Поширення звуку спостерігається щільною. Шкільна енциклопедія

Цей урок висвітлює тему «Звукові хвилі». На цьому уроці продовжимо вивчати акустику. Спочатку повторимо визначення звукових хвиль, потім розглянемо їх частотні діапазони та познайомимося з поняттям ультразвукових та інфразвукових хвиль. Ми також обговоримо властивості, властиві звуковим хвилям у різних середовищах, і дізнаємося, які їм притаманні характеристики .

Звукові хвилі –це механічні коливання, які, поширюючись та взаємодіючи з органом слуху, сприймаються людиною (рис. 1).

Мал. 1. Звукова хвиля

Розділ, який займається фізикою цими хвилями, називається акустика. Професія людей, яких у народі називають «слухачами», – акустики. Звукова хвиля - це хвиля, що поширюється в пружному середовищі, це поздовжня хвиля, і, коли вона поширюється в пружному середовищі, чергуються стиск і розрядження. Передається вона з часом на відстань (рис. 2).

Мал. 2. Поширення звукової хвилі

До звукових хвиль відносяться такі коливання, що здійснюються з частотою від 20 до 20 000 Гц. Для цих частот відповідають довжини хвиль 17 м (для 20 Гц) та 17 мм (для 20 000 Гц). Цей діапазон називатиметься чутним звуком. Ці довжини хвиль наведені повітря, швидкість поширення звуку у якому дорівнює .

Існують ще такі діапазони, якими займаються акустики – інфразвукові та ультразвукові. Інфразвукові – це ті, що мають частоту менше 20 Гц. А ультразвукові – це ті, що мають частоту понад 20 000 Гц (рис. 3).

Мал. 3. Діапазони звукових хвиль

Кожна освічена людина повинна орієнтуватися в діапазоні частот звукових хвиль і знати, що якщо вона піде на УЗД, то зображення на екрані комп'ютера буде будуватися з частотою більше 20 000 Гц.

Ультразвук –це механічні хвилі, аналогічні звуковим, але мають частоту від 20 кгц до мільярда герц.

Хвилі, що мають частоту понад мільярд герц, називають гіперзвуком.

Ультразвук застосовується виявлення дефектів в литих деталях. На досліджувану деталь направляють потік ультразвукових коротких сигналів. У місцях, де дефектів немає, сигнали проходять крізь деталь, не реєструючись приймачем.

Якщо ж деталі є тріщина, повітряна порожнина чи інша неоднорідність, то ультразвуковий сигнал відбивається від неї і, повертаючись, потрапляє у приймач. Такий метод називають ультразвуковою дефектоскопією.

Іншими прикладами застосування ультразвуку є апарати ультразвукового дослідження, апарати УЗД, ультразвукова терапія

Інфразвук -механічні хвилі, аналогічні звуковим, але з частотою менше 20 Гц. Вони не сприймаються людським вухом.

Природними джерелами інфразвукових хвиль є шторм, цунамі, землетруси, урагани, виверження вулканів, гроза.

Інфразвук - теж важливі хвилі, які використовують для коливань поверхні (наприклад, щоб зруйнувати великі об'єкти). Ми запускаємо інфразвук у ґрунт – і ґрунт дробиться. Де таке вживається? Наприклад, на алмазних копальнях, де беруть руду, в яких є алмазні компоненти, і дроблять на дрібні частинки, щоб знайти ці алмазні вкраплення (рис. 4).

Мал. 4. Застосування інфразвуку

Швидкість звуку залежить від умов середовища та температури (рис. 5).

Мал. 5. Швидкість поширення звукової хвилі у різних середовищах

Зверніть увагу: у повітрі швидкість звуку при рівні , при швидкість збільшується на . Якщо ви дослідник, то можуть знадобитися такі знання. Ви, можливо, навіть придумаєте якийсь температурний датчик, який фіксуватиме розбіжності температури шляхом зміни швидкості звуку в середовищі. Ми вже знаємо, що чим щільніше середовище, чим серйозніша взаємодія між частинками середовища, тим швидше поширюється хвиля. Ми в минулому параграфі обговорили це на прикладі сухого та вологого повітря. Для води швидкість поширення звуку. Якщо створити звукову хвилю (стукати камертоном), то швидкість її поширення у воді буде в 4 рази більше, ніж у повітрі. По воді інформація дійде швидше в 4 рази, ніж повітрям. А в сталі ще швидше: (Рис. 6).

Мал. 6. Швидкість розповсюдження звукової хвилі

Ви знаєте з булин, що Ілля Муромець користувався (та й усі богатирі та звичайні російські люди та хлопчики з РВС Гайдара), користувалися дуже цікавим способомвиявлення об'єкта, який наближається, але ще далеко. Звук, який він видає під час руху, ще не чутний. Ілля Муромець, припавши вухом до землі, може її почути. Чому? Тому що по твердій землі передається звук із більшою швидкістю, значить, швидше дійде до вуха Іллі Муромця, і він зможе підготуватися до зустрічі ворога.

Найцікавіші звукові хвилі – музичні звуки та шуми. Які предмети можуть створити звукові хвилі? Якщо ми візьмемо джерело хвилі та пружне середовище, якщо ми змусимо джерело звуку коливатися гармонійно, то у нас виникне чудова звукова хвиля, яка називатиметься музичним звуком. Цими джерелами звукових хвиль може бути, наприклад, струни гітари чи рояля. Це може бути звукова хвиля, яка створена в зазорі повітряної труби (органу або труби). З уроків музики ви знаєте ноти: до, ре, мі, фа, сіль, ля, сі. В акустиці вони називаються тонами (рис. 7).

Мал. 7. Музичні тони

Усі предмети, які можуть видавати тони, мають особливості. Чим вони різняться? Вони відрізняються довжиною хвилі та частотою. Якщо ці звукові хвилі створюються тілами, що не гармонійно звучать або не пов'язані в загальну якусь оркестрову п'єсу, то така кількість звуків буде називатися шумом.

Шум- Безладні коливання різної фізичної природи, що відрізняються складністю тимчасової та спектральної структури. Поняття шуму є побутове і фізичне, вони дуже схожі, і тому ми його вводимо як окремий важливий об'єкт розгляду.

Переходимо до кількісних оцінок звукових хвиль. Які у музичних звукових хвиль характеристики? Ці характеристики поширюються виключно гармонійні звукові коливання. Отже, гучність звуку. Чим визначається гучність звуку? Розглянемо поширення звукової хвилі у часі чи коливання джерела звукової хвилі (рис. 8).

Мал. 8. Гучність звуку

При цьому, якщо ми додали в систему не дуже багато звуку (стукнули тихо по клавіші фортепіано, наприклад), то буде тихий звук. Якщо ми голосно, високо піднімаючи руку, викличемо цей звук, стукнувши клавішею, отримаємо гучний звук. Від чого це залежить? У тихого звуку амплітуда коливань менше, ніж гучного звуку .

Наступна важлива характеристика музичного звуку та будь-якого іншого - висота. Від чого залежить висота звуку? Висота залежить від частоти. Ми можемо змусити джерело коливатися часто, а можемо змусити його коливатись не дуже швидко (тобто здійснювати за одиницю часу меншу кількість коливань). Розглянемо розгортку за часом високого та низького звуку однієї амплітуди (рис. 9).

Мал. 9. Висота звуку

Можна зробити цікавий висновок. Якщо людина співає басом, то в неї джерело звуку (це голосові зв'язки) коливається у кілька разів повільніше, ніж у людини, яка співає сопрано. У другому випадку голосові зв'язки коливаються частіше, тому частіше викликають осередки стиснення та розрядження у поширенні хвилі.

Є ще одна цікава характеристика звукових хвиль, яку фізики не вивчають. Це тембр. Ви знаєте і легко розрізняєте ту саму музичну п'єсу, яку виконують на балалайці або на віолончелі. Чим відрізняються ці звучання чи це виконання? Ми попросили на початку експерименту людей, які отримують звуки, робити їх приблизно однаковою амплітуди, щоб була однакова гучність звуку. Це як у випадку оркестру: якщо не потрібно виділення якогось інструменту, всі грають приблизно однаково, однаково. Так ось тембр балалайки та віолончелі відрізняється. Якби ми намалювали звук, який витягують із одного інструмента, з іншого, за допомогою діаграм, то вони були б однаковими. Але ви легко вирізняєте ці інструменти по звуку.

Ще один приклад важливості тембру. Уявіть собі двох співаків, які закінчують той самий музичний вуз у однакових педагогів. Вони вчилися однаково добре на п'ятірки. Чомусь один стає видатним виконавцем, а інший усе життя незадоволений своєю кар'єрою. Насправді це визначається виключно їх інструментом, який викликає якраз голосові коливання в середовищі, тобто вони відрізняються голоси по тембру.

Список літератури

1. Соколович Ю.А., Богданова Г.С. Фізика: довідник із прикладами розв'язання задач. - 2-ге видання переділ. – X.: Веста: видавництво «Ранок», 2005. – 464 с.
2. Перишкін А.В., Гутнік Є.М., Фізика. 9 кл.: Підручник для загальноосвіт. установ/А.В. Перишкін, Е.М. Гутник. - 14-те вид., стереотип. – М.: Дрофа, 2009. – 300 с.

1. Інтернет-портал «eduspb.com» ()
2. Інтернет-портал «msk.edu.ua» ()
3. Інтернет-портал «class-fizika.narod.ru» ()

Домашнє завдання

1. Як поширюється звук? Що може бути джерелом звуку?
2. Чи може звук поширюватись у космосі?
3. Чи всяка хвиля, яка досягла органу слуху людини, сприймається ним?

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

Що таке звук?

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

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

Як створити звук?

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

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

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

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

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

До пояснення поширення звукових хвиль

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

Розповсюдження звукових хвиль

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

Необхідна умова поширення звукових хвиль – наявність матеріального середовища.

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

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

Швидкість поширення звукових хвиль визначається швидкістю передачі взаємодії між частинками.

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

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

де - адіабатична стисливість середовища; ρ – щільність.

Закони розповсюдження звукових хвиль

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

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

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

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

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

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

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

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

Властивості звуку та його характеристики

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

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

Частота коливань – це кількість повних коливань (періодів) за секунду. Цю одиницю називають герцем (Гц). Чим більша частота коливань, тим вищий звук ми чуємо, тобто звук має вищий тон. Відповідно до прийнятої міжнародною системоюодиниць, 1000 Гц називається кілогерцем (кГц), а 1.000.000 – мегагерцем (МГц).

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

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

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

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

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

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

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

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

Вплив звуку на органи слуху людини

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

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

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

Вплив звуку на організм людини

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

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

Звукоізоляція

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

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

Слід враховувати, що допустимі рівні шуму від зовнішніх джерелу приміщеннях встановлюються за умови забезпечення нормативної вентиляції приміщень (для житлових приміщень, палат, класів – за відкритих кватирок, фрамуг, вузьких стулок вікон).

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

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

Шум. Музика. Мова.

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

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

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

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

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

Інфразвук та ультразвук

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

Скажімо, звуки із частотою нижче 16 герц називають інфразвуком.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

За допомогою спеціальних приладів можна побачити поширення звукових хвиль.

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

Виявляється, існують звуки, які сприймаються людським вухом.

Список літератури

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

Касьянов В. А. Фізика 10 клас

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

Глава 2. Акустичний шум та його вплив на людину

Ціль: Дослідити вплив акустичного шуму на організм людини.

Вступ

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

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

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

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

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

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

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

Історична довідка

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

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

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

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

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

Джерела звуку та їх природа

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Вимірювання шуму

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

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

Рівень шуму вимірюється в одиницях,

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Рівні шуму

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

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

Допустимий шум у приміщеннях

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Вплив акустичного шуму на людину

Вплив акустичного шуму на людину буває різним:

A. Шкідливе

Шум призводить до виникнення доброякісної пухлини.

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

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

В. Сприятливе

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

С. Лікувальне

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

Вплив шуму на організм людини

Але чи тільки органи слуху страждають від шумів?

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

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

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

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

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

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

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

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

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

ПРОБЛЕМА ШУМУ

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

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

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

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

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

Шумовий забруднення

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

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

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

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

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

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

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

Звукоізоляція

Уникнути шкідливого впливушуму значно допомагає звукоізоляція

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

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

БОРОТЬБА З АКУСТИЧНИМ ШУМОМ

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

МІСТО І ЗЕЛЕНІ НАСАДЖЕННЯ

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

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

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

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

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

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

← Шум можна виміряти за допомогою спеціальних приладів – шумомірів.

← Треба боротися з шкідливим впливомшуму шляхом контролю рівня шуму, а також за допомогою спеціальних заходів для зниження рівня шуму.

>>Фізика: Звук у різних середовищах

Для поширення звуку необхідне пружне середовище. У вакуумі звукові хвилі поширюватися не можуть, бо там нема чого вагатися. У цьому вся можна переконатися на простому досвіді. Якщо помістити під скляний дзвін електричний дзвінок, то в міру викачування з-під дзвону повітря ми виявимо, що звук від дзвінка стає дедалі слабшим, поки не припиниться зовсім.

Звук у газах. Відомо, що під час грози ми спочатку бачимо спалах блискавки і лише через деякий час чуємо гуркіт грому (рис. 52). Це запізнення виникає через те, що швидкість звуку в повітрі значно менша за швидкість світла, що йде від блискавки.

Швидкість звуку у повітрі вперше було виміряно 1636 р. французьким ученим М. Мерсенном. За температури 20 °З вона дорівнює 343 м/с, тобто. 1235 км/год. Зауважимо, що саме до такого значення зменшується на відстані 800 м швидкість кулі, яка вилетіла з кулемета Калашнікова (ПК). Початкова швидкість кулі 825 м/с, що значно перевищує швидкість звуку повітря. Тому людина, яка почула звук пострілу чи свист кулі, може не турбуватися: ця куля його вже минула. Куля обганяє звук пострілу і досягає своєї жертви до того, як надходить цей звук.

Швидкість звуку залежить від температури середовища: зі збільшенням температури повітря вона зростає, а зі зменшенням – зменшується. При 0 °С швидкість звуку повітря становить 331 м/с.

У різних газах звук поширюється із різною швидкістю. Чим більша маса молекул газу, тим менша швидкість звуку в ньому. Так, при температурі 0 °С швидкість звуку у водні 1284 м/с, гелії - 965 м/с, а в кисні - 316 м/с.

Звук у рідинах. Швидкість звуку в рідинах, як правило, більша за швидкість звуку в газах. Швидкість звуку у воді вперше була виміряна в 1826 р. Ж-Коладоном та Я. Штурмом. Свої досліди вони проводили на Женевському озері у Швейцарії (рис. 53). На одному човні підпалювали порох і водночас ударяли в дзвін, опущений у воду. Звук цього дзвона за допомогою спеціального рупора, також опущеного у воду, уловлювався на іншому човні, який знаходився на відстані 14 км від першого. За інтервалом часу між спалахом світла та приходом звукового сигналу визначили швидкість звуку у воді. При температурі 8 °С вона дорівнювала приблизно 1440 м/с.

На межі між двома різними середовищами частина звукової хвилі відбивається, частина проходить далі. При переході звуку з повітря у воду 99,9% звукової енергії відбивається назад, проте тиск у звуковій хвилі, що пройшла у воду, виявляється майже в 2 рази більше. Слуховий апаратриб реагує саме на це. Тому, наприклад, крики та шуми над поверхнею води є вірним способом розлякати морських мешканців. Людини ж, яка опинилася під водою, ці крики не приголомшать: при зануренні у воду у його вухах залишаться повітряні "пробки", які й врятують його від звукового навантаження.

При переході звуку з води у повітря знову відбивається 99,9% енергії. Але якщо при переході з повітря у воду звуковий тиск збільшувався, то тепер він навпаки різко зменшується. Саме з цієї причини, наприклад, не доходить до людини в повітрі звук, що виникає під водою під час удару одним каменем про іншу.

Така поведінка звуку на кордоні між водою та повітрям дала підставу нашим предкам вважати підводний світ"світом мовчання". Звідси й вираз: "Нім як риба". Однак ще Леонардо да Вінчі пропонував слухати підводні звуки, приклавши вухо до весла, опущеного у воду. Скориставшись у такий спосіб, можна переконатися, що риби насправді досить балакучі.

Звук у твердих тілах. Швидкість звуку в твердих тілах більша, ніж у рідинах та газах. Якщо ви прикладете вухо до рейки, то після удару по іншому кінці рейки ви почуєте два звуки. Один з них досягне вашого вуха рейкою, інший - повітрям.

Хорошу провідність звуку має земля. Тому в старі часи під час облоги у фортечних стінах поміщали "слухачів", які за звуком, що передається землею, могли визначити, чи веде ворог підкоп до стін чи ні. Прикладаючи вухо до землі, також стежили за наближенням ворожої кінноти.

Тверді тіла добре проводять звук. Завдяки цьому люди, які втратили слух, іноді здатні танцювати під музику, яка доходить до їхніх слухових нервів не через повітря та зовнішнє вухо, а через підлогу та кістки.

1. Чому під час грози ми спочатку бачимо блискавку і лише потім чуємо грім? 2. Від чого залежить швидкість звуку у газах? 3. Чому людина, яка стоїть на березі річки, не чує звуків, що виникають під водою? 4. Чому "слухачами", які в давні часи стежили за земляними роботамисупротивника, чи часто були сліпі люди?

Експериментальне завдання . Поклавши на один кінець дошки (або довгої дерев'яної лінійки) наручний годинник, прикладіть вухо до іншого її кінця. Що ви чуєте? Поясніть явище.

С.В. Громов, Н.А. Батьківщина, Фізика 8 клас

Надіслано читачами з інтернет-сайтів

Планування фізики, плани конспектів уроків фізики, шкільна програма, підручники та книги з фізики 8 клас, курси та завдання з фізики для 8 класу

Якщо звукова хвиля не зустрічає перешкод своєму шляху, вона поширюється рівномірно у всіх напрямах. Але й не всяка перешкода стає перепоною для неї.

Зустрівши перешкоду своєму шляху, звук може огинати його, відбиватися, заломлюватися чи поглинатися.

Дифракція звуку

Ми можемо розмовляти з людиною, що стоїть за рогом будівлі, за деревом або за парканом, хоч і не бачимо його. Ми чуємо його, тому що звук здатний огинати ці предмети і припадати в область, що знаходиться за ними.

Здатність хвилі огинати перешкоду називається дифракцією .

Дифракція можлива, коли довжина звукової хвилі перевищує розмір перешкоди. Звукові хвилі низької частоти мають досить велику довжину. Наприклад, при частоті 100 Гц вона дорівнює 3,37 м. Зі зменшенням частоти довжина стає ще більшою. Тому звукова хвиля з легкістю огинає об'єкти, порівняні з нею. Дерева в парку зовсім не заважають нам чути звук, тому що діаметри їх стовбурів значно менші за довжину звукової хвилі.

Завдяки дифракції, звукові хвилі проникають через щілини та отвори у перешкоді та поширюються за ними.

Розташуємо на шляху звукової хвилі плоский екран з отвором.

У разі коли довжина звукової хвилі ƛ набагато перевищує діаметр отвору D , або ці величини приблизно рівні, то за отвором звук досягне всіх точок області, яка знаходиться за екраном (область звукової тіні). Фронт хвилі буде виглядати як півсфера.

Якщо ж ƛ лише трохи менше діаметра щілини, то основна частина хвилі поширюється прямо, а невелика частина трохи розходиться в сторони. А у випадку, коли ƛ набагато менше D , вся хвиля піде у прямому напрямку.

Відображення звуку

У разі попадання звукової хвилі на межу розділу двох середовищ, можливі різні варіантиїї подальшого поширення. Звук може відбитися від поверхні розділу, може перейти в інше середовище без зміни напрямку, а може переломитися, тобто перейти, змінивши свій напрямок.

Припустимо, на шляху звукової хвилі з'явилася перешкода, розмір якої набагато більше довжини хвилі, наприклад, прямовисна скеля. Як поведеться звук? Так як обігнути цю перешкоду він не може, він відіб'ється від нього. За перешкодою перебуває зона акустичної тіні .

Відбитий від перешкоди звук називається луною .

Характер відображення звукової хвилі може бути різним. Він залежить від форми поверхні, що відбиває.

Відображенням називають зміну напрями звукової хвилі межі розділу двох різних середовищ. При відображенні хвиля повертається у середу, з якої вона прийшла.

Якщо поверхня плоска, звук відбивається від неї подібно до того, як відбивається промінь світла в дзеркалі.

Відбиті від увігнутої поверхні звукові промені фокусуються в одній точці.

Випукла поверхня звук розсіює.

Ефект розсіювання дають опуклі колони, великі ліпні прикраси, люстри тощо.

Звук не переходить з одного середовища до іншого, а відбивається від нього, якщо щільності середовищ значно відрізняються. Так, звук, що з'явився у воді, не перетворюється на повітря. Відбиваючись від межі розділу, він залишається у воді. Людина, що стоїть на березі річки, не почує цей звук. Це пояснюється великою різницею хвильових опорів води та повітря. В акустиці хвильовий опір дорівнює добутку щільності середовища на швидкість звуку в ній. Так як хвильовий опір газів значно менше хвильових опорів рідин і твердих тіл, то потрапляючи на межу повітря та води, звукова хвиля відбивається.

Риби у воді не чують звук, що з'являється над поверхнею води, але добре розрізняють звук, джерелом якого є тіло, що вібрує у воді.

Заломлення звуку

Зміна напряму поширення звуку називається заломленням . Це явище виникає, коли звук переходить з одного середовища до іншого, і швидкості його поширення в цих середовищах різні.

Відношення синуса кута падіння до синуса кута відображення дорівнює відношенню швидкостей поширення звуку в середовищах.

де i - Кут падіння,

r - Кут відображення,

v 1 - Швидкість поширення звуку в першому середовищі,

v 2 - Швидкість поширення звуку в другому середовищі,

n - показник заломлення.

Заломлення звуку називають рефракцією .

Якщо звукова хвиля падає не перпендикулярно до поверхні, а під кутом, відмінним від 90 про, то заломлена хвиля відхилиться від напрямку падаючої хвилі.

Рефракція звуку може спостерігатися не лише на межі поділу середовищ. Звукові хвилі можуть змінювати свій напрямок у неоднорідному середовищі – атмосфері, океані.

В атмосфері причиною рефракції є зміни температури повітря, швидкість і напрямок переміщення повітряних мас. А в океані вона виникає через неоднорідність властивостей води – різного гідростатичного тиску на різних глибинах, різної температури та різної солоності.

Поглинання звуку

При зустрічі звукової хвилі з поверхнею частина її енергії поглинається. А скільки енергії може поглинути середовище, можна визначити, знаючи коефіцієнт поглинання звуку. Цей коефіцієнт показує, яку частину енергії звукових коливань поглинає 1 м2 перешкоди. Вона має значення від 0 до 1.

Одиницю виміру звукопоглинання називають себін . Свою назву вона отримала на ім'я американського фізика Уоллес Клемента Себіна, засновника архітектурної акустики. 1 Себін - це енергія, яку поглинає 1 м 2 поверхні, коефіцієнт поглинання якої дорівнює 1. Тобто, така поверхня повинна поглинати абсолютно всю енергію звукової хвилі.

Реверберація

Уоллес Себін

Властивість матеріалів поглинати звук широко використовують у архітектурі. Займаючись дослідженням акустики Лекційного залу, частини побудованого Fogg Museum, Уоллес Клемент Себін дійшов висновку, що існує залежність між розмірами зали, акустичними умовами, типом та площею звукопоглинаючих матеріалів та часом реверберації .

Реверберацією називають процес відображення звукової хвилі від перешкод та її поступове згасання після вимкнення джерела звуку. У закритому приміщенні звук може багаторазово відбиватися від стін та предметів. В результаті виникають різні ехосигнали, кожен з яких звучить ніби окремо. Цей ефект називають ефектом реверберації .

Найважливішою характеристикою приміщення є час реверберації , яке ввів та обчислив Себін.

де V - Обсяг приміщення,

А - загальне звукопоглинання.

де a i - Коефіцієнт звукопоглинання матеріалу,

S i - Площа кожної поверхні.

Якщо час реверберації великий, звуки ніби "блукають" залом. Вони накладаються один на одного, заглушають основне джерело звуку, і зал стає гучним. При невеликому часі реверберації стінки швидко поглинають звуки, і вони стають глухими. Тому для кожного приміщення має бути свій точний розрахунок.

За результатами своїх обчислень Себін розташував звукопоглинаючі матеріали таким чином, що зменшився ефект луні. А Симфонічний Зал Бостона, під час створення якого він був акустичним консультантом, досі вважається одним із найкращих залів у світі.

Цікаві факти: де швидше поширюється звук?

Під час грози спочатку видно спалах блискавки і лише через деякий час чуються гуркіт грому. Це запізнення виникає через те, що швидкість звуку в повітрі значно менша за швидкість світла, що йде від блискавки. Цікаво згадати, у якому середовищі звук поширюється найшвидше, а де взагалі не поширюється?

Досліди і теоретичні розрахунки швидкості звуку повітря починалися ще з XVII століття, але тільки два століття французький учений П'єр-Симон де Лаплас вивів остаточну формулу її визначення. Швидкість звуку залежить від температури: зі збільшенням температури повітря вона зростає, і зі зменшенням - падає. При 0° швидкість звуку становить 331 м/с (1192 км/год), за +20° вона вже дорівнює 343 м/с (1235 км/год).

Швидкість звуку в рідинах, як правило, більша за швидкість звуку в повітрі. Досліди щодо визначення швидкості вперше провели на Женевському озері в 1826 році. Два фізики сіли в човни та роз'їхалися на 14 км. На одному човні підпалювали порох і водночас ударяли в дзвін, опущений у воду. Звук дзвона за допомогою спеціального рупора, також опущеного у воду, уловлювався на іншому човні. За інтервалом часу між спалахом світла та приходом звукового сигналу визначили швидкість звуку у воді. При температурі +8° вона дорівнювала приблизно 1440 м/с. Люди, які працюють у підводних спорудах, підтверджують, що під водою виразно чути берегові звуки, а рибалки знають, що риба спливає за найменшого підозрілого шуму на березі.

Швидкість звуку в твердих тілах більша, ніж у рідинах та газах. Наприклад, якщо прикласти вухо до рейки, то після удару по іншому кінці рейки людина почує два звуки. Один з них «прийде» до вуха рейкою, інший – повітрям. Хорошу провідність звуку має земля. Тому в стародавні часи при облогу в фортечних стінах поміщали «слухачів», які за звуком, що передається землею, могли визначити, чи ворог веде ворог підкоп до стін чи ні, мчить кіннота чи ні. До речі, завдяки цьому люди, які втратили слух, іноді здатні танцювати під музику, яка доходить до їхніх слухових нервів не через повітря та зовнішнє вухо, а через підлогу та кістки.

Швидкість звуку – швидкість поширення пружних хвиль у середовищі як у поздовжніх (у газах, рідинах чи твердих тілах), і у поперечних, зсувних (у твердих тілах), визначається пружністю і щільністю середовища. Швидкість звуку в твердих тілах більша, ніж у рідинах. У рідинах, у тому числі у воді, звук мчить у 4 з лишком рази швидше, ніж у повітрі. Швидкість звуку в газах залежить від температури середовища, монокристалах - від напряму поширення хвилі.