас», что используется в терапевтических целях для лечения стрессов и многих серьезных заболеваний.

Заключение

Человек живет в океане звука, он обменивается информацией с помощью звука, воспринимает ее от окружающих его людей. Поэтому знать основные характеристики звука, его подвиды и их использование просто необходимо. Использование звуковых и ультра звуковых волн находит все большее применение в жизни человека. Их используют в медицине и технике, на их использовании основаны многие приборы, особенно для исследования морей и океанов, где из - за сильного поглощения радиоволн звуковые и ультра звуковые колебания есть единственным способ передачи информации.

Как было сказано выше человек живет в океане звука и нам также не нужно забывать и о чистоте этого океана. Сильные шумы опасны для здоровья человека и могут привести к сильным головным болям, расстройству координации движения. Поэтому нужно с уважением относиться к столь сложному и интересному явлению, каким есть звук.

Список использованной литературы

1. Хорбенко И.Г. Звук, ультразвук и инфразвук. - М., 1986.

2. Мясников И.Г. Неслышимый звук. - М., 1967.

3. Клюкин И.И. Удивительный мир звука. - М., 1986.

4. Брегг У.Г. Мир света. Мир звука. - М., 1967.

5. Агранат Б.А. и др. Основы физики и техники ультразвука. - М., 1987.

6. Хорбенко И.Г. Звук, ультразвук, инфразвук. - М., 1986.

7. Баулан И. За барьером слышимости. - М., 1971.

8. Безпека життєдіяльності / За ред. Я.І. Бедрія. - Львів, 2000

Размещено на Allbest.ru