Η ακουστική είναι η επιστήμη του ήχου. Βασικές κατευθύνσεις της σύγχρονης ακουστικής. Η έννοια της ακουστικής στη φυσική Τι μελετά η ενότητα της φυσικής στην ακουστική

Τοποθέτηση προφοράς: ΑΚΟΥΣΤΙΚΗ

ΑΚΟΥΣΤΙΚΗ (ελληνικά akustikos - ακουστική) - η μελέτη του ήχου. κλάδος της φυσικής που μελετά τις ιδιότητες, την εμφάνιση, τη διάδοση και τη λήψη ελαστικών κυμάτων σε αέρια, υγρά ή στερεά μέσα.

Α. - ένας από τους αρχαιότερους τομείς της φυσικής - προέκυψε σε σχέση με την ανάγκη εξήγησης των φαινομένων της ακοής και της ομιλίας. Έτσι, ακόμη και ο Εμπεδοκλής (490-430 π.Χ.) εξήγησε τη διάδοση και την αντίληψη των ήχων με τις κινήσεις μιας ειδικής (λεπτής) ουσίας που προέρχεται από το ηχητικό σώμα και εισέρχεται στο αυτί. Ο Αριστοτέλης (384-322 π.Χ.) είχε ήδη καταλάβει ότι ένα ηχητικό σώμα προκαλεί συμπίεση και αραίωση του αέρα και ήταν σε θέση να εξηγήσει τη διαδικασία εμφάνισης της ηχούς. Διέκρινε ξεκάθαρα το ύψος, τη δύναμη και τη χροιά του ήχου και τα συνέδεσε με διαφορές στην ταχύτητα και την ποσότητα του κινούμενου αέρα και με τη δομή της φωνητικής συσκευής. Ο Πυθαγόρας (6ος αιώνας π.Χ.) ήταν ο πρώτος που διατύπωσε τους νόμους της δόνησης της χορδής.

Ορόσημο στην ανάπτυξη της ακουστικής ήταν το έργο του Galileo και του Mersenne (17ος αιώνας), οι οποίοι καθιέρωσαν τους ποσοτικούς νόμους της δόνησης των χορδών και ήταν οι πρώτοι που προσδιόρισαν την ταχύτητα του ήχου στον αέρα. Ο Gassendi (17ος αιώνας) διαπίστωσε ότι η ταχύτητα του ήχου δεν εξαρτάται από το ύψος του. Οι αδελφοί Weber (1825) και Savard (1820) έδειξαν ότι η διάδοση του ήχου σε υγρά και ελαστικά σώματα ακολουθεί τους ίδιους νόμους όπως στον αέρα. Το 1863 εκδόθηκε το βιβλίο του Χέλμχολτς «The Doctrine of Sound Sensations» και το 1877-1878. - Το έργο του Rayleigh «Theory of Sound».

Ο Helmholtz εξήγησε τη φυσική φύση των ήχων, με βάση τη μέθοδο που ανέπτυξε για την ανάλυση των ήχων (Helmholtz resonators), και εξήγησε την αντίληψη του ήχου με τους νόμους της φυσικής.

Ένα νέο στάδιο στην ανάπτυξη της ακουστικής ξεκίνησε σε σχέση με την ανάπτυξη της ηλεκτρονικής τεχνολογίας, τη δημιουργία ηλεκτρονικών ενισχυτών και την ανακάλυψη νέων τρόπων παραγωγής ήχων μέχρι πολύ υψηλές συχνότητες (εκατομμύρια δονήσεις ανά δευτερόλεπτο). Η Α. άρχισε να αναπτύσσεται ιδιαίτερα εντατικά σε σχέση με το πρόβλημα της ραδιοφωνικής και τηλεοπτικής μετάδοσης.

Η σύγχρονη αρχιτεκτονική μπορεί να χωριστεί σε γενική ή θεωρητική, φυσιολογική, ιατρική, μουσική, αρχιτεκτονική, τεχνική και ατμοσφαιρική. Διακρίνονται επίσης η ηλεκτροακουστική και η υδροακουστική.

Γενικός, ήθεωρητικός, ακουστικήμελετά (θεωρητικά και πειραματικά) τις διαδικασίες ανάδυσης και εξάπλωσης ήχος(βλ.), καθώς και μέθοδοι ακουστικών μετρήσεων.

Ένα ταλαντούμενο σώμα (πηγή ταλαντώσεων) δημιουργεί στο περιβάλλον ζώνες εναλλασσόμενης αύξησης και μείωσης της πίεσης, που διαδίδεται σε διαφορετικές κατευθύνσεις με τη μορφή ελαστικών ταλαντώσεων (κυμάτων) με ταχύτητες που καθορίζονται από τις ιδιότητες του μέσου στο οποίο διαδίδονται. Για παράδειγμα, η ταχύτητα διάδοσης των ελαστικών κυμάτων στον αέρα σε t° 0° είναι 331 m/sec, στο νερό - 1440-1500 m/sec, σε οστικό ιστό - 3380 m/sec. Οι ελαστικές δονήσεις χαρακτηρίζονται από συχνότητα δόνησης (f), μήκος κύματος (λ) και ένταση δόνησης (I). Η συχνότητα ταλάντωσης προσδιορίζεται σε hertz ( Hz); 1 Hzίση με μία δόνηση ανά δευτερόλεπτο. Εάν η συχνότητα των ελαστικών κραδασμών είναι στην περιοχή 16-20000 Hz, τότε γίνονται αντιληπτά από το ανθρώπινο όργανο ακοής με τη μορφή ήχου, το ύψος του οποίου καθορίζεται από τη συχνότητα των δονήσεων. Σε αυτή την περίπτωση, οι υψηλότερες συχνότητες αντιστοιχούν σε υψηλότερους ήχους.

Η ισχύς του ήχου καθορίζεται από την ένταση του ήχου ή την ποσότητα της ηχητικής ενέργειας που διαρρέει το 1 εκ 2 σε 1 δευτερόλεπτο. Η ένταση της δόνησης είναι μέγιστη στην πηγή της δόνησης και μειώνεται με την απόσταση.

Διακυμάνσεις κάτω από 16 και πάνω από 20000 Hz(με αποκλίσεις προς τη μία ή την άλλη κατεύθυνση) δεν γίνονται αντιληπτά από το ανθρώπινο αυτί με τη μορφή ήχων και ονομάζονται Υπόηχος(μέσα μαζικής ενημέρωσης υπερήχους(εκ.). Ταυτόχρονα, ένα άτομο μέσω των οστών του κρανίου είναι σε θέση να αντιληφθεί υπερήχους με συχνότητα περίπου 100.000-150.000 Hz. Οι υποηχητικές δονήσεις μπορούν να γίνουν αντιληπτές από το σώμα δονητικά (βλ. Δόνηση). Τα όρια αντίληψης των ηχητικών κυμάτων από τα ζώα διαφέρουν σημαντικά από τα υποδεικνυόμενα στοιχεία (για παράδειγμα, τα ινδικά χοιρίδια, τα χάμστερ και ορισμένα άλλα ζώα αντιλαμβάνονται ήχους με συχνότητα έως και 100.000 Hz).

Η φυσιολογική ακουστική μελετά τη φυσική και τη βιοφυσική των οργάνων ακοής και ομιλίας, καθώς και τις συνέπειες της δράσης των ελαστικών δονήσεων, καθώς οι τελευταίες είναι ικανές να ασκούν μηχανικές, θερμικές και φυσικοχημικές επιδράσεις σε βιολογικά αντικείμενα (συμπεριλαμβανομένου του σώματος όπως ένα ολόκληρο). επίπτωση. Η ένταση της ηχητικής ενέργειας και η συχνότητα είναι σημαντικές. Έτσι, για παράδειγμα, σε ένταση ήχου της τάξης του 10 -4 W/cm 2 εμφανίζεται μια οδυνηρή αίσθηση. Οι έντονοι ήχοι, ακόμη και κάτω από το όριο του πόνου, έχουν επιβλαβή επίδραση στην υγεία και την απόδοση. Η παρατεταμένη έκθεση σε δυνατό θόρυβο μπορεί να προκαλέσει απώλεια ακοής(βλ.), μερικές φορές να κώφωση(βλ.) ή συγκεκριμένη βλάβη στο όργανο ακοής ως αποτέλεσμα έκθεσης σε ήχους υπερβολικής δύναμης (βλ. Ακουστικό τραύμα). Ταυτόχρονα, η ευαισθησία του ανθρώπινου αυτιού σε ήχους διαφορετικού τόνου δεν είναι η ίδια. Το αυτί είναι πιο ευαίσθητο στους τόνους 1000-3000 Hz.

Ελαστικές δονήσεις διαφορετικών περιοχών συχνοτήτων προκαλούν συγκεκριμένα αποτελέσματα, αλλά όλες οι περιοχές συχνοτήτων έχουν κάτι κοινό στη φύση της δράσης τους: 1) σε χαμηλές εντάσεις, το ηχητικό αποτέλεσμα στο βιολογικό υπόστρωμα πρακτικά απουσιάζει. 2) σε μεσαίες εντάσεις, η πρόσκρουση των ελαστικών δονήσεων προκαλεί μηχανικές, θερμικές και φυσικοχημικές. αλλαγές; 3) σε υψηλές εντάσεις, συμβαίνουν μη αναστρέψιμες αλλαγές στο βιολογικό υπόστρωμα, που μερικές φορές οδηγούν στο θάνατο του οργανισμού (βλ. Ήχος, βιολογική επίδραση των ήχων υψηλής έντασης).

Ιατρική ακουστική, χρησιμοποιώντας τις τεχνικές και τις μεθόδους της φυσιολογικής δόνησης, διερευνά και αναζητά τις δυνατότητες χρήσης των ελαστικών δονήσεων στην πρακτική ιατρική (διάγνωση, θεραπεία, χειρουργική επέμβαση).

Ιδιαίτερη προσοχή δίνεται στη μελέτη των ελαστικών δονήσεων που συμβαίνουν στο ανθρώπινο σώμα κατά τη λειτουργία των εσωτερικών οργάνων και του κυκλοφορικού συστήματος (για παράδειγμα, η μηχανική δραστηριότητα της καρδιάς, των πνευμόνων, των παλμικών κυμάτων κ.λπ.). Αυτές οι μελέτες, που πραγματοποιούνται υπό φυσιολογικές και παθολογικές συνθήκες, χρησιμεύουν ως βάση για τη δημιουργία ακουστικών οργάνων και συσκευών, καθώς και ορισμένων ερευνητικών μεθόδων (για παράδειγμα, ακρόαση, πνευμονογραφία, φωνοκαρδιογραφία). Για τη διάγνωση ασθενειών του οργάνου ακοής, καθώς και για την εξέταση του ακουστικού αναλυτή, χρησιμοποιείται μια εξωτερική γεννήτρια ήχου (βλ. Ακοομετρία, ακουόμετρο).

Ένας από τους τομείς χρήσης των ηχητικών δονήσεων στην ιατρική είναι οι συσκευές για την προσθετική της φωνητικής συσκευής και τη διόρθωση της ακοής του ασθενούς (βλ. Ακουστικά βαρηκοΐας).

Το υπερηχογράφημα χρησιμοποιείται ιδιαίτερα ευρέως. Χρησιμοποιείται για θεραπεία, παρέχοντας υψηλή θεραπευτική αποτελεσματικότητα και χρησιμοποιείται όλο και περισσότερο για διαγνωστικούς σκοπούς, συμπληρώνοντας την ακτινογραφία. Το υπερηχογράφημα έχει βρει εφαρμογή στη χειρουργική, λόγω της ευκολίας λήψης ισχυρών υπερήχων, εάν είναι απαραίτητο σε μορφή λεπτών δοκών με δυνατότητα εστίασης σαν οπτικές δέσμες. Χρησιμοποιείται στη θεραπεία ορισμένων παθήσεων του εγκεφάλου, όταν είναι απαραίτητο να νεκρωθεί τοπικά ο ιστός (η ένταση καθεμίας από τις ακτίνες υπερήχων που κατευθύνονται σε ένα δεδομένο σημείο είναι ανεπαρκής για να προκαλέσει οποιαδήποτε παθολογική αλλαγή, αλλά στο εστιακό σημείο η συνολική τους ένταση είναι επαρκής για να νεκρώσει τον ιστό).

Οι υπέρηχοι έχουν έντονες βακτηριοκτόνες ιδιότητες, οι οποίες έχουν εφαρμογή, για παράδειγμα, στην αποστείρωση γάλακτος, κονσερβοποιημένων τροφίμων κ.λπ. Ο υπέρηχος χρησιμοποιείται επίσης σε εργαλεία καθαρισμού (με βάση το φαινόμενο της σπηλαίωσης), ιδιαίτερα σε χειρουργικά, και κυρίως σε κοίλες βελόνες για ενέσεις (περισσότερα Για λεπτομέρειες σχετικά με τη χρήση των υπερήχων στην ιατρική, βλ Υπέρηχος).

Μία από τις πτυχές της πρακτικής εφαρμογής των ερευνητικών αποτελεσμάτων στον τομέα του Α. είναι η αξιοπρέπεια. δελτίο θόρυβος(εκ.). Το επίπεδο θορύβου και η φασματική του ανάλυση μετρώνται με τη χρήση ηχομετρητών και αναλυτών φάσματος ήχου. Με βάση ειδική εργασία που λαμβάνει υπόψη τις βλαβερές επιπτώσεις του θορύβου στο ανθρώπινο σώμα, έχουν αναπτυχθεί πρότυπα μέγιστων επιτρεπόμενων θορύβων για διάφορες συνθήκες. Παρόμοιες εργασίες έχουν γίνει και στον τομέα της υγειονομικής ρύθμισης. δονήσεις(εκ.).

Δείτε παραπάνω για τις κύριες χρήσεις της ακουστικής στην ιατρική πρακτική.

Αρχιτεκτονική ακουστικήμελετά τις ηχητικές διεργασίες σε κλειστούς χώρους από την άποψη της εξασφάλισης καλής ακρόασης της ομιλίας και της μουσικής σε όλα τα σημεία όπου μπορεί να βρίσκονται οι ακροατές κ.λπ.

Ατμοσφαιρική ακουστικήασχολείται με τον Ch. αρ. μελετώντας τα σχήματα διάδοσης του ήχου σε ελεύθερη ατμόσφαιρα.

Τεχνική ακουστικήεξετάζει κυρίως την πρακτική δυνατότητα εφαρμογής της Α. στην τεχνολογία μετάδοσης μεμονωμένων ήχων, λόγου και μουσικής, που σχετίζεται με το Ch. αρ. με προβλήματα μετατροπής της ηχητικής ενέργειας σε ηλεκτρική. Ως εκ τούτου, η τεχνική μηχανική ονομάζεται συχνά ηλεκτροακουστική. Η τεχνική ανάλυση, μαζί με τη γενική ή θεωρητική ανάλυση, ασχολείται με τη δημιουργία εξοπλισμού μέτρησης, λήψης και μετάδοσης.

Ένα ειδικό τμήμα της τεχνικής μηχανικής είναι υδροακουστική, που μελετά τη διάδοση ηχητικών κυμάτων και ακτίνων σε υγρό μέσο, ​​και κυρίως στο νερό.

Βιβλιογραφία.: Beranek L. Ακουστικές μετρήσεις, μετάφρ. from English, Μ., 1952; Krasilnikov V. A. Sound and ultrasonic waves in air, water and solids, M., 1960; Αρνί Γ. Δυναμική θεωρία ήχου, μετάφρ. from English, Μ., 1960; Paul R. V. Μηχανική, ακουστική και το δόγμα της θερμότητας, μτφρ. from German, Μ., 1971; Strett D. W. (Rayleigh D. V.), Θεωρία του Ήχου, μτφρ. from English, vol. 1 - 2, M., 1955; Skuchik E. Fundamentals of Acoustics, μτφρ. from German, vol. 1 - 2, M., 19 58 - 1959; Μορς Π. Μ. ένα. Ingard K. U. Θεωρητική ακουστική, Ν.Υ. α. ο., 1968.

L. A. Vodolazsky, A. A. Chevnenko.

Πηγές:

1. Μεγάλη ιατρική εγκυκλοπαίδεια. Τόμος 1/Αρχισυντάκτης Academician B.V. Petrovsky; εκδοτικός οίκος "Σοβιετική Εγκυκλοπαίδεια"? Μόσχα, 1974.- 576 σελ.

Ο ήχος ως φυσικό φαινόμενο αντιπροσωπεύει τις ταλαντευτικές κινήσεις των υλικών σωμάτων - στερεών, αέριων ή υγρών. Η εμφάνιση ανθρώπινων ακουστικών αισθήσεων συνδέεται, κατά κανόνα, με δονήσεις αέρα. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο η μετάδοση του ήχου γίνεται αδύνατη σε ένα περιβάλλον χωρίς αέρα.

Οι δονήσεις του αέρα, που γίνονται αντιληπτές από το ανθρώπινο όργανο ακοής ως ήχος, υπό φυσικές συνθήκες έχουν πολύ μεγάλο εύρος τιμών πίεσης, επομένως, είναι συνηθισμένο να χρησιμοποιείται μια λογαριθμική κλίμακα, που εκφράζει το επίπεδο έντασης σε κουδούνια (B) ή ντεσιμπέλ (dB). Ένα ντεσιμπέλ είναι μια μονάδα επιπέδου έντασης ίση με το δεκαπλάσιο του δεκαδικού λογάριθμου του λόγου της έντασης ενός ήχου προς κάποια άλλη ένταση ήχου, που λαμβάνεται συμβατικά ως επίπεδο αναφοράς και κοντά στο κατώφλι.

Οι φυσικοί ήχοι χαρακτηρίζονται από περίπου την ακόλουθη αναλογία:

Οι δονήσεις με εντάσεις πέρα ​​από αυτό το εύρος δεν γίνονται πλέον αντιληπτοί ως ήχος, δηλαδή είτε δεν ακούγονται καθόλου και δεν προκαλούν πρακτικά αισθήσεις, είτε γίνονται αντιληπτοί από υποδοχείς αφής και πόνου και δίνουν αισθήσεις πίεσης ή πόνου που εκτοπίζουν τις ακουστικές αισθήσεις.

Ο ήχος ως ταλαντωτική διαδικασία χαρακτηρίζεται επίσης από συχνότητα, η οποία ουσιαστικά είναι μια περιγραφή των μεταβολών της ηχητικής πίεσης με την πάροδο του χρόνου. Εάν αυτές οι αλλαγές έχουν κανονικό ημιτονοειδές χαρακτήρα, τότε μιλούν για καθαρό τόνο. Σε πραγματικές συνθήκες, ένας τόσο καθαρός θεμελιώδης τόνος, κατά κανόνα, αναμιγνύεται με έναν ορισμένο αριθμό πρόσθετων τόνων, που δίνουν στον ήχο τη συχνά μοναδική του ατομικότητα. Ο ήχος θεωρείται καθαρός εάν οι πρόσθετοι τόνοι στην ακουστική τους ενέργεια δεν υπερβαίνουν το 10 τοις εκατό. Στη ζωή, συχνά έχουμε να αντιμετωπίσουμε φυσικούς, καθαρούς ήχους. Αυτοί είναι οι ήχοι που βγάζουν τα πουλιά και τα ζώα, και αυτοί είναι οι ήχοι που παράγονται όταν προφέρουμε φωνήεντα.

Ήχοι στους οποίους ο θεμελιώδης τόνος δεν μπορεί να διακριθεί και στους οποίους, κατά συνέπεια, οι διακυμάνσεις της ηχητικής πίεσης περιγράφονται από μια πιο περίπλοκη από την ημιτονοειδή εξάρτηση, χαρακτηρίζονται ως θόρυβος. Και αν η ακουστική ενέργεια κατανέμεται ομοιόμορφα σε όλο το φάσμα, τότε μιλούν για «λευκό» θόρυβο.

Το ανθρώπινο όργανο ακοής αντιλαμβάνεται δονήσεις αέρα (σε επαρκές επίπεδο έντασης) στην περιοχή από 16 hertz έως 20 kilohertz, και κατά συνέπεια αυτές οι συχνότητες στη φυσική και την τεχνολογία χαρακτηρίζονται ως ήχος και λιγότερο από 16 hertz - ως υπέρηχος και πάνω από 20 kilohertz - ως υπερηχογράφημα. Ένα άτομο δεν μπορεί να ακούσει δονήσεις υπερήχων και υπερήχων, ανεξάρτητα από το πόσο έντονοι είναι. Αλλά αυτό δεν σημαίνει καθόλου ότι τέτοιοι τύποι ενέργειας δεν έχουν καμία απολύτως επίδραση στον άνθρωπο. Είναι χαρακτηριστικό παράδειγμα ερεθισμάτων που προηγουμένως χαρακτηρίσαμε ως «εξω-υποδοχείς», δηλαδή δεν προκαλούν συγκεκριμένες αισθήσεις. Ένα άτομο αρχίζει να τα αισθάνεται έμμεσα ως αποτέλεσμα της αλληλεπίδρασης, και συχνά δυσμενούς, με τους ιστούς του σώματός μας.

Ο ήχος ως ταλαντωτική διαδικασία χαρακτηρίζεται επίσης από το μήκος κύματός του, το οποίο μπορεί να ποικίλλει ποσοτικά σε σταθερή συχνότητα ανάλογα με την ταχύτητα διάδοσης του ήχου. Αυτή η ταχύτητα στον αέρα στους 0 βαθμούς Κελσίου και στην κανονική ατμοσφαιρική πίεση είναι 332 μέτρα ανά δευτερόλεπτο, αυξάνοντας με την αύξηση της πίεσης και της θερμοκρασίας του αέρα.

Σε ένα πιο πυκνό περιβάλλον, η ταχύτητα διάδοσης του ήχου είναι πολύ μεγαλύτερη, καθώς είναι: σε γρανίτη - 6000 μέτρα ανά δευτερόλεπτο, σε γυαλί - 5500 μέτρα ανά δευτερόλεπτο, σε αλουμίνιο - 5140 μέτρα ανά δευτερόλεπτο, σε σίδηρο και χάλυβα - 5000 μέτρα ανά δευτερόλεπτο, σε είδη συμπαγούς ξύλου (στη διαμήκη κατεύθυνση) - 4000 μέτρα ανά δευτερόλεπτο, σε χαλκό - 3560 μέτρα ανά δευτερόλεπτο και σε νερό (σε θερμοκρασία 19 βαθμών Κελσίου) - 1461 μέτρα ανά δευτερόλεπτο. Έτσι, οι ηχητικές δονήσεις της ίδιας συχνότητας σε διαφορετικά περιβάλλοντα έχουν διαφορετικά μήκη κύματος. Αυτό αποδεικνύεται σημαντικό για την ακοή μας και καθορίζει ορισμένα χαρακτηριστικά της ακουστικής αντίληψης όταν ένα άτομο βρίσκεται κάτω από το νερό. Ας δούμε τώρα τον μηχανισμό της αντίληψης του ήχου.

Η ακουστική είναι ένας τομέας της φυσικής που μελετά τις ελαστικές δονήσεις και τα κύματα από τις χαμηλότερες συχνότητες έως τις εξαιρετικά υψηλές (10 12 -10 13 Hz). Η σύγχρονη ακουστική καλύπτει ένα ευρύ φάσμα θεμάτων που διακρίνονται σε αυτήν: η φυσική ακουστική, η οποία μελετά τα χαρακτηριστικά της διάδοσης των ελαστικών κυμάτων σε διάφορα μέσα, η φυσιολογική ακουστική, η οποία μελετά τη δομή και τη λειτουργία της λήψης ήχου και του ήχου. -παραγωγή οργάνων σε ανθρώπους και ζώα κλπ. Με τη στενή έννοια του όρου, κάτω από την Ακουστική εννοείται η μελέτη του ήχου, δηλ. σχετικά με τις ελαστικές δονήσεις και τα κύματα σε αέρια, υγρά και στερεά που γίνονται αντιληπτά από το ανθρώπινο αυτί (συχνότητες από 16 έως 20.000 Hz).

8.1. Η ΦΥΣΗ ΤΟΥ ΗΧΟΥ. ΦΥΣΙΚΑ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ

Οι ηχητικές δονήσεις και τα κύματα είναι μια ειδική περίπτωση μηχανικών δονήσεων και κυμάτων. Ωστόσο, λόγω της σημασίας των ακουστικών εννοιών για την αξιολόγηση των ακουστικών αισθήσεων, καθώς και σε σχέση με ιατρικές εφαρμογές, είναι σκόπιμο να εξεταστούν συγκεκριμένα ορισμένα θέματα. Είναι σύνηθες να διακρίνουμε τους ακόλουθους ήχους:

1) τόνους ή μουσικούς ήχους.

2) θόρυβος?

3) Sonic booms.

Λέγεται τόνοςήχος,που είναι μια περιοδική διαδικασία.Εάν αυτή η διαδικασία είναι αρμονική, τότε καλείται ο τόνος απλόςή ΚΑΘΑΡΗ,και το αντίστοιχο επίπεδο ηχητικό κύμα περιγράφεται από την εξίσωση (7.45). Το κύριο φυσικό χαρακτηριστικό ενός καθαρού τόνου είναι η συχνότητα. Αναρμονικό 1αντιστοιχεί σε διακύμανση δύσκολοςτόνος. Ένας απλός τόνος παράγεται, για παράδειγμα, από ένα πιρούνι συντονισμού, ένας σύνθετος τόνος δημιουργείται από μουσικά όργανα, τη συσκευή ομιλίας (φωνηέντων) κ.λπ.

Ένας πολύπλοκος τόνος μπορεί να αναλυθεί σε απλούς. Η χαμηλότερη συχνότητα ν ο μιας τέτοιας επέκτασης αντιστοιχεί σε βασικός τόνοςάλλες αρμονικές (υποχρεώσεις)έχουν συχνότητες ίσες με 2ν ο, 3ν ο κ.λπ. Ένα σύνολο συχνοτήτων που υποδεικνύουν τη σχετική έντασή τους (πλάτος ΕΝΑ)που ονομάζεται ακουστικά

1 Αναρμονική - μη αρμονική δόνηση.

φάσμα του ουρανού(βλ. 6.4). Το φάσμα ενός σύνθετου τόνου είναι γραμμικό. στο Σχ. Το 8.1 δείχνει τα ακουστικά φάσματα της ίδιας νότας (ν 0 = 100 Hz), λήψη στο πιάνο (α) και στο κλαρίνο (β). Έτσι, το ακουστικό φάσμα είναι ένα σημαντικό φυσικό χαρακτηριστικό ενός σύνθετου τόνου.

Ο θόρυβος είναι ένας ήχος που έχει μια πολύπλοκη, μη επαναλαμβανόμενη χρονική εξάρτηση.

Ρύζι. 8.1

Ο θόρυβος περιλαμβάνει ήχους από δόνηση μηχανών, χειροκρότημα, θόρυβο φλόγας καυστήρα, θρόισμα, τρίξιμο, σύμφωνα ήχους ομιλίας κ.λπ.

Ο θόρυβος μπορεί να θεωρηθεί ως ένας συνδυασμός πολύπλοκων τόνων που ποικίλλουν τυχαία. Αν προσπαθήσουμε, με κάποιο βαθμό σύμβασης, να αποσυνθέσουμε τον θόρυβο σε φάσμα, αποδεικνύεται ότι αυτό το φάσμα θα είναι συνεχές, για παράδειγμα, το φάσμα που προκύπτει από τον θόρυβο καύσης ενός καυστήρα αερίου Bunsen (Εικ. 8.2).

Μια ηχητική έκρηξη είναι μια βραχυπρόθεσμη ηχητική επίδραση: κρότο, έκρηξη κ.λπ. Μια ηχητική έκρηξη δεν πρέπει να συγχέεται με ένα ωστικό κύμα(βλ. 7.10).

1 Αυστηρά μιλώντας, σε αυτόν τον τύπο κάτω απόR θα πρέπει να γίνει κατανοητό το μέσο πλάτος της ηχητικής πίεσης.

8.2. ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΑΚΟΥΣΤΙΚΗΣ ΑΙΤΗΣΗΣ. ΜΕΤΡΗΣΕΙΣ ΗΧΟΥ

8.1 θεωρούνται αντικειμενικά χαρακτηριστικά του ήχου που θα μπορούσαν να αξιολογηθούν από κατάλληλα όργανα ανεξάρτητα από το άτομο. Ωστόσο, ο ήχος είναι αντικείμενο ακουστικών αισθήσεων και επομένως αξιολογείται από ένα άτομο υποκειμενικά.

Κατά την αντίληψη των τόνων, ένα άτομο τους διακρίνει κατά τον τόνο.

Υψος- ένα υποκειμενικό χαρακτηριστικό που καθορίζεται κυρίως από τη συχνότητα του θεμελιώδους τόνου.

Σε πολύ μικρότερο βαθμό, το ύψος εξαρτάται από την πολυπλοκότητα του τόνου και την έντασή του: ένας ήχος μεγαλύτερης έντασης γίνεται αντιληπτός ως ήχος χαμηλότερου τόνου.

Τέμποο ήχος καθορίζεται σχεδόν αποκλειστικά από τη φασματική του σύνθεση.

Στο Σχ. 8.1, διαφορετικά ακουστικά φάσματα αντιστοιχούν σε διαφορετικούς τόνους, αν και ο θεμελιώδης τόνος και επομένως το ύψος είναι τα ίδια.

Ενταση ΗΧΟΥ- άλλη μια υποκειμενική εκτίμηση του ήχου, που χαρακτηρίζει το επίπεδο της ακουστικής αίσθησης.

Αν και υποκειμενική, η ένταση μπορεί να ποσοτικοποιηθεί συγκρίνοντας την ακουστική αίσθηση δύο πηγών.

Η βάση για τη δημιουργία μιας κλίμακας επιπέδου έντασης είναι σημαντική ψυχοφυσικός νόμος του Weber-Fechner: εάν αυξήσετε τον ερεθισμό στη γεωμετρική πρόοδο (δηλαδή κατά τον ίδιο αριθμό φορών), τότε η αίσθηση αυτού του ερεθισμού αυξάνεται στην αριθμητική πρόοδο (δηλαδή κατά την ίδια ποσότητα).

Σε σχέση με τον ήχο, αυτό σημαίνει ότι εάν η ένταση του ήχου λάβει μια σειρά διαδοχικών τιμών, για παράδειγμα a1 0, a 2 1 0 και 3 1 0 (a είναι ένας συγκεκριμένος συντελεστής, ΕΝΑ>1) κ.λπ., στη συνέχεια οι αντίστοιχες αισθήσεις έντασης ήχου E 0, 2E 0, 3E 0 κ.λπ.

Μαθηματικά, αυτό σημαίνει ότι η ένταση ενός ήχου είναι ανάλογη με τον λογάριθμο της έντασης του ήχου.

Αν υπάρχουν δύο ηχητικά ερεθίσματα με εντάσεις Εγώκαι I 0, και I 0 είναι το κατώφλι της ακουστότητας, τότε, με βάση τον νόμο Weber-Fechner, η ένταση σε σχέση με αυτό σχετίζεται με τις εντάσεις ως εξής:

Ε= klg(I/ I,), (8.3)

Οπου κ- ορισμένο συντελεστή αναλογικότητας ανάλογα με τη συχνότητα και την ένταση.

Αν ο συντελεστής κήταν σταθερή, τότε από τις (8.1) και (8.3) θα ακολουθούσε ότι η λογαριθμική κλίμακα των εντάσεων του ήχου αντιστοιχεί στην κλίμακα της έντασης. Σε αυτή την περίπτωση, η ένταση του ήχου, καθώς και η ένταση, θα εκφραζόταν σε μπελ ή ντεσιμπέλ. Ωστόσο, ισχυρή εξάρτηση καπό τη συχνότητα και την ένταση του ήχου δεν επιτρέπει να περιοριστεί η μέτρηση της έντασης στην απλή χρήση του τύπου (8.3).

Συμβατικά, πιστεύεται ότι σε συχνότητα 1 kHz οι κλίμακες έντασης και έντασης του ήχου συμπίπτουν πλήρως, δηλ. k = 1 και E b = log(I/I 0), ή, κατ' αναλογία με το (8.2):

μι f = 10 log (I/l0). (8.4)

Για να το διακρίνουμε από την κλίμακα έντασης ήχου στην κλίμακα έντασης, ονομάζονται ντεσιμπέλ υπόβαθρα(Ιστορικό).

Η ένταση σε άλλες συχνότητες μπορεί να μετρηθεί συγκρίνοντας τον ήχο ενδιαφέροντος με έναν ήχο στο 1 kHz. Για να το κάνετε αυτό χρησιμοποιώντας γεννήτρια ήχου 1δημιουργήστε έναν ήχο με συχνότητα 1 kHz. Η ένταση του ήχου αλλάζει μέχρι να εμφανιστεί μια ακουστική αίσθηση παρόμοια με την αίσθηση της έντασης του ήχου που μελετάται. Η ένταση ενός ήχου με συχνότητα 1 kHz σε ντεσιμπέλ, μετρούμενη από τη συσκευή, είναι ίση με την ένταση αυτού του ήχου στο παρασκήνιο.

Για να βρείτε μια αντιστοιχία μεταξύ της έντασης και της έντασης του ήχου σε διαφορετικές συχνότητες, χρησιμοποιήστε καμπύλες ίσης έντασης (Εικ. 8.4). Αυτές οι καμπύλες βασίζονται στα μέσα δεδομένα που λαμβάνονται από άτομα με φυσιολογική ακοή όταν μετρώνται χρησιμοποιώντας τη μέθοδο που περιγράφεται παραπάνω.

Η χαμηλότερη καμπύλη αντιστοιχεί στις εντάσεις των πιο αδύναμων ακουστικών ήχων - το κατώφλι της ακουστότητας. για όλες τις συχνότητες Eph = 0, για ένταση ήχου 1 kHz Εγώ 0= 1 pW/m2.

1 Από τις παραπάνω καμπύλες φαίνεται ότι το μέσο ανθρώπινο αυτί είναι πιο ευαίσθητο σε συχνότητες 2500-3000 Hz. Κάθε ενδιάμεση καμπύλη αντιστοιχεί στην ίδια ένταση, αλλά διαφορετική ένταση ήχου για διαφορετικές συχνότητες. Χρησιμοποιώντας μια ξεχωριστή καμπύλη ίση με την ένταση, μπορεί κανείς να βρει τις εντάσεις που, σε ορισμένες συχνότητες, προκαλούν την αίσθηση αυτής της έντασης. Χρησιμοποιώντας ένα σύνολο καμπυλών ίσης έντασης, μπορεί κανείς να βρει διαφορετικά

Η γεννήτρια ήχου είναι μια ηλεκτρονική συσκευή που παράγει ηλεκτρικούς κραδασμούς σε συχνότητες στην περιοχή ήχου. Ωστόσο, η ίδια η γεννήτρια ήχου δεν είναι η πηγή του ήχου. Εάν η δόνηση που δημιουργεί εφαρμόζεται σε ένα ηχείο, τότε εμφανίζεται ένας ήχος, η τονικότητα του οποίου αντιστοιχεί στη συχνότητα της γεννήτριας. Η γεννήτρια ήχου παρέχει τη δυνατότητα ομαλά αλλαγής του πλάτους και της συχνότητας των κραδασμών.

συχνότητες όγκου που αντιστοιχούν σε μια ορισμένη ένταση. Για παράδειγμα, ας είναι η ένταση ενός ήχου με συχνότητα 100 Hz 60 dB. Ποια είναι η ένταση αυτού του ήχου; Στο Σχ. 8.2 βρίσκουμε ένα σημείο με συντεταγμένες 100 Hz, 60 dB. Βρίσκεται στην καμπύλη που αντιστοιχεί σε επίπεδο όγκου 30 von, που είναι η απάντηση.

Για να έχουμε ορισμένες ιδέες για ήχους διαφορετικής φύσης, παρουσιάζουμε τα φυσικά τους χαρακτηριστικά (Πίνακας 8.1).

Πίνακας 8.1 Η μέθοδος μέτρησης της οξύτητας της ακοής ονομάζεταιακοομετρία. Κατά την ακοομετρία σε ειδική συσκευή(ακουόμετρο) προσδιορίστε το κατώφλι της ακουστικής αίσθησης σε διαφορετικές συχνότητες. η καμπύλη που προκύπτει ονομάζεταιηχητικό διάγραμμα.

Η σύγκριση του ακοογράμματος ενός άρρωστου ατόμου με φυσιολογική καμπύλη ακουστικού κατωφλίου βοηθά στη διάγνωση της νόσου της ακοής. Για την αντικειμενική μέτρηση του επιπέδου έντασης θορύβου, χρησιμοποιείταιΔομικά, αντιστοιχεί στο διάγραμμα που φαίνεται στο Σχ. 8.3. Οι ιδιότητες του ηχομέτρου προσεγγίζουν αυτές του ανθρώπινου αυτιού (βλ. καμπύλες ίσων ηχηρότητας στο Σχ. 8.4), για το σκοπό αυτό, χρησιμοποιούνται διορθωτικά ηλεκτρικά φίλτρα για διαφορετικά εύρη επιπέδων έντασης.

8.3. ΦΥΣΙΚΕΣ ΒΑΣΕΙΣ ΗΧΟΥ ΜΕΘΟΔΟΙ ΕΡΕΥΝΑΣ ΣΤΗΝ ΚΛΙΝΙΚΗ

Ο ήχος, όπως και το φως, είναι πηγή πληροφοριών και αυτή είναι η κύρια σημασία του.

Οι ήχοι της φύσης, η ομιλία των ανθρώπων γύρω μας, ο θόρυβος του χειρισμού μηχανών μας λένε πολλά. Για να φανταστείτε την έννοια του ήχου για ένα άτομο, αρκεί να στερήσετε προσωρινά τον εαυτό σας από την ικανότητα αντίληψης του ήχου - κλείστε τα αυτιά σας.

Φυσικά, ο ήχος μπορεί επίσης να είναι πηγή πληροφοριών για την κατάσταση των εσωτερικών οργάνων ενός ατόμου. Κοινή μέθοδος ήχου

διάγνωση ασθενειών - στηθοσκόπησις(ακρόαση) - γνωστό από τον 2ο αιώνα. ΠΡΟ ΧΡΙΣΤΟΥ. Χρησιμοποιείται για ακρόαση στηθοσκόπιο ή φωνενδοσκόπιο.Το φωνενδοσκόπιο (Εικ. 8.5) αποτελείται από μια κοίλη κάψουλα 1 με μια μεμβράνη μετάδοσης ήχου 2, που εφαρμόζεται στο σώμα του ασθενούς, από καουτσούκ που προέρχονται από αυτό 3 στο αυτί του γιατρού. Στην κοίλη κάψουλα εμφανίζεται συντονισμός της στήλης αέρα, με αποτέλεσμα ο ήχος να εντείνεται και να βελτιώνεται η ακρόαση.

Κατά την ακρόαση των πνευμόνων, ακούγονται αναπνευστικοί ήχοι και διάφοροι συριγμοί που είναι χαρακτηριστικό των ασθενειών. Με τις αλλαγές στους καρδιακούς ήχους και την εμφάνιση φυσημάτων, μπορεί κανείς να κρίνει την κατάσταση της καρδιακής δραστηριότητας. Χρησιμοποιώντας την ακρόαση, μπορείτε να προσδιορίσετε την παρουσία περισταλτισμού του στομάχου και των εντέρων και να ακούσετε τον καρδιακό παλμό του εμβρύου.

Για την ταυτόχρονη ακρόαση ενός ασθενούς από πολλούς ερευνητές για εκπαιδευτικούς σκοπούς ή κατά τη διάρκεια μιας διαβούλευσης, χρησιμοποιείται ένα σύστημα που περιλαμβάνει ένα μικρόφωνο, έναν ενισχυτή και ένα μεγάφωνο ή πολλά τηλέφωνα.

Για τη διάγνωση της κατάστασης της καρδιακής δραστηριότητας, χρησιμοποιείται μια μέθοδος παρόμοια με την ακρόαση και ονομάζεται φωνοκαρδιογραφία(FKG).

Αυτή η μέθοδος συνίσταται στη γραφική καταγραφή των καρδιακών ήχων και των μουρμουρισμών και στη διαγνωστική τους ερμηνεία. Το φωνοκαρδιογράφημα καταγράφεται με τη χρήση φωνοκαρδιογράφου (Εικ. 8.6), που αποτελείται από μικρόφωνο, ενισχυτή, σύστημα φίλτρων συχνότητας και συσκευή εγγραφής. Στο Σχ. Το Σχήμα 8.7 δείχνει ένα φυσιολογικό φωνοκαρδιογράφημα. Θεμελιωδώς διαφορετική από τις δύο μεθόδους ήχου που περιγράφονται παραπάνω είναικρούση.

Ας φανταστούμε μια κλειστή κοιλότητα γεμάτη με αέρα μέσα σε κάποιο σώμα. Εάν προκαλέσετε ηχητικές δονήσεις σε αυτό το σώμα, τότε σε μια συγκεκριμένη συχνότητα ήχου, ο αέρας στην κοιλότητα θα αρχίσει να αντηχεί, απελευθερώνοντας και ενισχύοντας έναν τόνο που αντιστοιχεί στο μέγεθος και τη θέση της κοιλότητας.

Σχηματικά, το ανθρώπινο σώμα μπορεί να αναπαρασταθεί ως ένα σύνολο όγκων γεμάτους με αέριο (πνεύμονες), υγρό (εσωτερικά όργανα) και στερεά (οστά). Κατά την πρόσκρουση στην επιφάνεια ενός σώματος, συμβαίνουν δονήσεις, οι συχνότητες των οποίων έχουν μεγάλο εύρος. Από αυτό το εύρος, ορισμένοι κραδασμοί θα εξασθενίσουν αρκετά γρήγορα, ενώ άλλοι, που συμπίπτουν με τους φυσικούς κραδασμούς των κενών, θα ενταθούν και, λόγω του συντονισμού, θα ακούγονται. Ένας έμπειρος γιατρός καθορίζει την κατάσταση και την τοπογραφία των εσωτερικών οργάνων από τον τόνο των ήχων κρουστών.

8.4. ΑΝΤΙΣΤΑΣΗ ΚΥΜΑΤΩΝ. ΑΝΑΚΛΑΣΗ ΗΧΗΤΙΚΩΝ ΚΥΜΑΤΩΝ. ΑΝΤΗΧΗΣΗ

Ηχητική πίεση Rεξαρτάται από την ταχύτητα υ των ταλαντούμενων σωματιδίων του μέσου. Οι υπολογισμοί το δείχνουν

Πίνακας 8.2

Χρησιμοποιούμε το (8.8) για να υπολογίσουμε τον συντελεστή διείσδυσης ενός ηχητικού κύματος από τον αέρα στο σκυρόδεμα και στο νερό:

Αυτά τα δεδομένα είναι εντυπωσιακά: αποδεικνύεται ότι μόνο ένα πολύ μικρό μέρος της ενέργειας του ηχητικού κύματος περνά από τον αέρα στο σκυρόδεμα και στο νερό. Σε κάθε κλειστό χώρο, ο ήχος που ανακλάται από τοίχους, οροφές, έπιπλα πέφτουν σε άλλους τοίχους, δάπεδα κ.λπ., αντανακλάται ξανά και απορροφάται και σταδιακά εξαφανίζεται. Επομένως, ακόμη και μετά τη διακοπή της πηγής ήχου, εξακολουθούν να υπάρχουν ηχητικά κύματα στο δωμάτιο που δημιουργούν βουητό. Αυτό είναι ιδιαίτερα αισθητό σε μεγάλες ευρύχωρες αίθουσες. Ονομάζεται η διαδικασία της σταδιακής εξασθένησης του ήχου σε κλειστούς χώρους μετά την απενεργοποίηση της πηγής αντήχηση.

Η αντήχηση, αφενός, είναι χρήσιμη, καθώς η αντίληψη του ήχου ενισχύεται από την ενέργεια του ανακλώμενου κύματος, αλλά, από την άλλη, η υπερβολικά μεγάλη αντήχηση μπορεί να επιδεινώσει σημαντικά την αντίληψη της ομιλίας και της μουσικής, καθώς κάθε νέο μέρος το κείμενο επικαλύπτει τα προηγούμενα. Από αυτή την άποψη, συνήθως υποδεικνύουν κάποιο βέλτιστο χρόνο αντήχησης, ο οποίος λαμβάνεται υπόψη κατά την κατασκευή αιθουσών, αιθουσών θεάτρων και συναυλιών κ.λπ. Για παράδειγμα, ο χρόνος αντήχησης της γεμάτης Αίθουσας Στήλων του Σώματος των Συνδικάτων στη Μόσχα είναι 1,70 δευτ. και του γεμάτου Θεάτρου Μπολσόι είναι 1,55 δευτ. Για αυτά τα δωμάτια (κενό), ο χρόνος αντήχησης είναι 4,55 και 2,06 δευτερόλεπτα, αντίστοιχα.

8.5. ΦΥΣΙΚΗ ΤΗΣ ΑΚΡΟΑΣΗΣ

Το ακουστικό σύστημα συνδέει τον άμεσο δέκτη των ηχητικών κυμάτων με τον εγκέφαλο.

Χρησιμοποιώντας τις έννοιες της κυβερνητικής, μπορούμε να πούμε ότι το ακουστικό σύστημα λαμβάνει, επεξεργάζεται και μεταδίδει πληροφορίες. Από ολόκληρο το ακουστικό σύστημα, για να εξετάσουμε τη φυσική της ακοής, θα ξεχωρίσουμε το εξωτερικό, το μεσαίο και το εσωτερικό αυτί.

Το εξωτερικό αυτί αποτελείται από το αυτί 1 και έξω ακουστικό πόρο 2 (Εικ. 8.8).

Ρύζι. 8.9

Το αυτί στον άνθρωπο δεν παίζει σημαντικό ρόλο στην ακοή. Βοηθά στον προσδιορισμό του εντοπισμού της πηγής ήχου όταν βρίσκεται στο οβελιαίο επίπεδο. Ας το εξηγήσουμε αυτό. Ο ήχος από την πηγή εισέρχεται στο αυτί. Ανάλογα με τη θέση της πηγής στο κατακόρυφο επίπεδο (Εικ. 8.9), τα ηχητικά κύματα θα διαθλούν διαφορετικά στο αυτί λόγω του συγκεκριμένου σχήματός του. Αυτό θα οδηγήσει επίσης σε διαφορετικές αλλαγές στη φασματική σύνθεση του ηχητικού κύματος που εισέρχεται στον ακουστικό πόρο (τα θέματα περίθλασης συζητούνται λεπτομερέστερα στο 24.6). Ως αποτέλεσμα της εμπειρίας, ένα άτομο έχει μάθει να συσχετίζει τις αλλαγές στο φάσμα ενός ηχητικού κύματος με την κατεύθυνση προς την πηγή ήχου (κατευθύνσεις Α, ΒΚαι ΣΕστο Σχ. 8.9).

Διαθέτοντας δύο ηχητικούς δέκτες (αυτιά), οι άνθρωποι και τα ζώα είναι σε θέση να καθορίσουν την κατεύθυνση προς την πηγή ήχου και στο οριζόντιο επίπεδο (διφωνικό φαινόμενο, Εικ. 8.10). Αυτό εξηγείται από το γεγονός ότι ο ήχος διανύει διαφορετικές αποστάσεις από την πηγή σε διαφορετικά αυτιά και προκύπτει διαφορά φάσης για τα κύματα που εισέρχονται στο δεξί και στο αριστερό αυτί. Η σχέση μεταξύ της διαφοράς σε αυτές τις αποστάσεις (δ) και της διαφοράς φάσης (Δφ) προκύπτει στο 24.1 για την εξήγηση της παρεμβολής του φωτός [βλ. (24.9)]. Εάν η πηγή ήχου βρίσκεται ακριβώς μπροστά από το πρόσωπο ενός ατόμου, τότε δ = 0 και Δφ = 0, εάν η πηγή ήχου βρίσκεται στην πλευρά απέναντι από το ένα αυτί, τότε θα εισέλθει στο άλλο αυτί με καθυστέρηση. Ας υποθέσουμε περίπου ότι σε αυτή την περίπτωση το δ είναι ίσο με την απόσταση μεταξύ των αυτιών. Χρησιμοποιώντας τον τύπο (24.9), η διαφορά φάσης μπορεί να υπολογιστεί για ν = 1 kHz και δ = 0.15 m. Είναι περίπου ίσο με 180°.

Διαφορετικές κατευθύνσεις προς την πηγή ήχου στο οριζόντιο επίπεδο θα αντιστοιχούν σε διαφορά φάσης μεταξύ 0° και 180° (για τα παραπάνω δεδομένα). Πιστεύεται ότι ένα άτομο με κανονική ακοή μπορεί να καθορίσει την κατεύθυνση μιας πηγής ήχου με ακρίβεια 3°, η οποία αντιστοιχεί σε διαφορά φάσης 6°. Ως εκ τούτου, μπορεί να υποτεθεί ότι οι άνθρωποι

Ρύζι. 8.10

το βλέφαρο είναι σε θέση να διακρίνει τις αλλαγές στη διαφορά φάσης των ηχητικών κυμάτων που εισέρχονται στα αυτιά του με ακρίβεια 6°.

Εκτός από τη διαφορά φάσης, το διφωνικό αποτέλεσμα διευκολύνεται από τη διαφορά στις εντάσεις του ήχου σε διαφορετικά αυτιά, καθώς και από την ακουστική σκιά από το κεφάλι για ένα αυτί. Στο Σχ. Το σχήμα 8.10 δείχνει σχηματικά ότι ο ήχος από μια πηγή εισέρχεται στο αριστερό αυτί ως αποτέλεσμα της περίθλασης.

Το ηχητικό κύμα διέρχεται από τον ακουστικό πόρο και ανακλάται εν μέρει από το τύμπανο 3. Ως αποτέλεσμα της παρεμβολής προσπίπτοντος και ανακλώμενου κυμάτων, μπορεί να προκύψει ακουστικός συντονισμός. Αυτό συμβαίνει όταν το μήκος κύματος είναι τετραπλάσιο από το μήκος του έξω ακουστικού πόρου. Το μήκος του ακουστικού πόρου στον άνθρωπο είναι περίπου 2,3 cm. Επομένως, ο ακουστικός συντονισμός εμφανίζεται σε μια συχνότητα:

Το πιο ουσιαστικό μέρος του μέσου αυτιού είναι το τύμπανο 3 και ακουστικά οστάρια: σφυρί 4, incus 5 και αναβολέας 6 με αντίστοιχους μύες, τένοντες και συνδέσμους. Τα οστά μεταφέρουν μηχανικούς κραδασμούς από το περιβάλλον αέρα του εξωτερικού αυτιού στο υγρό περιβάλλον του εσωτερικού αυτιού. Το υγρό μέσο του εσωτερικού αυτιού έχει χαρακτηριστική σύνθετη αντίσταση περίπου ίση με τη χαρακτηριστική σύνθετη αντίσταση του νερού. Όπως φάνηκε (βλ. 8.4), κατά την άμεση μετάβαση ενός ηχητικού κύματος από τον αέρα στο νερό, μεταδίδεται μόνο το 0,122% της έντασης της πρόσπτωσης. Αυτό είναι πολύ λίγο. Επομένως, ο κύριος σκοπός του μέσου αυτιού είναι να βοηθήσει στη μετάδοση μεγαλύτερης έντασης ήχου στο εσωτερικό αυτί. Χρησιμοποιώντας τεχνική γλώσσα, μπορούμε να πούμε ότι το μέσο αυτί ταιριάζει με την κυματική αντίσταση του αέρα και του υγρού του εσωτερικού αυτιού.

Το σύστημα των οστών στο ένα άκρο συνδέεται με ένα σφυρί με το τύμπανο (περιοχή S 1= 64 mm 2), από την άλλη - ένας αναβολέας - με ένα οβάλ παράθυρο 7 εσωτερικό αυτί (περιοχή S 2 = 3 mm 2).

Η ηχητική πίεση p 1 δρα στο τύμπανο, η οποία καθορίζει τη δύναμη

επί 8, που ονομάζεται αιθουσαία σκάλα.Ένα άλλο κανάλι προέρχεται από το στρογγυλό παράθυρο 9, ονομάζεται scala tympani 10.Η αιθουσαία και η τυμπανική σκάλα συνδέονται στην περιοχή του θόλου του κοχλία μέσω ενός μικρού ανοίγματος - ελικοτρήματος 11. Έτσι, και τα δύο αυτά κανάλια κατά κάποιο τρόπο αντιπροσωπεύουν ένα ενιαίο σύστημα γεμάτο με περι-λέμφο. Ταλαντώσεις των σκαφών 6 μεταδίδεται στη μεμβράνη του οβάλ παραθύρου 7, από αυτό μέχρι την περίλυμφο και «ξεφύλλωσε» τη μεμβράνη του στρογγυλού παραθύρου 9. Ο χώρος μεταξύ της αιθουσαίας κλιμάκωσης και της τυμπανικής τριμίδας ονομάζεται κοχλιακό κανάλι 12,είναι γεμάτη με ενδολέμφο. Η κύρια (βασική) μεμβράνη εκτείνεται μεταξύ του κοχλιακού πόρου και της κλιμακωτής τύμπανης κατά μήκος του κοχλία. 13. Περιέχει το όργανο του Corti, το οποίο περιέχει κύτταρα υποδοχέα (τρίχα) και το ακουστικό νεύρο προέρχεται από τον κοχλία (αυτές οι λεπτομέρειες δεν φαίνονται στο Σχ. 8.9).

Το όργανο του Corti (σπειροειδές όργανο) μετατρέπει τις μηχανικές δονήσεις σε ηλεκτρικό σήμα.

Το μήκος της κύριας μεμβράνης είναι περίπου 32 mm, διευρύνεται και λεπταίνει προς την κατεύθυνση από το οβάλ παράθυρο στην κορυφή του κοχλία (από πλάτος 0,1 έως 0,5 mm). Η κύρια μεμβράνη είναι μια πολύ ενδιαφέρουσα δομή για τη φυσική, έχει ιδιότητες επιλεκτικής συχνότητας. Αυτό παρατήρησε ο Helmholtz, ο οποίος οραματίστηκε την κύρια μεμβράνη ως ανάλογη με μια σειρά κουρδισμένων χορδών σε ένα πιάνο. Ο βραβευμένος με Νόμπελ Μπέκεσυ καθιέρωσε την πλάνη αυτής της θεωρίας αντηχήσεων. Τα έργα του Bekesy έδειξαν ότι η κύρια μεμβράνη είναι μια ετερογενής γραμμή μετάδοσης της μηχανικής διέγερσης. Όταν εκτίθεται σε ένα ακουστικό ερέθισμα, ένα κύμα διαδίδεται κατά μήκος της κύριας μεμβράνης. Ανάλογα με τη συχνότητα, αυτό το κύμα εξασθενεί διαφορετικά. Όσο χαμηλότερη είναι η συχνότητα, τόσο πιο μακριά από το οβάλ παράθυρο το κύμα θα ταξιδεύει κατά μήκος της κύριας μεμβράνης πριν αρχίσει να εξασθενεί. Για παράδειγμα, ένα κύμα με συχνότητα 300 Hz θα διαδοθεί σε περίπου 25 mm από το οβάλ παράθυρο πριν αρχίσει η εξασθένηση και ένα κύμα με συχνότητα 100 Hz φτάνει το μέγιστο κοντά στα 30 mm.

Με βάση αυτές τις παρατηρήσεις, αναπτύχθηκαν θεωρίες σύμφωνα με τις οποίες η αντίληψη του βήματος καθορίζεται από τη θέση της μέγιστης δόνησης της κύριας μεμβράνης. Έτσι, μια ορισμένη λειτουργική αλυσίδα μπορεί να ανιχνευθεί στο εσωτερικό αυτί: ταλάντωση της μεμβράνης του ωοειδούς παραθύρου - ταλάντωση της περιλύμφου - σύνθετες ταλαντώσεις της κύριας μεμβράνης - ερεθισμός των τριχωτών κυττάρων (υποδοχείς του οργάνου του Corti) - δημιουργία ένα ηλεκτρικό σήμα.

Ορισμένες μορφές κώφωσης σχετίζονται με βλάβη στη συσκευή υποδοχέα του κοχλία. Σε αυτή την περίπτωση, ο κοχλίας δεν παράγει ηλεκτρικά σήματα.

όταν εκτίθενται σε μηχανικούς κραδασμούς. Τέτοιοι κωφοί μπορούν να βοηθηθούν με την εμφύτευση ηλεκτροδίων στον κοχλία και την εφαρμογή ηλεκτρικών σημάτων σε αυτά που αντιστοιχούν σε αυτά που προκύπτουν όταν εκτίθενται σε μηχανικό ερέθισμα.

Τέτοια προσθετικά για την κύρια λειτουργία του κοχλία (κοχλιακή προσθετική) αναπτύσσονται σε πολλές χώρες. Στη Ρωσία, η κοχλιακή προσθετική αναπτύχθηκε και εφαρμόστηκε στο Ρωσικό Ιατρικό Πανεπιστήμιο. Η κοχλιακή πρόθεση φαίνεται στο Σχ. 8.12, εδώ 1 - κύριο σώμα, 2 - ακουστικό με μικρόφωνο, 3 - ηλεκτρικό βύσμα σύνδεσης για σύνδεση με εμφυτεύσιμα ηλεκτρόδια.

8.6. ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΥΠΕΡΗΧΩΝ ΚΑΙ BGO ΣΤΗΝ ΙΑΤΡΙΚΗ

Υπέρηχος(ΗΠΑ) είναι μηχανικοί κραδασμοί και κύματα των οποίων οι συχνότητες είναι περισσότερες από 20 kHz.

Το ανώτατο όριο των συχνοτήτων υπερήχων μπορεί να θεωρηθεί ότι είναι 10 9 - 10 10 Hz. Αυτό το όριο καθορίζεται από διαμοριακές αποστάσεις και επομένως εξαρτάται από την κατάσταση συσσωμάτωσης της ουσίας στην οποία διαδίδεται το υπερηχητικό κύμα.

Για τη δημιουργία υπερήχων, χρησιμοποιούνται συσκευές που ονομάζονται εκπομποί υπερήχων. Οι πιο διαδεδομένοι είναι οι ηλεκτρομηχανικοί εκπομποί που βασίζονται στο φαινόμενο του αντίστροφου πιεζοηλεκτρικού φαινομένου (βλ. 14.7).

Το αντίστροφο πιεζοηλεκτρικό φαινόμενο είναι 3, συμβαίνει στη μηχανική παραμόρφωση των σωμάτων υπό την επίδραση ηλεκτρικού πεδίου. Το κύριο μέρος ενός τέτοιου πομπού (Εικ. 8.13, α) είναι μια πλάκα ή ράβδος 1 κατασκευασμένη από μια ουσία με καλά έντονες πιεζοηλεκτρικές ιδιότητες (χαλαζίας, άλας Rochelle, κεραμικό υλικό με βάση τιτανικό βάριο κ.λπ.). Τα ηλεκτρόδια 2 εφαρμόζονται στην επιφάνεια της πλάκας με τη μορφή αγώγιμων στρωμάτων Εάν στα ηλεκτρόδια εφαρμόζεται εναλλασσόμενη ηλεκτρική τάση από γεννήτρια

τότε η πλάκα, χάρη στο αντίστροφο πιεζοηλεκτρικό φαινόμενο, θα αρχίσει να δονείται, εκπέμποντας ένα μηχανικό κύμα της αντίστοιχης συχνότητας.

Η μεγαλύτερη επίδραση της ακτινοβολίας μηχανικού κύματος εμφανίζεται όταν πληρούται η συνθήκη συντονισμού (βλ. 7.6). Έτσι, για πλάκες πάχους 1 mm, εμφανίζεται συντονισμός για χαλαζία σε συχνότητα 2,87 MHz, άλας Rochelle - 1,5 MHz και τιτανικό βάριο - 2,75 MHz.

Ένας δέκτης υπερήχων μπορεί να δημιουργηθεί με βάση το πιεζοηλεκτρικό φαινόμενο (άμεσο πιεζοηλεκτρικό φαινόμενο). Σε αυτή την περίπτωση, υπό την επίδραση ενός μηχανικού κύματος (υπερηχητικό κύμα), εμφανίζεται παραμόρφωση του κρυστάλλου (Εικ. 8.13, β), η οποία, με το πιεζοηλεκτρικό φαινόμενο, οδηγεί στη δημιουργία ενός εναλλασσόμενου ηλεκτρικού πεδίου. μπορεί να μετρηθεί η αντίστοιχη ηλεκτρική τάση.

Από τη φυσική του φύση, ο υπέρηχος, όπως και ο ήχος, είναι ένα μηχανικό (ελαστικό) κύμα. Ωστόσο, το μήκος κύματος υπερήχων είναι σημαντικά μικρότερο από το μήκος κύματος του ήχου. Για παράδειγμα, στο νερό τα μήκη κύματος είναι 1,4 m (1 kHz, ήχος), 1,4 mm (1 MHz, υπέρηχος) και 1,4 μm (1 GHz, υπέρηχος). Η περίθλαση κύματος (βλ. 24.5) εξαρτάται σημαντικά από την αναλογία του μήκους κύματος και το μέγεθος των σωμάτων στα οποία το κύμα περιθλά. Ένα «αδιαφανές» σώμα διαστάσεων 1 m δεν θα αποτελεί εμπόδιο σε ένα ηχητικό κύμα μήκους 1,4 m, αλλά θα γίνει εμπόδιο σε ένα κύμα υπερήχων με μήκος 1,4 mm και θα εμφανιστεί μια σκιά υπερήχων. Αυτό καθιστά δυνατό σε ορισμένες περιπτώσεις να μην λαμβάνεται υπόψη η περίθλαση των υπερηχητικών κυμάτων, θεωρώντας αυτά τα κύματα ως ακτίνες κατά τη διάθλαση και την ανάκλαση (παρόμοια με τη διάθλαση και την ανάκλαση των ακτίνων φωτός).

Η ανάκλαση του υπερήχου στο όριο δύο μέσων εξαρτάται από την αναλογία των αντιστάσεων κυμάτων τους (βλ. 8.4). Έτσι, ο υπέρηχος αντανακλάται καλά στα όρια μυός-περιόστεου-οστού, στην επιφάνεια κοίλων οργάνων κ.λπ.

Επομένως, είναι δυνατό να προσδιοριστεί η θέση και το μέγεθος ανομοιογενών εγκλεισμάτων, κοιλοτήτων, εσωτερικών οργάνων κ.λπ. (Θέση υπερήχων). Ο εντοπισμός υπερήχων χρησιμοποιεί τόσο συνεχή όσο και παλμική ακτινοβολία. Στην πρώτη περίπτωση, μελετάται ένα στάσιμο κύμα που προκύπτει από την παρεμβολή προσπίπτοντος και ανακλώμενων κυμάτων από τη διεπαφή. Στη δεύτερη περίπτωση, παρατηρείται ο ανακλώμενος παλμός και μετράται ο χρόνος διάδοσης του υπερήχου στο υπό μελέτη αντικείμενο και πίσω. Γνωρίζοντας την ταχύτητα διάδοσης του υπερήχου, προσδιορίζεται το βάθος του αντικειμένου.

Η κυματική αντίσταση των βιολογικών μέσων είναι 3000 φορές μεγαλύτερη από την κυματική αντίσταση του αέρα. Επομένως, εάν ένας πομπός υπερήχων εφαρμοστεί σε ένα ανθρώπινο σώμα, ο υπέρηχος δεν θα διεισδύσει στο εσωτερικό, αλλά θα ανακλαστεί λόγω ενός λεπτού στρώματος αέρα μεταξύ του πομπού και του βιολογικού αντικειμένου (βλ. 8.4). Για την εξάλειψη του στρώματος αέρα, η επιφάνεια του εκπομπού υπερήχων καλύπτεται με ένα στρώμα λαδιού.

Η ταχύτητα διάδοσης των κυμάτων υπερήχων και η απορρόφησή τους εξαρτώνται σημαντικά από την κατάσταση του μέσου. Αυτή είναι η βάση για τη χρήση των υπερήχων για τη μελέτη των μοριακών ιδιοτήτων μιας ουσίας. Η έρευνα αυτού του είδους είναι το αντικείμενο της μοριακής ακουστικής.

Όπως φαίνεται από το (7.53), η ένταση του κύματος είναι ανάλογη με το τετράγωνο της κυκλικής συχνότητας, επομένως είναι δυνατό να ληφθούν υπερηχητικά κύματα σημαντικής έντασης ακόμη και με σχετικά μικρό εύρος ταλαντώσεων. Η επιτάχυνση των σωματιδίων που ταλαντώνονται σε ένα υπερηχητικό κύμα μπορεί επίσης να είναι μεγάλη [βλ. (7.12)], το οποίο υποδηλώνει την παρουσία σημαντικών δυνάμεων που δρουν σε σωματίδια σε βιολογικούς ιστούς κατά την ακτινοβολία με υπερήχους.

Οι συμπιέσεις και οι αραιώσεις που δημιουργούνται από τους υπέρηχους οδηγούν στο σχηματισμό ασυνέχειων στη συνέχεια του υγρού - σπηλαιώσεις.

Οι κοιλότητες δεν διαρκούν πολύ και γρήγορα καταρρέουν, ενώ σημαντική ενέργεια απελευθερώνεται σε μικρούς όγκους, συμβαίνει θέρμανση της ουσίας, καθώς και ιονισμός και διάσταση μορίων.

Οι φυσικές διεργασίες που προκαλούνται από την επίδραση των υπερήχων προκαλούν τα ακόλουθα κύρια αποτελέσματα σε βιολογικά αντικείμενα:

Μικροδονήσεις σε κυτταρικό και υποκυτταρικό επίπεδο.

Καταστροφή βιομακρομορίων;

Αναδιάρθρωση και βλάβη σε βιολογικές μεμβράνες, αλλαγές στη διαπερατότητα της μεμβράνης (βλ. Κεφάλαιο 13).

Θερμική δράση;

Οι βιοϊατρικές εφαρμογές των υπερήχων μπορούν κυρίως να χωριστούν σε δύο τομείς: διαγνωστικές και ερευνητικές μεθόδους και μεθόδους έκθεσης.

Η πρώτη κατεύθυνση περιλαμβάνει μεθόδους εντοπισμού και τη χρήση παλμικής ακτινοβολίας. Αυτό ηχοεγκεφαλογραφία- προσδιορισμός όγκων και εγκεφαλικού οιδήματος (Εικ. 8.14 δείχνει ηχοεγκεφαλογράφος"Echo-12"); υπερηχογραφική καρδιογραφία- μέτρηση του μεγέθους της καρδιάς σε δυναμική. στην οφθαλμολογία - θέση υπερήχωνγια τον προσδιορισμό του μεγέθους των οφθαλμικών μέσων. Χρησιμοποιώντας το υπερηχογραφικό φαινόμενο Doppler, μελετάται το σχέδιο κίνησης των καρδιακών βαλβίδων και μετράται η ταχύτητα ροής του αίματος. Για διαγνωστικούς σκοπούς, η πυκνότητα του συντηγμένου ή κατεστραμμένου οστού προσδιορίζεται από την ταχύτητα υπερήχων.

Η δεύτερη κατεύθυνση αφορά φυσιοθεραπεία με υπερήχους.Στο Σχ. Το σχήμα 8.15 δείχνει τη συσκευή UTP-ZM που χρησιμοποιείται για αυτούς τους σκοπούς. Ο ασθενής εκτίθεται σε υπερήχους με τη χρήση ειδικής κεφαλής ακτινοβολίας της συσκευής. Συνήθως, ο υπέρηχος με συχνότητα 800 kHz χρησιμοποιείται για θεραπευτικούς σκοπούς, η μέση έντασή του είναι περίπου 1 W/cm 2 ή λιγότερο.

Ο πρωταρχικός μηχανισμός της θεραπείας με υπερήχους είναι οι μηχανικές και θερμικές επιδράσεις στον ιστό.

Κατά τη διάρκεια των επεμβάσεων, ο υπέρηχος χρησιμοποιείται ως «υπερηχητικό νυστέρι», ικανό να κόβει τόσο μαλακό όσο και οστικό ιστό.

Η ικανότητα του υπερήχου να συνθλίβει σώματα τοποθετημένα σε υγρό και να δημιουργεί γαλακτώματα χρησιμοποιείται στη φαρμακοβιομηχανία για την παρασκευή φαρμάκων. Στη θεραπεία ασθενειών όπως η φυματίωση, το βρογχικό άσθμα, η καταρροή της ανώτερης αναπνευστικής οδού, χρησιμοποιούνται αερολύματα διαφόρων φαρμακευτικών ουσιών που λαμβάνονται με υπερήχους.

Επί του παρόντος, έχει αναπτυχθεί μια νέα μέθοδος για τη «συγκόλληση» κατεστραμμένου ή μεταμοσχευμένου οστικού ιστού με χρήση υπερήχων. (υπερηχητική οστεοσύνθεση).

Η καταστροφική επίδραση των υπερήχων στους μικροοργανισμούς χρησιμοποιείται για την αποστείρωση.

Ενδιαφέρουσα είναι η χρήση υπερήχων για τυφλούς. Χάρη στη θέση υπερήχων χρησιμοποιώντας τη φορητή συσκευή Orientir, μπορείτε να ανιχνεύσετε αντικείμενα και να προσδιορίσετε τη φύση τους σε απόσταση έως και 10 μέτρων.

Τα παρατιθέμενα παραδείγματα δεν εξαντλούν όλες τις ιατρικές και βιολογικές εφαρμογές των υπερήχων, η προοπτική επέκτασης αυτών των εφαρμογών είναι πραγματικά τεράστια. Έτσι, μπορούμε να αναμένουμε, για παράδειγμα, την εμφάνιση θεμελιωδώς νέων διαγνωστικών μεθόδων με την εισαγωγή της ολογραφίας υπερήχων στην ιατρική (βλ. Κεφάλαιο 24).

8.7. ΥΠΟΗΧΟΣ

Υπέρηχος ονομάζεται τα μηχανικά (ελαστικά) κύματα με συχνότητες χαμηλότερες από αυτές που αντιλαμβάνεται το ανθρώπινο αυτί (20 Hz).

Πηγές υπερήχων μπορεί να είναι τόσο φυσικά αντικείμενα (θάλασσα, σεισμός, εκκενώσεις κεραυνών κ.λπ.) όσο και τεχνητά (εκρήξεις, αυτοκίνητα, εργαλειομηχανές κ.λπ.).

Ο υπέρηχος συχνά συνοδεύεται από ηχητικό θόρυβο, για παράδειγμα σε ένα αυτοκίνητο, επομένως προκύπτουν δυσκολίες στη μέτρηση και τη μελέτη των δονήσεων του υπέρηχου.

Ο υπέρηχος χαρακτηρίζεται από ασθενή απορρόφηση από διάφορα μέσα, επομένως ταξιδεύει σε μεγάλη απόσταση. Αυτό καθιστά δυνατή την ανίχνευση μιας έκρηξης σε μεγάλη απόσταση από την πηγή μέσω της διάδοσης του υπέρηχου στον φλοιό της γης, την πρόβλεψη ενός τσουνάμι με βάση τα μετρημένα κύματα υπερήχων κ.λπ. Δεδομένου ότι το μήκος κύματος του υπέρηχου είναι μεγαλύτερο από αυτό των ακουστικών ήχων, τα κύματα υπερήχων διαθλάονται καλύτερα και διεισδύουν στα δωμάτια, παρακάμπτοντας τα εμπόδια.

Ο υπέρηχος έχει δυσμενή επίδραση στη λειτουργική κατάσταση ενός αριθμού συστημάτων του σώματος: κόπωση, πονοκέφαλος, υπνηλία, ερεθισμός, κ.λπ. Θεωρείται ότι ο πρωταρχικός μηχανισμός δράσης του υπέρηχου στο σώμα είναι ηχητικής φύσης. Ο συντονισμός εμφανίζεται σε κοντινές τιμές της συχνότητας της κινητήριας δύναμης και της συχνότητας των φυσικών ταλαντώσεων (βλ. 7.6). Η συχνότητα των φυσικών δονήσεων του ανθρώπινου σώματος σε ξαπλωμένη θέση (3-4 Hz), όρθια (5-12 Hz), η συχνότητα των φυσικών δονήσεων του θώρακα (5-8 Hz), της κοιλιακής κοιλότητας (3-4 Hz). ), και τα λοιπά. αντιστοιχούν στη συχνότητα των υπερήχων.

Η μείωση του επιπέδου έντασης των υπερήχων σε οικιακούς, βιομηχανικούς χώρους και χώρους μεταφοράς είναι ένα από τα καθήκοντα υγιεινής.

8.8. ΔΟΝΗΣΕΙΣ

Στην τεχνολογία, ονομάζονται μηχανικοί κραδασμοί διαφόρων κατασκευών και μηχανών δονήσεις

Επηρεάζουν επίσης ένα άτομο που έρχεται σε επαφή με δονούμενα αντικείμενα. Αυτή η επίδραση μπορεί να είναι τόσο επιβλαβής και, υπό ορισμένες συνθήκες, να οδηγήσει σε ασθένεια των κραδασμών, όσο και ευεργετική και θεραπευτική (δονητική θεραπεία και δονητικό μασάζ).

Τα κύρια φυσικά χαρακτηριστικά των κραδασμών συμπίπτουν με τα χαρακτηριστικά των μηχανικών δονήσεων των σωμάτων, αυτά είναι:

Συχνότητα ταλάντωσης ή αρμονικό φάσμα αναρμονικών κραδασμών.

Πλάτος, πλάτος ταχύτητας και πλάτος επιτάχυνσης.

Ενέργεια και μέση ισχύς ταλαντώσεων.

Επιπλέον, για να κατανοήσουμε την επίδραση των κραδασμών σε ένα βιολογικό αντικείμενο, είναι σημαντικό να φανταστούμε τη διάδοση και την εξασθένηση των δονήσεων στο σώμα. Κατά τη μελέτη αυτού του ζητήματος, χρησιμοποιούνται μοντέλα που αποτελούνται από αδρανειακές μάζες, ελαστικά και παχύρρευστα στοιχεία (βλ. 10.3).

Οι δονήσεις είναι η πηγή των ακουστικών ήχων, των υπερήχων και των υποήχων.

Αυτός ο όρος έχει άλλες έννοιες, δείτε Ακουστική (έννοιες).

Ακουστική(από τα ελληνικά ἀκούω (akuo) - ακούσω) είναι η επιστήμη του ήχου, που μελετά τη φυσική φύση του ήχου και τα προβλήματα που σχετίζονται με την εμφάνιση, τη διάδοση, την αντίληψη και την επίδρασή του. Η ακουστική είναι ένας από τους τομείς της φυσικής (μηχανικής) που μελετά τις ελαστικές δονήσεις και τα κύματα από το χαμηλότερο (συμβατικά από 0 Hz) σε υψηλές συχνότητες.

Η ακουστική είναι μια διεπιστημονική επιστήμη που χρησιμοποιεί ένα ευρύ φάσμα επιστημονικών κλάδων για να λύσει τα προβλήματά της: μαθηματικά, φυσική, ψυχολογία, αρχιτεκτονική, ηλεκτρονική, βιολογία, ιατρική, υγιεινή, θεωρία μουσικής και άλλα.

ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΟΙ ΤΥΠΟΙ

Βασικοί τύποι

Εξίσωση επίπεδων κυμάτων

Ή πού— μετατόπιση σημείων του περιβάλλοντος με συντεταγμένες Χσε μια χρονική στιγμήt; ω — γωνιακή συχνότητα.υ — ταχύτητα εξάπλωσης της κόλαλουτρά στο μέσο (ταχύτητα φάσης).κ — αριθμός κύματος? ;λ — μήκος κύματος.

Το μήκος κύματος σχετίζεται με την περίοδο Τδονήσεις και συχνότηταν σχέσεις και

Η διαφορά στις φάσεις των ταλαντώσεων δύο σημείων στο μέσο, ​​η απόσταση μεταξύπου (διαφορά διαδρομής) ισούται μεΔ Χ,

όπου λ — μήκος κύματος.

Εξίσωση μόνιμου κύματος

Ή

Ταχύτητα φάσης διαμήκων κυμάτων σε ελαστικό μέσο:

σε στερεά,Οπου E -συντελεστής Young; p είναι η πυκνότητα της ουσίας.

σε αέρια, ή
Οπουγ—αδιαβατικός εκθέτης (γ = γ σελ/ βιογραφικό — ειδική αναλογία θερμότητας
χωρητικότητα αερίου σε σταθερή πίεση και όγκο).R — τραπεζίτης
σταθερά αερίου. T-Θερμοδυναμική θερμοκρασία; Μ-Μοριακή μάζα; R -πίεση αερίου.

Ακουστικό φαινόμενο Doppler

Οπου ν - συχνότητα ήχου που γίνεται αντιληπτός από κινούμενη συσκευή (ή αυτί).υ — ταχύτητα ήχου στο μέσο?uκαι τα λοιπά — ταχύτητα συσκευήςσχετικά με το περιβάλλον·u ist — ταχύτητα της πηγής ήχου σε σχέση μεπεριβάλλον; ν 0 — συχνότητα ήχου που εκπέμπεται από την πηγή.

Πλάτος ηχητικής πίεσης

Π 0 =2 πνρυ ΕΝΑ,

Οπου ν — συχνότητα ήχου· ΕΝΑ -πλάτος δονήσεων των σωματιδίων του μέσου.υ — ταχύτητα ήχου στο μέσο?ρ είναι η πυκνότητά του.

Μέση ογκομετρική πυκνότητα ενέργειας ηχητικού πεδίου

όπου ξ 0 — πλάτος της ταχύτητας των σωματιδίων του μέσου·ω - γωνιακή συχνότητα ηχητικών κυμάτων.

Η ενέργεια ενός ηχητικού πεδίου που περιέχεται σε μια ορισμένη έντασηV,

Ροή ηχητικής ενέργειας

Οπου W — ενέργεια που μεταφέρεται μέσω μιας δεδομένης επιφάνειας με την πάροδο του χρόνουμου t.

Ένταση ήχου (πυκνότητα ηχητικής ενεργειακής ροής)

· Η ένταση του ήχου σχετίζεται με τη μέση ογκομετρική ενεργειακή πυκνότητα του ηχητικού πεδίου από τη σχέση

Εγώ = J, όπου ο J — ταχύτητα ήχου στο μέσο.

· Σύνδεση ρεύματος Νσημειακή ισότροπη πηγή ήχου με ένταση ήχου

Εγώ= Ν/(4 Πr 2 ),

όπου r — την απόσταση από την πηγή ήχου μέχρι το σημείο του ηχητικού πεδίου στο οποίο προσδιορίζεται η ένταση.

· Ειδική ακουστική αντίσταση του μέσου

Z S = rJ.

· Ακουστική αντίσταση

Ζ α= Ζ Σ/ μικρό,

όπου S είναι η περιοχή διατομής ενός τμήματος του ακουστικού πεδίου (για παράδειγμα, η περιοχή διατομής ενός σωλήνα όταν ο ήχος διαδίδεται μέσω αυτού).

· Επίπεδο έντασης ήχου (στάθμη ισχύος ήχου) (dB)

L P = 10 1 g ( Εγώ/ Εγώ 0 ),

Οπου Εγώ 0 — υπό όρους ένταση που αντιστοιχεί σε μηδενικό επίπεδο έντασης (Εγώ 0 =1 pW/m2).

· Επίπεδο έντασης ήχουμεγάλοΝ στη γενική περίπτωση, είναι μια σύνθετη συνάρτηση του επιπέδου της έντασης και της συχνότητας του ήχου και καθορίζεται από τις καμπύλες στάθμης έντασης (Εικ. 7.1). Στο γράφημα, οι λογάριθμοι των συχνοτήτων ήχου απεικονίζονται κατά μήκος του οριζόντιου άξονα (οι ίδιες οι συχνότητες υποδεικνύονται κάτω από τους αντίστοιχους λογάριθμους). Ο κατακόρυφος άξονας δείχνει τα επίπεδα της έντασης του ήχου σε ντεσιμπέλ. Τα επίπεδα έντασης του ήχου σχεδιάζονται κατά μήκος του κατακόρυφου άξονα που αντιστοιχεί στη συχνότητα αναφοράςv=1000 Hz. Για αυτή τη συχνότητα, το επίπεδο έντασης που εκφράζεται σε ντεσιμπέλ είναι ίσο με το επίπεδο έντασης σε ντεσιμπέλ. Το επίπεδο έντασης των ήχων άλλων συχνοτήτων καθορίζεται από τις καμπύλες έντασης που εμφανίζονται στο γράφημα. Κάθε καμπύλη αντιστοιχεί σε ένα ορισμένο επίπεδο έντασης.

Καμπύλες όγκου

συχνότητα Hz

Ρύζι. 7.1

Νόμος διατήρησης της συνολικής μηχανικής ενέργειας ενός συστήματος.

Ας γράψουμε τον βασικό νόμο της δυναμικής για κάθε σημείο:

, k = 1, 2, 3 ,…, n

Ας πολλαπλασιάσουμε αυτή την εξίσωση κλιμακωτά με (λαμβανομένου υπόψη):

Ας ενσωματώσουμε τη γραπτή εξίσωση με την πάροδο του χρόνου:

Ας συνοψίσουμε τις εξισώσεις που προέκυψαν:

– θεώρημα για την αλλαγή της κινητικής ενέργειας ενός συστήματος υλικών σημείων: η μεταβολή της κινητικής ενέργειας ενός συστήματος υλικών σημείων είναι ίση με το άθροισμα του έργου όλων των εξωτερικών και εσωτερικών δυνάμεων που δρουν στα στοιχεία του συστήματος.

Αυτό το θεώρημα ισχύει για ένα υλικό σώμα και για ένα σύστημα υλικών σωμάτων.

Με τον όρο κινητική ενέργεια υλικού σώματος εννοούμε:

Με τον όρο κινητική ενέργεια ενός συστήματος υλικών σωμάτων εννοούμε:

Στην περίπτωση που όλες οι εσωτερικές δυνάμεις του συστήματος είναι συντηρητικές:

.

Εάν οι εξωτερικές δυνάμεις είναι επίσης συντηρητικές:

Μέγεθος – συνολική μηχανική ενέργεια του συστήματος.

- ο νόμος της διατήρησης της συνολικής μηχανικής ενέργειας ενός συστήματος: εάν όλες οι εσωτερικές και εξωτερικές δυνάμεις που δρουν στα στοιχεία του συστήματος είναι συντηρητικές, τότε διατηρείται η συνολική μηχανική του ενέργεια.

Εάν μόνο μέρος των δυνάμεων που ασκούνται στα στοιχεία του συστήματος είναι συντηρητικό, τότε η συνολική μηχανική ενέργεια δεν διατηρείται. Μπορεί να μειωθεί ή να αυξηθεί.

ΑΝΤΟΧΗ ΤΩΝ ΥΛΙΚΩΝ Η αντοχή των υλικών είναι ένας από τους κλάδους της μηχανικής ενός παραμορφώσιμου στερεού και είναι αφιερωμένος στη μελέτη μηχανικών μεθόδων για τον υπολογισμό της αντοχής, της ακαμψίας και της σταθερότητας των εξαρτημάτων της μηχανής και των δομικών στοιχείων. Η αντοχή αναφέρεται στην ικανότητα ενός εξαρτήματος να αντέχει εξωτερικά φορτία χωρίς καταστροφή. Η ακαμψία είναι η ικανότητα ενός εξαρτήματος να αντιστέκεται στις αλλαγές στις αρχικές του διαστάσεις. Για ορισμένους τύπους εξαρτημάτων, η ακαμψία συνδέεται με τη σταθερότητα, δηλαδή την ικανότητα του εξαρτήματος να διατηρεί μια ορισμένη αρχική μορφή ισορροπίας.

Μερικές φορές (στην καθημερινή ζωή) κάτω ακουστικήκατανοούν επίσης ένα ακουστικό σύστημα - μια ηλεκτρική συσκευή σχεδιασμένη να μετατρέπει ένα ρεύμα μεταβλητής συχνότητας σε ηχητικές δονήσεις χρησιμοποιώντας ηλεκτροακουστική μετατροπή. Ο όρος ακουστική ισχύει επίσης για τον προσδιορισμό των δονητικών ιδιοτήτων που σχετίζονται με την ποιότητα της διάδοσης του ήχου σε οποιοδήποτε σύστημα ή οποιοδήποτε δωμάτιο, για παράδειγμα, «καλή ακουστική μιας αίθουσας συναυλιών».

Ο όρος "ακουστική" ( fr. ακουστική) εισήχθη στο 1701J. Υπέροχη.

• Γενική (φυσική) ακουστική— θεωρία ακτινοβολίας και διάδοσης του ήχου σε διάφορα μέσα, θεωρία περίθλασης, παρεμβολής και σκέδασης ηχητικών κυμάτων. Γραμμικές και μη γραμμικές διαδικασίες διάδοσης του ήχου.
• Η γεωμετρική ακουστική είναι κλάδος της ακουστικής που αντικείμενο μελέτης είναι οι νόμοι της διάδοσης του ήχου. Βασίζεται στην ιδέα ότι οι ηχητικές ακτίνες είναι γραμμές των οποίων οι εφαπτομένες συμπίπτουν με την κατεύθυνση διάδοσης της ενέργειας των ακουστικών δονήσεων.
• Αρχιτεκτονική ακουστική— νόμοι διάδοσης του ήχου σε κλειστά (ημι-ανοικτά, ανοιχτά) δωμάτια, μέθοδοι ελέγχου της δομής του πεδίου κ.λπ.
• Ακουστική κατασκευής— προστασία από το θόρυβο κτιρίων και βιομηχανικών επιχειρήσεων (υπολογισμός κατασκευών και κατασκευών, επιλογή υλικών κ.λπ.).
• Ψυχοακουστική— βασικοί νόμοι της ακουστικής αντίληψης, καθορισμός της σχέσης μεταξύ αντικειμενικών και υποκειμενικών παραμέτρων του ήχου, καθορισμός των νόμων αποκρυπτογράφησης της «ηχητικής εικόνας».
• Μουσική ακουστική— προβλήματα δημιουργίας, διανομής και αντίληψης ήχων που χρησιμοποιούνται στη μουσική.
• Βιοακουστική— θεωρία αντίληψης και εκπομπής ήχου από βιολογικά αντικείμενα, μελέτη του ακουστικού συστήματος διαφόρων ζωικών ειδών κ.λπ.
• Ηλεκτροακουστική- ένα τμήμα εφαρμοσμένης ακουστικής που ασχολείται με τη θεωρία, τις μεθόδους υπολογισμού και τη δημιουργία ηλεκτροακουστικών μορφοτροπέων
• Αεροακουστική (ακουστική αεροπορίας)— ακτινοβολία και διάδοση θορύβου στις κατασκευές αεροσκαφών.
• Υδροακουστική— διάδοση, απορρόφηση, εξασθένηση του ήχου στο νερό, θεωρία υδροακουστικών μετατροπέων, θεωρία κεραιών και υδροακουστικών ηχοεντοπιστών, αναγνώριση κινούμενων αντικειμένων κ.λπ.
• Ακουστική μεταφοράς— ανάλυση θορύβου, ανάπτυξη μεθόδων και μέσων ηχοαπορρόφησης και ηχομόνωσης σε διάφορους τύπους μεταφορών (αεροπλάνα, τρένα, αυτοκίνητα κ.λπ.)
• Ιατρική ακουστική— ανάπτυξη ιατρικού εξοπλισμού που βασίζεται στην επεξεργασία και μετάδοση ηχητικών σημάτων (βαρηκοΐας, διαγνωστικές συσκευές)
• Ακουστική υπερήχων— θεωρία υπερήχων, δημιουργία εξοπλισμού υπερήχων, συμπεριλαμβανομένων μορφοτροπέων υπερήχων για βιομηχανική χρήση στην υδροακουστική, τεχνολογία μετρήσεων κ.λπ.
• Κβαντική ακουστική (ακουστοηλεκτρονική)— θεωρία υπερήχου, δημιουργία φίλτρων σε επιφανειακά ακουστικά κύματα
• Ακουστική ομιλίας— θεωρία και σύνθεση ομιλίας, εξαγωγή ομιλίας έναντι θορύβου περιβάλλοντος, αυτόματη αναγνώριση ομιλίας κ.λπ.
• Ψηφιακή ακουστική- σχετίζεται με τη δημιουργία μικροεπεξεργαστή (επεξεργαστή ήχου) και τεχνολογία υπολογιστών.

Ενδιαφέροντες τομείς έρευνας στην ακουστική σε μακροσκοπικό επίπεδο είναι

• διάδοση του ήχου σε κινούμενα μέσα
• σκέδαση ήχου σε ανομοιογένειες του μέσου και διάδοση του ήχου σε διαταραγμένα μέσα
• τη φύση των μακροσκοπικών ροών στο πεδίο ενός ηχητικού κύματος
• συμπεριφορά της ύλης στο πεδίο ενός ισχυρού υπερηχητικού κύματος, φαινόμενα σπηλαίωσης

Σε μικροσκοπικό επίπεδο, οι ελαστικοί κραδασμοί ενός μέσου περιγράφονται από φωνόνια - συλλογικές δονήσεις ατόμων ή ιόντων. Στα μέταλλα και τους ημιαγωγούς, τέτοιες δονήσεις ιόντων οδηγούν επίσης σε δονήσεις του υγρού ηλεκτρονίων, δηλαδή, σε μακροσκοπικό επίπεδο, ο ήχος μπορεί να δημιουργήσει ηλεκτρικό ρεύμα. Το υποπεδίο της ακουστικής που μελετά τέτοια φαινόμενα και τις δυνατότητες χρήσης τους ονομάζεται ακουστικοηλεκτρονική.

Μια άλλη παρόμοια κατεύθυνση έρευνας είναι η ακουστικο-οπτική, δηλαδή η μελέτη της αλληλεπίδρασης των κυμάτων ήχου και φωτός σε ένα μέσο, ​​ειδικότερα, η περίθλαση του φωτός με υπερήχους.

- (από το ελληνικό ακουστικός ακουστικός, ακρόαση), ένα πεδίο της φυσικής που μελετά τις ελαστικές δονήσεις και τα κύματα από τις χαμηλότερες συχνότητες (συμβατικά από 0 Hz) έως τις εξαιρετικά υψηλές συχνότητες (1011-1013 Hz), τις αλληλεπιδράσεις τους με το νερό και διάφορες εφαρμογές. Α. ένα από τα...... Φυσική εγκυκλοπαίδεια

Ακουστική- Ακουστική. Φάσματα ήχου διαφόρων μουσικών οργάνων. ΑΚΟΥΣΤΙΚΗ (από το ελληνικό ακουστικός ακουστικός), με την ευρεία έννοια, ένας κλάδος της φυσικής που μελετά τα ελαστικά κύματα από τις χαμηλότερες έως τις υψηλότερες συχνότητες (1012-1013 Hz). με τη στενή έννοια, το δόγμα του ... ... Εικονογραφημένο Εγκυκλοπαιδικό Λεξικό

ΑΚΟΥΣΤΙΚΗ- (από το ελληνικό ακουστικός ακουστικός), με την ευρεία έννοια, ένας κλάδος της φυσικής που μελετά τα ελαστικά κύματα από τις χαμηλότερες έως τις υψηλότερες συχνότητες (1012-1013 Hz). με τη στενή έννοια, το δόγμα του ήχου. Η γενική και η θεωρητική ακουστική είναι η μελέτη του... ... Σύγχρονη εγκυκλοπαίδεια

ΑΚΟΥΣΤΙΚΗ- (από το ελληνικό ακουστικός ακουστικός) με την ευρεία έννοια, ένας κλάδος της φυσικής που μελετά τα ελαστικά κύματα από τις χαμηλότερες έως τις υψηλότερες συχνότητες (1012-1013 Hz). με τη στενή έννοια, το δόγμα του ήχου. Η γενική και η θεωρητική ακουστική ασχολούνται με τη μελέτη των μοτίβων... ... Μεγάλο Εγκυκλοπαιδικό Λεξικό

ΑΚΟΥΣΤΙΚΗ- (από το ελληνικό akuein να ακούσω). Μέρος της φυσικής που περιγράφει τους νόμους και τις ιδιότητες των ήχων. Λεξικό ξένων λέξεων που περιλαμβάνονται στη ρωσική γλώσσα. Chudinov A.N., 1910. ΑΚΟΥΣΤΙΚΗ 1) η μελέτη του ήχου (μέρος της φυσικής); 2) προϋπόθεση για ακρόαση. π.χ η ακουστική της αίθουσας... Λεξικό ξένων λέξεων της ρωσικής γλώσσας

ΑΚΟΥΣΤΙΚΗ- (από το ελληνικό ακούω ακούω), το δόγμα του ήχου, ένας από τους παλαιότερους και πιο ανεπτυγμένους κλάδους της φυσικής. Η ακουστική μπορεί να χωριστεί σε 1) γενική, 2) φυσιολογική, 3) ατμοσφαιρική, 4) αρχιτεκτονική, 5) μουσική. Η γενική ακουστική μελετά τις διαδικασίες... ... Μεγάλη Ιατρική Εγκυκλοπαίδεια

ακουστική- sonic λεξικό ρωσικών συνωνύμων. ακουστική ουσιαστικό, αριθμός συνωνύμων: 12 αυτόματη ακουστική (1) ... Συνώνυμο λεξικό

ακουστική- και acoustique f., γερμ Akustik λατ. acustica. γρ. 1700. Λέξις. 1. σωματική Η επιστήμη. Στην ακουστική προτείνονται οι ιδιότητες του ήχου, το δόγμα του τραγουδιού της φωνής, οι σωλήνες μέσω των οποίων μιλάει κανείς κ.ο.κ. Uch. Σελ. 2 54. Ακουστική ή επιστήμη του κουδουνίσματος,... ... Ιστορικό Λεξικό Γαλλισμών της Ρωσικής Γλώσσας

ΑΚΟΥΣΤΙΚΗ- ΑΚΟΥΣΤΙΚΗ, η επιστήμη του ήχου, κυρίως για τις ιδιότητες των ηχητικών κυμάτων. Οι αρχιτέκτονες λαμβάνουν υπόψη την ακουστική όταν σχεδιάζουν δημόσια κτίρια όπως αίθουσες συναυλιών και αίθουσες διαλέξεων για να εξασφαλίσουν μεγαλύτερη ευκρίνεια ήχου. Μηχανικοί...... Επιστημονικό και τεχνικό εγκυκλοπαιδικό λεξικό

ΑΚΟΥΣΤΙΚΗ- ΑΚΟΥΣΤΙΚΗ, ακουστική, πολλά. όχι θηλυκό (από το ελληνικό ακουστικός ακουστικός). 1. Τμήμα Φυσικής που μελετά τον ήχο. 2. Συνθήκες για ακρόαση μουσικής ή ομιλίας σε εσωτερικούς χώρους. Δεν μπορούν να πραγματοποιηθούν συναυλίες σε αυτή την αίθουσα λόγω της κακής ακουστικής της. Το Επεξηγηματικό Λεξικό του Ουσάκοφ... Επεξηγηματικό Λεξικό του Ουσάκοφ

ΑΚΟΥΣΤΙΚΗ- ΑΚΟΥΣΤΙΚΗ, και, γυναίκες. 1. Ο κλάδος της φυσικής που μελετά τον ήχο. 2. Ακουστότητα των ήχων της μουσικής, ομιλία στην οποία αρ. ειδικό δωμάτιο. Καλό α. αίθουσα | επίθ. ακουστική, ω, ω. Επεξηγηματικό λεξικό Ozhegov. ΣΙ. Ozhegov, N.Yu. Σβέντοβα. 1949 1992… Επεξηγηματικό λεξικό Ozhegov

Βιβλία

• Ακουστική, Sh Ya Vakhitov, Yu. Τα κύρια χαρακτηριστικά του ηχητικού πεδίου λαμβάνονται υπόψη. Πρωτεύοντα ακουστικά σήματα. ιδιότητες ακοής και αντίληψης ακουστικών σημάτων. ακουστική δωματίων, αιθουσών συναυλιών, στούντιο...