Lindude laul, vihma ja tuule hääl, äike, muusika - kõike, mida kuuleme, peame heliks.
Koos teaduslik punkt nägemus, heli on füüsiline nähtus, mis tähistab tahkes, vedelas ja gaasilises keskkonnas levivad mehaanilised vibratsioonid. Nad kutsuvad esile kuulmisaistingud.
Kuidas helilaine tekib?
Klõpsake pildil
Kõik helid levivad elastsete lainete kujul. Ja lained tekivad elastsete jõudude toimel, mis ilmnevad keha deformeerumisel. Need jõud kipuvad viima keha tagasi algsesse olekusse. Näiteks liikumatus olekus venitatud string ei kõla. Kuid tuleb see ainult kõrvale jätta, kuna elastsusjõu mõjul kipub see võtma oma algse positsiooni. Vibreerides muutub see heliallikaks.
Heliallikaks võib olla igasugune vibreeriv keha, näiteks ühele küljele kinnitatud õhuke terasplaat, õhk puhkpillis, häälepaelad inimene, kelluke jne.
Mis juhtub õhus, kui tekib vibratsioon?
Nagu igal gaasil, on ka õhul elastsus. See peab vastu survele ja hakkab rõhu vähendamisel kohe laienema. See edastab ühtlaselt igasuguse surve sellele eri suundades.
Kui surute õhku järsult kolvi abil kokku, siis rõhk selles kohas kohe tõuseb. See kantakse kohe üle naaberõhukihtidesse. Need kahanevad ja rõhk neis suureneb ning eelmises kihis väheneb. Nii piki ahelat vahelduvad tsoonid suurenenud ja vähendatud rõhk antakse edasi.
Vaheldumisi külgedele kaldudes surub kõlav string õhku kokku, algul ühes, seejärel aga vastassuunas. Suunas, kuhu nöör kaldus, muutub rõhk teatud määral atmosfäärirõhust kõrgemaks. Vastasel küljel väheneb rõhk sama palju, kuna sealne õhk on haruldane. Kokkusurumine ja harvendamine vahelduvad ja levivad eri suundades, põhjustades õhuvibratsiooni. Neid vibratsioone nimetatakse helilaine . Ja atmosfäärirõhu ja rõhu erinevust õhu kokkusurumis- või hõrenemiskihis nimetatakse akustiline, või helirõhk.
Klõpsake pildil
Helilaine levib mitte ainult õhus, vaid ka vedelas ja tahkes keskkonnas. Näiteks vesi on suurepärane helijuht. Kuuleme vee all oleva kivi kokkupõrget. Pinnalaeva propellerite müra tõstab allveelaeva akustikat. Kui paned oma randmepaelad puidust tahvli ühte otsa mehaanilised kellad, siis, pannes oma kõrva tahvli vastasotsa, kuuleme nende tiksumist.
Kas helid on vaakumis erinevad? 17. sajandil elanud inglise füüsik, keemik ja teoloog Robert Boyle asetas klaasnõusse kella, millest õhk välja pumbati. Ta ei kuulnud kella tiksumist. See tähendas, et helilained õhuta ruumis ei levi.
Helilaine omadused
Heli vibratsiooni vorm sõltub heliallikast. Enamik lihtne vorm neil on ühtlane või harmooniline vibratsioon. Neid saab kujutada sinusoidina. Selliseid võnkumisi iseloomustavad võnkumiste amplituud, lainepikkus ja levimise sagedus.
Amplituud
Amplituud sisse üldine juhtum nimetatakse keha maksimaalseks kõrvalekaldeks tasakaaluasendist.
Kuna helilaine koosneb vahelduvatest kõrge ja madal rõhk, siis peetakse seda sageli rõhukõikumiste levimise protsessiks. Seetõttu räägivad nad sellest õhurõhu amplituud laines.
Heli tugevus oleneb amplituudist. Mida rohkem seda on, seda valjem heli.
Iga heli inimlik kõne on ainult talle omane vibratsioonivorm. Seega erineb heli "a" vibratsiooni vorm heli "b" vibratsiooni vormist.
Laine sagedus ja periood
Vibratsioonide arvu sekundis nimetatakse laine sagedus .
f = 1/T
kus T on võnkeperiood. See on aeg, mis kulub ühe täieliku võnkumise toimumiseks.
Mida pikem periood, seda madalam on sagedus ja vastupidi.
Sagedusühik rahvusvahelises mõõtesüsteemis SI on hertsi (Hz). 1 Hz on üks võnkumine sekundis.
1 Hz = 1 s -1.
Näiteks sagedus 10 Hz tähendab 10 võnkumist 1 sekundi jooksul.
1000 Hz = 1 kHz
Kõrgus sõltub vibratsiooni sagedusest. Mida kõrgem on sagedus, seda kõrgem on heli toon.
Inimkõrv ei ole võimeline tajuma kõiki helilaineid, vaid ainult neid, mille sagedus on 16–20 000 Hz. Just neid laineid peetakse helilaineteks. Laineid, mille sagedus on alla 16 Hz, nimetatakse infrahelideks ja laineid, mis on üle 20 000 Hz, ultraheliks.
Inimene ei taju ei infra- ega ultrahelilaineid. Loomad ja linnud aga kuulevad ultraheli. Näiteks eristab tavaline liblikas helisid, mille sagedus on 8000–160 000 Hz. Delfiinide tajutav vahemik on veelgi laiem, see jääb vahemikku 40–200 tuhat Hz.
Lainepikkus
Lainepikkus nimetatakse kaugust harmoonilise laine kahe lähima punkti vahel, mis on samas faasis, näiteks kahe harja vahel. Määratud kui ƛ .
Ühe perioodiga võrdse aja jooksul läbib laine selle pikkusega võrdse vahemaa.
Laine levimise kiirus
v = ƛ /T
Nagu T = 1/f
siis v = ƛ f
Heli kiirus
Püüab määratleda heli kiirus katsete abil tehti XVII sajandi esimesel poolel. Inglise filosoof Francis Bacon pakkus oma teoses The New Organon välja oma viisi selle probleemi lahendamiseks, mis põhineb valguse ja heli kiiruste erinevusel.
On teada, et valguse kiirus on palju suurem kui heli kiirus. Seetõttu näeme äikese ajal esmalt välku ja alles seejärel kuuleme äikest. Teades valguse ja heli allika ja vaatleja vahelist kaugust ning valgussähvatuse ja heli vahelist aega, saab arvutada heli kiiruse.
Baconi ideed kasutas prantsuse teadlane Marin Marsenne. Musketit tulistavast mehest mõnel kaugusel asunud vaatleja salvestas aja, mis kulus valgussähvatusest lasuni. Seejärel jagati helikiiruse saamiseks vahemaa ajaga. Katse tulemuste järgi oli kiirus võrdne 448 m/s. See oli ligikaudne hinnang.
AT XIX algus sajandil kordas rühm Pariisi Teaduste Akadeemia teadlasi seda kogemust. Nende arvutuste järgi oli valguse kiirus 350-390 m/s. Kuid ka see arv ei olnud täpne.
Teoreetiliselt püüdis Newton arvutada valguse kiirust. Ta tugines oma arvutustes Boyle-Mariotte'i seadusele, mis kirjeldas gaasi käitumist isotermiline protsess (koos püsiv temperatuur). Ja see juhtub siis, kui gaasi maht muutub väga aeglaselt, millel on aega anda keskkond kuumus selles.
Newton eeldas ka, et kokkusurumis- ja hõrenemispiirkondade vahel ühtlustub temperatuur kiiresti. Kuid helilaines neid tingimusi ei eksisteeri. Õhk ei juhi soojust hästi ning kokkusurumis- ja lagunemiskihtide vaheline kaugus on suur. Kompressioonikihi soojusel ei ole aega harvenduskihti üle minna. Ja nende vahel on temperatuuride erinevus. Seetõttu osutusid Newtoni arvutused valeks. Nad andsid näitajaks 280 m / s.
Prantsuse teadlane Laplace suutis selgitada, et Newtoni viga seisnes selles, et helilaine levib õhus adiabaatiline tingimused erinevatel temperatuuridel. Laplace’i arvutuste kohaselt on heli kiirus õhus temperatuuril 0 o C 331,5 m/s. Lisaks suureneb see temperatuuri tõustes. Ja kui temperatuur tõuseb 20 ° C-ni, võrdub see juba 344 m / s.
Helilained levivad erinevates meediumites erineva kiirusega.
Gaaside ja vedelike puhul arvutatakse helikiirus järgmise valemiga:
kus koos -heli kiirus,
β - söötme adiabaatiline kokkusurutavus,
ρ - tihedus.
Nagu valemist näha, sõltub kiirus söötme tihedusest ja kokkusurutavusest. Õhus on seda vähem kui vedelikus. Näiteks vees temperatuuril 20 ° C on see 1484 m / s. Veelgi enam, mida kõrgem on vee soolsus, seda kiiremini heli selles levib.
Esimest korda mõõdeti heli kiirust vees aastal 1827. See katse meenutas mõneti Maren Marsenne'i valguse kiiruse mõõtmist. Ühe paadi küljelt lasti vette kelluke. Esimesest paadist enam kui 13 km kaugusel oli teine. Esimesel paadil löödi kella ja pandi korraga põlema püssirohi. Teisel paadil pandi kirja välguaeg ja seejärel kellahelina saabumise aeg. Jagades vahemaa ajaga, saame helilaine kiiruse vees.
enamus suur kiirus heli on kindlas kandjas. Näiteks terases ulatub see üle 5000 m/s.
Heli (helilaine ) –on elastne laine, mida tajub inimese ja looma kuulmisorgan. Teisisõnu, heli on tiheduse (või rõhu) kõikumiste levimine elastses keskkonnas, mis tuleneb keskkonna osakeste vastastikusest mõjust.
Atmosfäär (õhk) on üks elastsetest keskkondadest. Heli levimine õhus kuuletub üldised seadused akustiliste lainete levik ideaalgaasides ning sellel on ka õhu tiheduse, rõhu, temperatuuri ja niiskuse varieeruvusest tulenevad omadused. Heli kiirus määratakse keskkonna omadustega ja see arvutatakse elastse laine kiiruse valemitest.
On kunstlikke ja looduslikke allikatest heli. Kunstlikud kiirgajad hõlmavad järgmist:
Tahkete kehade vibratsioon (muusikainstrumentide keelpillid ja tekid, valjuhääldi difuusorid, telefonimembraanid, piesoelektrilised plaadid);
Õhuvibratsioonid piiratud mahus (orelipillid, viled);
Beat (klaveriklahvid, kelluke);
Elektrivool (elektroakustilised muundurid).
Looduslike allikate hulka kuuluvad:
Plahvatus, kokkuvarisemine;
Õhuvool ümber takistuste (hoone nurka puhuv tuul, merelaine hari).
On ka kunstlikke ja looduslikke vastuvõtjad heli:
Elektroakustilised muundurid (mikrofon õhus, hüdrofon vees, geofon sisse maakoor) ja muud seadmed;
Inimeste ja loomade kuulmisaparaat.
Kui levib helilained Mis tahes laadi lainetele iseloomulikud nähtused on võimalikud:
Peegeldus takistuselt
Murdumine kahe keskkonna piiril,
segamine (lisamine),
Difraktsioon (takistuste vältimine),
Dispersioon (heli kiiruse sõltuvus aines heli sagedusest);
Neeldumine (heli energia ja helitugevuse vähenemine keskkonnas helienergia pöördumatu muundamise tõttu soojuseks).
Objektiivsed heliomadused
heli sagedus
Inimesele kuuldava heli sagedus jääb vahemikku alates 16 Hz enne 16-20 kHz . Elastsed lained sagedusega allpool kuuldav ulatus helistas infraheli (kaasa arvatud peapõrutus), s kõrgemale sagedus – ultraheli , ja kõrgeima sagedusega elastsed lained on hüperheli .
Kogu heli sagedusvahemiku saab jagada kolme ossa (tabel 1.).
Müra omab pidevat sageduste (või lainepikkuste) spektrit madala sagedusega heli piirkonnas (tabelid 1, 2). Pidev spekter tähendab, et sagedustel võib antud intervallist olla mis tahes väärtus.
Muusikaline , või tonaalne , helid omama liinisagedusspektrit kesksagedusliku ja osaliselt kõrgsagedusliku heli piirkonnas. Ülejäänud kõrgsagedusheli hõivab vile. Joonspekter tähendab, et muusikasagedustel on ainult rangelt määratletud (diskreetsed) väärtused määratud intervallist.
Lisaks on muusikaliste sageduste intervall jagatud oktaavideks. Oktav on sagedusvahemik, mis jääb kahe piirväärtuse vahele, millest ülemine on kaks korda väiksem(Tabel 3)
Ühised oktaavi sagedusribad
|
Oktaaviribad |
min , Hz |
max , Hz |
kolmap , Hz |
Inimese hääleaparaadi tekitatud ja inimese kuulmisaparaadi poolt tajutava heli sagedusvahemike näited on toodud tabelis 4.
|
kontralt, vioola | |||
|
metsosopran | |||
|
Koloratuursopran | |||
Mõnede muusikariistade sagedusvahemike näited on toodud tabelis 5. Need ei hõlma ainult helivahemikku, vaid ka ultraheli vahemikku.
|
Muusikainstrument |
Sagedus Hz |
|
Saksofon | |
Loomad, linnud ja putukad tekitavad ja tajuvad heli teistes sagedusvahemikes kui inimesed (tabel 6).
Muusikas nimetatakse iga sinusoidaalset helilainet lihtne toon, või toon. Kõrgus sõltub sagedusest: mida kõrgem on sagedus, seda kõrgem on toon. Põhitoon keerulist muusikalist heli nimetatakse tooniks, mis vastab madalaim sagedus oma spektris. Nimetatakse teistele sagedustele vastavaid toone ülemtoonid. Kui ülemtoonid mitmekordsed sagedus, siis nimetatakse ülemtoone harmooniline. Madalaima sagedusega ülemtooni nimetatakse esimeseks harmooniliseks, järgmiseks - teiseks jne.
Sama juurnoodiga muusikahelid võivad erineda tämber. Tämber sõltub ülemtoonide kompositsioonist, nende sagedustest ja amplituudidest, nende tõusu iseloomust heli alguses ja vaibumisest heli lõpus.
Heli kiirus
Heli jaoks erinevates keskkondades üldvalemid(22) - (25). Sel juhul tuleb arvestada, et valem (22) on rakendatav kuiva atmosfääriõhu korral ja, võttes arvesse Poissoni suhte, molaarmassi ja universaalse gaasikonstandi arvväärtusi, saab kirjutada järgmiselt. :
Päris atmosfääriõhus on aga alati niiskust, mis mõjutab heli kiirust. Selle põhjuseks on Poissoni suhe oleneb veeauru osarõhu suhtest ( lk aur) atmosfäärirõhule ( lk). Niiskes õhus määratakse heli kiirus valemiga:
.
Viimasest võrrandist on näha, et heli kiirus niiskes õhus on veidi suurem kui kuivas õhus.
Heli kiiruse arvulisi hinnanguid, võttes arvesse temperatuuride ja atmosfääriõhu niiskuse mõju, saab teha ligikaudse valemi abil:
Need hinnangud näitavad, et kui heli levib horisontaalsuunas ( 0 x) temperatuuri tõusuga võrra 1 0 C helikiirus suureneb võrra 0,6 m/s. Veeauru mõjul osarõhuga mitte üle 10 Pa heli kiirus suureneb vähem kui 0,5 m/s. Kuid üldiselt suureneb veeauru maksimaalsel võimalikul osarõhul Maa pinna lähedal heli kiirus mitte rohkem kui 1 m/s.
Helirõhk
Heli puudumisel on atmosfäär (õhk) häirimatu keskkond ja sellel on staatilisus Atmosfääri rõhk (
).
Helilainete levimisel lisandub sellele staatilisele rõhule täiendav muutuv rõhk, mis on tingitud õhu kondenseerumisest ja vähenemisest. Tasapinnaliste lainete puhul võime kirjutada:
kus lk sv, max on helirõhu amplituud, - tsükliline helisagedus, k on laine number. Seetõttu on atmosfäärirõhk kindlas punktis in Sel hetkel aeg võrdub nende rõhkude summaga:
Helirõhk - see on muutuv rõhk, mis on võrdne helilaine läbimise hetke hetkelise tegeliku atmosfäärirõhu ja heli puudumisel staatilise atmosfäärirõhu vahega:
Helirõhk võnkeperioodil muudab selle väärtust ja märki.
Helirõhk on peaaegu alati palju väiksem kui atmosfäärirõhk.
See muutub suureks ja vastavaks atmosfäärirõhule, kui lööklained tekivad võimsate plahvatuste ajal või reaktiivlennuki möödumisel.
Helirõhu ühikud on järgmised:
- pascal SI-s 
,
- baar GHS-is 
,
- millimeetrit elavhõbedat,
- õhkkond.
Praktikas mõõdavad seadmed mitte helirõhu hetkväärtust, vaid nn tõhus (või praegune )heli survet . See võrdub ruutjuur hetkelise helirõhu ruudu keskmisest väärtusest antud ruumipunktis teatud ajahetkel
(44)
ja seetõttu ka kutsutud RMS helirõhk . Asendades avaldise (39) valemiga (40), saame:
.
(45)
Heli impedants
Heli (akustiline) impedants nimetatakse amplituudi suhtekshelirõhk ja keskkonna osakeste vibratsioonikiirus:
.
(46)
Heli impedantsi füüsiline tähendus: see on arvuliselt võrdne helirõhuga, põhjustades kandja osakeste võnkumisi ühikulise kiirusega:
Heli impedantsi mõõtühik SI-des on pascal sekundit meetri kohta:
.
Tasapinnalise laine puhul osakeste võnkekiirus on võrdne
.
Seejärel saab valem (46) järgmise kuju:
.
(46*)
On ka teine helitakistuse määratlus, mis on keskkonna tiheduse ja helikiiruse korrutis selles keskkonnas:
.
(47)
Siis see füüsiline tähendus on see, et see on arvuliselt võrdne keskkonna tihedusega, milles elastselaine levib ühikkiirusega:
.
Lisaks akustilisele takistusele akustikas kasutatakse mõistet mehaaniline vastupidavus (R m). Mehaaniline takistus on perioodilise jõu amplituudide ja aine osakeste võnkekiiruse suhe:
,
(48)
kus S on heli emitteri pindala. Mehaanilist takistust mõõdetakse njuutonisekundeid meetri kohta:
.
Heli energia ja jõud
Helilainet iseloomustavad samad energiakogused kui elastselainel.
Igal õhuhulgal, milles helilained levivad, on energia, mis koosneb võnkuvate osakeste kineetilisest energiast ja keskkonna elastse deformatsiooni potentsiaalsest energiast (vt valemit (29)).
Heli intensiivsust nimetatakseheli võimsus . Ta on võrdne
.
(49)
Niisiis helijõu füüsiline tähendus on sarnane energiavoo tiheduse tähendusega: arvuliselt võrdne energia keskmise väärtusega, mis kantakse üle lainega ajaühikus läbi pindalaühiku ristpinna.
Helitugevuse ühik on vatti ruutmeetri kohta:
.
Helivõimsus on võrdeline efektiivse helirõhu ruuduga ja pöördvõrdeline heli (akustilise) rõhuga:
,
(50)
või, võttes arvesse väljendeid (45),
,
(51)
kus R ak – akustiline impedants.
Heli saab iseloomustada ka helivõimsusega. Heli võimsus on helienergia koguhulk, mida allikas kiirgab teatud aja jooksul läbi heliallikat ümbritseva suletud pinna:
,
(52)
või võttes arvesse valemit (49),
.
(52*)
Helivõimsust mõõdetakse nagu iga teist vatti:
.
Kõigepealt vaatame sõnastikku ja vaatame seal nende sõnade definitsioone.
Heli- kõik, mida kõrv kuuleb, mis kõrva tuleb. Või üksikasjalikumalt – kuuldut tajub kõrv: füüsikaline nähtus, mis on põhjustatud õhu või muu keskkonna osakeste võnkuvatest liikumistest. Heli laiemas tähenduses on elastse keskkonna osakeste võnkuv liikumine, mis levib lainetena gaasilises, vedelas või tahkes keskkonnas.
Müra- need on helid, mis on sulandunud ebakõlaseks (tavaliselt valjuks) heliks. Või täpsemalt erineva füüsikalise iseloomuga juhuslikud kõikumised, mida iseloomustab ajalise ja spektraalse struktuuri keerukus.
Vibratsioon— elastse keha mehaanilised vibratsioonid; värisemine. Sõna pärineb ladina keelest Vibratsioon» - kõikumine, värisemine.
Akustikateadus on helide uurimine. Akustika on üks füüsika (mehaanika) valdkondi, mis uurib elastseid vibratsioone ja laineid madalaimast (tinglikult alates 0 Hz) kuni kõrgete sagedusteni.
Inimkõrv tajub teatud vibratsioonivahemikku – tavaliselt alates 16 enne 20 000 vibratsioone sekundis. Ühte võnkumist sekundis nimetatakse hertsiks ja seda lühendatakse kui Hz. Kõrgema sagedusega vibratsiooni nimetatakse ultraheliks, madalama sagedusega - infraheliks.
Heli omadused:
lainepikkus (periood, T) ja amplituud (A)
Kuna heli on laine, iseloomustab seda kaks peamist suurust: lainepikkus (võnkeperiood) ja amplituud. Amplituud - muutuja nihke või muutumise maksimaalne väärtus keskmisest väärtusest võnke- või lainelise liikumise ajal. Perioodi pöördväärtust nimetatakse sageduseks (Hz). Heli ennast iseloomustab ka levimiskiirus, mis sõltub keskkonnast, milles elastne vibratsioon levib. Näiteks:
Kuulmise ja rõhu seos
sagedus ja helitugevus
Nagu me juba ütlesime, suudab inimene ideaalis tajuda heli sagedusega 16 kuni 20 000 Hz. Kuid heli sagedus ei anna meile võimalust hinnata, kui ohutu see inimesele on. Heli sagedus räägib teoreetiline võimalus kuulda sarnast heli, kuid kas me seda praktiliselt kuuleme või mitte, sõltub amplituudist. Amplituudi logaritmi mõõdetakse detsibellides (dB). Detsibell on suhteline mõõt selle kohta, kui palju heli tugevus on suurenenud või vähenenud.
Valjus on heli näiv tugevus ja seda mõõdetakse detsibellides. Helitugevuse sõltuvus helirõhutasemest (ja heli intensiivsusest) on puhtalt mittelineaarne kõver, sellel on logaritmiline iseloom. Helirõhutaseme tõstmisel 10 dB võrra suureneb helitugevus 2 korda.
Milliseid helitugevuse tasemeid me oma elus kohtame?
Heli |
Helitugevus, dB |
Vaikus (spetsiaalne kamber) |
|
Vaikne sosin, kella tiksumine |
|
Lehtede sahin, kella tiksumine, eluruumide norm |
|
Maantee kõrval, raamatukogu |
|
Vaikne elamurajoon, park, vaikne vestlus |
|
Keskmise mahuga vestlus, vaikne tänav, vaikne kontor |
|
Tavaline vestlus 1m kaugusel, kontorite norm |
|
Suure liiklusega tänav, telefon |
|
Valju äratuskell, veoauto või mootorratta müra |
|
Valju kisa, nokkahaamer, kaubavagun 7m kaugusel |
|
Metroorong, föön, sepikoda, väga lärmakas tehas |
|
Rokkmuusika, lapse karjed, helikopter, traktor 1m kaugusel |
|
Valulävi, lähedal äike, vuvuzela 1m kaugusel |
|
Vigastus sisekõrv, maksimaalne helitugevus rokkkontserdil |
|
Kontusioon, trauma, võimalik kuulmekile rebend |
|
Šokk, trauma, kuulmekile rebend |
|
Võimalik kopsurebend, võimalik surm |
|
Max õhu lööklaine rõhk trinitrotolueeni plahvatuse ajal |
|
Õhulööklaine maksimaalne rõhk tuumaplahvatuse ajal |
|
Rõhk tuumalaengus tuumaplahvatuse hetkel |
Müra meie kodudes (eluruumides) võib tekkida tänu erinevad põhjused. Sõltuvalt müra allikast jaotatakse need šoki-, õhk-, struktuur- ja akustilisteks.
Müra tüübid (helid):
Tuule vastasmõju erinevate struktuuridega, kui voolukiirused on väga suured ja põikmõõtmed voolus olevad kehad on väikesed, tekivad ultrahelivõnked ja kui voolukiirused on väikesed ja põikmõõtmed suured, tekivad infrahelid. Näiteks puutüvede ümber voolates, telegraafi postid, metallist fermid, laevavarustus, viimane kiirgab infraheli.
Kehtiv SanPiN 2.1.2.2801-10 "SanPiN 2.1.2.2645-10 "Elutingimuste sanitaar- ja epidemioloogilised nõuded elamutes ja ruumides" muudatused ja täiendused nr 1" sisaldab järgmisi eluruumide standardeid:
Lubatud müratasemed eluruumides
Ruumide nimi, territooriumid |
Kellaajad |
Helirõhutasemed, dB, oktaavisagedustes |
||||||||
Korterite elutoad |
7-23 tundi |
|||||||||
23-7 |
||||||||||
Elamutega vahetult piirnevad territooriumid |
7-23 tundi |
|||||||||
23-7 |
||||||||||
Lubatud infraheli tasemed eluruumides
YAGMA
meditsiiniline füüsika
Pediaatriateaduskond
Noh
Semester
Loeng nr 4
"Meditsiiniline akustika"
Koostanud:
Babenko N.I.
2010. aasta
1. Akustika ja selle liigid. Meditsiiniline akustika, selle sektsioonid ja ülesanded.
Sõna otseses mõttes on "akustika" tõlgitud kui kuulmisõpetus. Mõiste "akustika" kaasaegne määratlus on järgmine:
Akustika on teadus mehaaniliste lainete tekke, omaduste ja levimise kohta erinevaid keskkondi ja nende lainete vastastikmõju füüsiliste ja bioloogiliste objektidega.
Akustika koosneb järgmistest osadest:
· üldine akustika,õpib kõige rohkem üldised probleemid heli tekitamise ja levitamisega seotud, heli mõõtmise meetodid.
· arhitektuurne akustika, uurib helinähtusi, pidades silmas hea kuuldavuse ja kõne saavutamist erinevates ruumides või ruumide kaitsmist soovimatute helide eest.
· tehniline akustika, uuringud praktiline kasutamine heli sisse erinevad valdkonnad tehnoloogia.
· bioloogiline akustika, uurib heli tekitamist ja kasutamist elusorganismide (nahkhiired, kalad, delfiinid) poolt.
· meditsiiniline akustika, uurib kuulmise ja kõne füüsikat ja biofüüsikat, inimese helitaju tingimusi ja iseärasusi, heli kasutamist haiguste diagnoosimisel ja nende ravimisel.
Akustika rakendused meditsiinis hõlmavad praktiline kasutamine kuuldava heli ja ultraheli omadused:
Meditsiinilise akustika peamised ülesanded on:
südame töö käigus tekkivate helinähtuste uurimine;
haiguste diagnoosimise meetodite väljatöötamine heli ja ultraheli abil;
· usaldusväärsete ravimeetodite väljatöötamine;
Hügieenistandardite ja -normide väljatöötamine ohutut kasutamist tööstuses, meditsiinis ja rahvamajanduses.
Wook kui füüsiline nähtus.
Helilainete tüübid ja nende omadused.
Heli on mehaanilised võnked, mis levivad elastses materjalikeskkonnas peamiselt pikisuunaliste lainetena.
Vaakumis heli ei levi, kuna heli edastamiseks on vaja materiaalset keskkonda ja mehaanilist kontakti materiaalse keskkonna osakeste vahel.
Heli levib keskkonnas helilainetena. Helilained on mehaanilised vibratsioonid, mis kanduvad keskkonnas edasi selle tingimuslike osakeste abil. Keskkonna tingimuslike osakeste all mõistavad selle mikromahtusid.
Peamine füüsilised omadused akustiline laine:
1. Sagedus.
Sagedus helilaine on suurus, mis võrdub täielike vibratsioonide arvuga ajaühikus. Näidatud sümboliga v (nu) ja seda mõõdetakse hertsides. 1 Hz \u003d 1 loendus sekundis \u003d [ s -1 ].
Heli vibratsiooni skaala jaguneb järgmisteks sagedusvahemikeks:
infraheli (0 kuni 16 Hz);
kuuldav heli (16 kuni 16 000 Hz);
Ultraheli (üle 16 000 Hz).
Helilaine sagedusega on tihedalt seotud retsiprook, helilaine periood. Periood helilaine on keskkonna osakeste ühe täieliku võnkumise aeg. Tähistatakse T ja seda mõõdetakse sekundites [s].
Helilainet kandvate aineosakeste võnkesuuna järgi jagunevad helilained:
· pikisuunaline;
põiki.
Pikilainete puhul ühtib keskkonna osakeste võnkesuund helilaine keskkonnas levimise suunaga (joonis 1).
Ristlainete puhul on keskkonna osakeste vibratsioonisuunad risti helilaine levimissuunaga (joonis 2).
 |
|||
Riis. 1 Joon. 2
Pikilained levivad gaasides, vedelikes ja tahked ained. Põik - ainult tahketes ainetes.
3. Vibratsioonide kuju.
Vibratsiooni kuju järgi jagunevad helilained:
· lihtlained;
keerulised lained.
Lihtlaine graafik on siinuslaine.
Komplekslaine graafik on mis tahes perioodiline mittesinusoidne kõver .
4. Lainepikkus.
lainepikkus - suurusjärk, võrdne kaugusega, mille ulatuses helilaine levib aja jooksul, mis võrdub ühe perioodiga. Seda tähistatakse λ (lambda) ja mõõdetakse meetrites (m), sentimeetrites (cm), millimeetrites (mm), mikromeetrites (µm).
Lainepikkus sõltub keskkonnast, milles heli levib.
5. Helilaine kiirus.
helilaine kiirus on heli levimise kiirus paigalseisva heliallikaga keskkonnas. Tähistatakse sümboliga v, mis arvutatakse järgmise valemiga:
Helilaine kiirus sõltub keskkonna tüübist ja temperatuurist. Tippkiirus heli tahketes elastsetes kehades, vähem - vedelikes ja väikseim - gaasides.
õhk, normaalne atmosfäärirõhk, temperatuur - 20 kraadi, v = 342 m/s;
vesi, temperatuur 15-20 kraadi, v = 1500 m/s;
metallid, v = 5000-10000 m/s.
Heli kiirus õhus suureneb temperatuuri tõustes 10 kraadi võrra umbes 0,6 m/s.
Heli on elastsed lained keskkonnas (sageli õhus), mis on inimkõrvale nähtamatud, kuid tajutavad (laine mõjub kuulmekile kõrv). Helilaine on pikisuunaline kokkusurumis- ja harvenduslaine.
Kui tekitame vaakumi, kas suudame helisid eristada? Robert Boyle asetas kella klaasnõusse 1660. aastal. Kui ta õhku välja pumbas, ei kuulnud ta heli. Kogemus tõestab seda heli levitamiseks on vaja meediumi.
Heli võib levida ka vedelas ja tahkes keskkonnas. Vee all on selgelt kuulda kivide lööki. Asetage kell puitplaadi ühte otsa. Kõrva teise otsa pannes on selgelt kuulda kella tiksumist.
Helilaine levib läbi puidu
Heli allikaks on tingimata võnkuv keha. Näiteks tavaolekus kitarri keel ei kosta, aga niipea, kui paneme selle võnkuma, tekib helilaine.
Kogemus näitab aga, et mitte iga vibreeriv keha ei ole heliallikas. Näiteks niidile riputatud raskus ei tee häält. Fakt on see, et inimkõrv ei taju kõiki laineid, vaid ainult neid, mis tekitavad kehasid, mis võnkuvad sagedusega 16 Hz kuni 20 000 Hz. Selliseid laineid nimetatakse heli. Nimetatakse võnkumisi sagedusega alla 16 Hz infraheli. Nimetatakse võnkumisi sagedusega üle 20 000 Hz ultraheli.
Heli kiirus
Helilained ei levi koheselt, vaid mõnega lõppkiirus(sarnaselt ühtlase liikumise kiirusega).
Seetõttu näeme äikese ajal esmalt välku ehk valgust (valguse kiirus on palju suurem helikiirusest) ja seejärel kostub heli.
Heli kiirus sõltub keskkonnast: tahkes ja vedelikus on heli kiirus palju suurem kui õhus. Need on tabelina mõõdetud konstandid. Söötme temperatuuri tõusuga heli kiirus suureneb, vähenedes väheneb.
Helid on erinevad. Heli iseloomustamiseks tuuakse sisse erilised suurused: heli valjus, kõrgus ja tämber.
Heli tugevus oleneb võnkumiste amplituudist: mida suurem on võnke amplituud, seda valjem on heli. Lisaks sõltub heli tugevuse tajumine meie kõrva poolt helilaines esinevate vibratsioonide sagedusest. Kõrgema sagedusega laineid tajutakse valjemana.
Helilaine sagedus määrab helikõrguse. Mida kõrgem on heliallika vibratsioonisagedus, seda kõrgem on selle tekitatav heli. Inimhääled jagunevad nende kõrguse järgi mitmeks vahemikuks.
Erinevatest allikatest pärit helid on kogumik harmoonilised vibratsioonid erinevad sagedused. Komponent pikim periood(madalaim sagedus) nimetatakse põhitooniks. Ülejäänud helikomponendid on ülemtoonid. Nende komponentide komplekt loob värvingu, heli tämbri. Ülemtoonide kogu häältes erinevad inimesed vähemalt veidi, kuid erinevalt, see määrab konkreetse hääle tämbri.
Kaja. Kaja tekib heli peegelduse tulemusena erinevatelt takistustelt - mäed, metsad, müürid, suured hooned jne. Kaja tekib ainult siis, kui peegeldunud heli tajutakse algselt kõneldavast helist eraldi. Kui peegeldavaid pindu on palju ja need asuvad inimesest erineval kaugusel, siis peegeldunud helilained jõuavad temani erinevatel aegadel. Sel juhul on kaja mitmekordne. Takistus peab olema inimesest 11m kaugusel, et kaja oleks kuulda.
Heli peegeldus. Heli põrkab siledatelt pindadelt tagasi. Seetõttu ei haju helilained sarve kasutamisel igas suunas, vaid moodustavad kitsa kiire, mille tõttu helivõimsus suureneb ja see levib suuremale kaugusele.
Mõned loomad (näiteks nahkhiir, delfiin) kiirgavad ultraheli vibratsiooni ja tajuvad seejärel takistustelt peegeldunud lainet. Seega määravad nad asukoha ja kauguse ümbritsevatest objektidest.
Kajalokatsioon. See on meetod kehade asukoha määramiseks nendelt peegelduvate ultrahelisignaalide abil. Kasutatakse laialdaselt navigatsioonis. Paigaldatud laevadele sonarid- seadmed veealuste objektide äratundmiseks ning põhja sügavuse ja topograafia määramiseks. Laeva põhja on paigutatud emitter ja helivastuvõtja. Emiter annab lühikesi signaale. Analüüsides tagasitulevate signaalide viiteaega ja suunda, määrab arvuti heli peegeldanud objekti asukoha ja suuruse.
Ultraheli kasutatakse masinaosade erinevate kahjustuste (tühjad, praod jne) avastamiseks ja määramiseks. Sel eesmärgil kasutatavat seadet nimetatakse ultraheli veadetektor. Uuritavale osale suunatakse lühikeste ultrahelisignaalide voog, mis peegelduvad selle sees olevatest ebahomogeensustest ja langevad tagasi tulles vastuvõtjasse. Nendes kohtades, kus defekte pole, läbivad signaalid detaili ilma olulise peegelduseta ja vastuvõtja neid ei salvesta.
Ultraheli kasutatakse meditsiinis laialdaselt teatud haiguste diagnoosimiseks ja raviks. Erinevalt röntgenikiirgusest selle lained seda ei tee kahjulik mõju kangale. Diagnostika ultraheliuuringud(ultraheli) lubada ilma kirurgiline sekkumineära tunda patoloogilised muutused elundid ja koed. Spetsiaalne seade saadab ultrahelilaineid sagedusega 0,5–15 MHz teatud kehaossa, need peegelduvad uuritavalt elundilt ja arvuti kuvab selle pildi ekraanile.
Infraheli iseloomustab madal neelduvus erinevates keskkondades, mille tulemusena võivad infrahelilained õhus, vees ja maakoores levida väga pikkadele vahemaadele. See nähtus leiab praktilist rakendust kohtade määramine tugevad plahvatused või tulistamisrelva asukoht. Infraheli levimine pikkade vahemaade taha meres võimaldab seda looduskatastroofide ennustused- tsunami. Meduusid, vähid jt on võimelised tajuma infraheli ja juba ammu enne tormi algust tunnetavad selle lähenemist.