Hanghullámok terjedése vízben. A hanghullámok terjedésének törvényei. Hangszórás és hangelnyelés közepes inhomogenitások által

Ha egy hanghullám nem ütközik akadályba az útjában, akkor minden irányban egyenletesen terjed. De nem minden akadály lesz akadály a számára.

Ha az útjában akadályba ütközik, a hang elhajolhat körülötte, visszaverődhet, megtörhet vagy elnyelhet.

hangdiffrakció

Beszélhetünk egy épület sarkán, egy fa mögött vagy egy kerítés mögött álló emberrel, bár nem látjuk. Azért halljuk, mert a hang képes ezek körül a tárgyak körül elhajolni és behatolni a mögöttük lévő területre.

A hullám azon képességét, hogy megkerül egy akadályt, ún diffrakció .

Diffrakció akkor lehetséges, ha a hanghullám hullámhossza meghaladja az akadály méretét. Az alacsony frekvenciájú hanghullámok meglehetősen hosszúak. Például 100 Hz-es frekvencián ez 3,37 m. A frekvencia csökkenésével a hossz még hosszabb lesz. Ezért a hanghullám könnyen meghajlik a vele arányos tárgyak körül. A parkban található fák egyáltalán nem akadályoznak bennünket abban, hogy meghalljuk a hangot, mert törzsük átmérője jóval kisebb, mint a hanghullám hullámhossza.

A diffrakció miatt a hanghullámok áthatolnak az akadályon lévő réseken és lyukakon, és továbbterjednek mögöttük.

Helyezzünk a hanghullám útjába egy lyukkal ellátott lapos képernyőt.

Amikor a hanghullám hossza ƛ sokkal nagyobb, mint a furat átmérője D , vagy ezek az értékek megközelítőleg megegyeznek, akkor a lyuk mögött a hang eléri a képernyő mögötti terület (a hangárnyék területe) minden pontját. A kilépő hullámfront úgy fog kinézni, mint egy félgömb.

Ha ƛ csak valamivel kisebb, mint a rés átmérője, akkor a hullám nagy része közvetlenül terjed, egy kis része pedig kissé oldalra tér. És abban az esetben, amikor ƛ sokkal kevesebb D , az egész hullám előrefelé fog haladni.

hangvisszaverődés

Abban az esetben, ha egy hanghullám két közeg közötti interfészbe ütközik, annak további terjedésére többféle lehetőség kínálkozik. A hang visszaverődhet a felületről, irányváltoztatás nélkül mehet másik közegbe, vagy megtörhet, azaz irányt változtatva megy.

Tegyük fel, hogy a hanghullám útjában egy akadály jelent meg, amelynek mérete jóval nagyobb, mint a hullámhossz, például egy puszta szikla. Hogyan fog viselkedni a hang? Mivel ezt az akadályt nem tudja megkerülni, ez tükröződik rajta. Az akadály mögött van akusztikus árnyékzóna .

Az akadályról visszaverődő hangot ún visszhang .

A hanghullám visszaverődésének jellege eltérő lehet. Ez a fényvisszaverő felület alakjától függ.

visszaverődés a hanghullám irányának változásának nevezzük két különböző közeg határfelületén. Visszaverődéskor a hullám visszatér abba a közegbe, ahonnan jött.

Ha a felület sík, akkor a hang ugyanúgy visszaverődik róla, mint a tükörben a fénysugár.

A homorú felületről visszaverődő hangsugarak egy pontra fókuszálnak.

A domború felület eloszlatja a hangot.

A diszperziós hatást a domború oszlopok, nagy díszlécek, csillárok stb.

A hang nem megy át egyik közegből a másikba, hanem visszaverődik onnan, ha a közeg sűrűsége jelentősen eltér. Tehát a vízben megjelenő hang nem jut át ​​a levegőbe. A felületről visszaverve a vízben marad. A folyóparton álló személy nem hallja ezt a hangot. Ennek oka a víz és a levegő hullámellenállása közötti nagy különbség. Az akusztikában a hullámellenállás egyenlő a közeg sűrűségének és a benne lévő hangsebességnek a szorzatával. Mivel a gázok hullámellenállása sokkal kisebb, mint a folyadékok és szilárd anyagok hullámellenállása, amikor a levegő és a víz határát éri, a hanghullám visszaverődik.

A vízben lévő halak nem hallják a víz felszíne felett megjelenő hangot, de egyértelműen megkülönböztetik a hangot, amelynek forrása a vízben vibráló test.

hangtörés

A hangterjedés irányának megváltoztatását ún fénytörés . Ez a jelenség akkor fordul elő, amikor a hang egyik közegből a másikba kerül, és terjedésének sebessége ezekben a közegekben eltérő.

A beesési szög szinuszának és a visszaverődési szög szinuszának aránya megegyezik a közegben történő hangterjedési sebességek arányával.

Ahol én - beesési szög,

r a visszaverődés szöge,

v1 a hang terjedési sebessége az első közegben,

v2 a hang terjedési sebessége a második közegben,

n a törésmutató.

A hangtörést ún fénytörés .

Ha a hanghullám nem merőlegesen esik a felületre, hanem 90°-tól eltérő szögben, akkor a megtört hullám el fog térni a beeső hullám irányától.

Hangtörés nem csak a közegek határfelületén figyelhető meg. A hanghullámok megváltoztathatják irányukat egy inhomogén közegben - a légkörben, az óceánban.

A légkörben a fénytörést a levegő hőmérsékletének, a légtömegek mozgási sebességének és irányának változása okozza. Az óceánban pedig a víz tulajdonságainak heterogenitása miatt jelenik meg - különböző mélységekben eltérő hidrosztatikus nyomás, különböző hőmérsékletek és eltérő sótartalom.

hangelnyelés

Amikor egy hanghullám elér egy felületet, energiájának egy része elnyelődik. Azt pedig, hogy egy közeg mennyi energiát képes elnyelni, a hangelnyelési együttható ismeretében meghatározható. Ez az együttható megmutatja, hogy a hangrezgések energiájának mekkora részét nyeli el 1 m 2 akadály. Értéke 0 és 1 között van.

A hangelnyelés mértékegységét ún szabin . Nevét az amerikai fizikusról kapta Wallace Clement Sabin, az építészeti akusztika alapítója. 1 sabin az az energia, amelyet a felület 1 m 2 -e elnyel, amelynek abszorpciós együtthatója 1. Vagyis egy ilyen felületnek abszolút el kell nyelnie a hanghullám összes energiáját.

Visszaverődés

Wallace Sabin

Az anyagok hangelnyelő tulajdonságát széles körben használják az építészetben. Wallace Clement Sabin a Fogg Múzeumhoz tartozó Előadóterem akusztikájának kutatása során arra a következtetésre jutott, hogy összefüggés van a nézőtér mérete, az akusztikai feltételek, a hangelnyelő anyagok típusa és területe, valamint visszhangidő .

Visszhang A hanghullám akadályokról való visszaverődésének és a hangforrás kikapcsolása utáni fokozatos csillapításának a folyamata. Zárt térben a hang többször is visszapattanhat a falakról és tárgyakról. Ennek eredményeként különféle visszhangjelek jelennek meg, amelyek mindegyike úgy szól, mintha különválna. Ezt a hatást ún reverb effektus .

A szoba legfontosabb jellemzője az visszhangidő , amelyet Sabin vezetett be és számított ki.

Ahol V - a szoba térfogata,

A – általános hangelnyelés.

Ahol a i az anyag hangelnyelési együtthatója,

Si az egyes felületek területe.

Ha a visszhangzási idő hosszú, úgy tűnik, hogy a hangok „barangolnak” a szobában. Átfedik egymást, elnyomják a fő hangforrást, és a terem dübörög. Rövid visszhangzási idővel a falak gyorsan elnyelik a hangokat, és megsüketülnek. Ezért minden helyiségnek saját pontos számítással kell rendelkeznie.

Számításai alapján Sabin úgy rendezte el a hangelnyelő anyagokat, hogy a „visszhanghatás” csökkenjen. A Boston Symphony Hallt pedig, ahol akusztikai tanácsadóként dolgozott, máig a világ egyik legszebb termeként tartják számon.

A hangokat a forrásuktól távol észleljük. A hang általában a levegőben jut el hozzánk. A levegő egy rugalmas közeg, amely továbbítja a hangot.

Ha a hangátviteli közeget eltávolítják a forrás és a vevő között, akkor a hang nem terjed, és ezért a vevő nem fogja fel. Mutassuk meg ezt kísérletileg.

Tegyünk egy ébresztőórát a légszivattyú csengője alá (80. ábra). Amíg levegő van a harangban, a csengő hangja tisztán hallható. Amikor levegőt pumpálnak ki a csengő alól, a hang fokozatosan gyengül, végül hallhatatlanná válik. Átvivő közeg nélkül a harang cintányérjának rezgései nem tudnak terjedni, a hang nem jut el a fülünkig. Engedje be a levegőt a csengő alá, és hallja újra a csengetést.

Rizs. 80. Kísérlet, amely bebizonyítja, hogy olyan térben, ahol nincs anyagi közeg, a hang nem terjed

A rugalmas anyagok, például fémek, fa, folyadékok, gázok jól vezetik a hangokat.

A fatábla egyik végére tegyünk egy zsebórát, a másik végére mi magunk lépünk át. Ha a füledet a táblához tesszük, halljuk az órát.

Kössünk egy madzagot egy fémkanálhoz. Rögzítse a zsinór végét a fülhöz. A kanalat megütve erős hangot fogunk hallani. Még erősebb hangot fogunk hallani, ha a zsineget drótra cseréljük.

A puha és porózus testek rossz hangvezetők. Annak érdekében, hogy minden helyiséget megvédjen az idegen hangok behatolásától, a falakat, a padlót és a mennyezetet hangelnyelő anyagrétegekkel kell lerakni. Közbenső rétegként nemezt, préselt parafát, porózus köveket, különféle szintetikus anyagokat (például habosított műanyagot) használnak habosított polimerek alapján. Az ilyen rétegekben a hang gyorsan elhalványul.

A folyadékok jól vezetik a hangot. A halak például jól hallják a lépteket és a hangokat a parton, ezt a tapasztalt horgászok tudják.

Tehát a hang bármilyen rugalmas közegben - szilárd, folyékony és gáznemű - terjed, de nem terjedhet olyan térben, ahol nincs anyag.

A forrás rezgései rugalmas hangfrekvenciás hullámot hoznak létre a környezetében. A fület elérő hullám a dobhártyára hat, és a hangforrás frekvenciájának megfelelő frekvencián rezeg. A dobhártya remegése a csontokon keresztül a hallóideg végződéseihez jut, irritálja azokat, és ezáltal hangérzetet okoz.

Emlékezzünk vissza, hogy gázokban és folyadékokban csak hosszanti rugalmas hullámok létezhetnek. A levegőben lévő hangot például hosszanti hullámok közvetítik, azaz a hangforrásból érkező levegő váltakozó kondenzációja és ritkasága.

A hanghullám, mint bármely más mechanikai hullám, nem azonnal terjed a térben, hanem egy bizonyos sebességgel. Ez látható például a fegyver elsütésének messziről történő megfigyelésével. Először tüzet és füstöt látunk, majd egy idő után lövés hangját halljuk. A füst az első hangrezgéssel egy időben jelenik meg. A hang fellépése (a füst megjelenése) és a fülbe jutás pillanata közötti t időintervallum mérésével meghatározhatjuk a hang terjedési sebességét:

A mérések azt mutatják, hogy a hangsebesség levegőben 0 °C-on és normál légköri nyomáson 332 m/s.

A hangsebesség a gázokban annál nagyobb, minél magasabb a hőmérsékletük. Például 20 °C-on a hangsebesség levegőben 343 m/s, 60 °C-on - 366 m/s, 100 °C-on - 387 m/s. Ez azzal magyarázható, hogy a hőmérséklet emelkedésével a gázok rugalmassága növekszik, és minél nagyobb rugalmassági erők lépnek fel a közegben annak deformációja során, annál nagyobb a részecskék mobilitása, és annál gyorsabban kerülnek át a rezgések egy pontból a másikba. egy másik.

A hang sebessége attól is függ, hogy milyen közegben terjed a hang. Például 0 °C-on a hangsebesség hidrogénben 1284 m/s, szén-dioxidban pedig 259 m/s, mivel a hidrogénmolekulák kisebb tömegűek és kevésbé inertek.

Manapság a hangsebesség bármilyen környezetben mérhető.

A folyadékokban és szilárd anyagokban lévő molekulák közelebb vannak egymáshoz, és erősebben kölcsönhatásba lépnek, mint a gázmolekulák. Ezért a hangsebesség folyékony és szilárd közegben nagyobb, mint gáznemű közegben.

Mivel a hang egy hullám, a hangsebesség meghatározásához a V = s / t képlet mellett használhatja az Ön által ismert képleteket is: V = λ / T és V = vλ. A feladatok megoldása során a levegőben lévő hangsebesség általában 340 m/s.

Kérdések

1. Mi a célja a 80. ábrán látható kísérletnek? Írja le, hogyan hajtják végre ezt a kísérletet, és milyen következtetéseket von le belőle!
2. Terjedhet-e a hang gázokban, folyadékokban, szilárd testekben? Válaszait példákkal támassza alá.
3. Melyik test vezeti jobban a hangot – rugalmas vagy porózus? Mondjon példákat rugalmas és porózus testekre!
4. Milyen hullám - hosszanti vagy keresztirányú - a levegőben terjedő hang; vízben?
5. Mondjon egy példát, amely megmutatja, hogy a hanghullám nem azonnal terjed, hanem egy bizonyos sebességgel.

30. gyakorlat

1. Hallható-e a Holdon egy hatalmas robbanás hangja a Földön? Indokolja a választ.
2. Ha egy-egy szappantartó felét köt a cérna mindkét végére, akkor egy ilyen telefon segítségével akár suttoghat is, ha különböző helyiségekben tartózkodik. Magyarázza meg a jelenséget.
3. Határozza meg a vízben a hangsebességet, ha egy 0,002 s periódussal rezgő forrás 2,9 m hosszú hullámokat gerjeszt vízben!
4. Határozza meg a 725 Hz-es hanghullám hullámhosszát levegőben, vízben és üvegben.
5. Egy hosszú fémcső egyik végét egyszer kalapáccsal találták el. Az ütközésből származó hang továbbterjed a cső második végére a fémen keresztül; a cső belsejében lévő levegőn keresztül? Hány ütést fog hallani a cső másik végén álló személy?
6. A vasút egy egyenes szakaszának közelében álló megfigyelő gőzt látott a távolban haladó gőzmozdony sípja fölött. A gőz megjelenése után 2 másodperccel sípszót hallott, majd 34 másodperc múlva a gőzmozdony elhaladt a szemlélő mellett. Határozza meg a mozdony sebességét!

Ez a lecke a „Hanghullámok” témával foglalkozik. Ebben a leckében folytatjuk az akusztika tanulmányozását. Először megismételjük a hanghullámok meghatározását, majd figyelembe vesszük a frekvenciatartományukat, és megismerkedünk az ultrahang- és infrahanghullámok fogalmával. Megbeszéljük továbbá a hanghullámok tulajdonságait a különböző médiában, és megtudjuk, milyen jellemzőkkel rendelkeznek. .

Hang hullámok - ezek olyan mechanikai rezgések, amelyeket a hallószervvel terjedve és azzal kölcsönhatásba lépve érzékel az ember (1. ábra).

Rizs. 1. Hanghullám

A fizikában ezekkel a hullámokkal foglalkozó részt akusztikának nevezzük. Azok az emberek, akiket általában "hallóknak" neveznek, az akusztika. A hanghullám rugalmas közegben terjedő hullám, hosszanti hullám, és rugalmas közegben terjedéskor kompresszió és ritkítás váltakozik. Idővel, távolságon keresztül továbbítódik (2. ábra).

Rizs. 2. Hanghullám terjedése

A hanghullámok közé tartoznak az olyan rezgések, amelyek 20-20 000 Hz frekvenciájúak. Ezek a frekvenciák 17 m (20 Hz esetén) és 17 mm (20 000 Hz) hullámhossznak felelnek meg. Ezt a tartományt hallható hangnak nevezzük. Ezek a hullámhosszak olyan levegőre vonatkoznak, amelyben a hang terjedési sebessége egyenlő.

Vannak olyan tartományok is, amelyekkel az akusztikusok foglalkoznak - infrahang és ultrahang. Az infrahangosok azok, amelyek frekvenciája 20 Hz-nél kisebb. Az ultrahangosak pedig azok, amelyek frekvenciája meghaladja a 20 000 Hz-et (3. ábra).

Rizs. 3. Hanghullámok tartományai

Minden művelt embernek el kell vezetnie a hanghullámok frekvenciatartományát, és tudnia kell, hogy ha ultrahangvizsgálatra megy, akkor a kép a számítógép képernyőjén 20 000 Hz-nél nagyobb frekvenciával épül fel.

Ultrahang - Ezek a hanghullámokhoz hasonló mechanikai hullámok, de 20 kHz és egy milliárd hertz közötti frekvenciájúak.

Az egymilliárd hertznél nagyobb frekvenciájú hullámokat nevezzük hiperszonikus.

Az ultrahangot az öntött alkatrészek hibáinak kimutatására használják. Rövid ultrahangjelek folyamát irányítják a vizsgált alkatrészre. Azokon a helyeken, ahol nincs hiba, a jelek áthaladnak az alkatrészen anélkül, hogy a vevő regisztrálná őket.

Ha repedés, légüreg vagy egyéb inhomogenitás van az alkatrészen, akkor az ultrahangos jel visszaverődik róla, és visszatérve a vevőbe kerül. Az ilyen módszert ún ultrahangos hibafelismerés.

További példák az ultrahang használatára az ultrahang gépek, ultrahang gépek, ultrahangterápia.

Infrahang - hanghullámokhoz hasonló, de 20 Hz-nél kisebb frekvenciájú mechanikai hullámok. Az emberi fül nem érzékeli őket.

Az infrahanghullámok természetes forrásai a viharok, cunamik, földrengések, hurrikánok, vulkánkitörések, zivatarok.

Az infrahang szintén fontos hullám, amelyet a felület rezgésére használnak (például néhány nagy tárgy elpusztítására). Infrahangot indítunk a talajba - és a talaj összetörik. Hol használják ezt? Például gyémántbányákban, ahol gyémántkomponenseket tartalmazó ércet vesznek fel, és apró részecskékre zúzzák, hogy megtalálják ezeket a gyémántzárványokat (4. ábra).

Rizs. 4. Infrahang alkalmazása

A hangsebesség a környezeti feltételektől és a hőmérséklettől függ (5. ábra).

Rizs. 5. A hanghullámok terjedésének sebessége különböző közegekben

Figyelem: levegőben a hangsebesség egyenlő -vel, míg a sebesség -kal nő. Ha Ön kutató, akkor ez a tudás hasznos lehet az Ön számára. Még az is előfordulhat, hogy kitalál valami hőmérséklet-érzékelőt, amely a közegben lévő hangsebesség változtatásával érzékeli a hőmérsékleti eltéréseket. Azt már tudjuk, hogy minél sűrűbb a közeg, minél komolyabb a kölcsönhatás a közeg részecskéi között, annál gyorsabban terjed a hullám. Ezt az utolsó bekezdésben a száraz levegő és a nedves levegő példáján tárgyaltuk. Víznél a hang terjedési sebessége. Ha hanghullámot hoz létre (kopogás egy hangvillára), akkor annak terjedési sebessége a vízben négyszer nagyobb lesz, mint a levegőben. Vízzel az információ négyszer gyorsabban jut el, mint a levegőben. És még gyorsabb acélban: (6. ábra).

Rizs. 6. Hanghullám terjedési sebessége

Tudja az eposzokból, hogy Ilja Muromets (és a Gaidar Forradalmi Katonai Tanács összes hőse és hétköznapi orosz embere és fiú) egy nagyon érdekes módszert alkalmazott egy közeledő, de még távoli tárgy észlelésére. A mozgás közben kiadott hang még nem hallható. Ilja Murometsz fülét a földre szorítva hallja. Miért? Mivel szilárd talajon nagyobb sebességgel továbbítják a hangot, ami azt jelenti, hogy gyorsabban éri el Ilja Muromets fülét, és fel tud készülni az ellenséggel való találkozásra.

A legérdekesebb hanghullámok a zenei hangok és zajok. Milyen tárgyak képesek hanghullámokat létrehozni? Ha veszünk egy hullámforrást és egy rugalmas közeget, ha a hangforrást harmonikusan rezegtetjük, akkor csodálatos hanghullámot kapunk, amit zenei hangnak nevezünk. A hanghullámok ilyen forrásai lehetnek például egy gitár vagy egy zongora húrjai. Ez lehet egy hanghullám, amely a légcső (orgona vagy cső) résében keletkezik. A zeneórákról ismeri a hangjegyeket: do, re, mi, fa, salt, la, si. Az akusztikában hangoknak nevezik (7. ábra).

Rizs. 7. Zenei hangok

Minden olyan elem, amely hangokat bocsát ki, rendelkezik funkciókkal. Miben különböznek egymástól? Hullámhosszban és frekvenciában különböznek egymástól. Ha ezeket a hanghullámokat nem harmonikusan hangzó testek hozzák létre, vagy nem kapcsolódnak egy közös zenekari darabba, akkor az ilyen hangokat zajnak nevezzük.

Zaj- különböző fizikai természetű véletlenszerű fluktuációk, amelyeket az időbeli és spektrális szerkezet összetettsége jellemez. A zaj fogalma mindennapos és fizikai, nagyon hasonlóak, ezért külön fontos szempontként vezetjük be.

Térjünk át a hanghullámok mennyiségi becslésére. Melyek a zenei hanghullámok jellemzői? Ezek a jellemzők kizárólag a harmonikus hangrezgésekre vonatkoznak. Így, hangerő. Mi határozza meg egy hang hangerejét? Tekintsük egy hanghullám időbeni terjedését vagy egy hanghullámforrás rezgéseit (8. ábra).

Rizs. 8. Hangerő

Ugyanakkor, ha nem adtunk sok hangot a rendszerhez (például halkan ütjük a zongorabillentyűt), akkor halk hang lesz. Ha hangosan, a kezünket a magasba emelve a billentyű leütésével hívjuk ezt a hangot, akkor hangos hangot kapunk. Mitől függ? A csendes hangoknak kevesebb a rezgésük, mint a hangosnak.

A következő fontos jellemzője a zenei hangzásnak és minden másnak magasság. Mi határozza meg a hang magasságát? A hangmagasság a frekvenciától függ. A forrást gyakran oszcillálhatjuk, vagy nem túl gyorsan oszcillálhatjuk (vagyis kevesebb oszcillációt hajthatunk végre egységnyi idő alatt). Tekintsük az azonos amplitúdójú magas és alacsony hangok időzítését (9. ábra).

Rizs. 9. Hangmagasság

Érdekes következtetést lehet levonni. Ha valaki basszusgitárban énekel, akkor a hangforrása (ezek a hangszálak) többszörösen lassabban ingadozik, mint a szopránt éneklőké. A második esetben a hangszálak gyakrabban rezegnek, ezért gyakrabban okoznak kompressziós és ritkulási gócokat a hullám terjedésében.

A hanghullámoknak van egy másik érdekes tulajdonsága, amelyet a fizikusok nem tanulmányoznak. Ez hangszín. Ismeri és könnyen megkülönbözteti ugyanazt a zenét, amelyet a balalajkán vagy a csellón játszanak. Mi a különbség ezek között a hangok vagy az előadás között? A kísérlet elején megkértük azokat az embereket, akik hangokat produkálnak, hogy hozzávetőlegesen azonos amplitúdójúak legyenek, hogy a hang hangereje azonos legyen. Ez olyan, mint egy zenekarnál: ha nem kell hangszert kiemelni, akkor mindenki megközelítőleg egyformán, azonos erővel játszik. A balalajka és a cselló hangszíne tehát más. Ha diagramok segítségével lerajzolnánk azt a hangot, ami az egyik hangszerből, a másikból származik, akkor ugyanazok lennének. De ezeket a hangszereket könnyen megkülönböztetheti a hangjukról.

Egy újabb példa a hangszín fontosságára. Képzeljünk el két énekest, akik ugyanabban a zeneiskolában végeznek, ugyanazokkal a tanárokkal. Egyformán jól tanultak ötössel. Az egyikből valamiért kiemelkedő előadó lesz, míg a másik egész életében elégedetlen a karrierjével. Valójában ezt kizárólag a hangszerük határozza meg, ami éppen hangrezgéseket okoz a környezetben, vagyis hangszínükben különbözik a hangjuk.

Bibliográfia

1. Sokolovics Yu.A., Bogdanova G.S. Fizika: referenciakönyv problémamegoldási példákkal. - 2. kiadás újraelosztása. - X .: Vesta: "Ranok" kiadó, 2005. - 464 p.
2. Peryshkin A.V., Gutnik E.M., Fizika. 9. évfolyam: általános műveltségi tankönyv. intézmények / A.V. Peryskin, E.M. Gutnik. - 14. kiadás, sztereotípia. - M.: Túzok, 2009. - 300 p.

1. "eduspb.com" internetes portál ()
2. "msk.edu.ua" internetes portál ()
3. "class-fizika.narod.ru" internetes portál ()

Házi feladat

1. Hogyan terjed a hang? Mi lehet a hang forrása?
2. Járhat-e a hang az űrben?
3. Minden hullámot, amely eléri az emberi fület, észleli?

A hang hanghullámokon keresztül terjed. Ezek a hullámok nemcsak gázokon és folyadékokon, hanem szilárd anyagokon is áthaladnak. Bármely hullám működése főként az energiaátvitelben történik. A hang esetében a transzport molekuláris szintű, parányi mozgások formájában valósul meg.

Gázokban és folyadékokban a hanghullám a molekulákat a mozgása, azaz a hullámhossz irányába tolja el. Szilárd testekben a molekulák hangrezgései a hullámra merőleges irányban is előfordulhatnak.

A hanghullámok forrásaikból minden irányba terjednek, ahogy a jobb oldali ábrán látható, amelyen egy fémharang periodikusan a nyelvével ütközik. Ezek a mechanikus ütközések a csengő rezgését okozzák. A rezgések energiája átadódik a környező levegő molekuláinak, és ezek eltolódnak a harangtól. Ennek eredményeként a haranggal szomszédos légrétegben megnövekszik a nyomás, amely aztán hullámokban terjed a forrástól minden irányba.

A hang sebessége független a hangerőtől és a hangszíntől. A szobában lévő rádió minden hangja, legyen az hangos vagy halk, magas vagy halk, egyszerre éri el a hallgatót.

A hang sebessége a terjedési közeg típusától és hőmérsékletétől függ. A gázokban a hanghullámok lassan terjednek, mert ritka molekulaszerkezetük nemigen ellenzi a kompressziót. Folyadékokban a hangsebesség növekszik, szilárd anyagokban pedig még gyorsabbá válik, ahogy az alábbi diagramon látható méter per másodpercben (m/s).

hullámút

A hanghullámok a levegőben a jobb oldali ábrákon láthatóhoz hasonló módon terjednek. A hullámfrontok a forrástól bizonyos távolságra mozognak egymástól, amelyet a harang rezgésének gyakorisága határoz meg. A hanghullám frekvenciáját úgy határozzuk meg, hogy megszámoljuk az egységnyi idő alatt egy adott ponton áthaladó hullámfrontok számát.

A hanghullám eleje eltávolodik a rezgő harangtól.

Egyenletesen felmelegített levegőben a hang állandó sebességgel terjed.

A második front a hullámhosszal megegyező távolságra követi az elsőt.

A hang intenzitása a forrás közelében maximális.

Egy láthatatlan hullám grafikus ábrázolása

A mélység hangja

A hanghullámokból álló szonárnyaláb könnyen áthalad az óceán vizén. A szonár működési elve azon alapul, hogy a hanghullámok visszaverődnek az óceán fenekéről; ezt az eszközt általában a víz alatti domborzat jellemzőinek meghatározására használják.

Rugalmas szilárd anyagok

A hang falemezben terjed. A legtöbb szilárd anyag molekulái egy elasztikus térhálóba kötődnek, amely gyengén összenyomódik, és egyben felgyorsítja a hanghullámok áthaladását.

Gondolt már arra, hogy a hang az élet, a cselekvés, a mozgás egyik legszembetűnőbb megnyilvánulása? És arról is, hogy minden hangnak megvan a maga „arca”? És még csukott szemmel is, anélkül, hogy látnánk, csak a hang alapján sejthetjük, mi történik körülöttünk. Meg tudjuk különböztetni ismerőseink hangját, hallunk suhogást, üvöltést, ugatást, nyávogást stb. Mindezek a hangok gyermekkorunkból ismerősek számunkra, és bármelyiket könnyen beazonosíthatjuk. Sőt, abszolút csendben is a felsorolt ​​hangok mindegyikét halljuk belső hallásunkkal. Képzeld el úgy, mintha valódi lenne.

Mi a hang?

Az emberi fül által érzékelt hangok az egyik legfontosabb információforrás a minket körülvevő világról. A tenger és a szél zaja, a madarak éneke, az emberek hangja és az állatok kiáltása, a mennydörgés, a mozgó fülek hangja megkönnyíti a változó külső körülményekhez való alkalmazkodást.

Ha például egy kő leesett a hegyekben, és nem volt a közelben senki, aki meghallotta a zuhanásának hangját, akkor a hang létezett vagy sem? A kérdésre egyformán lehet válaszolni pozitívan és negatívan is, hiszen a „hang" szó kettős jelentéssel bír. Ezért egyet kell értenünk. Ezért egyet kell értenünk azzal, hogy mit tekintünk hangnak - fizikai jelenségnek a hang terjedésének formájában. a levegőben lévő hangrezgés vagy a hallgató érzése. lényegében ok, a második egy hatás, míg az első hangfogalom objektív, a második szubjektív. Az első esetben a hang valójában egy energiafolyam folyó patakként folyik. Egy ilyen hang megváltoztathatja a környezetet, amelyen áthalad, és maga is megváltozik. az agy.Hangot hallva az ember különféle érzéseket élhet át.A hangok összetett komplexuma, amit zenének nevezünk, sokféle érzelmet vált ki.A hangok képezik a beszéd alapját, amely az emberi társadalom fő kommunikációs eszközeként szolgál.Végül, létezik a hangnak olyan formája, mint a zaj. A szubjektív észlelés szempontjából az alapos elemzés bonyolultabb, mint az objektív értékeléssel.

Hogyan lehet hangot létrehozni?

Minden hangban közös, hogy az azokat létrehozó testek, vagyis a hangforrások oszcillálnak (bár ezek a rezgések legtöbbször a szem számára láthatatlanok). Például az emberek és sok állat hangja hangszálaik rezgése, fúvós hangszerek hangja, sziréna hangja, szél fütyülése és mennydörgés következtében keletkezik. a légtömegek ingadozása miatt.

Egy vonalzó példáján szó szerint a szemeddel láthatod, hogyan születik a hang. Milyen mozgást végez a vonalzó, amikor az egyik végét rögzítjük, a másikat visszahúzzuk és elengedjük? Észre fogjuk venni, hogy mintha remegett, habozott. Ennek alapján arra a következtetésre jutunk, hogy a hangot egyes tárgyak rövid vagy hosszú oszcillációja hozza létre.

A hang forrása nem csak vibráló tárgyak lehetnek. A golyók vagy lövedékek sípja repülés közben, a szél üvöltése, a sugárhajtómű zúgása a légáramlás megszakadásaiból születik, amelyek során ritkulása, összenyomódása is előfordul.

Ezenkívül egy eszköz - egy hangvilla - segítségével észrevehetők a hang rezgő mozgásai. Ez egy ívelt fémrúd, egy rezonátordoboz lábára szerelve. Ha kalapáccsal megütöd a hangvillát, megszólal. A hangvilla ágainak rezgése észrevehetetlen. De észlelhetők, ha egy meneten felfüggesztett kis golyót egy hangzó hangvillához visznek. A labda időnként pattog, ami a Cameron ágainak ingadozását jelzi.

A hangforrás és a környező levegő kölcsönhatása következtében a levegőrészecskék a hangforrás mozgásával időben (vagy "majdnem időben") összehúzódnak és kitágulnak. Ezután a levegő, mint folyékony közeg tulajdonságai miatt a rezgések egyik levegőrészecskéből a másikba kerülnek.

A hanghullámok terjedésének magyarázata felé

Ennek eredményeként a rezgések a levegőn keresztül terjednek egy távolságra, azaz hang vagy akusztikus hullám, vagy egyszerűen a hang terjed a levegőben. Az emberi fülbe jutó hang pedig érzékeny területein rezgéseket gerjeszt, amelyeket beszéd, zene, zaj stb. formájában érzékelünk (a hang forrás jellege által diktált tulajdonságaitól függően) ).

Hanghullámok terjedése

Meg lehet nézni, hogyan "fut" a hang? Átlátszó levegőben vagy vízben maguk a részecskék rezgései észrevehetetlenek. De könnyű olyan példát találni, amely megmondja, mi történik, amikor a hang terjed.

A hanghullámok terjedésének szükséges feltétele az anyagi környezet jelenléte.

Vákuumban a hanghullámok nem terjednek, mivel nincsenek olyan részecskék, amelyek kölcsönhatást továbbítanak a rezgésforrásból.

Ezért a Holdon a légkör hiánya miatt teljes csend uralkodik. Még a meteorit felszínére zuhanását sem hallja a megfigyelő.

A hanghullámok terjedési sebességét a részecskék közötti kölcsönhatás átviteli sebessége határozza meg.

A hangsebesség a hanghullámok terjedési sebessége közegben. Gázban a hangsebesség a molekulák hősebességének nagyságrendjéhez (pontosabban valamivel kisebbé) válik, ezért a gáz hőmérsékletének növekedésével növekszik. Minél nagyobb az anyag molekuláinak kölcsönhatásának potenciális energiája, annál nagyobb a hangsebesség, tehát a hangsebesség folyadékban, ami viszont meghaladja a gáz hangsebességét. Például a tengervízben a hangsebesség 1513 m/s. Az acélban, ahol keresztirányú és longitudinális hullámok terjedhetnek, terjedési sebességük eltérő. A keresztirányú hullámok 3300 m/s, hosszanti irányban 6600 m/s sebességgel terjednek.

A hangsebesség bármely közegben a következő képlettel számítható ki:

ahol β a közeg adiabatikus összenyomhatósága; ρ - sűrűség.

A hanghullámok terjedésének törvényei

A hangterjedés alaptörvényei közé tartoznak a különböző médiumok határain való visszaverődés és fénytörés törvényei, valamint a hang diffrakciója és szóródása akadályok és inhomogenitások jelenlétében a közegben és a közegek közötti határfelületeken.

A hangterjedési távolságot a hangelnyelési tényező befolyásolja, vagyis a hanghullámok energiájának visszafordíthatatlan átvitele más típusú energiákba, különösen hővé. Fontos tényező a sugárzás iránya és a hangterjedés sebessége is, amely a közegtől és annak adott állapotától függ.

Az akusztikus hullámok a hangforrásból minden irányba terjednek. Ha egy hanghullám áthalad egy viszonylag kis lyukon, akkor minden irányban terjed, és nem megy irányított sugárban. Például a nyitott ablakon keresztül a helyiségbe behatoló utcai hangok minden pontján hallatszanak, nem csak az ablakra.

A hanghullámok akadályon való terjedésének jellege az akadály méretei és a hullámhossz közötti aránytól függ. Ha az akadály méretei kicsik a hullámhosszhoz képest, akkor a hullám az akadály körül áramlik, minden irányba terjedve.

Az egyik közegből a másikba áthatoló hanghullámok eltérnek eredeti irányuktól, vagyis megtörnek. A törésszög lehet nagyobb vagy kisebb, mint a beesési szög. Attól függ, hogy milyen közegből hatol be a hang. Ha a hangsebesség a második közegben nagyobb, akkor a törésszög nagyobb lesz, mint a beesési szög, és fordítva.

Útjában akadályba ütközve hanghullámok verődnek vissza róla egy szigorúan meghatározott szabály szerint - a visszaverődés szöge megegyezik a beesési szöggel - ehhez kapcsolódik a visszhang fogalma. Ha a hang több, különböző távolságra lévő felületről verődik vissza, többszörös visszhang keletkezik.

A hang széttartó gömbhullám formájában terjed, amely egyre nagyobb térfogatot tölt ki. A távolság növekedésével a közeg részecskéinek rezgései gyengülnek, a hang eloszlik. Ismeretes, hogy az átviteli távolság növeléséhez a hangot egy adott irányba kell koncentrálni. Amikor például azt akarjuk, hogy meghallgassák, tegyük a kezünket a szánkhoz, vagy használjunk szájcsövet.

A diffrakció, vagyis a hangsugarak hajlítása nagy hatással van a hangterjedés tartományára. Minél heterogénebb a közeg, annál jobban elhajlik a hangsugár, és ennek megfelelően annál rövidebb a hangterjedési távolság.

Hangtulajdonságok és jellemzők

A hang fő fizikai jellemzői a rezgések frekvenciája és intenzitása. Befolyásolják az emberek hallási észlelését is.

Az oszcilláció periódusa az az idő, amely alatt egy teljes rezgés következik be. Példa erre a lengő inga, amikor a bal szélső helyzetből a jobb szélsőbe mozog, és visszatér eredeti helyzetébe.

Az oszcillációs frekvencia a teljes rezgések (periódusok) száma egy másodpercben. Ezt az egységet hertznek (Hz) hívják. Minél magasabb az oszcillációs frekvencia, annál magasabb hangot hallunk, vagyis a hangnak magasabb a hangja. Az elfogadott nemzetközi mértékegységrendszer szerint az 1000 Hz-et kilohertznek (kHz), az 1 000 000-et megahertznek (MHz) nevezik.

Frekvenciaeloszlás: hallható hangok - 15Hz-20kHz-en belül, infrahangok - 15Hz alatt; ultrahang - 1,5 (104 - 109 Hz; hiperhang - 109 - 1013 Hz-en belül).

Az emberi fül a legérzékenyebb a 2000-5000 kHz frekvenciájú hangokra. A legnagyobb hallásélesség 15-20 éves korban figyelhető meg. A hallás romlik az életkorral.

A hullámhossz fogalma az oszcilláció periódusához és frekvenciájához kapcsolódik. A hanghullám hossza a közeg két egymást követő koncentrációja vagy ritkulása közötti távolság. A víz felszínén terjedő hullámok példáját használva ez a távolság két csúcs között.

A hangok hangszínben is különböznek. A hang fő hangját másodlagos hangok kísérik, amelyek mindig magasabb frekvenciájúak (felhangok). A hangszín a hang minőségi jellemzője. Minél több felhang kerül rá a főhangra, annál "lédúsabb" a hangzás zeneileg.

A második fő jellemző az oszcillációk amplitúdója. Ez a legnagyobb eltérés a harmonikus rezgések egyensúlyi helyzetétől. Az inga példáján - maximális eltérése a bal szélső helyzetbe vagy a jobb szélső helyzetbe. A rezgések amplitúdója határozza meg a hang intenzitását (erősségét).

A hang erősségét vagy intenzitását az egy négyzetcentiméteres területen egy másodperc alatt átáramló akusztikus energia mennyisége határozza meg. Következésképpen az akusztikus hullámok intenzitása függ a forrás által a közegben keltett akusztikus nyomás nagyságától.

A hangosság viszont összefügg a hang intenzitásával. Minél nagyobb a hang intenzitása, annál hangosabb. Ezek a fogalmak azonban nem egyenértékűek. A hangosság a hang által keltett hallásérzés erősségének mértéke. Az azonos intenzitású hang különböző hallási érzékelést kelthet a különböző emberekben. Minden embernek megvan a saját hallásküszöbe.

Egy személy nem hallja a nagyon nagy intenzitású hangokat, és nyomás, sőt fájdalom érzéseként érzékeli őket. Ezt a hangerőt fájdalomküszöbnek nevezik.

A hang hatása az emberi fülre

Az emberi hallószervek képesek érzékelni a 15-20 hertz és 16-20 ezer hertz közötti frekvenciájú rezgéseket. A jelzett frekvenciájú mechanikai rezgéseket hangnak vagy akusztikusnak nevezik (akusztika - a hang tanulmányozása).Az emberi fül a legérzékenyebb az 1000-3000 Hz frekvenciájú hangokra. A legnagyobb hallásélesség 15-20 éves korban figyelhető meg. A hallás romlik az életkorral. Egy 40 év alatti személynél a legnagyobb érzékenység 3000 Hz, 40 és 60 éves kor között - 2000 Hz, 60 év felett - 1000 Hz. Az 500 Hz-ig terjedő tartományban már 1 Hz-en is meg tudjuk különböztetni a frekvencia csökkenését vagy növekedését. Magasabb frekvenciákon hallókészülékünk kevésbé fogékony erre az enyhe frekvenciaváltozásra. Tehát 2000 Hz után csak akkor tudjuk megkülönböztetni egyik hangot a másiktól, ha a frekvenciakülönbség legalább 5 Hz. Kisebb eltéréssel a hangok ugyanolyannak tűnnek számunkra. Kivétel nélkül azonban szinte nincs szabály. Vannak emberek, akiknek szokatlanul jó a hallása. Egy tehetséges zenész a rezgések töredékével érzékeli a hangváltozást.

A külső fül a fülkagylóból és a hallójáratból áll, amelyek összekötik a dobhártyával. A külső fül fő funkciója a hangforrás irányának meghatározása. A hallójárat, amely egy két centiméter hosszú, befelé keskenyedő cső, védi a fül belső részeit és rezonátorként működik. A hallójárat a dobhártyánál végződik, egy membrán, amely a hanghullámok hatására rezeg. Itt, a középfül külső határán történik az objektív hang átalakulása szubjektívvé. A dobhártya mögött három kis, egymással összefüggő csont található: a kalapács, az üllő és a kengyel, amelyeken keresztül a rezgések a belső fülbe jutnak.

Ott, a hallóidegben elektromos jelekké alakulnak át. A kis üreg, ahol a kalapács, az üllő és a kengyel található, levegővel van megtöltve, és az Eustachianus csővel kapcsolódik a szájüreghez. Ez utóbbinak köszönhetően a dobhártyán belül és kívül ugyanaz a nyomás marad fenn. Általában az Eustach-cső zárva van, és csak hirtelen nyomásváltozással nyílik ki (ásításkor, nyeléskor), hogy kiegyenlítse azt. Ha például megfázás miatt az ember Eustachian-csöve zárva van, akkor a nyomás nem kiegyenlítődik, és az ember fájdalmat érez a fülében. Továbbá a rezgések a dobhártyától az ovális ablakhoz jutnak, amely a belső fül kezdete. A dobhártyára ható erő egyenlő a nyomás és a dobhártya területének szorzatával. De a hallás igazi titkai az ovális ablaknál kezdődnek. A hanghullámok a fülkagylót kitöltő folyadékban (perilimfában) terjednek. A belső fülnek ez a csiga alakú szerve három centiméter hosszú, és teljes hosszában két részre van osztva egy válaszfallal. A hanghullámok elérik a partíciót, megkerülik azt, majd majdnem ugyanoda terjednek, ahol először érintették a partíciót, de a másik oldalról. A cochlea septum egy alaphártyából áll, amely nagyon vastag és feszes. A hangrezgések hullámos hullámokat hoznak létre a felületén, míg a különböző frekvenciájú bordák a membrán teljesen meghatározott szakaszaiban helyezkednek el. A mechanikai rezgések elektromos rezgéssé alakulnak át egy speciális szervben (Corti-szerv), amely a fő membrán felső része felett helyezkedik el. A tektoriális membrán Corti szerve felett helyezkedik el. Mindkét szerv egy folyadékba – az endolimfába – merül, és a Reissner membrán választja el őket a csiga többi részétől. A Corti orgonából kinőtt szőrszálak szinte áthatolnak a tektoriális membránon, és amikor hang keletkezik, összeérnek - a hang átalakul, most elektromos jelek formájában kódolódik. Hangfelfogó képességünk erősítésében jelentős szerepe van a koponya bőrének és csontjainak, jó vezetőképességük miatt. Például, ha a fülét a sínhez illeszti, akkor a közeledő vonat mozgását már jóval a megjelenése előtt észlelni lehet.

A hang hatása az emberi szervezetre

Az elmúlt évtizedekben rohamosan megnövekedett a különféle autók és egyéb zajforrások száma, elterjedtek a gyakran nagy hangerővel bekapcsolt hordozható rádiók és magnók, valamint a hangos populáris zene iránti szenvedély. Megjegyzendő, hogy a városokban 5-10 évente a zajszint 5 dB-lel (decibellel) növekszik. Nem szabad megfeledkezni arról, hogy az ember távoli ősei számára a zaj riasztó jelzés volt, jelezve a veszély lehetőségét. Ugyanakkor gyorsan megváltozott a szimpatikus-mellékvese és a szív- és érrendszer, a gázcsere és más típusú anyagcsere (emelkedett a vér cukor- és koleszterinszintje), felkészítve a szervezetet a harcra vagy menekülésre. Bár a modern emberben a hallásnak ez a funkciója elvesztette gyakorlati jelentőségét, a „létért folytatott küzdelem vegetatív reakciói” megmaradtak. Tehát még egy rövid távú, 60-90 dB-es zaj is növeli az agyalapi mirigy hormonok szekrécióját, amelyek számos más hormon, különösen a katekolaminok (adrenalin és noradrenalin) termelését serkentik, fokozódik a szív, az erek munkája. szűk, a vérnyomás (BP) emelkedik. Ugyanakkor megjegyezték, hogy a vérnyomás legkifejezettebb emelkedése a magas vérnyomásban szenvedő betegeknél és az arra örökletes hajlamú személyeknél figyelhető meg. A zaj hatására az agyi tevékenység megszakad: megváltozik az elektroencefalogram jellege, csökken az érzékelés élessége és a mentális teljesítmény. Az emésztés romlása következett be. Ismeretes, hogy a zajos környezetnek való hosszan tartó expozíció halláskárosodáshoz vezet. Az emberek egyéni érzékenységüktől függően eltérően értékelik a zajt kellemetlennek és zavarónak. Ugyanakkor a hallgatót érdeklő zene és beszéd még 40-80 dB-en is viszonylag könnyen átvihető. Általában a hallás érzékeli a 16-20000 Hz-es ingadozásokat (másodpercenkénti oszcilláció). Fontos hangsúlyozni, hogy kellemetlen következményeket nemcsak a hallható rezgéstartományban fellépő túlzott zaj okoz: az emberi hallással nem érzékelhető tartományban (20 ezer Hz felett és 16 Hz alatti) az ultra- és infrahang is idegi túlfeszültséget, rossz közérzetet okoz. , szédülés, a belső szervek tevékenységének megváltozása, különös tekintettel az ideg- és a szív- és érrendszerre. Megállapítást nyert, hogy a nagy nemzetközi repülőterek közelében található területek lakosainál egyértelműen magasabb a magas vérnyomás előfordulása, mint ugyanazon város csendesebb részén. A túlzott zaj (80 dB felett) nemcsak a hallószervekre, hanem más szervekre és rendszerekre is (keringési, emésztőrendszeri, idegrendszeri stb.) van hatással. az életfolyamatok felborulnak, az energia-anyagcsere kezd érvényesülni a műanyaggal szemben, ami a szervezet idő előtti öregedéséhez vezet.

Ezekkel a megfigyelésekkel-felfedezésekkel kezdtek megjelenni az emberre gyakorolt ​​célirányos befolyásolás módszerei. Különféle módon befolyásolhatja az ember elméjét és viselkedését, amelyek közül az egyik speciális felszerelést igényel (technotronikai technikák, zombizás.).

Hangszigetelés

Az épületek zajvédelmének mértékét elsősorban az ilyen rendeltetésű helyiségekre vonatkozó megengedett zajnormák határozzák meg. Az állandó zaj normalizált paraméterei a számított pontokon az L, dB hangnyomásszintek, oktáv frekvenciasávokban 63, 125, 250, 500, 1000, 2000, 4000, 8000 Hz geometriai középfrekvenciákkal. Hozzávetőleges számításokhoz LA, dBA hangszintek használata megengedett. Az időszakos zaj normalizált paraméterei a tervezési pontokon az ekvivalens hangszintek LA eq, dBA és a maximális zajszintek LA max, dBA.

A megengedett hangnyomásszinteket (egyenértékű hangnyomásszinteket) az SNiP II-12-77 "Zajvédelem" szabvány szabványosítja.

Nem szabad megfeledkezni arról, hogy a helyiségekben a külső forrásokból származó zaj megengedett szintjét a helyiségek normatív szellőztetésének biztosításával határozzák meg (lakóhelyiségek, kórtermek, osztályok esetében - nyitott ablakokkal, keresztekkel, keskeny ablakszárnyakkal).

A levegőben terjedő zajtól való izolálás a hangenergia csillapítása, amikor az áthalad a kerítésen.

A lakó- és középületek, valamint az ipari vállalkozások melléképületeinek és helyiségeinek zárószerkezeteinek hangszigetelésének szabványos paraméterei a védőszerkezet léghangszigetelési mutatója Rw, dB és a mennyezet alatti csökkentett ütközési zajszint indexe.

Zaj. Zene. Beszéd.

A hangok hallószervek általi észlelése szempontjából alapvetően három kategóriába sorolhatók: zaj, zene és beszéd. Ezek a hangjelenségek különböző területei, amelyek egy személyre jellemző információval rendelkeznek.

A zaj nagyszámú hang szisztematikus kombinációja, vagyis ezeknek a hangoknak egy diszkordáns hanggá egyesítése. Úgy gondolják, hogy a zaj a hangok olyan kategóriája, amely zavarja az embert vagy bosszantja.

Az ember csak bizonyos mennyiségű zajt képes kezelni. De ha eltelik egy óra - egy másik, és a zaj nem szűnik meg, akkor feszültség, idegesség és még fájdalom is jelentkezik.

A hang megölhet egy embert. A középkorban még volt ilyen kivégzés, amikor az embert harang alá helyezték, és verni kezdték. A harangozás fokozatosan megölt egy embert. De ez a középkorban volt. Korunkban megjelentek a szuperszonikus repülőgépek. Ha egy ilyen repülőgép 1000-1500 méteres magasságban repül a város felett, akkor a házak ablakai kirepednek.

A zene különleges jelenség a hangok világában, de a beszéddel ellentétben nem közvetít pontos szemantikai vagy nyelvi jelentéseket. Az érzelmi telítettség és a kellemes zenei asszociációk kisgyermekkorban kezdődnek, amikor a gyermek még verbálisan kommunikál. Ritmusok és énekek kötik össze édesanyjával, az éneklés és a tánc pedig a kommunikáció egyik eleme a játékokban. A zene szerepe az emberi életben olyan nagy, hogy az utóbbi években az orvostudomány gyógyító tulajdonságokat tulajdonított neki. A zene segítségével normalizálhatja a bioritmusokat, biztosíthatja a szív- és érrendszer optimális aktivitását. De csak emlékezni kell arra, hogyan mennek harcba a katonák. A dal ősidők óta nélkülözhetetlen tulajdonsága a katonamenetnek.

Infrahang és ultrahang

Lehet-e hangnak nevezni azt, amit egyáltalán nem hallunk? Szóval mi van, ha nem halljuk? Ezek a hangok már senki és semmi számára nem elérhetők?

Például a 16 hertz alatti frekvenciájú hangokat infrahangnak nevezzük.

Infrahang - rugalmas rezgések és hullámok, amelyek frekvenciája az ember számára hallható frekvenciatartomány alatt van. Általában a 15-4 Hz-et veszik az infrahang tartomány felső határának; egy ilyen meghatározás feltételes, hiszen kellő intenzitással néhány Hz-es frekvencián hallásérzékelés is fellép, bár ebben az esetben az érzet tónusos jellege megszűnik, és csak az egyes rezgésciklusok válnak megkülönböztethetővé. Az infrahang alsó frekvenciahatára bizonytalan. Jelenleg a vizsgálati területe körülbelül 0,001 Hz-re terjed ki. Így az infrahang-frekvenciák tartománya körülbelül 15 oktávot fed le.

Az infrahanghullámok a levegőben és a vízi környezetben, valamint a földkéregben terjednek. Az infrahangok közé tartoznak a nagy építmények, különösen a járművek, épületek alacsony frekvenciájú rezgései is.

És bár a fülünk nem "fogja" az ilyen rezgéseket, de az ember valahogy mégis érzékeli őket. Ilyenkor kellemetlen, olykor zavaró érzéseket tapasztalunk.

Régóta megfigyelték, hogy egyes állatok sokkal korábban tapasztalják a veszélyérzetet, mint az emberek. Előre reagálnak egy távoli hurrikánra vagy egy közelgő földrengésre. Másrészt a tudósok azt találták, hogy a természetben bekövetkező katasztrofális események során infrahangok lépnek fel - alacsony frekvenciájú rezgések a levegőben. Ez olyan hipotéziseket szült, hogy az állatok éles érzékszerveiknek köszönhetően korábban észlelik az ilyen jeleket, mint az emberek.

Sajnos az infrahangot számos gép és ipari létesítmény állítja elő. Ha mondjuk autóban vagy repülőben történik, akkor egy idő után a pilóták vagy a sofőrök szoronganak, gyorsabban elfáradnak, és ez balesetet okozhat.

Az infrahangos gépekben zajt adnak, és akkor nehezebb rajtuk dolgozni. És körülötted mindenkinek nehéz dolga lesz. Nem jobb, ha infrahangos szellőztetéssel „búg” egy lakóépületben. Úgy tűnik, hogy nem hallható, de az emberek bosszankodnak, és akár meg is betegedhetnek. Az infraszonikus nehézségektől való megszabadulás lehetővé teszi egy speciális "tesztet", amelyet minden eszköznek át kell mennie. Ha az infrahangzónában „fonizál”, akkor nem kap bérletet az emberekhez.

Mit nevezünk nagyon magas hangmagasságnak? Ilyen nyikorgás, ami a fülünk számára elérhetetlen? Ez az ultrahang. Ultrahang – körülbelül (1,5–2) (104 Hz (15–20 kHz) és 109 Hz (1 GHz) közötti frekvenciájú rugalmas hullámok; a 109–1012–1013 Hz frekvenciahullámok tartományát általában hiperhangnak nevezik. Az ultrahang kényelmesen három tartományra osztható: alacsony frekvenciájú ultrahang (1,5 (104 - 105 Hz), közepes frekvenciájú ultrahang (105 - 107 Hz), nagyfrekvenciás ultrahang (107 - 109 Hz). Mindegyik tartomány saját specifikus generálás, vétel, terjesztés és alkalmazás jellemzői .

Az ultrahang fizikai természeténél fogva rugalmas hullám, és ebben nem különbözik a hangtól, ezért a hang és az ultrahang hullámok közötti frekvenciahatár feltételes. A magasabb frekvenciák és ebből adódóan a rövid hullámhosszok miatt azonban az ultrahang terjedésének számos sajátossága van.

Az ultrahang rövid hullámhossza miatt természetét elsősorban a közeg molekulaszerkezete határozza meg. Az ultrahang gázban és különösen levegőben nagy csillapítással terjed. A folyadékok és szilárd anyagok általában jó ultrahangvezetők - a csillapítás bennük sokkal kisebb.

Az emberi fül nem képes érzékelni az ultrahanghullámokat. Sok állat azonban szabadon érzékeli. Többek között ezek azok a kutyák, amelyeket olyan jól ismerünk. De a kutyák sajnos nem tudnak „ugatni” ultrahanggal. De a denevérek és delfinek elképesztő képességgel rendelkeznek az ultrahang kibocsátására és fogadására.

A hiperhang rugalmas hullámok 109-1012-1013 Hz frekvenciájú. Fizikai természeténél fogva a hiperhang nem különbözik a hangtól és az ultrahanghullámoktól. Az ultrahangnál magasabb frekvenciák és ebből következően rövidebb hullámhosszok miatt a hiperhang kölcsönhatása a közegben lévő kvázirészecskékkel sokkal jelentősebbé válik - vezetési elektronokkal, termikus fononokkal stb. A hiperhangot gyakran kvázirészecskék áramlásaként is ábrázolják. - fononok.

A hiperhang frekvenciatartomány a deciméter, centiméter és milliméter tartomány elektromágneses rezgésének frekvenciáinak felel meg (az úgynevezett ultramagas frekvenciák). A 109 Hz-es frekvencia levegőben normál légköri nyomáson és szobahőmérsékleten azonos nagyságrendű legyen, mint a molekulák átlagos szabad útja a levegőben azonos körülmények között. A rugalmas hullámok azonban csak akkor terjedhetnek el egy közegben, ha hullámhosszuk észrevehetően nagyobb, mint a részecskék szabad útja gázokban, vagy nagyobb, mint az atomok közötti távolság folyadékokban és szilárd anyagokban. Ezért a hiperszonikus hullámok nem terjedhetnek gázokban (különösen a levegőben) normál légköri nyomáson. Folyadékokban a hiperhang csillapítása nagyon nagy, a terjedési tartomány pedig rövid. A hiperhang viszonylag jól terjed szilárd anyagokban - egykristályokban, különösen alacsony hőmérsékleten. De még ilyen körülmények között is csak 1, maximum 15 centiméteres távolságot képes lefedni a hiperhang.

A hang rugalmas közegben - gázokban, folyadékokban és szilárd anyagokban - terjedő mechanikai rezgések, amelyeket a hallószervek érzékelnek.

Speciális műszerek segítségével láthatja a hanghullámok terjedését.

A hanghullámok károsíthatják az emberi egészséget és fordítva, segíthetnek a betegségek gyógyításában, ez a hang típusától függ.

Kiderült, hogy vannak olyan hangok, amelyeket az emberi fül nem érzékel.

Bibliográfia

Peryskin A. V., Gutnik E. M. Fizika 9. osztály

Kaszjanov V. A. fizika 10. évfolyam

Leonov A. A "Ismerem a világot" Det. enciklopédia. Fizika

2. fejezet Az akusztikus zaj és hatása az emberre

Cél: Az akusztikus zaj emberi testre gyakorolt ​​hatásának vizsgálata.

Bevezetés

A minket körülvevő világ a hangok gyönyörű világa. Körülöttünk emberek és állatok hangja, zene és a szél hangja, a madarak éneke. Az emberek beszéd útján továbbítják az információt, és a hallás segítségével érzékelik azt. Az állatok számára a hang nem kevésbé fontos, és bizonyos szempontból fontosabb is, mert a hallásuk fejlettebb.

A fizika szempontjából a hang olyan mechanikai rezgések, amelyek rugalmas közegben terjednek: vízben, levegőben, szilárd testben stb. Az ember azon képessége, hogy érzékeli a hangrezgéseket, meghallgatja azokat, tükröződik a hangrezgésekben. hangtan - akusztika (a görög akusztikos szóból - hallható, hallható). A hallószerveinkben a hangérzet a légnyomás időszakos változásával jelentkezik. A nagy hangnyomás-változás amplitúdójú hanghullámokat az emberi fül hangos hangként, kis hangnyomásváltozás amplitúdójú hangként érzékeli - csendes hangként. A hang hangereje a rezgések amplitúdójától függ. A hang hangereje az időtartamától és a hallgató egyéni jellemzőitől is függ.

A magas frekvenciájú hangrezgéseket magas hangoknak, az alacsony frekvenciájú hangrezgéseket alacsony hangoknak nevezzük.

Az emberi hallószervek körülbelül 20 Hz és 20 000 Hz közötti frekvenciájú hangok érzékelésére képesek. A 20 Hz-nél kisebb nyomásváltozási frekvenciájú közegben a longitudinális hullámokat infrahangnak, a 20 000 Hz-nél nagyobb frekvenciájú ultrahangnak nevezzük. Az emberi fül nem érzékeli az infrahangot és az ultrahangot, azaz nem hall. Meg kell jegyezni, hogy a hangtartomány jelzett határai önkényesek, mivel az emberek életkorától és hangberendezésük egyedi jellemzőitől függenek. Általában az életkor előrehaladtával az észlelt hangok felső frekvenciahatára jelentősen csökken - egyes idősek olyan hangokat hallanak, amelyek frekvenciája nem haladja meg a 6000 Hz-et. A gyerekek éppen ellenkezőleg, olyan hangokat érzékelnek, amelyek frekvenciája valamivel nagyobb, mint 20 000 Hz.

A 20 000 Hz-nél nagyobb vagy 20 Hz-nél kisebb frekvenciájú rezgéseket egyes állatok hallják.

A fiziológiai akusztika vizsgálatának tárgya maga a hallás szerve, annak szerkezete és működése. Az építészeti akusztika a hang terjedését vizsgálja a helyiségekben, a méretek és formák hangra gyakorolt ​​hatását, a falakat és mennyezeteket borító anyagok tulajdonságait. Ez a hang hallási észlelésére utal.

Van még zenei akusztika, amely a hangszereket és azok legjobb hangzásának feltételeit vizsgálja. A fizikai akusztika magának a hangrezgésnek a tanulmányozásával foglalkozik, és a közelmúltban olyan rezgéseket is felkarolt, amelyek túlmutatnak a hallhatóság határain (ultraakusztika). Széles körben alkalmaz különféle módszereket a mechanikai rezgések elektromos rezgéssé alakítására és fordítva (elektroakusztika).

Történelmi hivatkozás

A hangokat az ókorban kezdték tanulmányozni, mivel az embert minden új iránti érdeklődés jellemzi. Az első akusztikai megfigyeléseket a Kr.e. 6. században végezték. Pythagoras kapcsolatot teremtett a hangmagasság és a hangot kiadó hosszú húr vagy trombita között.

Az ie 4. században Arisztotelész volt az első, aki megértette, hogyan terjed a hang a levegőben. Elmondta, hogy a hangzó test a levegő összenyomódását és megritkulását okozza, a visszhangot az akadályokról visszaverődő hang magyarázza.

A 15. században Leonardo da Vinci megfogalmazta a hanghullámok különböző forrásoktól való függetlenségének elvét.

1660-ban Robert Boyle kísérletei során bebizonyosodott, hogy a levegő hangvezető (a hang nem terjed vákuumban).

1700-1707-ben. Joseph Saveur akusztikáról szóló emlékiratait a Párizsi Tudományos Akadémia adta ki. Saver ezekben a visszaemlékezésekben egy olyan jelenséget tárgyal, amelyet az orgonatervezők jól ismernek: ha két orgonasíp egyszerre két hangot ad ki, csak kissé eltérő hangmagasságban, akkor a dobpergéshez hasonló periodikus hangerősítések hallhatók. Saver ezt a jelenséget a két hang rezgésének periodikus egybeesésével magyarázta. Ha például a két hang közül az egyik másodpercenként 32, a másik 40 rezgésnek felel meg, akkor az első hang negyedik rezgésének vége egybeesik a második hang ötödik rezgésének végével, és így a hang felerősödik. Saver az orgonasípoktól áttért a húrrezgések kísérleti vizsgálatára, a rezgések csomópontjainak és antinódusainak megfigyelésére (ezeket a tudományban még létező elnevezéseket ő vezette be), és azt is észrevette, hogy amikor a húrt gerjesztik, a fő hang, a többi hang hangja, amelynek hullámhossza ½, 1/3, ¼,. főtől. Ezeket a hangokat a legmagasabb harmonikus hangoknak nevezte, és ez a név a tudományban is megmaradt. Végül Saver volt az első, aki megpróbálta meghatározni a rezgések hangként való érzékelésének határát: az alacsony hangoknál másodpercenként 25, a magasaknál pedig 12 800 rezgés határt jelölt meg. Ezt követően Newton ezekre a kísérletekre alapozva. Saver munkáiban megadta a hang hullámhosszának első számítását, és arra a következtetésre jutott, amely ma már jól ismert a fizikában, hogy bármely nyitott cső esetében a kibocsátott hang hullámhossza megegyezik a cső hosszának kétszeresével.

Hangforrások és természetük

Minden hangban közös, hogy az azokat létrehozó testek, vagyis a hangforrások oszcillálnak. Mindenki ismeri azokat a hangokat, amelyek a dob fölé feszített bőr megmozdulásakor adódnak, a tenger hullámai, a széltől ringó ágak. Mindegyik különbözik egymástól. Az egyes hangok "színe" szigorúan attól függ, hogy milyen mozgás miatt keletkezik. Tehát ha az oszcilláló mozgás rendkívül gyors, a hang magas frekvenciájú rezgéseket tartalmaz. A lassabb oszcilláló mozgás alacsonyabb frekvenciájú hangot hoz létre. Különféle kísérletek azt mutatják, hogy minden hangforrás szükségszerűen oszcillál (bár ezek a rezgések leggyakrabban nem észrevehetők a szem számára). Például az emberek és sok állat hangja hangszálaik rezgése, fúvós hangszerek hangja, sziréna hangja, szél fütyülése és mennydörgés következtében keletkezik. a légtömegek ingadozása miatt.

De nem minden rezgő test hangforrás. Például egy menetre vagy rugóra felfüggesztett vibráló súly nem ad ki hangot.

Az oszcillációk ismétlődésének frekvenciáját hertzben (vagy másodpercenkénti ciklusban) mérik; 1 Hz az ilyen periodikus rezgés frekvenciája, a periódus 1 s. Vegye figyelembe, hogy a frekvencia az a tulajdonság, amely lehetővé teszi számunkra, hogy megkülönböztessük az egyik hangot a másiktól.

Tanulmányok kimutatták, hogy az emberi fül képes hangként érzékelni a testek mechanikai rezgéseit, amelyek 20 Hz és 20 000 Hz közötti frekvencián jelentkeznek. Nagyon gyors, 20 000 Hz-nél nagyobb vagy nagyon lassú, 20 Hz-nél kisebb hangrezgések esetén nem halljuk. Ezért van szükség speciális eszközökre az emberi fül által érzékelt frekvenciahatáron kívül eső hangok regisztrálására.

Ha az oszcilláló mozgás sebessége határozza meg a hang frekvenciáját, akkor annak nagysága (a helyiség mérete) a hangerő. Ha egy ilyen kereket nagy sebességgel forgatunk, akkor magas frekvenciájú hang hallható, a lassabb forgás alacsonyabb frekvenciájú hangot generál. Sőt, minél kisebbek a kerék fogai (a szaggatott vonal mutatja), annál gyengébb a hang, és minél nagyobbak a fogak, vagyis minél jobban eltérnek a lemeztől, annál erősebb a hang. Így még egy hangjellemzőt figyelhetünk meg: a hangosságát (intenzitását).

Lehetetlen megemlíteni a hang olyan tulajdonságát, mint a minőség. A minőség szorosan összefügg a szerkezettel, amely a túl bonyolulttól a rendkívül egyszerűig terjedhet. A rezonátor által támogatott hangvilla hangja nagyon egyszerű felépítésű, hiszen csak egy frekvenciát tartalmaz, melynek értéke kizárólag a hangvilla kialakításától függ. Ebben az esetben a hangvilla hangja lehet erős és gyenge is.

Összetett hangokat hozhat létre, így például sok frekvencia tartalmaz egy orgona akkord hangját. Még egy mandolin húr hangja is meglehetősen összetett. Ez annak köszönhető, hogy a kifeszített húr nem csak a fővel rezeg (mint egy hangvilla), hanem más frekvenciákkal is. További hangokat (harmonikusokat) hoznak létre, amelyek frekvenciája egész számúszor nagyobb, mint az alaphang frekvenciája.

A frekvencia fogalmát tilos a zajra alkalmazni, bár beszélhetünk frekvenciájának egyes területeiről, hiszen ezek különböztetik meg az egyik zajt a másiktól. A zajspektrum már nem ábrázolható egy vagy több vonallal, mint egy monokromatikus jel vagy egy sok harmonikust tartalmazó periodikus hullám esetében. Egy egész sorként van ábrázolva

Egyes hangok, különösen a zenei hangok frekvenciastruktúrája olyan, hogy minden felhang harmonikus az alaphanghoz képest; ilyenkor a hangoknak hangmagasságuk van (a hangmagasság frekvenciája határozza meg). A hangok többsége nem annyira dallamos, nincs bennük a zenei hangokra jellemző frekvenciák közötti integrált arány. Ezek a hangok szerkezetükben hasonlóak a zajhoz. Ezért az elmondottakat összefoglalva elmondhatjuk, hogy a hangra a hangosság, a minőség és a magasság jellemző.

Mi történik a hanggal a létrehozása után? Hogyan jut el például a fülünkhöz? Hogyan terjed?

A hangot a fülünkkel érzékeljük. A hangzó test (hangforrás) és a fül (hangvevő) között van egy anyag, amely a hangrezgéseket továbbítja a hangforrásból a vevőbe. Leggyakrabban ez az anyag levegő. A hang nem terjedhet levegőtlen térben. Ahogy a hullámok nem létezhetnek víz nélkül. A kísérletek alátámasztják ezt a következtetést. Tekintsünk egyet közülük. Helyezzen egy csengőt a légszivattyú harangja alá, és kapcsolja be. Ezután szivattyúval kezdik kiszivattyúzni a levegőt. Ahogy a levegő ritkul, a hang egyre gyengébb lesz, és végül szinte teljesen eltűnik. Amikor ismét elkezdek levegőt engedni a csengő alatt, a csengő hangja ismét hallhatóvá válik.

Természetesen a hang nemcsak a levegőben terjed, hanem más testekben is. Ez kísérletileg is tesztelhető. Még az olyan halk hang is, mint az asztal egyik végén heverő zsebóra ketyegése, jól hallható, ha a fülét az asztal másik végéhez illeszti.

Köztudott, hogy a hang nagy távolságokra terjed a földön, és különösen a vasúti síneken. Ha a fülét a sínhez vagy a földhöz illeszti, meghallja egy messzire menő vonat hangját vagy egy vágtató ló csavargóját.

Ha a víz alatt kővel kőhöz ütünk, tisztán halljuk a becsapódás hangját. Ezért a hang a vízben is terjed. A halak lépteket és emberek hangját hallják a parton, ezt jól tudják a horgászok.

A kísérletek azt mutatják, hogy a különböző szilárd testek eltérően vezetik a hangot. A rugalmas testek jó hangvezetők. A legtöbb fém, fa, gáz és folyadék rugalmas test, ezért jól vezeti a hangot.

A puha és porózus testek rossz hangvezetők. Amikor például egy óra zsebben van, puha ruhával veszi körül, és nem halljuk a ketyegését.

Az egyébként, hogy a kupak alá helyezett haranggal végzett kísérlet sokáig nem tűnt túl meggyőzőnek, a hang szilárd testekben való terjedésével függ össze. A helyzet az, hogy a kísérletezők nem szigetelték el elég jól a harangot, és a hang akkor is hallatszott, amikor a kupak alatt nem volt levegő, mivel a rezgések a telepítés különböző csatlakozásain keresztül továbbadtak.

1650-ben Athanasius Kirch'er és Otto Gücke egy harangkísérlet alapján arra a következtetésre jutott, hogy a hang terjedéséhez nincs szükség levegőre. És csak tíz évvel később Robert Boyle meggyőzően bebizonyította az ellenkezőjét. A levegőben lévő hangot például hosszanti hullámok közvetítik, azaz a hangforrásból érkező levegő váltakozó kondenzációja és ritkasága. De mivel a minket körülvevő tér, a víz kétdimenziós felszínétől eltérően, háromdimenziós, a hanghullámok nem két, hanem három irányban terjednek - divergens gömbök formájában.

A hanghullámok, mint minden más mechanikai hullám, nem azonnal terjednek a térben, hanem egy bizonyos sebességgel. Ennek igazolását a legegyszerűbb megfigyelések teszik lehetővé. Például zivatar idején először villámlást látunk, és csak egy idő után hallunk mennydörgést, bár a levegő általunk hangként érzékelt rezgései a villámcsapással egyidejűleg jelentkeznek. A tény az, hogy a fény sebessége nagyon nagy (300 000 km / s), ezért feltételezhetjük, hogy egy villanást látunk annak előfordulásakor. A villámlással egyidejűleg keletkezett mennydörgés hangja pedig egészen kézzelfogható időbe telik, hogy megtegyük a távolságot a keletkezés helyétől a földön álló szemlélőig. Például, ha mennydörgést hallunk több mint 5 másodperccel a villámlás után, akkor arra következtethetünk, hogy a zivatar legalább 1,5 km-re van tőlünk. A hangsebesség a közeg tulajdonságaitól függ, amelyben a hang terjed. A tudósok különféle módszereket fejlesztettek ki a hangsebesség meghatározására bármilyen környezetben.

A hang sebessége és frekvenciája határozza meg a hullámhosszt. Ha egy tóban figyeljük a hullámokat, észrevesszük, hogy a széttartó körök hol kisebbek, hol nagyobbak, vagyis a hullámhegyek vagy hullámvölgyek közötti távolság eltérő lehet attól függően, hogy mekkora objektum miatt keletkeztek. Ha kellően alacsonyan tartjuk a kezünket a víz felszíne felett, érezni fogunk minden elhaladó csobbanást. Minél nagyobb a távolság az egymást követő hullámok között, annál ritkábban érnek hozzájuk az ujjaink. Egy ilyen egyszerű kísérlet arra enged következtetni, hogy egy adott hullámterjedési sebesség mellett a víz felszínén fellépő hullámok esetén a magasabb frekvencia kisebb hullámhegyek közötti távolságnak, azaz rövidebb hullámoknak felel meg, és fordítva: alacsonyabb frekvencia, hosszabb hullámok.

Ugyanez igaz a hanghullámokra is. Az a tény, hogy egy hanghullám áthalad a tér egy bizonyos pontján, egy adott pont nyomásváltozásából ítélhető meg. Ez a változás teljesen megismétli a hangforrás membránjának rezgését. Az ember azért hall hangot, mert a hanghullám változó nyomást gyakorol a füle dobhártyájára. Amint egy hanghullám csúcsa (vagy nagynyomású terület) eléri a fülünket. nyomást érzünk. Ha a hanghullám fokozott nyomású területei elég gyorsan követik egymást, akkor fülünk dobhártyája gyorsan rezeg. Ha a hanghullám csúcsai messze vannak egymás mögött, akkor a dobhártya sokkal lassabban fog rezegni.

A hangsebesség a levegőben meglepően állandó. Azt már láttuk, hogy a hang frekvenciája közvetlenül összefügg a hanghullám csúcsai közötti távolsággal, vagyis van bizonyos kapcsolat a hangfrekvencia és a hullámhossz között. Ezt az összefüggést a következőképpen fejezhetjük ki: a hullámhossz egyenlő sebességgel osztva a frekvenciával. Másképpen is elmondható: a hullámhossz fordítottan arányos a frekvenciával a hangsebességgel egyenlő arányossági tényezővel.

Hogyan válik hallhatóvá a hang? Amikor a hanghullámok belépnek a hallójáratba, a dobhártya, a középső és a belső fül rezgését okozzák. A fülkagylót kitöltő folyadékba jutva a léghullámok a Corti-szervben lévő szőrsejtekre hatnak. A hallóideg továbbítja ezeket az impulzusokat az agyba, ahol hangokká alakulnak.

Zajmérés

A zaj kellemetlen vagy nemkívánatos hang, illetve olyan hangok összessége, amelyek zavarják a hasznos jelek észlelését, megtörik a csendet, károsak vagy irritáló hatással vannak az emberi szervezetre, csökkentik annak teljesítményét.

Zajos területeken sok embernél jelentkeznek a zajbetegség tünetei: fokozott idegi ingerlékenység, fáradtság, magas vérnyomás.

A zajszint mértékegységben történik,

A nyomási hangok mértékének kifejezése, - decibel. Ez a nyomás nem érzékelhető a végtelenségig. A 20-30 dB-es zajszint gyakorlatilag ártalmatlan az emberre – ez egy természetes zajháttér. Ami a hangos hangokat illeti, itt a megengedett határ körülbelül 80 dB. A 130 dB-es hang már fájdalmas érzést okoz az emberben, a 150 pedig elviselhetetlenné válik számára.

Az akusztikus zaj véletlenszerű, eltérő fizikai természetű hangrezgés, amelyet az amplitúdó, frekvencia véletlenszerű változása jellemez.

A levegő páralecsapódásaiból és ritkaságából álló hanghullám terjedésével a dobhártyára nehezedő nyomás megváltozik. A nyomás mértékegysége 1 N/m2, a hangteljesítmény mértékegysége pedig 1 W/m2.

A hallásküszöb az a minimális hangerő, amelyet egy személy észlel. Ez különböző embereknél eltérő, ezért hagyományosan 2x10 "5 N/m2 hangnyomásnak tekintik 1000 Hz-en, ami 10"12 W/m2 teljesítménynek felel meg a hallásküszöbön. Ezekkel a mennyiségekkel hasonlítják össze a mért hangot.

Például egy sugárhajtású repülőgép felszállása során a motorok hangereje 10 W/m2, azaz 1013-szor haladja meg a küszöböt. Kényelmetlen ilyen nagy számokkal dolgozni. A különböző hangerősségű hangokról azt mondják, hogy az egyik nem annyiszor, hanem annyi egységgel hangosabb a másiknál. A hangerőegység neve Bel - a telefon feltalálója, A. Bel (1847-1922) után. A hangerőt decibelben mérik: 1 dB = 0,1 B (Bel). A hang intenzitása, a hangnyomás és a hangerő szintje közötti kapcsolat vizuális megjelenítése.

A hang érzékelése nemcsak mennyiségi jellemzőitől (nyomás és teljesítmény), hanem minőségétől – frekvenciájától is – függ.

Ugyanaz a hang különböző frekvenciákon eltér a hangerőben.

Vannak, akik nem hallanak magas frekvenciájú hangokat. Tehát idősebb embereknél a hangérzékelés felső határa 6000 Hz-re esik. Nem hallják például a szúnyog csikorgását és a tücsök trilláját, amelyek körülbelül 20 000 Hz frekvenciájú hangokat adnak ki.

A híres angol fizikus, D. Tyndall így írja le egyik barátjával tett sétáját: „Az út mindkét oldalán a rétek hemzsegtek a rovaroktól, amelyek fülemig éles zümmögésükkel betöltötték a levegőt, de barátom nem hallotta. ebből bármi – a rovarok zenéje túlrepült a hallása határain” !

Zajszintek

A hangerőt - a hang energiaszintjét - decibelben mérik. A suttogás körülbelül 15 dB-nek felel meg, a hangok suhogása a hallgatói előadóteremben megközelítőleg eléri az 50 dB-t, az utcai zaj nagy forgalom esetén pedig körülbelül 90 dB-t. A 100 dB feletti zajok elviselhetetlenek lehetnek az emberi fül számára. A 140 dB-es nagyságrendű zajok (például egy sugárhajtású repülőgép felszállásának hangja) fájdalmasak lehetnek a fülben, és károsíthatják a dobhártyát.

A legtöbb ember számára a hallás eltompul az életkorral. Ennek oka az a tény, hogy a fülcsontok elvesztik eredeti mobilitásukat, ezért a rezgések nem jutnak át a belső fülbe. Ezenkívül a hallószervek fertőzései károsíthatják a dobhártyát, és negatívan befolyásolhatják a csontok működését. Ha bármilyen hallásproblémája van, azonnal forduljon orvoshoz. A süketség bizonyos típusait a belső fül vagy a hallóideg károsodása okozza. Halláskárosodást okozhat az állandó zajterhelés (például gyári padlón) vagy a hirtelen és nagyon hangos hangkitörések is. Nagyon óvatosnak kell lennie a személyes sztereó lejátszók használatakor, mivel a túlzott hangerő süketséghez is vezethet.

Megengedett beltéri zaj

A zajszinttel kapcsolatban meg kell jegyezni, hogy egy ilyen fogalom jogszabályi szempontból nem mulandó és rendezetlen. Tehát Ukrajnában a mai napig érvényben vannak a lakó- és középületek helyiségeiben, valamint a lakóépületek területén megengedett zajra vonatkozó egészségügyi normák, amelyeket a Szovjetunió idejében fogadtak el. E dokumentum szerint a lakóhelyiségekben biztosítani kell a zajszintet, amely nem haladhatja meg a 40 dB-t nappal és a 30 dB-t éjszaka (22:00 és 08:00 között).

A zaj gyakran fontos információkat hordoz. Egy autós vagy motoros versenyző figyelmesen figyeli a mozgó jármű motorja, alváza és egyéb alkatrészei által kiadott hangokat, mert minden idegen zaj egy baleset előjele lehet. A zaj jelentős szerepet játszik az akusztikában, az optikában, a számítástechnikában és az orvostudományban.

Mi a zaj? Különféle fizikai természetű, kaotikus komplex rezgésekként értjük.

A zajprobléma már nagyon régóta fennáll. Már az ókorban is sokakban kialvatlanságot okozott a macskaköves járdán a kerekek hangja.

Vagy talán már korábban is felmerült a probléma, amikor a barlangszomszédok veszekedni kezdtek, mert egyikük túl hangosan kopogott kőkés vagy -balta készítés közben?

A zajszennyezés folyamatosan növekszik. Ha 1948-ban a nagyvárosok lakosai körében végzett felmérés során a válaszadók 23%-a válaszolt igennel arra a kérdésre, hogy aggódik-e a zaj miatt a lakásban, akkor 1961-ben már 50%. Az elmúlt évtizedben a városok zajszintje 10-15-szörösére nőtt.

A zaj egyfajta hang, bár gyakran "nem kívánt hangnak" nevezik. Ugyanakkor a szakértők szerint a villamos zaját 85-88 dB, a trolibusz - 71 dB, a 220 LE-nél nagyobb motorteljesítményű buszok zaját becsülik. Val vel. - 92 dB, kevesebb, mint 220 LE Val vel. - 80-85 dB.

Az Ohio Állami Egyetem tudósai azt találták, hogy azoknál az embereknél, akik rendszeresen vannak hangos zajoknak kitéve, másfélszer nagyobb valószínűséggel alakulnak ki akusztikus neuromák, mint mások.

Az akusztikus neuroma egy jóindulatú daganat, amely halláskárosodást okoz. A tudósok 146 akusztikus neuromában szenvedő beteget és 564 egészséges embert vizsgáltak meg. Mindannyiuknak kérdéseket tettek fel arról, hogy milyen gyakran kell megküzdeniük a 80 decibelnél nem gyengébb hangos hangokkal (közlekedési zaj). A kérdőív figyelembe vette a hangszerek, motorok zaját, a zenét, a gyerekek sikolyait, a sportesemények, bárok és éttermek zaját. A vizsgálat résztvevőit arról is megkérdezték, hogy használnak-e hallásvédőt. Azoknál, akik rendszeresen hallgattak hangos zenét, 2,5-szeresére nőtt az akusztikus neuroma kockázata.

Azok számára, akik műszaki zajnak voltak kitéve - 1,8-szor. Azoknál az embereknél, akik rendszeresen hallgatják a gyereksírást, a stadionokban, éttermekben vagy bárokban a zaj 1,4-szerese. Hallásvédő használatakor az akusztikus neuroma kockázata nem nagyobb, mint azoknál az embereknél, akik egyáltalán nincsenek kitéve zajnak.

Az akusztikus zaj hatása az emberre

Az akusztikus zaj hatása az emberre eltérő:

A. Ártalmas

A zaj jóindulatú daganathoz vezet

Az elhúzódó zaj károsan befolyásolja a hallószervet, megnyújtja a dobhártyát, ezáltal csökkenti a hangérzékenységet. A szív, a máj működésének lebomlásához, kimerültséghez és az idegsejtek túlterheléséhez vezet. A nagy erejű hangok és zajok hatással vannak a hallókészülékre, az idegközpontokra, fájdalmat és sokkot okozhatnak. Így működik a zajszennyezés.

A zajok mesterségesek, technogének. Negatív hatással vannak az emberi idegrendszerre. Az egyik legrosszabb városi zaj a közúti közlekedés zaja a főbb autópályákon. Irritálja az idegrendszert, ezért az embert szorongás gyötri, fáradtnak érzi magát.

B. Kedvező

A hasznos hangok közé tartozik a lombok zaja. A hullámok csobbanása nyugtatóan hat pszichénkre. A levelek halk susogása, a patak zúgása, a víz enyhe csobbanása és a szörfözés hangja mindig kellemes az ember számára. Megnyugtatják, oldják a stresszt.

C. Orvosi

Az emberre gyakorolt ​​terápiás hatás a természet hangjainak segítségével az űrhajósokkal foglalkozó orvosoktól és biofizikusoktól származik a huszadik század 80-as éveinek elején. A pszichoterápiás gyakorlatban a természeti zajokat különféle betegségek kezelésében segédeszközként alkalmazzák. A pszichoterapeuták az úgynevezett „fehér zajt” is használják. Ez egyfajta sziszegés, amely homályosan a hullámok zajára emlékeztet víz fröccsenése nélkül. Az orvosok úgy vélik, hogy a "fehér zaj" megnyugtat és elaltat.

A zaj hatása az emberi szervezetre

De vajon csak a hallószervek szenvednek a zajtól?

A tanulókat arra biztatjuk, hogy tájékozódjanak a következő állítások elolvasásával.

1. A zaj korai öregedést okoz. Százból harminc esetben a zaj 8-12 évvel csökkenti a nagyvárosokban élők várható élettartamát.

2. Minden harmadik nő és minden negyedik férfi szenved a megnövekedett zajszint okozta neurózisban.

3. Az olyan betegségek, mint a gyomorhurut, gyomor- és bélfekély, leggyakrabban olyan embereknél fordulnak elő, akik zajos környezetben élnek és dolgoznak. A különböző zenészeknek gyomorfekélyük van – foglalkozási betegség.

4. A kellően erős zaj 1 perc elteltével az agy elektromos aktivitásában változást okozhat, ami hasonlóvá válik az epilepsziás betegek agyának elektromos aktivitásához.

5. A zaj lenyomja az idegrendszert, különösen ismételt fellépés esetén.

6. A zaj hatására tartósan csökken a légzés gyakorisága és mélysége. Néha van szívritmuszavar, magas vérnyomás.

7. Zaj hatására megváltozik a szénhidrát-, zsír-, fehérje-, sóanyagcsere, ami a vér biokémiai összetételének megváltozásában nyilvánul meg (a vér cukorszintje csökken).

A túlzott zaj (80 dB felett) nemcsak a hallószervekre, hanem más szervekre és rendszerekre is (keringési, emésztőrendszeri, idegrendszeri stb.) hat, az életfolyamatok megzavarodnak, az energiaanyagcsere kezd uralkodni a műanyaggal szemben, ami a hallószervek idő előtti öregedéséhez vezet. a testet.

ZAJPROBLÉMA

Egy nagyvárost mindig közlekedési zaj kísér. Az elmúlt 25-30 évben a zaj 12-15 dB-lel nőtt a világ nagyvárosaiban (azaz a zajerősség 3-4-szeresére nőtt). Ha egy repülőtér a városban található, mint Moszkvában, Washingtonban, Omszkban és számos más városban, az a hangingerek maximális megengedett szintjének többszörös túllépéséhez vezet.

Ennek ellenére a közúti közlekedés vezető szerepet tölt be a város fő zajforrásai között. Ő az, aki a zajszintmérő skáláján akár 95 dB-es zajt is okoz a városok főutcáin. Az autópályára néző zárt ablakú nappalikban a zajszint mindössze 10-15 dB-lel alacsonyabb, mint az utcán.

Az autók zaja számos tényezőtől függ: az autó márkájától, szervizelhetőségétől, sebességétől, az útfelület minőségétől, a motor teljesítményétől stb. A motor zaja indításkor és bemelegedéskor meredeken megnő. Amikor az autó az első sebességgel halad (legfeljebb 40 km / h), a motor zaja kétszerese a második sebességnél keltett zajnak. Ha az autó erősen fékez, a zaj is jelentősen megnő.

Feltárásra került az emberi szervezet állapotának a környezeti zajszinttől való függése. A központi idegrendszer és a szív-érrendszer funkcionális állapotában zaj okozta bizonyos változásokat észleltek. Az ischaemiás szívbetegség, a magas vérnyomás, a vér koleszterinszintjének emelkedése gyakoribb a zajos környezetben élőknél. A zaj nagymértékben zavarja az alvást, csökkenti annak időtartamát és mélységét. Az elalvás időtartama egy órával vagy még tovább nő, és az ébredés után az emberek fáradtnak érzik magukat, és fejfájásuk van. Mindez végül krónikus túlterheltségbe torkollik, legyengíti az immunrendszert, hozzájárul a betegségek kialakulásához, csökkenti a hatékonyságot.

Jelenleg úgy gondolják, hogy a zaj közel 10 évvel csökkentheti az ember várható élettartamát. A megnövekedett hangingerek miatt több az elmebeteg is, főleg a nőket érinti a zaj. Általánosságban elmondható, hogy a nagyothallók száma nőtt a városokban, de a fejfájás és az ingerlékenység vált a leggyakoribb jelenséggé.

ZAJSZENNYEZÉS

A nagy erejű hang és zaj befolyásolja a hallókészüléket, az idegközpontokat, és fájdalmat és sokkot okozhat. Így működik a zajszennyezés. A levelek halk susogása, a patak zúgása, a madarak hangja, a víz enyhe csobbanása és a hullámzás mindig kellemes az ember számára. Megnyugtatják, oldják a stresszt. Ezt használják egészségügyi intézményekben, pszichológiai segélyszobákban. A természet természetes zajai egyre ritkábbak, teljesen eltűnnek, vagy elnyomják őket az ipari, közlekedési és egyéb zajok.

A hosszan tartó zaj károsan hat a hallószervre, csökkentve a hangérzékenységet. A szív, a máj működésének lebomlásához, kimerültséghez és az idegsejtek túlterheléséhez vezet. Az idegrendszer legyengült sejtjei nem tudják megfelelően koordinálni a különböző testrendszerek munkáját. Ez tevékenységük megzavarásához vezet.

Azt már tudjuk, hogy a 150 dB-es zaj káros az emberre. Nem hiába volt a középkorban a harang alatti kivégzés. A csengő zúgása meggyötört és lassan megölte.

Mindenki másképp érzékeli a zajt. Sok függ életkortól, temperamentumtól, egészségi állapottól, környezeti feltételektől. A zaj akkumulatív hatású, vagyis a testben felhalmozódó akusztikus ingerek egyre jobban lenyomják az idegrendszert. A zaj különösen káros hatással van a szervezet neuropszichés tevékenységére.

A zajok a szív- és érrendszer funkcionális zavarait okozzák; káros hatással van a vizuális és vestibularis analizátorokra; csökkenti a reflexaktivitást, ami gyakran baleseteket és sérüléseket okoz.

A zaj alattomos, a szervezetre gyakorolt ​​káros hatása láthatatlanul, észrevétlenül jelentkezik, a szervezetben bekövetkező meghibásodásokat nem észlelik azonnal. Ráadásul az emberi szervezet gyakorlatilag védtelen a zaj ellen.

Az orvosok egyre gyakrabban beszélnek zajbetegségről, a hallás és az idegrendszer elsődleges elváltozásáról. A zajszennyezés forrása lehet ipari vállalkozás vagy közlekedés. Különösen a nehézdömperek és villamosok adnak nagy zajt. A zaj az emberi idegrendszerre hat, ezért zajvédelmi intézkedéseket tesznek a városokban és a vállalkozásokban. A városok központi részeiből ritkábban lakott területekre kell költöztetni a vasúti és villamosvonalakat, utakat, amelyek mentén áruszállítás folyik, és körülöttük jól zajelnyelő zöldfelületeket kell kialakítani. A repülőknek nem szabad városok felett repülniük.

HANGSZIGETELÉS

A hangszigetelés nagyban segít elkerülni a zaj káros hatásait.

A zajcsökkentést építési és akusztikai intézkedésekkel érik el. A külső zárószerkezetekben az ablakok és erkélyajtók hangszigetelése lényegesen kisebb, mint maga a fal.

Az épületek zajvédelmének mértékét elsősorban az ilyen rendeltetésű helyiségekre vonatkozó megengedett zajnormák határozzák meg.

HASZNÁLATI ZAJ KÜZDELEM

Az MNIIP Akusztikai Laboratóriuma a projektdokumentáció részeként fejleszti az "Akusztikai ökológia" részeket. A helyiségek hangszigetelésére, zajvédelemre, hangerősítő rendszerek számításaira, akusztikai mérésekre vonatkozó projektek folynak. Bár a hétköznapi helyiségekben az emberek egyre inkább az akusztikus kényelmet keresik - a jó zajvédelmet, az érthető beszédet és az ún. akusztikus fantomok – egyesek által alkotott negatív hangképek. A decibelekkel való további küzdelemre szánt konstrukciókban legalább két réteg váltakozik - "kemény" (gipszkarton, gipszszál). Az akusztikai kialakításnak is el kell foglalnia a szerény rést belül. Az akusztikus zaj leküzdésére frekvenciaszűrést alkalmaznak.

VÁROS ÉS ZÖLDTEREK

Ha fákkal védi otthonát a zajtól, akkor hasznos lesz tudni, hogy a hangokat nem nyeli el a lombozat. A törzset ütve a hanghullámok megtörnek, lefelé haladva a talajba, ami felszívódik. A lucfenyőt a csend legjobb őrzőjének tartják. Még a legforgalmasabb autópályán is nyugodtan élhet, ha zöldellő fák mellett védi otthonát. És jó lenne a közelben gesztenyét ültetni. Egy kifejlett gesztenyefa akár 10 m magasan, 20 m szélesen és 100 m hosszúságig is megtisztítja az autók kipufogógázait. Ugyanakkor sok más fától eltérően a gesztenyefa mérgező gázokat bont le úgy, hogy szinte nem károsítja Egészség".

A városi utcákban a zöldítés jelentősége nagyon sűrű - a cserjék és erdősávok sűrű telepítése megvédi a zajt, 10-12 dB-lel (decibellel), csökkenti a káros részecskék koncentrációját a levegőben 100-ról 25% -ra. szélsebességet 10-ről 2 m/s-ra, légtérfogat egységenként legfeljebb 15%-kal csökkenti a gépekből származó gázok koncentrációját, nedvesebbé teszi a levegőt, csökkenti a hőmérsékletét, azaz légáteresztőbbé teszi.

A zöldfelületek a hangokat is elnyelik, minél magasabbak a fák és minél sűrűbb az ültetésük, annál kevesebb hang hallható.

A zöldfelületek pázsittal, virágágyással kombinálva jótékony hatással vannak az emberi pszichére, nyugtatják a látást, az idegrendszert, inspirációt jelentenek, növelik az emberek munkaképességét. A legnagyobb művészeti és irodalmi alkotások, a tudósok felfedezései a természet jótékony hatása alatt születtek. Így születtek Beethoven, Csajkovszkij, Strauss és más zeneszerzők legnagyobb zenei alkotásai, a figyelemre méltó orosz tájképfestők, Shishkin, Levitan festményei, orosz és szovjet írók művei. Nem véletlen, hogy a szibériai tudományos központot a Priobsky fenyőerdő zöldültetvényei között alapították. Itt, a város zajának árnyékában, zöldövezetben, sikeresen végzik kutatásaikat szibériai tudósaink.

Az olyan városokban, mint Moszkva és Kijev, magas a növénytelepítés; utóbbiban például 200-szor több ültetés jut egy lakosra, mint Tokióban. Japán fővárosában 50 éven keresztül (1920-1970) a központtól számított tíz kilométeres körzetben "az összes zöldterület" mintegy fele megsemmisült. Az Egyesült Államokban csaknem 10 000 hektárnyi központi városi park pusztult el az elmúlt öt évben.

← A zaj károsan befolyásolja az emberi egészség állapotát, mindenekelőtt romlik a hallás, az ideg- és a szív- és érrendszer állapota.

← A zaj mérhető speciális eszközökkel - zajszintmérőkkel.

← Szükséges a zaj káros hatásai elleni küzdelem a zajszint szabályozásával, valamint a zajszint csökkentését célzó speciális intézkedésekkel.