Реферат Источники звука. Звуковые колебания. Акустические колебания реферат

Реферат. ИССЛЕДОВАНИЕ АКУСТИЧЕСКИХ КОЛЕБАНИЙ

МУНИЦИПАЛЬНОЕ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

СРЕДНЯЯ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ШКОЛА № 22

РЕФЕРАТ ПО ФИЗИКЕ

ИССЛЕДОВАНИЕ АКУСТИЧЕСКИХ КОЛЕБАНИЙ

ИСПОЛНИТЕЛЬ: ПУШТАЕВ АЛЕКСЕЙ, 10 «А» класс

РУКОВОДИТЕЛЬ: Учитель физики и информатики ГОРЕВ А.В.

г. ОРЕХОВО-ЗУЕВО

2009 г.

План

1. Ведение стр. 2

2. Общие сведения о звуке стр. 4

3. Особенности звука гитары стр. 8

4. Особенности звуков речи стр. 16

5. Заключение стр. 19

6. Литература стр. 21

Введение

Звук – это раздражитель, имеющий физическую природу, который человек ощущает слухом. В частности, жестко закрепленная натянутая струна при её возмущении совершает гармонические затухающие колебания. Струна, толкая воздух, смещает его частицы из исходных положений. Таким образом, от частицы к частице окружающий струну воздух приводится в колебательное состояние, другими словами, происходят звуковые колебания и мы можем их слышать.

Человек всегда жил в мире звуков и шума. Звуком называют механические колебания внешней среды в диапазоне частот от 16 до 20 000 колебаний в секунду. Колебания большей частоты называют ультразвуком, меньшей - инфразвуком. Шум - громкие звуки, слившиеся в нестройное звучание. 

Для всех живых организмов, в том числе и человека, звук является одним из воздействий окружающей среды. В природе громкие звуки редки, шум относительно слаб и непродолжителен. Сочетание звуковых раздражителей дает время животным и человеку, необходимое для оценки их характера и формирования ответной реакции. Звуки и шумы большой мощности поражают слуховой аппарат, нервные центры, могут вызвать болевые ощущения и шок. Так действует шумовое загрязнение. 

Тихий шелест листвы, журчание ручья, птичьи голоса, легкий плеск воды и шум прибоя всегда приятны человеку. Они успокаивают его, снимают стрессы. Но естественные звучания голосов природы становятся все более редкими, исчезают совсем или заглушаются промышленными транспортными и другими шумами. Длительный шум неблагоприятно влияет на орган слуха, понижая чувствительность к звуку. Как показали исследования, шум оказывает повреждающее воздействие не только на орган слуха, но и на другие органы и системы человека. Воздействие шумового фактора вызывает, прежде всего, функциональные расстройства центральной нервной системы, и, даже повреждения нервных структур. Подобное воздействие шума установлено и на другие системы: сердечно-сосудистую, органы дыхания, пищеварения, иммунную, кроветворения. Эти данные позволили сформулировать понятие о шумовой болезни, как самостоятельной форме профессиональной патологии.

 Влиянием музыки на состояние здоровья человека люди интересовались с древних времен. Тогда же выявили и самый действенный с точки зрения лечебного эффекта компонент музыки (он же и самый старый) - ритм.Серьезные исследования о влиянии музыки на здоровье человека начали проводиться в ХХ веке после Второй мировой войны. Музыкальная терапия выделилась в самостоятельное направление в 1950 г., когда в США были созданы Национальная ассоциация музыкальной терапии, затем Американская ассоциация музыкальной терапии (в 1974 г.). 1 января 1998 г. они объединились в одну организацию - Американскую ассоциацию музыкальной терапии.Сегодня музыкальная терапия используется для уменьшения боли, страха, напряжения, повышения тонуса организма, лечения депрессии, для медицинской реабилитации и для сопровождения физических занятий.

Целью данной работы является исследование с помощью современных компьютерных технологий звуковых колебаний струн гитары и речи человека.

Общие сведения о звуке

Возможность теоретического изучения колебаний (в том числе звуковых) с точки зрения механики появилась с открытием законов Ньютона (1687) и разработкой анализа бесконечно малых, интегрального и дифференциального исчислений. Однако, экспериментальные исследования велись до этого момента Галилеем, Мерсенном, Декартом, Гюйгенсом и др. В 1625 году Мерсенном была обнаружена зависимость между частотой ν, натяжением T, площадью поперечного сечения A и длиной l струны, выражающаяся в пропорциональности

Закон Мерсена был выведен из математических соображений Тейлором почти через столетие, в 1713 году. В его работе исследуется отклонение струны от начального положения, выраженное в виде функции y = y(x).

Тейлор полагал, что в любой фиксированный момент времени струна должна иметь форму синусоиды y = asin(kπx/l) (что на самом деле оказывается простейшей формой колеблющейся струны), амплитуда которой зависит от времени, и что при любом начальном условии струна стремится перейти в такое «основное» состояние (что, как оказалось, не соответствует действительности). Этот подход, иногда называемый «методом стоячих волн», был продолжен Д. Бернулли, однако получил строгое обоснование лишь в работах Фурье.

Догадка Бернулли заключалась в том, что произвольное колебание может быть представлено как «наложение» или сумма нескольких чистых колебаний, что соответствовало наблюдением за струной: издаваемый ею звук состоит из основного тона и множества обертонов. Бернулли нашёл решение уравнения колебания в виде суммы тригонометрического ряда и утверждал, исходя из физических соображений, что произвольная функция может быть выражена таким рядом.

Общеизвестно, что обычный человек способен воспринимать органами слуха изменение звукового давления при частотах от нескольких герц до примерно 20 кГц. Объективно, т.е. вне зависимости от нашего сознания, звук обладает своеобразными характеристиками. Наряду с этим, мы субъективно оцениваем звук, т.е. воспринимаем его ощущение и при этом характеризуем его такими понятиями, как высота, громкость и тембр. Мы еще называем эти характеристики физическими свойствами звука.

Высота звука

Итак, высота звука является субъективной мерой оценки его восприятия. Объективно же раздражение слуха происходит по частотному диапазону, т.е. по частоте звукового колебания. Почему же все мы характеризуя звук говорим не о его частоте, а о высоте? Если быть точнее, то о высоте тона.

Слух человека остается сложной и не до конца изученной системой. Однако общеизвестно то, что мы воспринимаем звук и затем он анализируется в головном мозге. Степень точности, с которой человек воспринимает высоту звука, зависит только от тренированности и музыкальности, которая напрямую связана с характером анализа звуковых раздражений в головном мозге. Другими словами, слух (в смысле музыкальный) - это приобретенное умение человека.

Тон - сложный сигнал определенной высоты с дискретным спектром. Чтобы более подробно уяснить, что это такое рассмотрим один простой пример. Если звук представить функцией от времени, то он будет иметь приблизительно такой характер.

В простейшем случае тон это колебание, которое описывается законом синуса. Такой тон, в свою очередь, называется чистым тоном. Сложный музыкальный звук представляет собой результат наложения множества чистых тонов, имеющих разнообразные частоты и амплитуды из которых складывается его спектр. На слух же воспринимается частота основного тона, которую мы связываем с высотой.

Оказывается, не все комбинации звуков приятны для слушателя. Так называемая благозвучность достигается, если частоты колебаний звуков находятся в простых отношениях (2:1, 3:2, 4:3 и т.д.). В акустике оперируют такой единицей интервала как октава. Она представляет собой интервал, при котором расстояние между двумя соседними звуками воспринимается как точное соответствие. В тоже время октава отражает взаимосвязь субъективных и объективных характеристик звука, и является интервалом высоты, которому соответствует изменение частоты в два раза (отношение частот равно f 1 / f 2 = 2).

Как же на практике воспроизводят различные по высоте звуки? Одним из простейших путей является изменение длины натянутой с определенным усилием струны. Если обратиться к физике процесса, то колебание струны можно представить в виде суммы ее собственных колебаний. Частоты этих колебаний находятся в зависимости от таких физических величин как: длина струны l , ее диаметр d , натяжение P и плотность материала, из которого она изготовлена. Поставив струны на гитару и закрепив их между двумя неподвижными опорами (порожком и струнодержателем) натянем. Рассматривая отдельную струну, получим простейшую колебательную систему.

Для такой системы частота колебания основного тона звука будет равна:

Руководствуясь данной зависимостью можно сделать следующие выводы:

•  если длина струны уменьшается, то частота повышается. Другими словами самую высокую ноту на гитаре можно извлечь, прижимая первую струну на последнем ладу, а самую низкую, ударив открытую последнюю (самую толстую басовую струну).

•  массивные струны колеблются более медленно, так как частота колебаний обратно пропорциональна корню квадратному из плотности струны.

•  струны гитары имеют различную толщину. Толщина первой струны составляет порядка десятых долей миллиметра, а последняя басовая может достигать толщины нескольких миллиметров. При этом существует множество различных калибров струн.

•  нагрузка на каждую струну различная. Так если опущенная струна при ее возмущении не звучит вовсе то, по мере того как мы увеличиваем ее натяжение, высота звука становится больше. Следовательно, изменяется и частота колебаний. Фактически частота изменяется пропорционально корню квадратному от натяжения струны.

Таким образом, на высоту звука влияют множество характеристик. Для извлечения различных звуков удобнее всего варьировать значениями натяжения и длины, что и используется в струнных инструментах. Однако от материала, линейных размеров зависит, например окраска, удобство игры и много других характеристик, изменение которых является «грубым» регулированием высоты звука.

Тембр звука

Тембр звука отображает сложность его звучания, окраску, другими словами его качество. Наряду с этим тембр не возможно описать количественно. Его, как правило, характеризуют абстрактными терминами. Например, мягкий, сочный, яркий, певучий, плотный и т.п. Тембр звука зависит от спектра звука, т.е. от его составляющих.

Выше уже говорилось о чистом тоне и музыкальном звуке. Общеизвестно, что сложный музыкальный звук подобно практически любой функции можно разложить в тригонометрический ряд.

Таким образом, можно получить большое количество синусоид (чистых тонов) с различными амплитудами, частотами и начальными фазами из которых состоит музыкальный звук. Если теперь сравнивать чистый тон с музыкальным звуком, то видно, что последний состоит из множества музыкальных звуков, которые присутствуют в нем наряду с основным тоном. Эти звуки, как правило, имеют меньшие амплитуды и большие частоты, чем основной тон. Такие звуки получили названия обертонов или призвуков (Obertone – нем, верхний тон). В случае если частоты обертонов кратны основному тону, то их называют гармоническими обертонами или просто гармониками. Можно сказать, что тембр – это окраска звука, которая придается ему обертонами.

Громкость

Несмотря на все свои недостатки человек во многом совершеннее даже самых точных приборов. В частности, это относится и к его слуху. Барабанная перепонка способна воспринимать перепады давления в миллиарды раз меньше 1 Па. Между тем, сильный звук может привести к болевым ощущениям. Это не удивительно, так как разница между едва слышимым звуком и предельно сильным составляет несколько триллионов раз. Т.е. полная тишина и шум трудносоизмеримы между собой. Диаграмму громкости строят следующим путем. За условный нулевой уровень принимают звук такой силы, который не слышит человек. Определяя, во сколько раз энергия (кинетическая энергия движения частиц воздуха) звука больше величины, принятой за нулевой уровень. Находя десятичный логарифм из этого отношения, получим меру громкости – бел.

Громкость зависит не только от уровня звукового давления, но и от длительности воздействия и частоты звука. Т.е. при одних и тех же частотах звук может отличаться по громкости. Следует отметить так же, что у всех источников звука, в том числе и музыкальных, тембр звука изменяется в зависимости от уровня громкости.

Особенности звука гитары

Гита́ра — струнный музыкальный инструмент, один из самых распространенных в мире. Применяется в качестве аккомпанирующего инструмента во многих музыкальных стилях, а так же как сольный классический инструмент. Является основным инструментом в таких стилях музыки как блюз, кантри, фламенко, рок-музыка и многих формах популярной музыки. Изобретенная в XX веке электрическая гитара оказала сильное воздействие на массовую культуру. Самые ранние сохранившиеся свидетельства о струнных инструментах с резонирующим корпусом и шейкой, предках современной гитары, относятся к III тысячелетию до н. э. Изображения киннора (шумеро-вавилонский струнный инструмент, упоминается в библейских сказаниях) найдены на глиняных барельефах при археологических раскопках в Месопотамии. В древнем Египте и Индии также были известны похожие инструменты: набла, нефер, цитра в Египте, вина и ситар в Индии. В древней Греции и Риме был популярен инструмент кифара.

Предшественники гитары имели продолговатый округлый пустотелый резонирующий корпус и длинную шейку с натянутыми на ней струнами. Корпус изготавливался цельным — из высушенной тыквы, панциря черепахи, либо выдолбленный из цельного куска дерева. В III-IV веках н. э. в Китае появляются инструменты юань и юкин, у которых деревянный корпус собирался из верхней и нижней деки и соединяющей их обечайки. В Европе это вызвало появление латинской и мавританской гитар около VI века. Позже, в XV — XVI веках появился инструмент виуэла, также оказавший влияние на формирование конструкции современной гитары.

Электрогитара

В XX веке в связи с появлением технологии электрического усиления и обработки звука появился новый тип гитары — электрическая гитара. В 1936 году Жоржем Бошамом и Адольфом Рикенбекером, основателями компании «Рикенбекер», запатентована первая электрогитара, с магнитными звукоснимателями и металлическим корпусом (т.н. «сковородка»). В начале 1950-х американские инженер и предприниматель Лео Фендер и инженер и музыкант Лес Пол независимо друг от друга изобретают электрическую гитару со сплошным деревянным корпусом, конструкция которой сохранилась без изменений до настоящего времени. Наиболее влиятельным исполнителем на электрогитаре считается (по версии журнала Роллинг Стоун) живший в середине XX века американский гитарист Джими Хендрикс.

Устройство гитары

Гитара представляет собой корпус с длинной плоской шейкой, называемой «гриф». Лицевая, рабочая сторона грифа — плоская либо слегка выпуклая. Вдоль нее натянуты струны, закрепленные одним концом на корпусе, другим на окончании грифа, которое называется «голова» или «головка» грифа.

На корпусе струны крепятся неподвижно посредством подставки, на головке грифа с помощью колкового механизма, позволяющего регулировать натяжение струн.

Струна лежит на двух порожках, нижнем и верхнем, расстояние между ними, определяющее длину рабочей части струны, является мензурой гитары.

Верхний порожек находится в верхней части грифа, около головки. Нижний устанавливается на подставке на корпусе гитары. В качестве нижнего порожка могут использоваться т. н. «седла» — простые механизмы, позволяющие регулировать длину каждой струны.

Лады

Источником звука в гитаре являются колебания натянутых струн. Высота извлекаемого звука определяется силой натяжения струны, длиной колеблющейся части и толщиной самой струны. Зависимость здесь такая — чем тоньше струна, чем короче и чем сильнее натянута — тем выше она звучит.

Основной способ управления высотой звука при игре на гитаре — это изменение длины колеблющейся части струны. Гитарист прижимает струну к грифу, вызывая сокращение рабочей части струны и повышение издаваемого струной тона (рабочей частью струны в данном случае будет являться часть струны от нижнего порожка до пальца гитариста). Сокращение длины струны вдвое вызывает повышение тона на октаву.

В современной западной музыке используется равномерно темперированный звукоряд. Для облегчения игры в таком звукоряде в гитаре используются т. н. «лады». Лад — это отрезок грифа с длиной, вызывающей повышение звука струны на один полутон. На границе ладов в грифе укрепляются металлические ладовые порожки. При наличии ладовых порожков изменение длины струны и, соответственно, высоты звука, становится возможным только дискретным образом.

Струны

В современных гитарах используются металлические либо нейлоновые струны. Струны обозначаются номерами в порядке увеличения толщины струны (и понижения тона), самая тонкая струна имеет номер 1.

В гитаре используется комплект струн — набор струн разной толщины, подобраных таким образом, чтобы при одном натяжении каждая струна давала звук определённой высоты. Струны устанавливаются на гитару в порядке толщины — толстые струны, дающие более низкий звук — сверху, тонкие — снизу. Для гитаристов - левшей порядок струн меняется на обратный.

Соответствие номера струны и музыкальной ноты, издаваемой этой струной, называется «строй гитары» (настройка гитары). Существует множество вариантов строев, подходящих для разных типов гитар, разных жанров музыки и разных техник исполнения. Наболее известным и распространенным является так называемый «стандартный строй» (стандартная настройка), подходящий для 6-струнной гитары. В этом строе струны настраиваются следующим образом:

* 1-я струна — нота «ми» первой октавы (e1)* 2-я струна — нота «си» малой октавы (h)* 3-я струна — нота «соль» малой октавы (g)* 4-я струна — нота «ре» малой октавы (d)* 5-я струна — нота «ля» большой октавы (A)* 6-я струна — нота «ми» большой октавы (E).

Для практического изучения колебаний струн была использована электрогитара, компьютер и осциллографическая приставка с программным обеспечением.

Первая серия опытов была посвящена изучению колебаний 6-ой струны электрогитары. Осциллографическая приставка и программное обеспечение позволяют получать осциллограммы, спектрограммы и сохранять их в формате BMP.

Хорошо видно, что колебания являются:

По мере развития колебательного процесса, вероятно, из-за несохранения плоскости колебаний, форма колебаний меняется. Меняется и амплитуда из-за затухания.

Данные осциллограммы соответствуют колебаниям 6-ой струны при их возбуждении посредине струны (на 12-ом ладу). Спектральный анализ, проведённый с помощью приставки-осциллографа, позволяет судить о наличии и амплитуде гармоник и определять с достаточной степенью точности их частоту и амплитуду.

Чётко выделяются три гармоники с кратными частотами 90 Гц, 180 Гц и 270 Гц, причём первая имеет наибольшую амплитуду. Иначе выглядит спектр колебаний струны при её возбуждениях на 3, 5, 7, 9 ладу и возле нижнего порожка. Спектрограммы представлены ниже.

Проведённый ряд экспериментов доказывает, что звучание струн зависит от места возбуждения колебаний.

Значительно более сложными для анализа являются многоголосные звуки - звуки нескольких струн. Рассмотрим в качестве примера многоголосный звук - гитарный аккорд «ре».

После внимательного рассмотрения, видно что, это звук периодический, он может быть разложен на гармонические составляющие, но спектр будет весьма сложным.

Объяснить наличие той или иной гармоники достаточно сложно из-за сильного влияния резонансных эффектов: резонируют струны и даже отдельные части струн, резонирует корпус гитары. Однако, в этом, казалось бы, хаосе частот, человек слышит гармонию звука.

Резонансные явления в природе и технике далеко не редкость, их используют и с ними борются. Общепризнано, что резонатор музыкального инструмента – его важнейшая часть. Но есть и примеры нежелательного резонанса и связанных с ним повышенных вибраций. Вот как описывают своё путешествие на пароходе «Нормандия» И.Ильф и Е.Петров: «Все задрожало на корме, где мы помещались. Дрожали палубы, стены, иллюминаторы, шезлонги, стаканы над умывальником, сам умывальник. Вибрация парохода была столь сильной, что начали издавать звуки даже такие предметы, от которых никак этого нельзя было ожидать. Впервые в жизни мы слышали, как звучит полотенце, мыло, ковер на полу, бумага на столе, занавески, воротничок, брошенный на кровать. Звучало и гремело все, что находилось в каюте. Достаточно было пассажиру на секунду задуматься и ослабить мускулы лица, как у него начинали стучать зубы. Всю ночь казалось, что кто-то ломится в двери, стучит в окна, тяжко хохочет. Мы насчитали сотню различных звуков, которые издавала наша каюта.

«Нормандия» делала свой десятый рейс между Европой и Америкой. После одиннадцатого рейса она пойдет в док, ее корму разберут, и конструктивные недостатки, вызывающие вибрацию, будут устранены».

Музыкальный строй.

Музыканты знают, что есть комбинации нот, которые вместе звучат приятно, воспринимаются как один звук. Это как раз и есть те три (обычно) ноты, четные гармоники которых не мешают друг другу, не проходят слишком близко друг от друга, чтобы не вызывать неудовлетворенность слушателя, в то же время другие гармоники дополняют друг друга приятным для слуха образом, создавая эффект единичного, стройного тембра. При этом воспринимается только базовый тон аккорда - так называемая тоника, нота, по которой построен аккорд, остальные ноты, так или иначе, включаются в гармоническое дополнение к ней.

Строй музыкальных инструментов имеет свою сложную историю. Музыкальным строем называется соотношение высот звуков музыкальной системы. В свою очередь музыкальная система представляет собой ряд звуков, находящихся между собой в определенных высотных взаимоотношениях. Современный музыкальный строй разработан органистом Андреасом Веркмейстером. Веркмейстер разбил октаву на двенадцать абсолютно равных полутонов. Такой звукоряд был назван темперированным. Слово темперация (от лат. temperatio — правильное соотношение, соразмерность) в музыке означает выравнивание интервальных отношений между ступенями звуковысотной системы. Сущность темперации состоит в небольших изменениях величины интервалов по сравнению с их акустически точной величиной.

Особенности речевых звуков

Звуки речи, как и всякие другие звуки, являются результатом воздействия колебательных движений воздушной среды на слуховой аппарат человека. При образовании звуков речи в качестве источников звука выступают определенные участки речевого тракта при их работе во время речи. Диапазон речевых частот, т. е. тех колебаний, которые могут быть обнаружены при анализе акустических свойств звуков речи, — от 50 до 10 000 Гц, что составляет лишь часть диапазона звуков, слышимых человеческим ухом

Колебания голосовых связок представляют собой сложные колебательные процессы, где самой низкой частотой и самой большой интенсивностью характеризуется основной тон или основная частота, а интенсивность гармоник тем меньше, чем выше их частота.

Роль артикуляционного аппарата в образовании акустических характеристик звуков

Речевой аппарат человека является системой, приспособленной к порождению акустических колебаний для образования звуковых последовательностей. Условно можно говорить о том, что некоторые участки речевого тракта обеспечивают возникновение источников звука, а другие — резонансную систему.

Существует три вида источников звука при речеобразовании: голосовой и два шумовых — турбулентный и импульсный. Голосовой источник возникает при колебании голосовых связок, и его работа обеспечивается как дыхательной системой, так и гортанью. Звук, возникающий в результате колебания голосовых связок, содержит основную частоту и гармоники. Голосовым источником образуются все гласные, сонанты и звонкие шумные согласные.

Турбулентный источник шума возникает при сужении в каком-либо месте речевого тракта при прохождении по нему воздушной струи. В результате этого сужения воздух, проходящий по относительно широкому проходу, в месте сужения создает вихревые потоки, соприкосновение которых с краями сужения речевого тракта создает специфический шум. С турбулентным источником шума образуются все шумные щелевые согласные.

Импульсный источник шума возникает при резком раскрытии смычки произносительных органов. Во время смычки в полости рта создается избыточное воздушное давление, поскольку воздушная струя не находит выхода из речевого тракта. При раскрытии смычки происходит выравнивание давления за местом смычки и атмосферного — и в результате возникает короткий и резкий щелчок — импульсный шум, характеризующий образование взрывных согласных.

Акустические свойства звуков речи обеспечиваются участием одного, двух (или даже трех) источников: при производстве гласных источник голосовой, при глухих шумных щелевых — турбулентный, глухих взрывных — импульсный; звонкие щелевые образуются при участии двух источников — голосового и турбулентного, звонкие взрывные — голосового и импульсного.

Источник звука вызывает колебательные движения воздуха в резонаторах — в надгортанных полостях. Ротовая, носовая полости глотки образуют целую систему резонаторов, собственные частотные характеристики которых могут очень существенно изменяться в зависимости от положения губ, языка, мягкого неба, т. е. в зависимости от того, какой звук артикулируется. Те усиления в спектре звука, которые зависят от конфигурации речевого тракта, называют формантами звука, поскольку именно они и формируют акустический образ произносимого звука. Число формант, которое необходимо учитывать при характеристике каждого звука, разными учеными определяется по-разному. Наиболее распространенной является точка зрения, в соответствии с которой достаточно четырех формант, при этом первая и вторая форманты имеют большее значение, чем третья и четвертая. Количество формант, существенных для акустических характеристик звука, сопоставимо с количеством резонансных полостей речевого тракта, однако было бы неверно думать, что каждая форманта связана с определенным резонатором.

Способы получения спектров

Акустический анализ звука предполагает, что мы получаем представление о том, какие именно частоты характерны для этого звука и какова их интенсивность по отношению друг к другу. Трудности изучения акустических характеристик речи были долгие годы связаны с тем, что для такого анализа акустические колебания обладают слишком малыми энергиями, так что, зафиксировать их и проанализировать без предварительного значительного усиления было практически невозможно. Первые акустические описания звуков речи сделаны на основе слухового анализа их — ясно, что для этого необходим очень тонкий слух и что точные измерения при этом все равно невозможны.

Ситуация существенно изменилась, когда были созданы приборы, позволяющие преобразовывать акустические колебания в какие-то другие — электрические, магнитные, оптические — и затем усиливать их.

Получить спектр какого-либо звука — это значит измерить совокупность значений амплитуд всех частотных составляющих. Для получения спектров еще сравнительно недавно использовались специальные приборы — анализаторы спектров.

Звуки речи на осциллограмме и спектрограмме

С акустической точки зрения гласные представляют собой периодические колебания, вызванные действием голосовых связок и осложненные резонансными частотами речевого тракта. На осциллограмме гласные отображаются как последовательность более или менее одинаковых по рисунку участков, каждый из которых соответствует одному периоду основного тона. По общему виду осциллографической кривой можно судить об акустических особенностях гласных. Ниже приведены полученные в ходе выполнения работы осциллограммы и спектрограммы гласных звуков «а» и «и»,

а также согласных звуков «с» и «х».

Отличие между гласными и согласными звуками очевидно: гласные звуки – периодические колебания с небольшим числом гармоник, согласные звуки - это шум, в спектре которого огромное число гармоник.

Заключение

Музыкальные звуки можно возбуждать и изменять разными способами, в связи с чем музыкальные инструменты отличаются разнообразием форм. Инструменты большей частью создавались и совершенствовались самими музыкантами и искусными мастерами, не прибегавшими к научной теории. Поэтому акустическая наука не может объяснить, например, почему гитара имеет такую форму. Однако вполне возможно описать свойства звука гитары, исходя из общих принципов игры на ней и ее конструкции.

Под частотным диапазоном инструмента обычно понимают диапазон частот его основных тонов. Человеческий голос перекрывает примерно две октавы, а музыкальный инструмент – не менее трех (большой орган – десять). В большинстве случаев обертоны простираются до самой границы диапазона слышимого звука.

У музыкальных инструментов имеются три основные части: колеблющийся элемент, механизм для его возбуждения и вспомогательный резонатор (рупор или дека) для акустической связи между колеблющимся элементом и окружающим воздухом.

Музыкальный звук периодичен во времени, а периодические звуки состоят из ряда гармоник. Поскольку собственные частоты колебаний струн и воздушных столбов фиксированной длины гармонически связаны между собой, во многих инструментах основными колеблющимися элементами служат струны и воздушные столбы. За небольшим исключением (флейта – одно из них) на инструментах нельзя взять одночастотного звука. При возбуждении основного вибратора возникает звук, содержащий обертоны. У некоторых вибраторов резонансные частоты не являются гармоническими составляющими. Инструменты такого рода (например, барабаны и тарелки) используются в оркестровой музыке для особой выразительности и подчеркивания ритма, но не для мелодического развития.

Сама по себе колеблющаяся струна – плохой излучатель звука, а поэтому у струнного инструмента должен быть дополнительный резонатор для возбуждения звука заметной интенсивности. Это может быть замкнутый объем воздуха, дека или комбинация того и другого. Характер звучания инструмента определяется также способом возбуждения струн.

Ранее мы видели, что основная частота колебаний закрепленной струны длины L дается выражением:

где Т – сила натяжения струны, а ρ – масса единицы длины струны. Следовательно, мы можем изменять частоту тремя способами: изменяя длину, натяжение или массу. Во многих инструментах используется небольшое число струн одинаковой длины, основные частоты которых определяются надлежащим выбором натяжения и массы. Прочие частоты получаются путем укорачивания длины струны пальцами.

Возбуждение струнного инструмента может осуществляться щипком (например, на арфе или банджо), ударом (на фортепиано), либо при помощи смычка (в случае музыкальных инструментов семейства скрипок). Было показано, что число гармоник и их амплитуда зависят от способа возбуждения струны.

В результате проведённых с помощью современных компьютерных технологий исследований было подтверждено, что колебания гитарных струн не могут быть точно описаны простейшими гармоническими функциями. Они представляют собой значительно более сложный периодический процесс, который может быть подвергнут гармоническому анализу.

Анализируя осциллограммы и спектрограммы звуков речи человека, было подтверждено наглядно, что гласные звуки – периодические колебания, представимые в виде гармонического ряда, а согласные – шум.

Литература

Бондарко Л. В. Осциллографический анализ речи. Л., 1965.

Высоцкий И. Р., Компьютер в образовании, //Информатика и образование,2000,№ 1,с. 86

Гимадеев Р. Р., Методика применения компьютера на уроках физики. // Студенческая наука — в действии. 1998,№ 2

Деркач М. Ф., Гумецкий Р. Я. и др. Динамические спектры речевых сигналов. Львов, 1983.

Кавтрев А. Ф., Опыт использования компьютерных моделей на уроках физики в школе. «Дипломат», Сб. РГПУ им. А. И. Герцена «Физика в школе и вузе», Санкт-Петербург, Образование, 1998, с. 102—105.

Кавтрев А. Ф., Компьютерные модели в школьном курсе физики. Журнал «Компьютерные инструменты в образовании», № 2, Санкт-Петербург, Информатизация образования, 1998, с. 41—47.

Львовский М. Б., Львовская Г. Ф. Преподавание физики с использованием компьютера. // Информатика и образование —  М.1999, № 5.

Музыченко Е., Программные анализаторы спектра : Радиохобби №6,1998, стр.32. Радиохобби №1, 1999, стр. 38 .

Музыченко Е., Программные генераторы звуковых сигналов : Радиохобби №5, 1998, стр. 32.

Сапожков М. А., Михайлов В. Г. Вокодерная связь. М., 1983.

Сапожков М. А., Речевой сигнал в кибернетике и связи. М., 1963.

Сапожков М. А., Электроакустика. М., 1978.

Фланаган Дж. Анализ, синтез и восприятие речи. М., 1968.

Шоломий К. М., Психология и компьютер, //Информатика и образование,1999, № 6,с. 91

www.metod-kopilka.ru

Реферат, Акустические колебания. Действие шума на человека. Инфразвук. Ультразвук

ВУЗ, город:

Поволжский кооперативный институт

Предмет: Безопасность жизнедеятельности (БЖД, ОБЖ)

Реферат по теме:

Акустические колебания. Действие шума на человека. Инфразвук. Ультразвук

Страниц: 21

Автор: Оксана

2010 год

Содержание

Введение

1. Основные характеристики шума и вибрации.

2. Воздействие шума на человека

3. Допустимые величины шума и вибрации.

4. Способы и средства защиты от шума и вибрации.

5. Акустические колебания.

6. Действие шума на организм человека.

7. Шум. Ультразвук. Инфразвук.

Заключение

Список использованной литературы.

Выдержка

С первых дней жизни человек находится в мире звуков и других колебаний. Звук — это механические колебания воздуха, которые воспринимаются слуховым аппаратом человека. Звук, как и свет, -важнейший источник информации и общения человека с окружающим его миром. Он может быть приятным, доставлять удовольствие, а может раздражать и даже вредить человеку. Восприятие звука людьми в значительной мере субъективно и зависит от их характера, эмоционального и психологического состояния. Одному человеку какая-то музыка доставляет удовольствие, другого раздражает и вызывает негативные реакции.

Большинству людей доставляют удовольствие звуки природного происхождения — шум моря, листвы, щебетание птиц. Звуки же промышленные, издаваемые техническими объектами (станками, технологическим оборудованием и т.д. ). транспортными средствами (автомобилями, железной дорогой, самолетами и т.д. ), негативно действуют на человека — утомляют, раздражают, вызывают головную боль, снижают внимание и скорость реакции, а в ряде случаев — при длительном воздействии и при высоких уровнях вызывают различные заболевания и даже звуковые травмы.

Звук, неприятный для человека, принято считать шумом. На первых этапах развития технической цивилизации шумы были более или менее терпимы для человеческого уха. Но с наступлением научно-технической революции проблема шума заявила о себе в полный голос.

Техническая цивилизация стремительно изменяет окружающую нас акустическую среду, и, к сожалению, не в лучшую сторону..

Механические волны распространяются не только в воздухе, но и в других средах, в том числе в твердой. Их мы воспринимаем не как звуки, а как колебания различной интенсивности — вибрацию.

Механические колебания твердых тел называют вибрацией. Вибрация может иметь и природное происхождение, например вибрация земной поверхности при землетрясениях, камнепадах, вулканических извержениях, но чаще всего она имеет техногенное или антропогенное происхождение, т.е. вызывается работой технических объектов или деятельностью человека (движением транспорта, работой оборудования, ударами молотка, работой дрели или перфоратора и т.д. ).

Звук и вибрация, явления по природе своей очень близкие и связаны между собой. Колебания твердого тела вызывают колебания воздуха, которые распространяются в виде звука. И наоборот, звуковые колебания воздуха могут вызвать колебания твердого тела, например вибрацию оконного стекла.

Вибрация воспринимается человеком негативно, а при длительном воздействии и высоких уровнях, которые характерны в ряде случаев для производственных условий, может привести к очень серьезным заболеваниям.

Список использованной литературы

1.Безопасность жизнедеятельности. Учебник для вузов С.В. белов, А.В. Ильницкая, А.Ф. Козьяков и др.; Под общей редакцией Белова С.В. 2-е изд., испр. И доп., М.; Высш. Шк., 1999 г.

2. Безопасность жизнедеятельности: учеб. Метод. Пособие для студентов всех специальностей. Под редакцией Л.В. Колпаковой; Поволж. Кооп. Ин-т Центросоюза РФ. Энгельс: Регион инф. — изд. Центр ПКИ, 2003 г.

3.Основы безопасности жизнедеятельности. 10 кл.: Учебник для общеобразоват. Учеб. Заведений. В.Н. Латчук, В.В. Марков, С.К. Миронов, С.Н.Вангородский. 2-е изд., стереотип. М: Дрофа, 201 г.

4. Журнал «ОБЖ Основы Безопасности жизнедеятельности» №128 от 8. 2005

5. Л.Н. Боголюбов «Введение в обществознание» М. 1997

6. Н.И. Сиреева «Обеспечение безопасности жизнедеятельности», Йошкар-Ола 1996.

7. Денисенко Г.Ф. Охрана труда: Учебное пособие М.: Высшая школа, 1985.

8.Жидецкий В.Ц. ДжигирейВ.С., Мельников А.В. Основы охраны труда. Учебник

nadfl.ru

Акустические колебания

Производство Акустические колебания

Количество просмотров публикации Акустические колебания - 2015

Акустические колебания - это колебания, распространяющиеся волнообразно в жидкой, твердой и газообразных средах под воздействием какой-то возмущающей силы. Выделяют слышимые (звуковые) колебания с частотой от 16 до 20000 Гц и неслышимые с частотой меньше 16 Гц- инфразвук, свыше 20000 Гц - ультразвук.

Под шумом понимают звуки различной природы со случайными изменениями по частоте и амплитуде, мешающие работе, отдыху и т.д.

Шумы классифицируют на постоянные и непостоянные. Постоянным считается шум интенсивность которого изменяется за смену не больше, чем на 5 дБА. Шумы бывают колеблющимися (непрерывно изменяющиеся во времени), прерывистыми и импульсными. Прерывистый - интенсивность шума меняется больше чем на 5дБ, а длительность сигналов больше 1с. Импульсный шум - интенсивность изменения больше чем на 7дБ, а длительность звуковых сигналов меньше 1с.

Основными характеристиками шума являются: частота͵ спектр шума, звуковое давление Р, Па, а также логарифмический уровень звукового давления:

, (2)

где - порог слышимости. Р – действующее звуковое давление.

При прохождении препятствий акустическими колебаниями наблюдаются следующие явления: отражение, дифракция, поглощение звука и звукопередача. В закрытых помещениях наблюдается явление реверберации (послезвучание). Воздействие шума на человека определяется прежде всœего воздействием на слуховой анализатор. Размещено на реф.рфВоздействие любого уровня шума вызывает адаптацию слухового анализатора. При громкости адаптации пороги слуха за 2-5 минут повышаются на 15-25 дБА. Восстановление их до исходного уровня занимает от 2 до 3 часов. При длительном воздействии шумы интенсивностью больше 85 дБА приводят к постоянному повышению порогов слуха сначала на высоких частотах, а затем и к развитию профессиональных заболеваний тугоухости и глухоты, то есть полной потере слуха. Шум уровнем порядка 65дБА способствует снижению производительности труда.

Государственными стандартами ГОСТ 12.1.003-85 устанавливаются предельно допустимые уровни логарифмического уровня звукового давления для октавных полос со средними геометрическими частотами 63;125;250;500;1000;2000;4000;8000Гц.

Учитывая зависимость отхарактера труда для ориентировочной оценки условий труда применяют эквивалентный уровень звукового давления. При этом шум на рабочем месте считается постоянным в течение всœей смены, равным уровню шума на частоте 1000Гц.

Акустические колебания - понятие и виды. Классификация и особенности категории "Акустические колебания" 2014, 2015.

Читайте также

referatwork.ru

АКУСТИЧЕСКИЕ КОЛЕБАНИЯ

Количество просмотров публикации АКУСТИЧЕСКИЕ КОЛЕБАНИЯ - 303

В акустике под звуком понимают механические колебания в сплошной среде: твердой, жидкой или газообразной. Звуковые колебания охватывают диапазон частот от 0 до бесконечности. Учитывая зависимость отчастоты звуковые колебания подразделяются на инфразвуковые (частота ниже 20 Гц), акустические (слышимые), (частота от 20 Гц до 20 кГц), ультразвуковые (частота выше 20 кГц).

Шумом называют любой нежелательный звук или совокупность таких звуков. Звук это распространяющийся в упругой среде колебательный процесс в виде чередующихся волн сгущения и разряжения частиц этой среды. Источником звука может являться любое колеблющееся тело. Колеблющееся тело отклоняется от своего положения равновесия попеременно в противоположные стороны. При каждом отклонении оно сжимает одной своей стороной прилегающий к нему воздух, а другой стороной разрежает. С одной его стороны давление воздуха становится чуть больше атмосферного, и настолько же оно уменьшается с противоположной стороны. Разница между давлением в слое сжатия или разрежения и обычным атмосферным давлением принято называть акустическим или звуковым давлением Р. Звуковое давление измеряется в Паскалях (1Па = 1Н/м2). Ухо человека ощущает звуковое давление от 2*10-5 до 2*102 Н/м2.

При распространении звуковой волны происходит перенос энергии. Средний поток энергии в какой-либо точке среды в единицу времени, отнесенный к единице поверхности, нормальной к направлению распространения волны, принято называть интенсивностью звука в данной точке I.(Вт/м2).

Величины звукового давления и интенсивности звука, с которыми приходится иметь дело в практике борьбы с шумом, могут изменяться в широких пределах: по давлению до 108 раз, по интенсивности до 1013. Естественно, что оперировать такими цифрами очень неудобно. Наиболее же важно то обстоятельство, что человеческое ухо способно реагировать на относительное изменение интенсивности звука, а не на абсолютное. По этой причине были введены логарифмические величины – уровни интенсивности и звукового давления

Уровень интенсивности звука определяется по формуле:

lg (I/I0) (дБ)

где I0=10-12 Вт/м2 – интенсивность звука, соответствующая порогу слышимости на частоте 1000 Гц.

lg (p/p0) (дБ)

где р0=2*10-5 Па – пороговое звуковое давление на частоте 1000 Гц, выбранное таким образом, чтобы при нормальных атмосферных условиях уровни звукового давления были равны уровням интенсивности, р - среднеквадратичное звуковое давление.

Величину уровня интенсивности используют в акустических расчетах, а уровня звукового давления - для измерения шума и оценки его воздействия на человека, поскольку орган слуха чувствителœен не к интенсивности, а к среднеквадратичному давлению.

Зависимость уровней звукового давления от частоты принято называть частотным спектром шума. Спектры получают, используя анализаторы шума – набор электрических фильтров, которые пропускают сигнал в определœенной полосœе частот.

Читайте также

referatwork.ru

Механические и акустические колебания — реферат

3. Методы и средства защиты от вибрации.

Для защиты от вибрации применяют  следующие методы:

• Снижение виброактивности машин – достигается изменением технологического процесса, применением машин, у которых динамические процессы, вызываемые ударами  были бы исключены или снижены (например, замена клепки сваркой).
• Вибродемпфирование – метод снижения вибрации путем усиления в конструкции процессов трения.  Вибродемпфирование осуществляется нанесением на вибрирующие поверхности мягких покрытий (резина, пенопласт).
• Виброгашение – осуществляют установкой агрегатов на массивный фундамент. Этот способ нашел широкое применение при установке тяжелого оборудования (молотов, прессов, насосов и т.п.).
• Виброизоляция заключается в изолировании друг от друга вибрирующих поверхностей с помощью пружин, прокладок или их сочетания.

Рисунок 1. Схема виброизоляции виброактивного оборудования:

 а) опорный вариант;  б) подвесной вариант;

в) виброизоляция вертикальных и горизонтальных колебаний.

Рисунок 2. Схема виброизоляции источника вибрации (а) и рабочего места (б)

• Средства индивидуальной защиты от вибрации – виброизолирующие рукавицы, перчатки, вкладыши и прокладки. Для ног – виброизолирующая обувь, стельки, подметки.

2. АКУСТИЧЕСКИЕ КОЛЕБАНИЯ

Механические колебания  в упругих средах вызывают распространение  в этих средах упругих волн, называемых акустическими колебаниями.

Физическое понятие об акустических колебаниях охватывает как  слышимые, так и неслышимые колебания  упругих сред. Акустические колебания  в диапазоне 16 Гц - 20 кГц, воспринимаемые человеком с нормальным слухом, называют звуковым, с частотой менее 16 Гц - инфразвуковыми, выше 20 кГц - ультразвуковыми. Распространяясь в пространстве, звуковые колебания создают акустическое поле. Скорость звука в воздухе при нормальных условиях составляет 330 м/с, в воде около 1400 м/с, в стали порядка 5000 м/с.

Ухо человека может воспринимать и анализировать звуки в широком  диапазоне частот и интенсивностей. При восприятии человеком звуки различают по высоте и громкости. Высота звука определяется частотой колебаний: чем больше частота колебаний, тем выше звук. Громкость звука определяется его интенсивностью, выражаемой в ВТ/м2. Единица измерения громкости в логарифмической шкале называется децибелом (дБ). Она примерно соответствует минимальному приросту силы звука, различаемому ухом. Область слышимости звуков ограничена двумя пороговыми кривыми: нижняя - порог слышимости, верхняя - порог болевого ощущения. Самые низкие значения порогов лежат в диапазоне 1...5 кГц. Порог слуха молодого человека составляет 0 дБ на частоте 1000 Гц, на частоте 100 Гц порог слухового восприятия значительно выше, так как ухо менее чувствительно к звукам низких частот. Болевым порогом принято считать звук с уровнем 140 дБ, что соответствует звуко-вому давлению 200 Па и интенсивности 100 Вт/м2. Звуковые ощущения оцениваются по порогу дискомфорта (слабая боль в ухе, ощущение касания, щекотания).

1. Шум

Шум определяют как совокупность звуков различной частоты и интенсивности, беспорядочно изменяющихся во времени. Для нормального существования, чтобы не ощущать себя изолированным от мира, человеку нужен шум в 10 – 20 дБ. Это шум листвы, парка или леса.

Окружающие человека шумы имеют разную интенсивность: разговорная  речь – 50-60 дБ, автосирена – 100 дБ, шум  двигателя легкового автомобиля – 80 дБ, громкая музыка – 70 дБ, шум  от движения трамвая – 70-80 дБ, шум  в обычной квартире – 30-40 дБ.

К физическим характеристикам  шума относятся: частота, звуковое давление, уровень звукового давления.

По спектральному составу  в зависимости от преобладания звуковой энергии в соответствующем диапазоне  частот различают низко-, средне- и  высокочастотные шумы, по временным  характеристикам – постоянные и  непостоянные, последние, в свою очередь, делятся на колеблющиеся, прерывистые  и импульсные, по длительности действия – продолжительные и кратковременные. С гигиенических позиций придается  большое значение амплитудно-временным, спектральным и вероятностным параметрам непостоянных шумов, наиболее характерных  для современного производства.

Источники шума многообразны. Это аэродинамичные шумы самолетов, рев дизелей, удары пневматического  инструмента, колебания всевозможных конструкций, громкая музыка и многое другое.

Интенсивный шум на производстве способствует снижению внимания и увеличению числа ошибок при выполнении работы, исключительно сильное влияние  оказывает шум на быстроту реакции, сбор информации и аналитические  процессы, из-за шума снижается производительность труда и ухудшается качество работы. Шум затрудняет своевременную реакцию  работающих на предупредительные сигналы  внутрицехового транспорта (автопогрузчиков, мостовых кранов и т. п.), что способствует возникновению несчастных случаев  на производстве.

В биологическом отношении  шум является заметным стрессовым фактором, способным вызвать срыв приспособительных  реакций. Акустический стресс может  приводить к разным проявлениям: от функциональных нарушений регуляции  центральной нервной системы (ЦНС) до морфологически обозначенных дегенеративных деструктивных процессов в разных органах и тканях. Степень шумовой патологии зависит от интенсивности и продолжительности воздействия, функционального состояния ЦНС и, что очень важно, от индивидуальной чувствительности организма к акустическому раздражителю. Индивидуальная чувствительность к шуму составляет 4 – 17%. Считают, что повышенная чувствительность к шуму определяется сенсибилизированной вегетативной реактивностью, присущей 11% населения. Женский и детский организмы особенно чувствительны к шуму. Высокая индивидуальная чувствительность может быть одной из причин повышенной утомляемости и развития различных неврозов.

Шум оказывает влияние  на весь организм человека: угнетает ЦНС, вызывает изменение скорости дыхания  и пульса, способствует нарушению  обмена веществ, возникновению сердечно-сосудистых заболеваний, гипертонической болезни, может приводить к профессиональным заболеваниям.

Шум с уровнем звукового  давления до 30 – 35 дБ привычен для человека и не беспокоит его. Повышение этого уровня до 40 – 70 дБ в условиях среды обитания создает значительную нагрузку на нервную систему, вызывая ухудшение самочувствия и при длительном действии может быть причиной неврозов. Воздействие шума уровнем свыше 75 дБ может привести к потере слуха – профессиональной тугоухости. При действии шума высоких уровней (более 140 дБ) возможен разрыв барабанных перепонок, контузия, а при еще более высоких (более 160 дБ) и смерть.

Специфическое шумовое воздействие, сопровождающееся повреждением слухового  анализатора, проявляется медленно прогрессирующим снижением слуха. У некоторых лиц серьезное  шумовое повреждение слуха может  наступить в первые месяцы воздействия, у других – потеря слуха развивается  постепенно, в течение всего периода  работы на производстве. Снижение слуха  на 10 дБ практически неощутимо, на 20 дБ – начинает серьезно мешать человеку, так как нарушается способность  слышать важные звуковые сигналы, наступает  ослабление разборчивости речи.

Критерием профессионального  снижения слуха принят показатель средней  арифметической величины снижения слуха  в речевом диапазоне, равный 11 дБ и более. Помимо патологии органа слуха при воздействии шума наблюдаются  отклонения в состоянии вестибулярной  функции, а также общие неспецифические  изменения в организме; рабочие  жалуются на головные боли, головокружение, боли в области сердца, повышение  артериального давления, боли в области  желудка и желчного пузыря, изменение  кислотности желудочного сока. Шум  вызывает снижение функции защитных систем и общей устойчивости организма  к внешним воздействиям.

Нормируемые параметры шума на рабочих местах определены ГОСТ 12.1.003-83 с дополнениями 1989 года и санитарными нормами СН 2.2.4/2.1.8.562-96 «Шум на рабочих местах, в помещениях жилых, общественных зданий и на территории жилой застройки». Документы дают классификацию шумов по спектру на широкополосные и тональные, а по временным характеристикам – на постоянные и непостоянные. Для нормирования постоянных шумов применяют допустимые уровни звукового давления (УЗД) в девяти октавных полосах частот в зависимости от вида производственной деятельности.

Непостоянные шумы делятся  на: колеблющиеся во времени, прерывистые  и импульсные. Нормируемой характеристикой  непостоянного шума является эквивалентный  по энергии уровень звука (дБ А).

При оценке шума допускается  использовать дозу шума, так как  установлена линейная зависимость  доза–эффект по временному смещению порога слуха, что свидетельствует  об адекватности оценки шума по энергии. Дозный подход позволяет также оценить  кумуляцию шумового воздействия  за рабочую смену.

Нормирование допустимого  шума в жилых помещениях, общественных зданиях и на территории жилой  застройки осуществляется в соответствии с СН 2.2.4/2.1.8.562-96.

Оценивать и прогнозировать потери слуха, связанные с действием  производственного шума, дает возможность  стандарт ИСО 1999: (1975) «Акустика–определение  профессиональной экспозиции шума и  оценка нарушений слуха, вызванных  шумом».

В производственных условиях нередко возникает опасность  комбинированного влияния высокочастотного шума и низкочастотного ультразвука, например при работе реактивной техники, при плазменных технологиях.

2. Ультразвук

Ультразвук как упругие  волны не отличается от слышимого  звука, однако, частота колебательного процесса способствует большему затуханию  колебаний вследствие трансформации  энергии в теплоту.

Упругие колебания с частотой более 16000 Гц называются ультразвуком. Мощные ультразвуковые колебания с  частотой 18 – 30 кГц и высокой интенсивности используются в производстве для технологических целей: очистка деталей, сварка, пайка металлов, сверления. Более слабые ультразвуковые колебания используются в дефектоскопии, в диагностике, для исследовательских целей.

Под влиянием ультразвуковых колебаний в тканях организма  происходят сложные процессы: образование  внутри тканевого тепла в результате трения частиц между собой, расширение кровеносных сосудов и усиление кровотока по ним; усиление биохимических  реакций, раздражение нервных окончаний.

Эти свойства ультразвука  используются в ультразвуковой терапии  на частотах 800 – 1000 кГц при невысокой интенсивности 80 – 90 дБ, улучшающей обмен веществ и снабжение тканей кровью.

Повышение интенсивности  ультразвука и увеличение длительности его воздействия могут приводить  к чрезмерному нагреву биологических  структур и их повреждению, что сопровождается функциональным нарушением нервной, сердечно-сосудистой и эндокринной систем, изменением свойств и состава крови. Ультразвук может разрывать молекулярные связи, - так, молекула воды распадается на свободные радикалы ОН и Н, что  является причиной окисляющего действия ультразвука. Таким же образом происходит расщепление ультразвуком высокомолекулярных соединений. Поражающее действие ультразвук оказывает при интенсивности 120 дБ.

При непосредственном контакте человека со средами, по которым распространяется ультразвук, возникает его контактное действие на организм человека. При  этом поражается периферическая нервная  система и суставы в местах контакта, нарушается капиллярное кровообращение в кистях рук, снижается болевая  чувствительность. Установлено, что  ультразвуковые колебания, проникая в  организм, могут вызвать серьезные  местные изменения в тканях – воспаление, кровоизлияния, некроз (гибель клеток и тканей). Степень поражения зависит от интенсивности и длительности действия ультразвука, а также от присутствия других негативных факторов.

У работающих на ультразвуковых установках отмечают выраженную астению, сосудистую гипотонию, снижение электрической  активности сердца и мозга. Изменения  ЦНС в начальной фазе проявляются  нарушением рефлекторных функций мозга (чувство страха в темноте, в ограниченном пространстве, резкие приступы с учащением  пульса, чрезмерной потливостью, спазмы в желудке, кишечнике, желчном пузыре). Наиболее характерны вегето-сосудистая дистония с жалобами на резкое утомление, головные боли и чувство давления в голове, затруднения при концентрации внимания, торможение мыслительного  процесса, на бессонницу.

Контактное воздействие  высокочастотного ультразвука на руки приводит к нарушению капиллярного кровообращения в кистях рук, снижению болевой чувствительности, т.е. развиваются  периферические неврологические нарушения. Установлено, что ультразвуковые колебания  могут вызывать изменения костной  структуры с разрежением плотности  костной ткани.

Гигиенические нормативы  ультразвука определены ГОСТ 12.1.001-89.

3. Инфразвук

Инфразвук – область акустических колебаний с частотой ниже 16...20 Гц. В условиях производства инфразвук, как правило, сочетается с низкочастотным шумом, в ряде случаев – с низкочастотной вибрацией.

Медицинские исследования показали опасность инфразвуковых колебаний  для живых организмов. Невидимые  и неслышимые волны вызывают у  человека чувство глубокой подавленности и необъяснимого страха. Особенно опасен инфразвук с частотой около 8 Гц из-за его возможного резонансного совпадения с ритмом биотоков мозга.

Инфразвук вреден во всех случаях: слабый действует на внутреннее ухо  и вызывает симптомы морской болезни, сильный заставляет внутренние органы вибрировать, вызывает их повреждение  и даже остановку сердца. При воздействии инфразвука на организм уровнем 110 – 150 дБ могут возникать неприятные субъективные ощущения и многочисленные реактивные изменения: нарушения в ЦНС, сердечно-сосудистой и дыхательной системах, вестибулярном анализаторе. Отмечают жалобы на головные боли, головокружение, осязаемые движения барабанных перепонок, звон в ушах и голове, снижение внимания и работоспособности; может появиться чувство страха, сонливость, затруднение речи; специфическая для действия инфразвука реакция – нарушение равновесия. При воздействии инфразвука с уровнем 105 дБ отмечены психофизиологические реакции в форме повышения тревожности и неуверенности, эмоциональной неустойчивости. Инфразвук средней силы может вызвать слепоту.

myunivercity.ru

Реферат Источники звука. Звуковые колебания

Человек живёт в мире звуков. Звук для человека является источником информации. Он предостерегает людей об опасности. Звук в виде музыки, пения птиц доставляет нам наслаждение. Мы с удовольствием слушаем человека с приятным голосом. Звуки важны не только для человека, но и для животных, которым хорошее улавливание звука помогает выжить.

Звук – это механические упругие волны, распространяющиеся в газах, жидкостях, твердых телах.

Причина звука- вибрация(колебания) тел, хотя эти колебания зачастую незаметны для нашего глаза.

Источники звука— физические тела, которые колеблются, т.е. дрожат или вибрируют с частотой от 16 до 20000 раз в секунду. Вибрирующее тело может быть твердым, например, струна или земная кора, газообразным, например, струя воздуха в духовых музыкальных инструментах или жидким, например, волны на воде.

                                                                   Громкость

Громкость зависит от амплитуды колебаний в звуковой волне. За единицу громкости звука принят 1 Бел(в честь Александра Грэхема Белла, изобретателя телефона).  На практике громкость измеряют в децибелах (дБ). 1 дБ = 0,1Б.

10 дБ– шепот;

20–30 дБ– норма шума в жилых помещениях; 50 дБ – разговор средней громкости;80 дБ – шум работающего двигателя грузового автомобиля;130 дБ – порог болевого ощущения

Звук громкостью свыше 180 дБ может даже вызвать разрыв барабанной перепонки.

Высокие звуки представлены высокочастотными волнами – например, птичье пение.

Низкие звуки – это  низкочастотные волны, например, звук двигателя большого грузовика.

                                                                Звуковые волны

Звуковые волны – это упругие волны, вызывающие у человека ощущение звука.

Звуковая волна может проходить самые различные расстояния. Орудийная стрельба слышна на 10-15 км, ржание лошадей и лай собак - на 2-3 км, а шепот всего на несколько метров. Эти звуки передаются по воздуху. Но проводником звука может быть не только воздух.

Приложив ухо к рельсам, можно услышать шум приближающегося поезда значительно раньше и на большем расстоянии. Значит металл проводит звук быстрее и лучше, чем воздух. Вода тоже хорошо проводит звук. Нырнув в воду, можно отчетливо слышать, как стучат друг о друга камни, как шумит во время прибоя галька.

Свойство воды – хорошо проводить звук – широко используется для разведки  в море во время войны, а также для измерения морских глубин.

Необходимое условие распространения звуковых волн – наличие материальной среды.В вакууме звуковые волны не распространяются, так как там нет частиц, передающих взаимодействие от источника колебаний.

                Поэтому на Луне из-за отсутствия атмосферы царит полная тишина. Даже падение метеорита на ее поверхность не слышно наблюдателю.

В каждой среде звук распространяется с разной скоростью.

Скорость звука в воздухе - приблизительно 340 м/с.

Скорость звука в воде — 1500 м/с.

Скорость звука в металлах, в стали — 5000 м/с.

В теплом воздухе скорость звука больше, чем в холодном, что приводит к изменению направления распространения звука.

                                                                          КАМЕРТОН

- это U-образная металлическая пластина , концы которой могут колебаться после удара по ней.

Издаваемый камертоном звук очень слабый и его слышно лишь на небольшом расстоянии.Резонатор - деревянный ящик, на котором можно закрепить камертон, служит для усилениязвука. Излучение звука при этом происходит не только с камертона, но и с поверхности резонатора. Однако длительность звучания камертона на резонаторе будет меньше, чем без него.

                                                                                  Э Х О

Громкий звук, отражаясь от преград, возвращается к источнику звука спустя несколько мгновений, и мы слышим эхо.

Умножив скорость звука на время, прошедшее от его возникновения до возвращения, можно определить удвоенное расстояние от источника звука до преграды.Такой способ определения расстояния до предметов используется в эхолокации.

Некоторые животные, например летучие мыши , также используют явление отражения звука, применяя метод эхолокации

На свойстве отражения звука основана эхолокация.

Звук - бегущая механическая волна и передает энергию.Однако мощность одновременного разговора всех людей на земном шаре едва ли больше мощности одного автомобиля "Москвич"!

                                                    Ультразвук.

·         Колебания с частотами, превосходящими 20 000 Гц, называют ультразвуком. Ультразвук широко применяется в науке и технике.

·         Жидкость вскипает при прохождении ультразвуковой волны (кавитация). При этом возникает гидравлический удар. Ультразвуки могут отрывать кусочки от поверхности металла и производить дробление твердых тел. С помощью ультразвука можно смешать не смешивающиеся жидкости. Так готовятся эмульсии на масле. При действии ультразвука происходит омыление жиров. На этом принципе устроены стиральные устройства.

·         Широко используется ультразвук в гидроакустике. Ультразвуки большой частоты поглощаются водой очень слабо и могут распространяться на десятки километров. Если они встречают на своем пути дно, айсберг или другое твердое тело, они отражаются и дают эхо большой мощности. На этом принципе устроен ультразвуковой эхолот.

В металле ультразвук распространяется практически без поглощения. Применяя метод ультразвуковой локации, можно обнаружить мельчайшие дефекты внутри детали большой толщины.

·         Дробящее действие ультразвука применяют для изготовления ультразвуковых паяльников.

Ультразвуковые волны, посланные с корабля, отражаются от затонувшего предмета. Компьютер засекает время появления эха и определяет местоположение предмета.

·         Ультразвук применяют в медицине и биологии для эхолокации, для выявления и лечения опухолей и некоторых дефектов в тканях организма, в хирургии и травматологии для рассечения мягких и костных тканей при различных операциях, для сварки сломанных костей, для разрушения клеток (ультразвук большой мощности).

Инфразвук и его влияние на человека.

Колебания с частотами ниже 16 Гц называются инфразвуком.

                                               В природе инфразвук возникает из-за вихревого движения воздуха в атмосфере или в результате медленных вибраций различных тел. Для инфразвука характерно слабое поглощение. Поэтому он распространяется на большие расстояния. Организм человека болезненно реагирует на инфразвуковые колебания. При внешних воздействиях, вызванных механической вибрацией или звуковой волной на частотах 4-8 Гц, человек ощущает перемещение внутренних органов, на частоте 12 Гц – приступ морской болезни.

·         Наибольшую интенсивность инфразвуковых колебаний создают машины и механизмы, имеющие поверхности больших размеров, совершающие низкочастотные механические колебания (инфразвук механического происхождения) или турбулентные потоки газов и жидкостей (инфразвук аэродинамического или гидродинамического происхождения).

bukvasha.ru

Смотрите также

• 
  Реферат аллергический ринит
• 
  Логистический поток реферат
• 
  Лицевые боли реферат
• 
  Ленточная пила реферат
• 
  Экология казахстана реферат
• 
  Философия шеллинга реферат
• 
  Реферат тайский бокс
• 
  Реферат киевское княжество
• 
  Национальный доход реферат
• 
  Киевское княжество реферат
• 
  История бокса реферат