Звукът се разпространява чрез звукови вълни. Тези вълни преминават не само през газове и течности, но и през твърди тела. Действието на всякакви вълни се състои главно в пренос на енергия. В случая на звука преносът е под формата на минимални движения на молекулярно ниво.

В газовете и течностите звуковата вълна движи молекулите в посоката на своето движение, тоест в посоката на дължината на вълната. В твърдите тела звуковите вибрации на молекулите могат да възникнат и в посока, перпендикулярна на вълната.

Звуковите вълни се разпространяват от своите източници във всички посоки, както е показано на снимката вдясно, която показва метална камбана, която периодично се сблъсква с езика си. Тези механични сблъсъци карат камбаната да вибрира. Енергията на вибрациите се предава на молекулите на околния въздух и те се изтласкват от камбаната. В резултат на това налягането се увеличава в слоя въздух в съседство с камбаната, който след това се разпространява на вълни във всички посоки от източника.

Скоростта на звука не зависи от силата на звука или тона. Всички звуци от радио в една стая, независимо дали са силни или тихи, високи или ниски, достигат до слушателя едновременно.

Скоростта на звука зависи от вида на средата, в която се разпространява, и от нейната температура. В газовете звуковите вълни се разпространяват бавно, тъй като тяхната разредена молекулярна структура предлага малка устойчивост на компресия. В течности скоростта на звука се увеличава, а в твърди вещества става още по-бърза, както е показано на диаграмата по-долу в метри в секунда (m/s).

Вълнова пътека

Звуковите вълни се разпространяват във въздуха по начин, подобен на показания на диаграмите вдясно. Вълновите фронтове се движат от източника на определено разстояние един от друг, определено от честотата на вибрациите на камбаната. Честотата на звуковата вълна се определя чрез преброяване на броя на вълновите фронтове, преминаващи през дадена точка за единица време.

Фронтът на звуковата вълна се отдалечава от вибриращата камбана.

В равномерно нагрят въздух звукът се разпространява с постоянна скорост.

Вторият фронт следва първия на разстояние, равно на дължината на вълната.

Интензитетът на звука е най-голям близо до източника.

Графично представяне на невидима вълна

Звуково озвучаване на дълбините

Сонарен лъч от звукови вълни лесно преминава през океанска вода. Принципът на сонара се основава на факта, че звуковите вълни се отразяват от океанското дъно; Това устройство обикновено се използва за определяне на характеристиките на подводния терен.

Еластични твърди тела

Звукът се разпространява в дървена чиния. Молекулите на повечето твърди вещества са свързани в еластична пространствена решетка, която е слабо компресирана и в същото време ускорява преминаването на звуковите вълни.

Основните закони на разпространението на звука включват законите на неговото отражение и пречупване на границите на различни среди, както и дифракцията на звука и неговото разсейване при наличие на препятствия и нееднородности в средата и на границите между средите.

Диапазонът на разпространение на звука се влияе от коефициента на звукопоглъщане, тоест необратимия преход на енергията на звуковата вълна в други видове енергия, по-специално топлина. Важен фактор е и посоката на излъчване и скоростта на разпространение на звука, която зависи от средата и нейното конкретно състояние.

От източник на звук акустичните вълни се разпространяват във всички посоки. Ако звукова вълна премине през сравнително малък отвор, тогава тя се разпространява във всички посоки, а не се движи в насочен лъч. Например уличните звуци, проникващи през отворен прозорец в стаята, се чуват във всички точки, а не само срещу прозореца.

Характерът на разпространението на звуковите вълни в близост до препятствие зависи от връзката между размера на препятствието и дължината на вълната. Ако размерът на препятствието е малък в сравнение с дължината на вълната, тогава вълната тече около това препятствие, разпространявайки се във всички посоки.

Звуковите вълни, прониквайки от една среда в друга, се отклоняват от първоначалната си посока, тоест се пречупват. Ъгълът на пречупване може да бъде по-голям или по-малък от ъгъла на падане. Зависи в коя среда прониква звукът. Ако скоростта на звука във втората среда е по-голяма, тогава ъгълът на пречупване ще бъде по-голям от ъгъла на падане и обратно.

При среща с препятствие по пътя си звуковите вълни се отразяват от него по строго определено правило - ъгълът на отражение е равен на ъгъла на падане - с това е свързано понятието ехо. Ако звукът се отразява от няколко повърхности на различни разстояния, възникват множество ехота.

Звукът се разпространява под формата на разсейваща се сферична вълна, която изпълва все по-голям обем. С увеличаване на разстоянието вибрациите на частиците на средата отслабват и звукът се разсейва. Известно е, че за да се увеличи обхватът на предаване, звукът трябва да бъде концентриран в дадена посока. Когато искаме например да ни чуят, слагаме длани на устата си или използваме мегафон.

Дифракцията, тоест огъването на звуковите лъчи, има голямо влияние върху обхвата на разпространение на звука. Колкото по-хетерогенна е средата, толкова повече се изкривява звуковият лъч и съответно толкова по-къс е обхватът на разпространение на звука.

Разпространение на звука

Звуковите вълни могат да се разпространяват във въздух, газове, течности и твърди вещества. Вълни не възникват в безвъздушно пространство. Това е лесно да се провери от прост опит. Ако електрически звънец се постави под херметична капачка, от която въздухът е евакуиран, няма да чуем никакъв звук. Но щом капачката се напълни с въздух, се чува звук.

Скоростта на разпространение на осцилаторните движения от частица към частица зависи от средата. В древни времена воините слагаха уши на земята и по този начин откриваха кавалерията на врага много по-рано, отколкото се появи в полезрението. А известният учен Леонардо да Винчи пише през 15 век: „Ако вие, докато сте в морето, спуснете отвора на тръба във водата и доближите другия й край до ухото си, ще чуете много шума на корабите. далеч от теб."

Скоростта на звука във въздуха е измерена за първи път през 17 век от Миланската академия на науките. На един от хълмовете беше монтирано оръдие, а на другия - наблюдателен пункт. Времето се записва както в момента на изстрела (със светкавица), така и в момента на получаване на звука. Въз основа на разстоянието между точката на наблюдение и пистолета и времето на възникване на сигнала, скоростта на разпространение на звука вече не беше трудна за изчисляване. Оказа се, че е равна на 330 метра в секунда.

Скоростта на звука във водата е измерена за първи път през 1827 г. на Женевското езеро. Двете лодки са били разположени на 13 847 метра една от друга. На първия под дъното беше окачена камбана, а на втория във водата беше спуснат обикновен хидрофон (рог). На първата лодка барутът беше запален едновременно с удара на камбаната; на втората наблюдателят стартира хронометъра в момента на светкавицата и започна да чака звуковия сигнал от камбаната. Оказа се, че звукът се разпространява повече от 4 пъти по-бързо във водата, отколкото във въздуха, т.е. със скорост 1450 метра в секунда.

Скорост на звука

Колкото по-висока е еластичността на средата, толкова по-голяма е скоростта: в гумата 50, във въздуха 330, във водата 1450, а в стоманата - 5000 метра в секунда. Ако ние, които бяхме в Москва, можехме да викаме толкова силно, че звукът да достигне до Санкт Петербург, тогава щяхме да бъдем чути там само след половин час и ако звукът се разпространи на същото разстояние в стомана, тогава щеше да бъде приет след две минути.

Скоростта на разпространение на звука се влияе от състоянието на същата среда. Когато казваме, че звукът се разпространява във водата със скорост от 1450 метра в секунда, това не означава, че във всяка вода и при всякакви условия. С повишаване на температурата и солеността на водата, както и с увеличаване на дълбочината, а следователно и хидростатичното налягане, скоростта на звука се увеличава. Или да вземем стомана. И тук скоростта на звука зависи както от температурата, така и от качествения състав на стоманата: колкото повече въглерод съдържа, толкова по-твърда е и толкова по-бързо се разпространява звукът в нея.

Когато по пътя си срещнат препятствие, звуковите вълни се отразяват от него по строго определено правило: ъгълът на отражение е равен на ъгъла на падане. Звуковите вълни, идващи от въздуха, ще бъдат почти напълно отразени нагоре от повърхността на водата, а звуковите вълни, идващи от източник, разположен във водата, ще се отразят надолу от нея.

Звуковите вълни, прониквайки от една среда в друга, се отклоняват от първоначалното си положение, т.е. пречупен. Ъгълът на пречупване може да бъде по-голям или по-малък от ъгъла на падане. Зависи в каква среда прониква звукът. Ако скоростта на звука във втората среда е по-голяма от тази в първата, тогава ъгълът на пречупване ще бъде по-голям от ъгъла на падане и обратно.

Във въздуха звуковите вълни се разпространяват под формата на разминаваща се сферична вълна, която запълва все по-голям обем, тъй като вибрациите на частиците, причинени от източници на звук, се предават на въздушната маса. С увеличаване на разстоянието обаче вибрациите на частиците отслабват. Известно е, че за да се увеличи обхватът на предаване, звукът трябва да бъде концентриран в дадена посока. Когато искаме да ни чуят по-добре, поставяме длани на устата си или използваме мегафон. В този случай звукът ще бъде отслабен по-малко и звуковите вълни ще се разпространят по-далеч.

С увеличаване на дебелината на стената, звуковото местоположение при ниски средни честоти се увеличава, но „коварният“ резонанс на съвпадението, който причинява удушаване на звуковото местоположение, започва да се проявява при по-ниски честоти и обхваща по-широка област.

Мислили ли сте някога, че звукът е едно от най-ярките проявления на живота, действието и движението? А също и за факта, че всеки звук има свое собствено „лице“? И дори със затворени очи, без да виждаме нищо, можем само по звук да гадаем какво се случва около нас. Можем да различим гласовете на приятели, да чуем шумолене, рев, лай, мяукане и т.н. Всички тези звуци са ни познати от детството и лесно можем да разпознаем всеки от тях. Освен това дори в абсолютна тишина можем да чуем всеки от изброените звуци с вътрешния си слух. Представете си го като в действителност.

Какво е звук?

Звуците, възприемани от човешкото ухо, са един от най-важните източници на информация за света около нас. Шумът на морето и вятъра, птичите песни, човешките гласове и животинските викове, гръмотевиците, звуците на движещи се уши улесняват адаптирането към променящите се външни условия.

Ако например камък падне в планината и наблизо няма никой, който да чуе звука от падането му, съществува ли звукът или не? На въпроса може да се отговори както положително, така и отрицателно в еднаква степен, тъй като думата „звук" има двойно значение. Следователно е необходимо да се съгласим. Следователно е необходимо да се съгласим какво се счита за звук - физическо явление в форма на разпространение на звукови вибрации във въздуха или усещане на слушателя.Първото е по същество причина, второто е следствие, докато първото понятие за звук е обективно, второто е субективно.В първия случай, звукът всъщност е поток от енергия, течащ като речен поток. Такъв звук може да промени средата, през която преминава, и самият той се променя от нея. "Във втория случай под звук имаме предвид онези усещания, които възникват в слушателя, когато звукова вълна действа върху мозъка чрез слухов апарат. Чувайки звук, човек може да изпита различни чувства. Голямо разнообразие от емоции се предизвикват в нас от този сложен комплекс от звуци, който наричаме музика. Звуците формират основата на речта, която служи като основно средство за комуникация в човешкото общество. И накрая, има форма на звук, наречена шум. Анализът на звука от гледна точка на субективното възприятие е по-сложен, отколкото при обективна оценка.

Как да създадете звук?

Общото между всички звуци е, че телата, които ги генерират, т.е. източниците на звук, вибрират (въпреки че най-често тези вибрации са невидими за окото). Например, звуците на гласовете на хората и много животни възникват в резултат на вибрации на гласните им струни, звукът на духови музикални инструменти, звукът на сирената, свиренето на вятъра и звукът на гръмотевицата са причинени от вибрациите на въздушните маси.

Използвайки линийка като пример, можете буквално да видите със собствените си очи как се ражда звукът. Какво движение прави линийката, когато закопчаем единия край, дръпнем другия и го пуснем? Ще забележим, че той сякаш трепереше и се колебаеше. Въз основа на това заключаваме, че звукът се създава от кратки или дълги вибрации на някои обекти.

Източникът на звук може да бъде не само вибриращи предмети. Свистенето на куршуми или снаряди по време на полет, виенето на вятъра, ревът на реактивен двигател се раждат от прекъсвания на въздушния поток, по време на които също възникват разреждане и компресия.

Също така звуковите вибрационни движения могат да бъдат забелязани с помощта на устройство - камертон. Това е извит метален прът, монтиран на крак върху резонаторна кутия. Ако ударите камертона с чук, той ще прозвучи. Вибрациите на клоните на камертона са незабележими. Но те могат да бъдат открити, ако донесете малка топка, окачена на конец, до звучащ камертон. Топката периодично ще отскача, което показва вибрации на клоните на Камерън.

В резултат на взаимодействието на източника на звук с околния въздух, въздушните частици започват да се компресират и разширяват във времето (или „почти във времето“) с движенията на източника на звук. След това, поради свойствата на въздуха като течна среда, вибрациите се прехвърлят от една въздушна частица към друга.

Към обяснение на разпространението на звуковите вълни

В резултат на това вибрациите се предават по въздуха на разстояние, т.е. звукова или акустична вълна, или просто звук, се разпространява във въздуха. Звукът, достигайки до човешкото ухо, от своя страна, възбужда вибрации в чувствителните му зони, които се възприемат от нас под формата на реч, музика, шум и др. (в зависимост от свойствата на звука, продиктувани от естеството на неговия източник) .

Разпространение на звукови вълни

Възможно ли е да се види как звукът "тече"? В прозрачен въздух или вода самите вибрации на частиците са незабележими. Но можете лесно да намерите пример, който ще ви каже какво се случва, когато звукът се разпространява.

Необходимо условие за разпространението на звуковите вълни е наличието на материална среда.

Във вакуум звуковите вълни не се разпространяват, тъй като там няма частици, които да предават взаимодействието от източника на вибрации.

Следователно, поради липсата на атмосфера, на Луната цари пълна тишина. Дори падането на метеорит върху повърхността му не се чува от наблюдателя.

Скоростта на разпространение на звуковите вълни се определя от скоростта на предаване на взаимодействията между частиците.

Скоростта на звука е скоростта на разпространение на звуковите вълни в среда. В газ скоростта на звука се оказва от порядъка на (по-точно, малко по-малка от) топлинната скорост на молекулите и следователно се увеличава с повишаване на температурата на газа. Колкото по-голяма е потенциалната енергия на взаимодействие между молекулите на дадено вещество, толкова по-голяма е скоростта на звука, следователно скоростта на звука в течност, която от своя страна надвишава скоростта на звука в газ. Например в морска вода скоростта на звука е 1513 m/s. В стоманата, където могат да се разпространяват напречни и надлъжни вълни, тяхната скорост на разпространение е различна. Напречните вълни се разпространяват със скорост 3300 m/s, а надлъжните вълни със скорост 6600 m/s.

Скоростта на звука във всяка среда се изчислява по формулата:

където β е адиабатната свиваемост на средата; ρ - плътност.

Закони за разпространение на звуковите вълни

Основните закони на разпространението на звука включват законите на неговото отражение и пречупване на границите на различни среди, както и дифракцията на звука и неговото разсейване при наличие на препятствия и нееднородности в средата и на границите между средите.

Диапазонът на разпространение на звука се влияе от коефициента на звукопоглъщане, тоест необратимия преход на енергията на звуковата вълна в други видове енергия, по-специално топлина. Важен фактор е и посоката на излъчване и скоростта на разпространение на звука, която зависи от средата и нейното конкретно състояние.

От източник на звук акустичните вълни се разпространяват във всички посоки. Ако звукова вълна премине през сравнително малък отвор, тогава тя се разпространява във всички посоки, а не се движи в насочен лъч. Например уличните звуци, проникващи през отворен прозорец в стаята, се чуват във всички точки, а не само срещу прозореца.

Характерът на разпространението на звуковите вълни в близост до препятствие зависи от връзката между размера на препятствието и дължината на вълната. Ако размерът на препятствието е малък в сравнение с дължината на вълната, тогава вълната тече около това препятствие, разпространявайки се във всички посоки.

Звуковите вълни, прониквайки от една среда в друга, се отклоняват от първоначалната си посока, тоест се пречупват. Ъгълът на пречупване може да бъде по-голям или по-малък от ъгъла на падане. Зависи в каква среда прониква звукът. Ако скоростта на звука във втората среда е по-голяма, тогава ъгълът на пречупване ще бъде по-голям от ъгъла на падане и обратно.

При среща с препятствие по пътя си звуковите вълни се отразяват от него по строго определено правило - ъгълът на отражение е равен на ъгъла на падане - с това е свързано понятието ехо. Ако звукът се отразява от няколко повърхности на различни разстояния, възникват множество ехота.

Звукът се разпространява под формата на разсейваща се сферична вълна, която изпълва все по-голям обем. С увеличаване на разстоянието вибрациите на частиците на средата отслабват и звукът се разсейва. Известно е, че за да се увеличи обхватът на предаване, звукът трябва да бъде концентриран в дадена посока. Когато искаме например да ни чуят, слагаме длани на устата си или използваме мегафон.

Дифракцията, тоест огъването на звуковите лъчи, има голямо влияние върху обхвата на разпространение на звука. Колкото по-хетерогенна е средата, толкова повече се изкривява звуковият лъч и съответно толкова по-къс е обхватът на разпространение на звука.

Свойства на звука и неговите характеристики

Основните физически характеристики на звука са честотата и интензивността на вибрациите. Те влияят на слуховото възприятие на хората.

Периодът на трептене е времето, през което се извършва едно пълно трептене. Може да се даде пример за люлеещо се махало, когато се движи от крайно ляво положение в крайно дясно и се връща обратно в първоначалното си положение.

Честотата на трептене е броят на пълните трептения (периоди) за секунда. Тази единица се нарича херц (Hz). Колкото по-висока е честотата на вибрациите, толкова по-висок е звукът, който чуваме, тоест звукът има по-висока височина. Според приетата международна система от единици 1000 Hz се наричат ​​килохерц (kHz), а 1 000 000 се наричат ​​мегахерц (MHz).

Честотно разпределение: чуваеми звуци – в рамките на 15Hz-20kHz, инфразвуци – под 15Hz; ултразвук - в рамките на 1,5 (104 - 109 Hz; хиперзвук - в рамките на 109 - 1013 Hz.

Човешкото ухо е най-чувствително към звуци с честоти между 2000 и 5000 kHz. Най-голяма острота на слуха се наблюдава на възраст 15-20 години. С възрастта слухът се влошава.

Концепцията за дължина на вълната се свързва с периода и честотата на трептенията. Дължината на звуковата вълна е разстоянието между две последователни кондензации или разреждания на средата. Използвайки примера за вълни, разпространяващи се по повърхността на водата, това е разстоянието между два гребена.

Звуците също се различават по тембър. Основният тон на звука се придружава от вторични тонове, които винаги са с по-висока честота (обертонове). Тембърът е качествена характеристика на звука. Колкото повече обертонове се наслагват върху основния тон, толкова „по-сочен” е музикално звукът.

Втората основна характеристика е амплитудата на трептенията. Това е най-голямото отклонение от равновесното положение при хармонични вибрации. Като използваме примера с махалото, максималното му отклонение е в крайна лява позиция или в крайна дясна позиция. Амплитудата на вибрациите определя интензитета (силата) на звука.

Силата на звука или неговият интензитет се определя от количеството акустична енергия, протичаща за една секунда през площ от един квадратен сантиметър. Следователно интензитетът на акустичните вълни зависи от величината на акустичното налягане, създадено от източника в средата.

Силата на звука от своя страна е свързана с интензивността на звука. Колкото по-голям е интензитетът на звука, толкова по-силен е той. Тези понятия обаче не са еквивалентни. Силата на звука е мярка за силата на слуховото усещане, причинено от звук. Звук с еднакъв интензитет може да създаде различни слухови възприятия за различни хора. Всеки човек има свой собствен праг на чуване.

Човек престава да чува звуци с много висок интензитет и ги възприема като чувство на натиск и дори болка. Този интензитет на звука се нарича праг на болка.

Ефектът на звука върху слуховите органи на човека

Слуховите органи на човека са способни да възприемат вибрации с честота от 15-20 херца до 16-20 хиляди херца. Механичните трептения с посочените честоти се наричат ​​звукови или акустични (акустиката е наука за звука).Човешкото ухо е най-чувствително към звуци с честота от 1000 до 3000 Hz. Най-голяма острота на слуха се наблюдава на възраст 15-20 години. С възрастта слухът се влошава. При човек на възраст под 40 години най-голямата чувствителност е в района на 3000 Hz, от 40 до 60 години - 2000 Hz, над 60 години - 1000 Hz. В диапазона до 500 Hz можем да различим намаляване или повишаване на честотата дори с 1 Hz. При по-високи честоти нашите слухови апарати стават по-малко чувствителни към такива малки промени в честотата. И така, след 2000 Hz можем да различим един звук от друг само когато разликата в честотата е поне 5 Hz. При по-малка разлика звуците ще ни изглеждат еднакви. Правила без изключения обаче почти няма. Има хора, които имат необичайно добър слух. Един талантлив музикант може да открие промяна в звука само с частица от вибрация.

Външното ухо се състои от ушната мида и слуховия канал, които го свързват с тъпанчето. Основната функция на външното ухо е да определя посоката на източника на звук. Слуховият канал, представляващ стесняваща се навътре тръба с дължина два сантиметра, защитава вътрешните части на ухото и играе ролята на резонатор. Слуховият канал завършва с тъпанчето - мембрана, която вибрира под въздействието на звукови вълни. Именно тук, на външната граница на средното ухо, се извършва трансформацията на обективния звук в субективен. Зад тъпанчето има три малки, свързани помежду си костици: чука, инкус и стреме, през които вибрациите се предават към вътрешното ухо.

Там, в слуховия нерв, те се преобразуват в електрически сигнали. Малката кухина, в която се намират чукчето, инкусът и стремето, е изпълнена с въздух и е свързана с устната кухина чрез Евстахиевата тръба. Благодарение на последното се поддържа еднакъв натиск върху вътрешната и външната страна на тъпанчето. Обикновено евстахиевата тръба е затворена и се отваря само когато има внезапна промяна в налягането (прозяване, преглъщане), за да се изравни. Ако евстахиевата тръба на човек е затворена, например поради настинка, тогава налягането не се изравнява и човек чувства болка в ушите. След това вибрациите се предават от тъпанчето към овалния прозорец, който е началото на вътрешното ухо. Силата, действаща върху тъпанчето, е равна на произведението на налягането и площта на тъпанчето. Но истинските мистерии на слуха започват с овалния прозорец. Звуковите вълни преминават през течността (перилимфа), която изпълва кохлеята. Този орган на вътрешното ухо, оформен като кохлеа, е дълъг три сантиметра и е разделен по цялата си дължина от преграда на две части. Звуковите вълни достигат до преградата, заобикалят я и след това се разпространяват към почти същото място, където първо са докоснали преградата, но от другата страна. Преградата на кохлеята се състои от основна мембрана, която е много дебела и стегната. Звуковите вибрации създават вълнообразни вълни на повърхността му, с ръбове за различни честоти, разположени в много специфични области на мембраната. Механичните вибрации се преобразуват в електрически в специален орган (орган на Корти), разположен над горната част на основната мембрана. Над кортиевия орган е текториалната мембрана. И двата органа са потопени в течност, наречена ендолимфа, и са отделени от останалата част на кохлеята чрез мембраната на Райснер. Космите, израстващи от органа на Корти, почти проникват през текториалната мембрана и когато се появи звук, те влизат в контакт - звукът се преобразува, сега се кодира под формата на електрически сигнали. Кожата и костите на черепа играят важна роля за подобряване на способността ни да възприемаме звуци, поради добрата си проводимост. Например, ако поставите ухото си на релсата, движението на приближаващия влак може да бъде засечено много преди да се появи.

Ефектът на звука върху човешкото тяло

През последните десетилетия рязко се увеличи броят на различните видове автомобили и други източници на шум, разпространението на преносими радиостанции и магнетофони, често включени на висока сила на звука, и страстта към силната популярна музика. Отбелязано е, че в градовете на всеки 5-10 години нивото на шума се повишава с 5 dB (децибела). Трябва да се има предвид, че за далечните предци на човека шумът е бил алармен сигнал, показващ възможността за опасност. В същото време симпатико-надбъбречната и сърдечно-съдовата система, обменът на газ бързо се активират и други видове метаболизъм се променят (нивата на кръвната захар и холестерола се повишават), подготвяйки тялото за битка или бягство. Въпреки че при съвременния човек тази функция на слуха е загубила такова практическо значение, „вегетативните реакции на борбата за съществуване“ са запазени. Така дори краткотраен шум от 60-90 dB предизвиква увеличаване на секрецията на хормони на хипофизата, стимулирайки производството на много други хормони, по-специално катехоламини (адреналин и норепинефрин), работата на сърцето се увеличава, кръвоносните съдове се свиват, и кръвното налягане (BP) се повишава. Беше отбелязано, че най-изразеното повишаване на кръвното налягане се наблюдава при пациенти с хипертония и хора с наследствено предразположение към него. Под въздействието на шума мозъчната дейност се нарушава: естеството на електроенцефалограмата се променя, остротата на възприятието и умствената дейност намаляват. Отбелязано е влошаване на храносмилането. Известно е, че продължителното излагане на шумна среда води до загуба на слуха. В зависимост от индивидуалната чувствителност хората оценяват шума по различен начин като неприятен и смущаващ. В същото време музиката и речта, които интересуват слушателя, дори при 40-80 dB, могат да бъдат толерирани сравнително лесно. Обикновено слухът възприема вибрации в диапазона 16-20 000 Hz (колебания в секунда). Важно е да се подчертае, че неприятните последици са причинени не само от прекомерния шум в звуковия диапазон на вибрациите: ултра- и инфразвукът в диапазони, които не се възприемат от човешкия слух (над 20 хиляди Hz и под 16 Hz) също причинява нервно напрежение, неразположение, замаяност, промени в дейността на вътрешните органи, особено нервната и сърдечно-съдовата система. Установено е, че жителите на райони, разположени в близост до големи международни летища, имат значително по-висока честота на хипертония, отколкото тези, живеещи в по-тих район на същия град. Прекомерният шум (над 80 dB) засяга не само органите на слуха, но и други органи и системи (кръвоносна, храносмилателна, нервна и др.). и др.), жизнените процеси се нарушават, енергийният метаболизъм започва да преобладава над пластичния метаболизъм, което води до преждевременно стареене на тялото.

С тези наблюдения и открития започнаха да се появяват методи за целенасочено въздействие върху хората. Можете да повлияете на ума и поведението на човек по различни начини, един от които изисква специално оборудване (технотронни техники, зомбификация.).

Звукоизолация

Степента на шумозащита на сградите се определя преди всичко от допустимите норми за шум за помещения за дадено предназначение. Нормализираните параметри на постоянния шум в проектните точки са нива на звуково налягане L, dB, октавни честотни ленти със средни геометрични честоти 63, 125, 250, 500, 1000, 2000, 4000, 8000 Hz. За приблизителни изчисления е разрешено да се използват звукови нива LA, dBA. Нормализираните параметри на непостоянния шум в проектните точки са еквивалентни звукови нива LA eq, dBA и максимални звукови нива LA max, dBA.

Допустимите нива на звуково налягане (еквивалентни нива на звуково налягане) са стандартизирани от SNiP II-12-77 „Защита от шум“.

Трябва да се има предвид, че допустимите нива на шум от външни източници в помещенията се установяват при осигуряване на стандартна вентилация на помещенията (за жилищни помещения, отделения, класни стаи - с отворени вентилационни отвори, траверси, тесни прозоречни крила).

Изолацията на въздушен звук е намаляването на звуковата енергия, тъй като тя се предава през заграждение.

Регулираните параметри на звукоизолация на ограждащи конструкции на жилищни и обществени сгради, както и на спомагателни сгради и помещения на промишлени предприятия са индексът на изолация от въздушен шум на ограждащата конструкция Rw, dB и индексът на намаленото ниво на ударен шум под тавана. .

Шум. Музика. реч.

От гледна точка на възприемането на звуците от слуховите органи, те могат да бъдат разделени основно на три категории: шум, музика и реч. Това са различни области на звукови явления, които имат информация, специфична за даден човек.

Шумът е несистемна комбинация от голям брой звуци, тоест сливането на всички тези звуци в един несъгласен глас. Шумът се счита за категория звуци, които смущават или дразнят човек.

Хората могат да понасят само определено количество шум. Но ако мине час-два и шумът не спира, тогава се появява напрежение, нервност и дори болка.

Звукът може да убие човек. През Средновековието дори имаше такава екзекуция, когато човек беше поставен под камбана и започнаха да го бият. Постепенно звънът на камбаните убил човека. Но това беше през Средновековието. В наши дни се появиха свръхзвукови самолети. Ако такъв самолет прелети над града на височина 1000-1500 метра, тогава прозорците на къщите ще се спукат.

Музиката е специално явление в света на звуците, но за разлика от речта, тя не предава точни семантични или езикови значения. Емоционалното насищане и приятните музикални асоциации започват в ранна детска възраст, когато детето все още има вербална комуникация. Ритмите и напевите го свързват с майка му, а пеенето и танците са елемент от общуването в игрите. Ролята на музиката в човешкия живот е толкова голяма, че през последните години медицината й приписва лечебни свойства. С помощта на музиката можете да нормализирате биоритмите и да осигурите оптимално ниво на активност на сърдечно-съдовата система. Но просто трябва да запомните как войниците влизат в битка. От незапомнени времена песента беше незаменим атрибут на марша на войника.

Инфразвук и ултразвук

Можем ли да наречем звук нещо, което изобщо не чуваме? Ами ако не чуем? Дали тези звуци са недостъпни за никого или нещо друго?

Например звуци с честота под 16 херца се наричат ​​инфразвук.

Инфразвукът е еластични вибрации и вълни с честоти, лежащи под диапазона от честоти, чуваеми от хората. Обикновено 15-4 Hz се приемат за горна граница на обхвата на инфразвука; Това определение е условно, тъй като при достатъчна интензивност слуховото възприятие се извършва и при честоти от няколко Hz, въпреки че тоналната природа на усещането изчезва и само отделни цикли на трептения стават различими. Долната честотна граница на инфразвука е несигурна. Текущата му област на изследване се простира до около 0,001 Hz. Така обхватът на инфразвуковите честоти обхваща около 15 октави.

Инфразвуковите вълни се разпространяват във въздуха и водата, както и в земната кора. Инфразвуците също включват нискочестотни вибрации на големи конструкции, по-специално превозни средства и сгради.

И въпреки че ушите ни не „хващат“ такива вибрации, по някакъв начин човек все още ги възприема. В същото време изпитваме неприятни и понякога обезпокоителни усещания.

Отдавна е забелязано, че някои животни изпитват чувство за опасност много по-рано от хората. Те реагират предварително на далечен ураган или предстоящо земетресение. От друга страна, учените са открили, че по време на катастрофални събития в природата възниква инфразвук - нискочестотни въздушни вибрации. Това породи хипотези, че животните, благодарение на острото си обоняние, възприемат подобни сигнали по-рано от хората.

За съжаление инфразвукът се генерира от много машини и индустриални инсталации. Ако, да речем, се случи в кола или самолет, тогава след известно време пилотите или шофьорите се тревожат, уморяват се по-бързо и това може да е причина за инцидент.

Инфразвуковите машини издават шум и след това е по-трудно да се работи с тях. И на всички наоколо ще им е трудно. Не е по-добре, ако вентилацията в жилищна сграда „бръмчи“ с инфразвук. Уж не се чува, но хората се дразнят и дори може да им стане лошо. Специален „тест“, който всяко устройство трябва да премине, ви позволява да се отървете от инфразвуковото неблагополучие. Ако „фонира“ в инфразвуковата зона, тогава няма да получи достъп до хора.

Какво се нарича много висок звук? Такова недостъпно за ушите ни скърцане? Това е ултразвук. Ултразвукът представлява еластични вълни с честоти от приблизително (1,5 – 2)(104 Hz (15 – 20 kHz) до 109 Hz (1 GHz); областта на честотните вълни от 109 до 1012 – 1013 Hz обикновено се нарича хиперзвук. Въз основа на честотата , ултразвукът е удобно разделен на 3 диапазона: ултразвук с ниска честота (1,5 (104 - 105 Hz), ултразвук със средна честота (105 - 107 Hz), ултразвук с висока честота (107 - 109 Hz). Всеки от тези диапазони се характеризира чрез собствените си специфични характеристики на генериране, приемане, разпространение и приложение.

По своята физическа природа ултразвукът е еластична вълна и по това не се различава от звука, следователно честотната граница между звуковите и ултразвуковите вълни е произволна. Въпреки това, поради по-високите честоти и следователно късите дължини на вълните, възникват редица характеристики на разпространението на ултразвук.

Поради късата дължина на вълната на ултразвука, неговата природа се определя предимно от молекулярната структура на средата. Ултразвукът в газа и по-специално във въздуха се разпространява с голямо затихване. Течностите и твърдите тела като правило са добри проводници на ултразвук, затихването в тях е много по-малко.

Човешкото ухо не е способно да възприема ултразвукови вълни. Много животни обаче го приемат свободно. Това са, наред с други неща, кучета, които са ни толкова познати. Но, уви, кучетата не могат да „лаят“ с ултразвук. Но прилепите и делфините имат удивителната способност както да излъчват, така и да приемат ултразвук.

Хиперзвукът е еластични вълни с честоти от 109 до 1012 – 1013 Hz. По своята физическа природа хиперзвукът не се различава от звуковите и ултразвуковите вълни. Поради по-високите честоти и следователно по-късите дължини на вълните, отколкото в областта на ултразвука, взаимодействията на хиперзвука с квазичастиците в средата - с електрони на проводимост, топлинни фонони и т.н., стават много по-значими.Хиперзвукът също често се представя като поток на квазичастиците – фонони.

Честотният диапазон на хиперзвука съответства на честотите на електромагнитните трептения в дециметровия, сантиметровия и милиметровия диапазон (т.нар. свръхвисоки честоти). Честотата от 109 Hz във въздуха при нормално атмосферно налягане и стайна температура трябва да бъде от същия порядък като свободния път на молекулите във въздуха при същите условия. Въпреки това, еластичните вълни могат да се разпространяват в среда само ако тяхната дължина на вълната е значително по-голяма от свободния път на частиците в газове или по-голяма от междуатомните разстояния в течности и твърди вещества. Следователно хиперзвуковите вълни не могат да се разпространяват в газове (особено във въздух) при нормално атмосферно налягане. В течности затихването на хиперзвука е много високо и обхватът на разпространение е кратък. Хиперзвукът се разпространява относително добре в твърди тела - монокристали, особено при ниски температури. Но дори и в такива условия хиперзвукът е способен да измине разстояние само от 1, максимум 15 сантиметра.

Звукът е механични вибрации, разпространяващи се в еластични среди - газове, течности и твърди тела, възприемани от органите на слуха.

С помощта на специални инструменти можете да видите разпространението на звукови вълни.

Звуковите вълни могат да навредят на човешкото здраве и, обратно, да помогнат за лечението на заболявания, зависи от вида на звука.

Оказва се, че има звуци, които не се възприемат от човешкото ухо.

Библиография

Перишкин А. В., Гутник Е. М. Физика 9 клас

Касянов В. А. Физика 10 клас

Леонов А. А “Аз изследвам света” Дет. енциклопедия. Физика

Глава 2. Акустичен шум и неговото въздействие върху човека

Цел: Да се ​​изследват ефектите на акустичния шум върху човешкото тяло.

Въведение

Светът около нас е прекрасен свят от звуци. Около нас се чуват гласове на хора и животни, музика и шум на вятъра, пеене на птици. Хората предават информация чрез речта и я възприемат чрез слуха. За животните звукът е не по-малко важен, а в някои отношения дори по-важен, защото техният слух е по-остро развит.

От гледна точка на физиката звукът е механични вибрации, които се разпространяват в еластична среда: вода, въздух, твърди тела и др. Способността на човек да възприема звукови вибрации и да ги слуша се отразява в името на изследването на звука - акустика (от гръцки akustikos - звуков, слухов). Усещането за звук в нашите слухови органи възниква поради периодични промени във въздушното налягане. Звуковите вълни с голяма амплитуда на промени в звуковото налягане се възприемат от човешкото ухо като силни звуци, а с малка амплитуда на промени в звуковото налягане - като тихи звуци. Силата на звука зависи от амплитудата на вибрациите. Силата на звука също зависи от неговата продължителност и от индивидуалните особености на слушателя.

Високочестотните звукови вибрации се наричат ​​високи звуци, нискочестотните звукови вибрации се наричат ​​ниски звуци.

Човешките слухови органи са способни да възприемат звуци с честоти, вариращи от приблизително 20 Hz до 20 000 Hz. Надлъжните вълни в среда с честота на промяна на налягането под 20 Hz се наричат ​​инфразвук, а с честота над 20 000 Hz - ултразвук. Човешкото ухо не възприема инфразвук и ултразвук, тоест не чува. Трябва да се отбележи, че посочените граници на звуковия диапазон са произволни, тъй като зависят от възрастта на хората и индивидуалните характеристики на техния звуков апарат. Обикновено с възрастта горната граница на честотата на възприеманите звуци намалява значително - някои възрастни хора могат да чуят звуци с честоти, които не надвишават 6000 Hz. Децата, напротив, могат да възприемат звуци, чиято честота е малко по-висока от 20 000 Hz.

Вибрации с честоти над 20 000 Hz или по-малко от 20 Hz се чуват от някои животни.

Обектът на изследване на физиологичната акустика е самият орган на слуха, неговата структура и действие. Архитектурната акустика изучава разпространението на звука в помещенията, влиянието на размерите и формите върху звука и свойствата на материалите, с които са покрити стените и таваните. Това се отнася до слуховото възприятие на звука.

Има и музикална акустика, която изучава музикалните инструменти и условията те да звучат най-добре. Физическата акустика се занимава с изучаването на самите звукови вибрации и напоследък обхваща вибрации, които се намират отвъд границите на чуваемост (ултраакустика). Той широко използва различни методи за преобразуване на механичните вибрации в електрически и обратно (електроакустика).

Историческа справка

Звуците започват да се изучават в древни времена, защото хората се характеризират с интерес към всичко ново. Първите акустични наблюдения са направени през 6 век пр.н.е. Питагор установява връзка между височината на тона и дългата струна или тръба, която произвежда звука.

През 4 век пр. н. е. Аристотел е първият, който разбира правилно как звукът се разпространява във въздуха. Той каза, че звучащото тяло причинява компресия и разреждане на въздуха; той обясни ехото с отражението на звука от препятствия.

През 15 век Леонардо да Винчи формулира принципа за независимост на звуковите вълни от различни източници.

През 1660 г. експериментите на Робърт Бойл доказват, че въздухът е проводник на звук (звукът не се разпространява във вакуум).

През 1700-1707г Мемоарите на Жозеф Савьор за акустиката са публикувани от Парижката академия на науките. В този мемоар Сейвър разглежда феномен, добре познат на дизайнерите на органи: ако две тръби на орган издават два звука едновременно, само малко различни по височина, тогава се чуват периодични усилвания на звука, подобно на търкалянето на барабан . Saveur обясни това явление с периодичното съвпадение на вибрациите на двата звука. Ако например единият от два звука съответства на 32 трептения в секунда, а другият съответства на 40 трептения, тогава краят на четвъртото трептене на първия звук съвпада с края на петото трептене на втория звук и по този начин звукът се усилва. От органните тръби Савер преминава към експерименталното изследване на вибрациите на струните, наблюдавайки възлите и антинодите на вибрациите (тези имена, които все още съществуват в науката, са въведени от него) и също така забелязва, че когато струната е възбудена, заедно с основната нота, звучат други ноти, дължината на вълните на които е ½, 1/3, ¼,. от главния. Той нарече тези ноти най-високите хармонични тонове и това име беше предопределено да остане в науката. И накрая, Saveur беше първият, който се опита да определи границата на възприемане на вибрациите като звуци: за ниски звуци той посочи граница от 25 вибрации в секунда, а за високи звуци - 12 800. Тогава Нютон, въз основа на тези експериментални работи на Saveur , дава първото изчисление на дължината на вълната на звука и стига до заключението, вече добре известно във физиката, че за всяка отворена тръба дължината на вълната на излъчвания звук е равна на удвоената дължина на тръбата.

Източници на звук и тяхната природа

Общото между всички звуци е, че телата, които ги генерират, т.е. източниците на звук, вибрират. Всеки е запознат със звуците, които възникват от движението на кожа, опъната върху барабан, вълни от морски прибой и люлеещи се от вятъра клони. Всички те са различни един от друг. „Оцветяването“ на всеки отделен звук зависи строго от движението, поради което възниква. Така че, ако вибрационното движение е изключително бързо, звукът съдържа високочестотни вибрации. По-малко бързо осцилаторно движение произвежда звук с по-ниска честота. Различни експерименти показват, че всеки източник на звук непременно вибрира (въпреки че най-често тези вибрации не се забелязват за окото). Например, звуците на гласовете на хората и много животни възникват в резултат на вибрации на гласните им струни, звукът на духови музикални инструменти, звукът на сирената, свиренето на вятъра и звукът на гръмотевицата са причинени от вибрациите на въздушните маси.

Но не всяко трептящо тяло е източник на звук. Например, трептяща се тежест, окачена на нишка или пружина, не издава звук.

Честотата, с която се повтарят трептенията, се измерва в херци (или цикли в секунда); 1Hz е честотата на такова периодично трептене, периодът е 1s. Имайте предвид, че честотата е свойството, което ни позволява да различаваме един звук от друг.

Изследванията показват, че човешкото ухо е способно да възприема като звук механичните вибрации на телата, възникващи с честота от 20 Hz до 20 000 Hz. При много бързи, над 20 000 Hz или много бавни, под 20 Hz, звукови вибрации не чуваме. Ето защо се нуждаем от специални инструменти за записване на звуци, които са извън честотния диапазон, възприеман от човешкото ухо.

Ако скоростта на осцилаторното движение определя честотата на звука, то неговата величина (размерът на помещението) определя силата на звука. Ако такова колело се върти с висока скорост, ще се появи високочестотен тон; по-бавното въртене ще произведе тон с по-ниска честота. Освен това, колкото по-малки са зъбите на колелото (както е показано от пунктираната линия), толкова по-слаб е звукът и колкото по-големи са зъбите, т.е. колкото повече принуждават пластината да се отклонява, толкова по-силен е звукът. По този начин можем да отбележим още една характеристика на звука - неговия обем (интензивност).

Невъзможно е да не споменем такова свойство на звука като качество. Качеството е тясно свързано със структурата, която може да варира от прекалено сложна до изключително проста. Тонът на камертон, поддържан от резонатор, има много проста структура, тъй като съдържа само една честота, чиято стойност зависи единствено от дизайна на камертона. В този случай звукът на камертон може да бъде както силен, така и слаб.

Възможно е да се създават сложни звуци, така че например много честоти съдържат звука на органен акорд. Дори звукът на струната на мандолина е доста сложен. Това се дължи на факта, че опъната струна вибрира не само с основната (като камертон), но и с други честоти. Те генерират допълнителни тонове (хармоници), чиито честоти са цяло число пъти по-високи от честотата на основния тон.

Концепцията за честота е неподходяща за прилагане към шума, въпреки че можем да говорим за някои области на неговите честоти, тъй като те са това, което отличава един шум от друг. Спектърът на шума вече не може да бъде представен от една или няколко линии, както в случая на монохроматичен сигнал или периодична вълна, съдържаща много хармоници. Изобразява се като цяла ивица

Честотната структура на някои звуци, особено музикални, е такава, че всички обертонове са хармонични по отношение на основния тон; в такива случаи се казва, че звуците имат височина (определена от честотата на основния тон). Повечето звуци не са толкова мелодични; те нямат цялостна връзка между честотите, характерни за музикалните звуци. Тези звуци са подобни по структура на шума. Следователно, обобщавайки казаното, можем да кажем, че звукът се характеризира с обем, качество и височина.

Какво се случва със звука, след като се появи? Как стига до ухото ни например? Как се разпределя?

Ние възприемаме звука с ухото. Между звучащото тяло (източник на звук) и ухото (приемник на звук) има вещество, което предава звукови вибрации от източника на звук към приемника. Най-често това вещество е въздух. Звукът не може да се разпространява в безвъздушно пространство. Точно както вълните не могат да съществуват без вода. Експериментите потвърждават това заключение. Нека разгледаме един от тях. Поставете звънец под звънеца на въздушната помпа и го включете. След това започват да изпомпват въздуха. С разреждането на въздуха звукът става все по-слаб и слаб и накрая почти напълно изчезва. Когато отново започна да пускам въздух под камбаната, звукът от камбаната отново се чува.

Разбира се, звукът се разпространява не само във въздуха, но и в други тела. Това може да се провери и експериментално. Дори толкова слаб звук като тиктакането на джобен часовник, поставен в единия край на масата, може да бъде ясно чут, когато човек допре ухото си до другия край на масата.

Добре известно е, че звукът се предава на дълги разстояния над земята и особено над железопътните релси. Като поставите ухото си до релсата или земята, можете да чуете звука на далечен влак или тропот на галопиращ кон.

Ако ударим камък в камък, докато сме под вода, ще чуем ясно звука от удара. Следователно звукът се разпространява и във водата. Рибите чуват стъпки и гласове на хора на брега, това е добре известно на рибарите.

Експериментите показват, че различните твърди вещества провеждат звука по различни начини. Еластичните тела са добри проводници на звука. Повечето метали, дърво, газове и течности са еластични тела и следователно провеждат звука добре.

Меките и порести тела са лош проводник на звука. Когато например часовник е в джоба, той е заобиколен от мека материя и ние не чуваме тиктакането му.

Между другото, разпространението на звука в твърди тела е свързано с факта, че експериментът с камбана, поставена под капак, дълго време не изглеждаше много убедителен. Факт е, че експериментаторите не са изолирали звънеца достатъчно добре и звукът се чува дори когато няма въздух под капака, тъй като вибрациите се предават през различни връзки на инсталацията.

През 1650 г. Athanasius Kirch'er и Otto Hücke, въз основа на експеримент с камбана, заключиха, че въздухът не е необходим за разпространение на звука. И само десет години по-късно Робърт Бойл убедително доказва обратното. Звукът във въздуха, например, се предава чрез надлъжни вълни, т.е. редуващи се кондензации и разреждания на въздуха, идващи от източника на звук. Но тъй като пространството около нас, за разлика от двумерната повърхност на водата, е триизмерно, тогава звуковите вълни се разпространяват не в две, а в три посоки - под формата на разминаващи се сфери.

Звуковите вълни, както всички други механични вълни, не се разпространяват в пространството моментално, а с определена скорост. Най-простите наблюдения ни позволяват да проверим това. Например по време на гръмотевична буря първо виждаме светкавица и едва след известно време чуваме гръмотевици, въпреки че вибрациите на въздуха, които възприемаме като звук, се появяват едновременно с светкавицата. Факт е, че скоростта на светлината е много висока (300 000 km/s), така че можем да предположим, че виждаме светкавица в момента, в който се случи. А звукът от гръмотевица, образуван едновременно с мълния, изисква доста забележимо време, за да изминем разстоянието от мястото на произхода му до наблюдател, стоящ на земята. Например, ако чуем гръмотевици повече от 5 секунди след като сме видели светкавица, можем да заключим, че гръмотевичната буря е на поне 1,5 км от нас. Скоростта на звука зависи от свойствата на средата, в която се разпространява звукът. Учените са разработили различни методи за определяне на скоростта на звука във всяка среда.

Скоростта на звука и неговата честота определят дължината на вълната. Наблюдавайки вълните в езерото, забелязваме, че излъчващите кръгове понякога са по-малки, а понякога по-големи, с други думи, разстоянието между вълновите гребени или вълновите падини може да варира в зависимост от размера на обекта, който ги е създал. Като държим ръката си достатъчно ниско над повърхността на водата, можем да усетим всяко пръскане, което минава покрай нас. Колкото по-голямо е разстоянието между последователните вълни, толкова по-рядко гребените им ще докосват пръстите ни. Този прост експеримент ни позволява да заключим, че в случай на вълни на водната повърхност, за дадена скорост на разпространение на вълната, по-висока честота съответства на по-малко разстояние между върховете на вълната, тоест по-къси вълни и, обратно, по-ниската честота съответства на по-дългите вълни.

Същото важи и за звуковите вълни. Фактът, че звукова вълна преминава през определена точка в пространството, може да се съди по промяната на налягането в тази точка. Тази промяна напълно повтаря вибрацията на мембраната на източника на звук. Човек чува звук, защото звуковата вълна упражнява различен натиск върху тъпанчето на ухото му. Веднага щом гребенът на звуковата вълна (или зоната с високо налягане) достигне ухото ни. Усещаме напрежението. Ако областите на повишено налягане на звукова вълна следват една след друга достатъчно бързо, тогава тъпанчето на ухото ни вибрира бързо. Ако гребените на звуковата вълна изостават значително един от друг, тогава тъпанчето ще вибрира много по-бавно.

Скоростта на звука във въздуха е изненадващо постоянна стойност. Вече видяхме, че честотата на звука е пряко свързана с разстоянието между гребените на звуковата вълна, т.е. съществува определена връзка между честотата на звука и дължината на вълната. Можем да изразим тази връзка по следния начин: дължината на вълната е равна на скоростта, разделена на честотата. Друг начин да го кажем е, че дължината на вълната е обратно пропорционална на честотата, с коефициент на пропорционалност, равен на скоростта на звука.

Как звукът става чуваем? Когато звуковите вълни навлязат в ушния канал, те вибрират тъпанчето, средното и вътрешното ухо. Влизайки в течността, изпълваща кохлеята, въздушните вълни засягат космените клетки вътре в кортиевия орган. Слуховият нерв предава тези импулси към мозъка, където те се превръщат в звуци.

Измерване на шума

Шумът е неприятен или нежелан звук или набор от звуци, които пречат на възприемането на полезни сигнали, нарушават тишината, имат вредно или дразнещо въздействие върху човешкото тяло, намалявайки неговата работоспособност.

В шумни райони много хора изпитват симптоми на шумова болест: повишена нервна възбудимост, умора, високо кръвно налягане.

Нивото на шума се измерва в единици,

Изразяване на степента на звука на натиск, децибели. Този натиск не се възприема безкрайно. Ниво на шум от 20-30 dB е практически безвредно за хората - това е естествен фонов шум. Що се отнася до силните звуци, допустимата граница тук е приблизително 80 dB. Звук от 130 dB вече причинява болка на човек, а 150 става непоносим за него.

Акустичният шум е случайни звукови вибрации с различно физическо естество, характеризиращи се със случайни промени в амплитудата и честотата.

Когато се разпространява звукова вълна, състояща се от кондензация и разреждане на въздуха, налягането върху тъпанчето се променя. Единицата за налягане е 1 N/m2, а единицата за звукова мощност е 1 W/m2.

Прагът на чуване е минималната сила на звука, която човек възприема. Тя е различна за различните хора и затова конвенционално за праг на чуване се приема звуково налягане, равно на 2x10"5 N/m2 при 1000 Hz, съответстващо на мощност от 10"12 W/m2. Именно с тези стойности се сравнява измерения звук.

Например, звуковата мощност на двигателите при излитане на реактивен самолет е 10 W/m2, тоест надвишава прага 1013 пъти. Неудобно е да се работи с толкова големи числа. За звуци с различна сила казват, че единият е по-силен от другия не толкова пъти, а толкова единици. Единицата за сила на звука се нарича Бел - на името на изобретателя на телефона А. Бел (1847-1922). Силата на звука се измерва в децибели: 1 dB = 0,1 B (Bel). Визуално представяне на връзката между интензитета на звука, звуковото налягане и нивото на звука.

Възприемането на звука зависи не само от неговите количествени характеристики (налягане и мощност), но и от неговото качество - честота.

Един и същи звук при различни честоти се различава по сила на звука.

Някои хора не могат да чуват високочестотни звуци. Така при възрастните хора горната граница на звуково възприятие намалява до 6000 Hz. Те не чуват например писъка на комара или трелбата на щуреца, които произвеждат звуци с честота около 20 000 Hz.

Известният английски физик Д. Тиндал описва една от разходките си с приятел по следния начин: „Ливадите от двете страни на пътя гъмжаха от насекоми, които до ушите ми изпълваха въздуха с острото си бръмчене, но приятелят ми не чуваше каквото и да било от това – музиката на насекомите отлиташе отвъд границите на слуха му.” !

Нива на шум

Силата на звука - нивото на енергия в звука - се измерва в децибели. Шепотът се равнява на приблизително 15 dB, шумоленето на гласове в студентска класна стая достига приблизително 50 dB, а уличният шум по време на интензивен трафик е приблизително 90 dB. Шумове над 100 dB могат да бъдат непоносими за човешкото ухо. Шум около 140 dB (като звук от излитащ реактивен самолет) може да бъде болезнен за ухото и да увреди тъпанчето.

При повечето хора остротата на слуха намалява с възрастта. Това се обяснява с факта, че ушните кости губят първоначалната си подвижност и следователно вибрациите не се предават на вътрешното ухо. В допълнение, ушните инфекции могат да увредят тъпанчето и да повлияят отрицателно върху функционирането на осикулите. Ако имате проблеми със слуха, трябва незабавно да се консултирате с лекар. Някои видове глухота се причиняват от увреждане на вътрешното ухо или слуховия нерв. Загубата на слуха може да бъде причинена и от постоянно излагане на шум (например във фабрика) или внезапни и много силни звукови изблици. Трябва да сте много внимателни, когато използвате лични стерео плейъри, тъй като прекомерната сила на звука също може да причини глухота.

Допустим шум в помещенията

Що се отнася до нивата на шума, заслужава да се отбележи, че такова понятие не е ефимерно и нерегулирано от гледна точка на законодателството. Така в Украйна все още са в сила санитарните норми за допустим шум в жилищни и обществени сгради и в жилищни райони, приети още от времето на СССР. Според този документ в жилищните помещения нивото на шума не трябва да надвишава 40 dB през деня и 30 dB през нощта (от 22:00 до 8:00).

Често шумът носи важна информация. Автомобилен или мотоциклетен състезател внимателно слуша звуците, издавани от двигателя, шасито и други части на движещо се превозно средство, защото всеки външен шум може да бъде предвестник на злополука. Шумът играе важна роля в акустиката, оптиката, компютърните технологии и медицината.

Какво е шум? То се разбира като произволни сложни вибрации от различно физическо естество.

Проблемът с шума съществува отдавна. Още в древни времена звукът на колела по калдъръмените улици причиняваше безсъние на мнозина.

А може би проблемът е възникнал още по-рано, когато съседите в пещерата са започнали да се карат, защото един от тях е чукал твърде силно, докато е правил каменен нож или брадва?

Шумовото замърсяване на околната среда нараства непрекъснато. Ако през 1948 г. при анкетиране на жителите на големите градове 23% от респондентите са отговорили утвърдително на въпроса дали шумът в апартамента им ги притеснява, то през 1961 г. цифрата вече е 50%. През последното десетилетие нивата на шум в градовете са се увеличили 10-15 пъти.

Шумът е вид звук, въпреки че често се нарича „нежелан звук“. В същото време, според експерти, шумът на трамвай се оценява на 85-88 dB, тролейбус - 71 dB, автобус с мощност на двигателя над 220 к.с. с. - 92 dB, по-малко от 220 l. с. - 80-85 dB.

Учени от Държавния университет в Охайо заключиха, че хората, които редовно се излагат на силни звуци, са 1,5 пъти по-склонни от останалите да развият акустична неврома.

Акустичната неврома е доброкачествен тумор, който причинява загуба на слуха. Учените са изследвали 146 пациенти с акустична неврома и 564 здрави хора. Всички те бяха попитани колко често са срещали силен шум от най-малко 80 децибела (шум от трафика). Въпросникът е отчитал шума от уреди, двигатели, музика, детски писъци, шум на спортни събития, в барове и ресторанти. Участниците в проучването също бяха попитани дали използват устройства за защита на слуха. Тези, които редовно слушат силна музика, са имали 2,5 пъти по-висок риск от развитие на акустична неврома.

За изложените на технически шум – 1,8 пъти. За хората, които редовно слушат детски писъци, шумът на стадиони, ресторанти или барове е 1,4 пъти по-висок. При носене на защита на слуха рискът от развитие на акустична неврома не е по-голям, отколкото при хора, които изобщо не са изложени на шум.

Въздействие на акустичния шум върху човека

Въздействието на акустичния шум върху хората е различно:

А. Вреден

Шумът води до развитие на доброкачествен тумор

Дългосрочният шум влияе неблагоприятно на органа на слуха, разтягайки тъпанчето, като по този начин намалява чувствителността към звука. Води до смущения в работата на сърцето и черния дроб, както и до изтощение и пренапрежение на нервните клетки. Звуци и шумове с висока мощност засягат слуховия апарат, нервните центрове и могат да причинят болка и шок. Ето как работи шумовото замърсяване.

Изкуствени, изкуствени шумове. Те влияят негативно на човешката нервна система. Един от най-вредните градски шумове е шумът от моторни превозни средства по главните магистрали. Той дразни нервната система, така че човек е измъчван от безпокойство и се чувства уморен.

Б. Благоприятно

Полезните звуци включват шума на листата. Плисъкът на вълните действа успокояващо на психиката ни. Тихото шумолене на листата, шумоленето на потока, лекото плискане на вода и звукът на прибоя винаги са приятни за човек. Те го успокояват и облекчават стреса.

В. Лечебни

Терапевтичният ефект върху хората с помощта на звуците на природата възниква сред лекари и биофизици, които работят с астронавти още в началото на 80-те години на ХХ век. В психотерапевтичната практика естествените шумове се използват като помощно средство при лечението на различни заболявания. Психотерапевтите също използват така наречения „бял ​​шум“. Това е вид съскане, смътно напомнящо шума на вълните без плискане на вода. Лекарите вярват, че „белият шум“ успокоява и приспива.

Ефектът на шума върху човешкото тяло

Но дали само слуховите органи са засегнати от шума?

Учениците се насърчават да разберат, като прочетат следните твърдения.

1. Шумът причинява преждевременно стареене. В тридесет случая от сто шумът намалява продължителността на живота на хората в големите градове с 8-12 години.

2. Всяка трета жена и всеки четвърти мъж страдат от неврози, причинени от повишените нива на шум.

3. Заболявания като гастрит, язва на стомаха и червата се срещат най-често при хора, живеещи и работещи в шумна среда. За поп музикантите язвата на стомаха е професионална болест.

4. Достатъчно силен шум след 1 минута може да предизвика промени в електрическата активност на мозъка, която става подобна на електрическата активност на мозъка при пациенти с епилепсия.

5. Шумът потиска нервната система, особено когато се повтаря.

6. Под въздействието на шума има трайно намаляване на честотата и дълбочината на дишането. Понякога се появява сърдечна аритмия и хипертония.

7. Под въздействието на шума се променя въглехидратния, мастния, протеиновия и солевия метаболизъм, което се изразява в промени в биохимичния състав на кръвта (нивото на кръвната захар намалява).

Прекомерният шум (над 80 dB) засяга не само органите на слуха, но и други органи и системи (кръвоносна, храносмилателна, нервна и др.), Жизнените процеси се нарушават, енергийният метаболизъм започва да надделява над пластичния метаболизъм, което води до преждевременно стареене. на тялото .

ПРОБЛЕМ С ШУМА

Големият град винаги е придружен от шум от трафика. През последните 25-30 години в големите градове по света шумът се е увеличил с 12-15 dB (т.е. обемът на шума се е увеличил 3-4 пъти). Ако има летище в рамките на града, както е в Москва, Вашингтон, Омск и редица други градове, тогава това води до множество превишения на максимално допустимото ниво на звукови стимули.

И все пак автомобилният транспорт е водещият източник на шум в града. Именно той причинява шум до 95 dB по скалата на шумомера по главните улици на градовете. Нивото на шума в дневните със затворени прозорци към магистралата е само с 10-15 dB по-ниско, отколкото на улицата.

Шумът на автомобилите зависи от много причини: марката на автомобила, неговата изправност, скорост, качество на пътната настилка, мощност на двигателя и др. Шумът от двигателя се увеличава рязко при запалване и загряване. Когато колата се движи с първа скорост (до 40 км/ч), шумът от двигателя е 2 пъти по-висок от шума, който създава на втора скорост. При рязко спиране на автомобила шумът също се увеличава значително.

Разкрита е зависимостта на състоянието на човешкото тяло от нивото на шума в околната среда. Отбелязани са известни промени във функционалното състояние на централната нервна и сърдечно-съдовата системи, причинени от шума. Коронарната болест на сърцето, хипертонията и повишените нива на холестерол в кръвта са по-чести при хората, живеещи в шумни райони. Шумът значително нарушава съня, намалявайки неговата продължителност и дълбочина. Времето за заспиване се увеличава с час или повече, а след събуждане хората се чувстват уморени и имат главоболие. С течение на времето всичко това се превръща в хронична умора, отслабва имунната система, допринася за развитието на заболявания и намалява работоспособността.

Сега се смята, че шумът може да съкрати продължителността на живота на човек с почти 10 години. Психично болните хора стават все повече поради нарастващите звукови стимули, особено силно въздействие върху жените има шумът. Като цяло броят на хората с увреден слух в градовете се е увеличил, а главоболието и повишената раздразнителност са станали най-честите явления.

ШУМОВОТО ЗАМЪРСЯВАНЕ

Звукът и шумът с висока мощност засягат слуховия апарат, нервните центрове и могат да причинят болка и шок. Ето как работи шумовото замърсяване. Тихото шумолене на листата, шумоленето на потока, гласовете на птиците, лекото плискане на вода и звукът на прибоя винаги са приятни за човек. Те го успокояват и облекчават стреса. Използва се в медицински заведения, в стаи за психологическа помощ. Естествените шумове на природата стават все по-редки, изчезват напълно или се заглушават от индустриални, транспортни и други шумове.

Дългосрочният шум влияе неблагоприятно на слуховия орган, намалявайки чувствителността към звука. Води до смущения в работата на сърцето и черния дроб, както и до изтощение и пренапрежение на нервните клетки. Отслабените клетки на нервната система не могат да координират достатъчно работата на различните системи на тялото. Тук възникват смущения в тяхната дейност.

Вече знаем, че шум от 150 dB е вреден за хората. Не напразно през Средновековието е имало екзекуция под камбаната. Грохотът на камбаните измъчваше и бавно убиваше.

Всеки човек възприема шума по различен начин. Много зависи от възрастта, темперамента, здравето и условията на околната среда. Шумът има акумулиращ ефект, тоест акустичните дразнения, натрупвайки се в тялото, все повече потискат нервната система. Шумът има особено вредно въздействие върху нервно-психическата дейност на организма.

Шумовете причиняват функционални нарушения на сърдечно-съдовата система; има вредно въздействие върху зрителните и вестибуларните анализатори; намаляване на рефлексната активност, което често причинява злополуки и наранявания.

Шумът е коварен, вредното му въздействие върху тялото се случва невидимо, неусетно, увреждането на тялото не се открива веднага. Освен това човешкото тяло е практически беззащитно срещу шума.

Все по-често лекарите говорят за шумова болест, която засяга предимно слуха и нервната система. Източник на шумово замърсяване може да бъде промишлено предприятие или транспорт. Тежките самосвали и трамваите произвеждат особено силен шум. Шумът засяга човешката нервна система и затова в градовете и предприятията се предприемат мерки за защита от шум. Железопътните и трамвайните линии и пътищата, по които минава товарният транспорт, трябва да бъдат преместени от централните части на градовете към рядко населените райони и създадените около тях зелени площи, които добре поглъщат шума. Самолетите не трябва да летят над градовете.

ШУМОИЗОЛАЦИЯ

Звукоизолацията помага да се избегнат вредните ефекти от шума

Намаляването на нивата на шум се постига чрез строителни и акустични мерки. При външните ограждащи конструкции прозорците и балконските врати имат значително по-ниска шумоизолация от самата стена.

Степента на шумозащита на сградите се определя преди всичко от допустимите норми за шум за помещения за дадено предназначение.

БОЙЕН АКУСТИЧЕН ШУМ

Лабораторията по акустика на МНИИП разработва раздели „Акустична екология” като част от проектната документация. Изпълняват се проекти за звукоизолация на помещения, контрол на шума, изчисления на системи за звукоусилване и акустични измервания. Въпреки че в обикновените помещения хората все повече искат акустичен комфорт – добра защита от шум, разбираем говор и отсъствие на т.нар. акустични фантоми – негативни звукови образи, формирани от някои. В дизайни, предназначени допълнително да се борят с децибелите, най-малко два слоя се редуват - „твърди“ (гипсокартон, гипсови влакна).Също така акустичният дизайн трябва да заема своята скромна ниша вътре. Честотното филтриране се използва за борба с акустичния шум.

ГРАД И ЗЕЛЕНИ МЕСТА

Ако защитавате дома си от шум от дървета, тогава ще бъде полезно да знаете, че звуците не се абсорбират от листата. Удряйки ствола, звуковите вълни се разбиват, насочвайки се към почвата, където се абсорбират. Смърчът се смята за най-добрият пазител на тишината. Дори покрай най-натоварената магистрала можете да живеете спокойно, ако защитите дома си с редица зелени ели. И би било хубаво да засадите кестени наблизо. Един зрял кестен изчиства от автомобилните газове пространство с височина до 10 м, широчина до 20 м и дължина до 100 м. Освен това, за разлика от много други дървета, кестенът разгражда токсичните газове, без почти никаква вреда за „здравето“. ”

Значението на озеленяването на градските улици е голямо - гъстите храстови и горски пояси предпазват от шума, намалявайки го с 10-12 dB (децибела), намаляват концентрацията на вредни частици във въздуха от 100 до 25%, намаляват скоростта на вятъра от 10 до 2 m/s, намаляват концентрацията на газове от автомобили до 15% на единица обем въздух, правят въздуха по-овлажнен, понижават температурата му, т.е. правят го по-приемлив за дишане.

Зелените площи също поглъщат звука; колкото по-високи са дърветата и колкото по-гъсто е засаждането им, толкова по-малко звук се чува.

Зелените площи в комбинация с тревни площи и цветни лехи имат благоприятен ефект върху човешката психика, успокояват зрението и нервната система, са източник на вдъхновение и повишават работоспособността на хората. Най-великите произведения на изкуството и литературата, открития на учените, са възникнали под благотворното влияние на природата. Така са създадени най-великите музикални творения на Бетовен, Чайковски, Щраус и други композитори, картини на прекрасни руски пейзажисти Шишкин, Левитан, произведения на руски и съветски писатели. Неслучайно сибирският научен център е основан сред зелените площи на Приобската гора. Тук, на сянка от градския шум и заобиколени от зеленина, нашите сибирски учени успешно провеждат своите изследвания.

Зелеността на градове като Москва и Киев е висока; в последното, например, има 200 пъти повече насаждения на жител, отколкото в Токио. В столицата на Япония за 50 години (1920-1970 г.) около половината от всички зелени площи, разположени в радиус от десет километра от центъра, са унищожени. В Съединените щати почти 10 хиляди хектара централни градски паркове са били загубени през последните пет години.

← Шумът има пагубен ефект върху здравето на човека, най-вече чрез влошаване на слуха и състоянието на нервната и сърдечно-съдовата система.

← Шумът може да се измерва с помощта на специални инструменти - шумомери.

← Необходимо е да се борим с вредните ефекти на шума чрез контролиране на нивата на шума, както и чрез използване на специални мерки за намаляване на нивата на шума.

>>Физика: Звук в различни среди

За да се разпространява звукът, е необходима еластична среда. Във вакуум звуковите вълни не могат да се разпространяват, тъй като там няма какво да вибрира. Това може да се провери чрез прост опит. Ако поставим електрическа камбана под стъклена камбана, тогава, когато въздухът се изпомпва изпод камбаната, ще открием, че звукът от камбаната ще става все по-слаб и по-слаб, докато спре напълно.

Звук в газове. Известно е, че по време на гръмотевична буря първо виждаме светкавица и едва след известно време чуваме тътен на гръмотевици (фиг. 52). Това забавяне възниква, защото скоростта на звука във въздуха е много по-малка от скоростта на светлината, идваща от мълния.

Скоростта на звука във въздуха е измерена за първи път през 1636 г. от френския учен М. Мерсен. При температура 20 °C тя е равна на 343 m/s, т.е. 1235 км/ч. Обърнете внимание, че именно до тази стойност скоростта на куршума, изстрелян от картечница Калашников (ПК), намалява на разстояние 800 m. Началната скорост на куршума е 825 m/s, което значително надвишава скоростта на звука във въздуха. Следователно човек, който чуе звука на изстрел или изсвирването на куршум, не трябва да се тревожи: този куршум вече го е подминал. Куршумът изпреварва звука на изстрела и достига жертвата си преди звукът да пристигне.

Скоростта на звука зависи от температурата на средата: с повишаване на температурата на въздуха се увеличава, а с намаляване на температурата на въздуха намалява. При 0 °C скоростта на звука във въздуха е 331 m/s.

Звукът се разпространява с различни скорости в различните газове. Колкото по-голяма е масата на газовите молекули, толкова по-ниска е скоростта на звука в него. Така при температура 0 °C скоростта на звука във водорода е 1284 m/s, в хелия - 965 m/s, а в кислорода - 316 m/s.

Звук в течности. Скоростта на звука в течностите обикновено е по-голяма от скоростта на звука в газовете. Скоростта на звука във вода е измерена за първи път през 1826 г. от J. Colladon и J. Sturm. Те проведоха експериментите си върху Женевското езеро в Швейцария (фиг. 53). На една лодка запалиха барут и в същото време удариха камбана, спусната във водата. Звукът на тази камбана, с помощта на специален клаксон, също спуснат във водата, беше уловен на друга лодка, която се намираше на разстояние 14 км от първата. Въз основа на интервала от време между светкавицата и пристигането на звуковия сигнал е определена скоростта на звука във водата. При температура 8 °C тя се оказа приблизително 1440 m/s.

На границата между две различни среди част от звуковата вълна се отразява, а част се движи по-нататък. Когато звукът преминава от въздух във вода, 99,9% от звуковата енергия се отразява обратно, но налягането в звуковата вълна, предавана във водата, е почти 2 пъти по-голямо. Слуховият апарат на рибите реагира точно на това. Ето защо, например, писъците и шумовете над повърхността на водата са сигурен начин да изплашите морските обитатели. Човек, който се окаже под вода, няма да оглуши от тези писъци: когато се потопи във вода, в ушите му ще останат въздушни „тапи“, което ще го спаси от звуково претоварване.

Когато звукът преминава от водата във въздуха, 99,9% от енергията се отразява отново. Но ако по време на прехода от въздух към вода звуковото налягане се е увеличило, сега, напротив, рязко намалява. Поради тази причина например звукът, който се получава под водата при удара на един камък в друг, не достига до човек във въздуха.

Това поведение на звука на границата между вода и въздух е дало основание на нашите предци да смятат подводния свят за „свят на тишината“. Оттук и изразът: „Ням като риба“. Въпреки това Леонардо да Винчи също предложи да слушате подводни звуци, като поставите ухото си на гребло, спуснато във водата. Използвайки този метод, можете да се уверите, че рибите всъщност са доста приказливи.

Звук в твърди тела. Скоростта на звука в твърди тела е по-голяма, отколкото в течности и газове. Ако допрете ухото си до релсата, ще чуете два звука, след като ударите другия край на релсата. Единият ще стигне до ухото ви по железопътен транспорт, другият по въздух.

Земята има добра звукопроводимост. Затова в стари времена по време на обсада в крепостните стени са поставяли „слушатели“, които по звука, предаван от земята, са определяли дали врагът се вкопава в стените или не. Сложили уши на земята, те също наблюдаваха приближаването на вражеската кавалерия.

Твърдите вещества провеждат добре звука. Благодарение на това хората, които са загубили слуха си, понякога могат да танцуват на музика, която достига до слуховите им нерви не през въздуха и външното ухо, а през пода и костите.

1. Защо по време на гръмотевична буря първо виждаме светкавица и едва след това чуваме гръмотевици? 2. От какво зависи скоростта на звука в газовете? 3. Защо човек, стоящ на брега на реката, не чува звуци, възникващи под водата? 4. Защо „чуващите“, които в древни времена са наблюдавали разкопките на врага, често са били слепи хора?

Експериментална задача . Поставете ръчния си часовник в единия край на дъска (или дълга дървена линийка) и поставете ухото си в другия край. Какво чуваш? Обяснете явлението.

С.В. Громов, Н.А. Родина, Физика 8 клас

Изпратено от читатели от интернет сайтове

Планиране по физика, планове за уроци по физика, училищна програма, учебници и книги по физика за 8 клас, курсове и задачи по физика за 8 клас

Съдържание на урока бележки към уроцитеподдържаща рамка презентация урок методи ускорение интерактивни технологии Практикувайте задачи и упражнения самопроверка работилници, обучения, казуси, куестове домашна работа въпроси за дискусия риторични въпроси от ученици Илюстрации аудио, видео клипове и мултимедияснимки, картинки, графики, таблици, диаграми, хумор, анекдоти, вицове, комикси, притчи, поговорки, кръстословици, цитати Добавки резюметастатии трикове за любознателните ясли учебници основен и допълнителен речник на термините други Подобряване на учебниците и уроцитекоригиране на грешки в учебникаактуализиране на фрагмент в учебник, елементи на иновация в урока, замяна на остарели знания с нови Само за учители перфектни уроцикалендарен план за годината методически препоръки програма за дискусии Интегрирани уроци

Ако звуковата вълна не срещне препятствия по пътя си, тя се разпространява равномерно във всички посоки. Но не всяка пречка се превръща в бариера за нея.

Срещайки препятствие по пътя си, звукът може да се огъне около него, да бъде отразен, пречупен или погълнат.

Дифракция на звука

Можем да говорим с човек, който стои зад ъгъла на сграда, зад дърво или зад ограда, въпреки че не го виждаме. Чуваме го, защото звукът може да се огъва около тези обекти и да прониква в областта зад тях.

Способността на вълната да се огъва около препятствие се нарича дифракция .

Дифракция възниква, когато дължината на звуковата вълна надвишава размера на препятствието. Нискочестотните звукови вълни са доста дълги. Например при честота 100 Hz тя е равна на 3,37 м. С намаляването на честотата дължината става още по-голяма. Следователно звуковата вълна лесно се огъва около обекти, сравними с нея. Дърветата в парка изобщо не пречат на чуването на звука, тъй като диаметрите на стволовете им са много по-малки от дължината на звуковата вълна.

Благодарение на дифракцията звуковите вълни проникват през пукнатини и дупки в препятствие и се разпространяват зад тях.

Нека поставим плосък екран с дупка по пътя на звуковата вълна.

В случай, че дължината на звуковата вълна ƛ много по-голям от диаметъра на отвора д , или тези стойности са приблизително равни, тогава зад дупката звукът ще достигне до всички точки в областта, която е зад екрана (област на звукова сянка). Предната част на изходящата вълна ще изглежда като полукълбо.

Ако ƛ е само малко по-малък от диаметъра на процепа, тогава основната част от вълната се разпространява направо, а малка част се отклонява леко встрани. И в случай, когато ƛ много по-малко д , цялата вълна ще върви в посока напред.

Отражение на звука

Ако звукова вълна удари интерфейса между две среди, са възможни различни варианти за нейното по-нататъшно разпространение. Звукът може да се отразява от интерфейса, може да се премести в друга среда, без да променя посоката, или може да бъде пречупен, т.е. да се движи, променяйки посоката си.

Да предположим, че на пътя на звукова вълна се появява препятствие, чийто размер е много по-голям от дължината на вълната, например отвесна скала. Как ще се държи звукът? Тъй като не може да заобиколи това препятствие, то ще се отрази от него. Зад препятствието е зона на акустична сянка .

Звукът, отразен от препятствие, се нарича ехо .

Характерът на отражението на звуковата вълна може да бъде различен. Зависи от формата на отразяващата повърхност.

Отражение наречена промяна в посоката на звукова вълна на границата между две различни среди. При отражение вълната се връща в средата, от която е дошла.

Ако повърхността е плоска, звукът се отразява от нея по същия начин, както лъч светлина се отразява в огледало.

Звуковите лъчи, отразени от вдлъбната повърхност, се фокусират в една точка.

Изпъкналата повърхност разсейва звука.

Ефектът на дисперсия се дава от изпъкнали колони, големи корнизи, полилеи и др.

Звукът не преминава от една среда в друга, а се отразява от нея, ако плътността на средата се различава значително. По този начин звукът, който се появява във водата, не се пренася във въздуха. Отразена от интерфейса, тя остава във водата. Човек, стоящ на брега на реката, няма да чуе този звук. Това се обяснява с голямата разлика във вълновите импеданси на вода и въздух. В акустиката вълновият импеданс е равен на произведението от плътността на средата и скоростта на звука в нея. Тъй като вълновото съпротивление на газовете е значително по-малко от вълновото съпротивление на течности и твърди вещества, когато звукова вълна удари границата между въздух и вода, тя се отразява.

Рибите във вода не чуват звука, който се появява над повърхността на водата, но могат ясно да различат звука, чийто източник е тяло, вибриращо във водата.

Пречупване на звука

Промяната на посоката на разпространение на звука се нарича пречупване . Това явление възниква, когато звукът се движи от една среда в друга и скоростта му на разпространение в тези среди е различна.

Съотношението на синуса на ъгъла на падане към синуса на ъгъла на отражение е равно на съотношението на скоростите на разпространение на звука в средата.

Където аз - ъгъл на падане,

r – ъгъл на отражение,

v 1 – скоростта на разпространение на звука в първата среда,

v 2 – скоростта на разпространение на звука във втората среда,

н – индекс на пречупване.

Пречупването на звука се нарича пречупване .

Ако звукова вълна не пада перпендикулярно на повърхността, а под ъгъл, различен от 90°, тогава пречупената вълна ще се отклони от посоката на падащата вълна.

Пречупването на звука може да се наблюдава не само на границата между медиите. Звуковите вълни могат да променят посоката си в разнородна среда - атмосфера, океан.

В атмосферата пречупването се причинява от промени в температурата на въздуха, скоростта и посоката на движение на въздушните маси. А в океана се появява поради разнородността на свойствата на водата - различно хидростатично налягане на различни дълбочини, различни температури и различна соленост.

Звукопоглъщане

Когато звукова вълна срещне повърхност, част от нейната енергия се абсорбира. И колко енергия може да абсорбира една среда може да се определи чрез познаване на коефициента на звукопоглъщане. Този коефициент показва каква част от енергията на звуковите вибрации се поглъща от 1 m2 препятствие. Има стойност от 0 до 1.

Мерната единица за звукопоглъщане се нарича сабин . Името си получи от американския физик Уолъс Клемент Сабин, основател на архитектурната акустика. 1 sabin е енергията, която се абсорбира от 1 m 2 повърхност, чийто коефициент на поглъщане е 1. Тоест, такава повърхност трябва да абсорбира абсолютно цялата енергия на звуковата вълна.

Реверберация

Уолъс Сабин

Свойството на материалите да поглъщат звука намира широко приложение в архитектурата. Докато изучава акустиката на лекционната зала, част от музея Фог, Уолъс Клемент Сабин заключава, че има връзка между размера на залата, акустичните условия, вида и площта на звукопоглъщащите материали и време на реверберация .

Реверберация наричаме процеса на отразяване на звукова вълна от препятствия и нейното постепенно затихване след изключване на източника на звук. В затворено пространство звукът може да се отразява многократно от стени и предмети. В резултат на това възникват различни ехо сигнали, всеки от които звучи като отделно. Този ефект се нарича ефект на реверберация .

Най-важната характеристика на помещението е време на реверберация , който Сабин въведе и изчисли.

Където V – обем на помещението,

А – общо звукопоглъщане.

Където a i – коефициент на звукопоглъщане на материала,

S i - площ на всяка повърхност.

Ако времето за реверберация е дълго, звуците сякаш „скитат“ из залата. Те се припокриват, заглушават основния източник на звук и залата бумти. С кратко време на реверберация, стените бързо абсорбират звуците и те стават скучни. Следователно всяка стая трябва да има свое точно изчисление.

Въз основа на своите изчисления Сабин подреди звукопоглъщащите материали по такъв начин, че „ефектът на ехото“ да бъде намален. А Бостънската симфонична зала, при създаването на която той е акустичен консултант, все още се смята за една от най-добрите зали в света.