Поширення звуку спостерігається щільною. Особливості поширення та випромінювання звуку у воді. Чим же відрізняються ранні та пізні відображення

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

Що таке звук?

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

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

Як створити звук?

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

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

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

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

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

До пояснення поширення звукових хвиль

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

Розповсюдження звукових хвиль

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

Необхідна умова поширення звукових хвиль – наявність матеріального середовища.

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

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

Швидкість поширення звукових хвиль визначається швидкістю передачі взаємодії між частинками.

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

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

де - адіабатична стисливість середовища; ρ – щільність.

Закони розповсюдження звукових хвиль

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

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

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

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

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

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

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

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

Властивості звуку та його характеристики

Основні Фізичні характеристикизвуку – частота та інтенсивність коливань. Вони впливають на слухове сприйняття людей.

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

Частота коливань – це кількість повних коливань (періодів) за секунду. Цю одиницю називають герцем (Гц). Чим більша частота коливань, тим вищий звук ми чуємо, тобто звук має вищий тон. Відповідно до прийнятої міжнародної системи одиниць, 1000 Гц називається кілогерцем (кГц), а 1. 000. 000 – мегагерцем (МГц).

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

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

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

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

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

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

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

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

Вплив звуку на органи слуху людини

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

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

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

Вплив звуку на організм людини

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

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

Звукоізоляція

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

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

Слід враховувати, що допустимі рівні шуму від зовнішніх джерел у приміщеннях встановлюються за умови забезпечення нормативної вентиляції приміщень (для житлових приміщень, палат, класів – при відкритих кватирках, фрамугах, вузьких стулках вікон).

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

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

Шум. Музика. Мова.

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

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

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

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

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

Інфразвук та ультразвук

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

Скажімо, звуки із частотою нижче 16 герц називають інфразвуком.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

За допомогою спеціальних приладів можна побачити поширення звукових хвиль.

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

Виявляється, існують звуки, які сприймаються людським вухом.

Список літератури

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

Касьянов В. А. Фізика 10 клас

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

Глава 2. Акустичний шум та його вплив на людину

Ціль: Дослідити вплив акустичного шуму на організм людини.

Вступ

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

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

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

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

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

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

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

Історична довідка

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

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

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

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

У 1700-1707 р.р. вийшли мемуари Жозефа Савера з акустики, опубліковані Паризькою академією наук. У цих мемуарах Савер розглядає явище, добре відоме конструкторам органів: якщо дві труби органу видають одночасно два звуки, які лише трохи відрізняються за висотою, то чути періодичні посилення звуку, подібні до барабанного дробу. Савер пояснив це явище періодичним збігом коливань обох звуків. Якщо, наприклад, один із двох звуків відповідає 32 коливанням в секунду, а інший – 40 коливань, то кінець четвертого коливання першого звуку збігається з кінцем п'ятого коливання другого звуку і таким чином відбувається посилення звуку. Від органних труб Савер перейшов до експериментальному дослідженнюколивань струни, спостерігаючи вузли та пучності коливань (ці назви, що існують і досі в науці, введені ним), а також зауважив, що при збудженні струни поряд з основною нотою звучать й інші ноти, довжина хвилі яких становить ½, 1/3 , ¼,. від основної. Він назвав ці ноти найвищими гармонійними тонами, і цій назві судилося залишитися в науці. Нарешті, Савер перший намагався визначити межу сприйняття коливань як звуків: для низьких звуків він вказав кордон у 25 коливань за секунду, а високих – 12 800. Потім, Ньютон, грунтуючись цих експериментальних роботах Савера, дав перший розрахунок довжини хвилі звуку і дійшов висновку, добре відомому зараз у фізиці, що для будь-якої відкритої труби довжина хвилі звуку, що випускається, дорівнює подвоєній довжині труби.

Джерела звуку та їх природа

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Вимірювання шуму

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

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

Рівень шуму вимірюється в одиницях,

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Рівні шуму

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

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

Допустимий шум у приміщеннях

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Вплив акустичного шуму на людину

Вплив акустичного шуму на людину буває різним:

A. Шкідливе

Шум призводить до виникнення доброякісної пухлини.

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

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

В. Сприятливе

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

С. Лікувальне

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

Вплив шуму на організм людини

Але чи тільки органи слуху страждають від шумів?

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

1. Шум стає причиною передчасного старіння. У тридцяти випадках зі ста шум скорочує тривалість життя людей великих містахна 8-12 років.

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

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

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

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

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

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

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

ПРОБЛЕМА ШУМУ

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

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

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

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

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

Шумовий забруднення

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

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

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

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

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

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

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

Звукоізоляція

Уникнути шкідливого впливу шуму значно допомагає звукоізоляція

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

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

БОРОТЬБА З АКУСТИЧНИМ ШУМОМ

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

МІСТО І ЗЕЛЕНІ НАСАДЖЕННЯ

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

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

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

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

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

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

← Шум можна виміряти за допомогою спеціальних приладів – шумомірів.

← Потрібно боротися із шкідливим впливом шуму шляхом контролю рівня шуму, а також за допомогою спеціальних заходів щодо зниження рівня шуму.

Розповсюдження звуку у вільному просторі

Якщо джерело звуку всеспрямований, Іншими словами, звукова енергія поширюється рівномірно у всіх напрямках, як, наприклад, звук від літака в повітряному просторі, то розподіл звукового тиску залежить тільки від відстані і зменшується на 6 дБ з кожним подвоєнням відстані від джерела звуку.

Якщо ж джерело звуку спрямований, Як, наприклад, рупор, то рівень звукового тиску залежить як від відстані, так і від кута сприйняття щодо осі випромінювання звуку.

Взаємодія звуку з перешкодою

Звукові (чутні) хвилі, зустрічаючи на своєму шляху перешкоду, частково поглинаються ним, частково відбиваються від нього, тобто перевипромінюються перешкодою назад у приміщення і частково проходять через нього наскрізь.

Відразу слід зазначити, що відсоткове співвідношення цих процесів буде різним для звукових хвиль різної довжини, що з особливостями поведінки ВЧ, СЧ і НЧ хвиль. Крім цього, важливу роль відіграють характеристики самої перешкоди такі, як його товщина, щільність матеріалу з якого вона виготовлена, а також властивості поверхні (гладка/рельєфна, щільна/пухка).

Розповсюдження звуку в замкнутому просторі

Поширення звуку в замкнутому просторі (в умовах приміщення) кардинальним чином відрізняється від умов його поширення у вільному просторі, оскільки звукова хвиля зустрічає на своєму шляху безліч перепон (стіни, стеля, підлога, меблі, предмети інтер'єру і т.п.).

Численні відображення основного звуку, що виникають в результаті цього, взаємодіють, як з прямим звуком, що виходить безпосередньо з динаміка і досягає вух слухача найкоротшим шляхом, тобто, по прямій, так і між собою. Схематично цю відмінність ілюструє наступна діаграма:

1) Відкритий простір:прямий звук;

2) Замкнутий простір:прямий звук + ранні відбиття + реверберація.

Всім відомо, що звук відбивається від стін, підлоги та стелі, але як це відбувається?

Як було розглянуто вище, звукова хвиля, ударяючись про перешкоду, частково відбивається від неї, частково поглинається, а частково проходить крізь перешкоду.

Звичайно, чим твердіше і щільніше стіна, тим більшу частину акустичної енергії вона відбиватиме назад у внутрішній простір приміщення.

Звукові хвилі відбиваються від перешкод гостроспрямовано, тому в місцях їх відбиття від стін, стелі та підлоги, тобто осторонь основного джерела звуку з'являються його додаткові "образи"(вторинні, "уявні" джерела звуку або, так звані "фантоми". У деяких зарубіжних джерелах інформації їх також називають "гарячими областями").

Відображення, взаємодіючи між собою та з прямим звуком, спотворюють його та погіршують виразність звукової картини. А тепер уявіть собі, що відбувається, коли багаточастотний звук відразу від двох або більше акустичних систем відбивається відразу від шести поверхонь кімнати (чотирьох стін, стелі та підлоги), і Ви зрозумієте, який колосальний вплив має акустика приміщення на якість звуку, що відтворюється в ньому. .

Отже, в замкнутому просторі (в умовах приміщення) виділяють три джерела звуку:

1. Прямий звук- це звук, що виходить безпосередньо з динаміків АС (акустичної системи) і досягає вух слухача найкоротшим шляхом - прямою, тобто, не відбиваючись від поверхонь стін, підлоги та стелі приміщення (умовно можна вважати його оригінальним звуком, записаним на музичному носії).

2. Ранні відбиття (перші відбиття)- це відображення основного звуку від стін, підлоги і стелі приміщення, а також від предметів інтер'єру, що знаходяться в ньому, що досягають вух слухача найкоротшими шляхами, тобто, зазнаючи єдиного відображення, завдяки чому вони зберігають досить велику амплітуду і формують в областях відображення на поверхнях стін, підлоги та стелі приміщення «образи»(Вторинні, віртуальні, «уявні» джерела, «фантоми») прямого звуку. Саме тому перші відображення є найбільш важливими у загальній структурі відображень і, відповідно, серйозно впливають на якість звучання та формування стереокартини.

3. Ревербераційні відображення (пізні відображення, реверберація, відлуння). На відміну від ранніх відбиття, вони є результатом багаторазових перевідбиття основного звуку від поверхонь стін, підлоги та стелі приміщення. Вони досягають вух слухача складними, довгими шляхами і мають низьку амплітуду.

Під основнимзвуком мається на увазі звук, що виходить безпосередньо з динаміка, але, на відміну прямого звуку, має кругову спрямованість.

Чим же відрізняються ранні та пізні відображення?

Щоб відповісти на це питання, необхідно ознайомитися з деякими суб'єктивними особливостями людського звукосприйняття, пов'язаними з часовою характеристикою звуку.

Це так званий ефект Хаасу (Haas effect), Суть якого полягає в тому, що, якщо звук приходить від декількох різновидалених джерел, то наша система вухо/мозок ідентифікує (сприймає) тільки той звук, який прийшов раніше.

Якщо різниця у часі прибуття кількох звукових сигналів становить до 50 мс, то раніше прибув звук домінує над тим, що прийшов пізніше, навіть у разі, якщо останній на 10 дБ голосніше (тобто голосніше в 3 рази!).

Таким чином, всі відображення, що досягають вух слухача протягом перших 50 мс слідом за прямим звуком, сприймаються людським вухом разом з прямим сигналом, тобто, як один загальний сигнал.

З одного боку, це призводить до поліпшення сприйняття мови і суб'єктивного збільшення її гучності, проте, у разі звуковідтворення це значно погіршує його якість за рахунок спотворення оригінальної музичної інформації відбитими звуковими сигналами, що зливаються з нею.

Якщо ж відображення надходять із затримкою більше, ніж 50 мс і мають порівнянний рівень із прямим сигналом, людське вухо сприймає їх як повторення прямого сигналу, тобто у вигляді окремих звукових сигналів. У таких випадках ці відображення називають «луною» (реверберацією). Відлуння істотно погіршує розбірливість мови та сприйняття музичної інформації.

1) Особливе практичне значення мають ранні відбиття (перші відбиття), що досягають вуха слухача в часовому проміжку до 20 мс. після прямого сигналу.

Як мовилося раніше, вони зберігають велику амплітуду і сприймаються людським вухом разом із прямим сигналом і, отже, спотворюють його початкову (оригінальну) структуру. Таким чином, перші відображення є одним із основних ворогів якісного звуку.

Геометричні характеристики ранніх відбитків безпосередньо залежить від форми приміщення, розташування джерела звуку (у разі це АС) і слухача у ньому, будучи унікальними кожної конкретної точки даного приміщення.

Амплітудні характеристики перших відбитків залежать від:

Відстань між джерелом звуку і поверхнею, що відбиває;

Відстань від вух слухача до поверхні, що відбиває;

Від акустичних властивостей самої поверхні, що відбиває.

Таким чином, акустична характеристика кожної точки внутрішнього простору приміщення, головним чином, визначається поєднанням характеристик прямого звуку та ранніх відбитків, що приходять у цю точку.

2) Реверберація (пізні відбиття, луна).

При відтворенні звуку в приміщенні ми чуємо не тільки прямий звук від джерела і ранні відбиття, але й слабкіші (тихі) відбиті сигнали, що є результатом тривалих багаторазових перевідбиття основного звуку від стін, підлоги і стелі приміщення. Ці звукові сигнали досягають вух слухача з великим запізненням щодо моменту прибуття прямого звуку і перших відображень. Суб'єктивно це сприймається в
луна.

Таким чином, ефект, при якому згасання звуку відбувається не відразу, а поступово, за рахунок численних його перевідбиття від стін, підлоги та стелі приміщення, називається реверберацією.

Спектральний склад відбитих сигналів у великих і малих приміщеннях відрізняється, оскільки реверберація несе у собі інформацію розміри приміщення. Крім цього спектр ревербераційних сигналів також містить інформацію про властивості матеріалів, з яких виготовлені поверхні, що відбивають.

Наприклад, реверберація з високим рівнемвисокочастотних складових, що асоціюється з кімнатою, що має тверді стіни, які добре відображають високі частоти. Якщо ж звук реверберації глухий, то слухач приходить до висновку, що стіни кімнати вкриті килимами або драпіруванням, що поглинає високі частоти.

Також слід зазначити, що спектр сигналів реверберації дозволяє визначити відстань до джерела звуку.

Наша система вухо/мозок, автоматично оцінюючи співвідношення між рівнями прямого звуку та реверберації, самостійно робить висновок про те, чи є джерело звуку близько (слабка реверберація) чи далеко (сильна реверберація).

Крім того, орган слуху людини влаштований таким чином, що якість звукосприйняття залежить не тільки від кількісного співвідношення між прямим звуком і реверберацією, але також від часу запізнення ревербераційного сигналу по відношенню до моменту сприйняття прямого звуку.

Час ревербераціїє проміжком часу, протягом якого звукова хвиля, багаторазово перебиваючись луною по кімнаті, поступово згасає. Цей параметр є одним із головних критеріїв акустичної характеристики приміщення.

Цей параметр характеризує розміри приміщення: у малих приміщеннях за одиницю часу відбувається більша кількість перевідбиття, що, на відміну від ситуації у великих кімнатах, веде до швидкого ослаблення та подальшого загасання реверберації. А також і властивості його поверхонь, що відбивають: тверді глянцеві поверхні, на відміну від рельєфних і м'яких, добре відображають звук, практично не послаблюючи його, що в свою чергу, природно, продовжує час реверберації.

Для позначення даного параметра було прийнято скорочення RT60, тобто час (у секундах), протягом якого рівень звукового тиску (SPL) у приміщенні знижується на 60 дБ, після того, як джерело звуку припинить випромінювання.

Багаторазова луна суб'єктивно сприймається як гучність приміщення. Чим менше загасання, тим більший час реверберації і, відповідно, тим сильніша гучність.

Як зазначалося, час реверберації визначається як розмірами приміщення, а й відбиває здатністю його стін, підлоги і стелі. Вам доводилося помічати, як незвичний звук у порожній кімнаті, підготовленій для ремонту, чи величезному ангарі, де має місце сильна реверберація?

У зв'язку з вищесказаним доцільно розглянути ще одну категорію, а саме, радіус гучності. Що це таке?

Йдеться про співвідношення рівнів прямого та відбитого звуку. Загалом, що ближче знаходиться слухач до джерела звуку, то голосніше прямий звук і, відповідно, тихіше - відбитий. У міру віддалення джерела звуку прямий звук слабшає, а відбитий, навпаки, посилюється.

Логічно дотримуючись цього принципу, можна цілком справедливо припустити, що на певній відстані від джерела звуку прямий і відбитий звук сприйматимуть слухач з однаковою гучністю. Так от коло, з радіусом, що відповідає радіусу гулкости, і є межею між двома областями: внутрішньою з переважанням прямого звуку і зовнішню, де домінує відбитий звук.

Особливості поведінки звукових хвиль різної довжини в умовах замкнутого простору

Очевидно, що поведінка звуку в музичній студії підпорядковується законам його поширення у замкнутому просторі. Розглянемо цей процес детальніше.

Поведінка звукових хвиль у замкнутому просторі залежить від їхньої довжини і, відповідно, від частоти їх коливань, що варіюють у межах від 17 метрів (20 Гц - на початку басового діапазону, що чує) до 17 міліметрів (20 КГц - в кінці чутного високочастотного діапазону).

Спрощено поведінку звукових хвиль усередині приміщення, залежно від їхньої довжини, можна представити у вигляді двох незалежних моделей.

Одна – для НЧ виглядає як чисто хвильовий процес- інтерференція (складання) всіх джерел НЧ (як басу від динаміків, так і низькочастотних відбиття від стін, підлоги і стелі), що призводить до утворення тривимірної картинки для кожної частоти подібно до гірського рельєфу з піками, що чергуються, і провалами гучності.

Друга - для ВЧ, подібна до випромінювання світла з відомими законами заломлення, відображення та дифракції. Вона використовує наочні методи геометричної оптики, оскільки у цих галузях діють аналогічні правила. Наприклад, частина енергії звукової хвилі, що досягла твердої поверхні, відбивається нею під кутом, рівному куткупадіння.

Загальну картину доповнює змішання цих двох процесів СЧ.

Середньо- та високочастотні хвилі (хвилі малої довжини).

Як мовилося раніше, поведінка звукових хвиль ВЧ діапазону загалом підпорядковується законам поширення світла. Це безпосередньо відноситься до хвиль ВЧ діапазону і більш менш справедливо по відношенню до ВСЧ піддіапазону.

Першою особливістю звукових хвиль даного діапазону є їхня виражена спрямованістьтобто зміна (посилення або ослаблення) сприйняття рівня ВЧ навіть при незначному відхиленні від осі їх випромінювання. Простіше кажучи, високі частоти поширюються у напрямку слухача подібно до променя прожектора.

Спрямованість зростає із збільшенням частоти сигналу, досягаючи максимуму на найвищих частотах. Саме спрямованість визначає основне значення ВЧ хвиль у формуванні стереокартини.

Другою характерною особливістю ВЧ є здатність до багаторазового відображення від твердих поверхонь, подібно до рекошетної кулі або більярдної кулі, що, у свою чергу, обумовлює їхню легку розсіюваність (дифузію).

Третя особливість - легка поглинаннянавіть тонкими м'якими поверхнями, такими як, наприклад, штори.

Саме завдяки спрямованості та здатності до відображення ВЧ, як зазначалося вище, приймають активна участьу формуванні ревербераційної картини.

Низькочастотні або басові хвилі (хвилі великої довжини).

Отже, поведінка НЧ в умовах замкнутого простору виглядає як суто хвильовий процес, в основі якого лежить інтерференція, тобто, процес складання (накладання) звукових хвиль, що виходять абсолютно від усіх НЧ джерел, що знаходяться в приміщенні, а також безлічі НЧ-відбиття від стін , підлоги та стелі даного приміщення.

Це зумовлено тим, що на відміну від СЧ і ВЧ хвиль, що є спрямованими, басові хвилі рівномірно поширюються у всіх напрямках подібно до сфер, що розходяться від випромінюючого центру. Таким чином, НЧ звукові хвилі всеспрямованими, саме тому, із заплющеними очима неможливо визначити місце розташування вуфера.

Ця властивість НЧ хвиль пояснює нездатність їх у формуванні стереокартини.

Крім цього, завдяки великій довжині хвилі та високої енергії, НЧ хвилі здатні не тільки огинати перешкоду, а й, частково відбиваючись, «проходити» наскрізь навіть через бетонні стіни (це саме той випадок, коли Ваші далекі сусіди по «багатоповерхівці» чують низькочастотне "гудіння", під час прослуховування Вами музики).

Таким чином, на відміну від ВЧ, які легко відбиваються від твердих поверхонь, басові хвилі відбиваються набагато гірше, частково поглинаючись і частково проходячи крізь перешкоду, причому зі зниженням частоти вони все більше втрачають здатність до відображення і вважають за краще «йти напролом».

А ще НЧ хвилі «вміють» «витікати» з приміщення через відкриті віконні та дверні отвори, а також легко проникати через скло, наче його взагалі немає.

Враховуючи всі вищеперелічені моменти, а також беручи до уваги той факт, що довжини НЧ хвиль можна порівняти з лінійними розмірами кімнати (довжиною, шириною та висотою), стає зрозумілим, чому на поведінку басових хвиль основний вплив мають саме параметри приміщення.

Якщо довжина хвилі звукового сигналу в два рази більше одного з лінійних розмірів кімнати, то на її частоті між даною парою стін виникає найгрізніше і важко придушується акустичне явище, буквально, що «вбиває» звук, - резонанс повітряного об'єму.

Суб'єктивно це виявляється у посиленні сигналу цієї конкретної частоти по відношенню до рівня інших частот і появі гучності звучання.

Низькочастотні резонанси та стоячі хвилі виникають між двома паралельними поверхнями (наприклад, між фронтальною та тиловою стінами або між бічними стінами, або між підлогою та стелею) при збудженні в даному приміщенні звукової хвилі з відповідною частотою.

Причому абсолютно неважливо, що збудить цю хвилю: відтворення музики, гра на музичному інструменті, тембр голосу при розмові, звуки комунікацій або транспорту, що проходить повз, робота електропобутових приладів і т.д.).

Низькочастотні звукові хвилі поширюються всеспрямовано («... ми можемо локалізувати баси, нижче 80 Гц...» - Anthony Grimani) і вони мають величезної енергією. Найнижчі з них – басові частоти, практично не відбиваючись, здатні проходити через будь-які перешкоди.

У міру підвищення частоти їх здатність до відображення зростає, а здатність, що проникає, знижується.

«Вважається, що звук поширюється прямолінійно, як будь-які хвилі. Але це справедливо лише позбавленого перешкод широкого простору. Насправді рух звукових хвиль набагато складніше. Вони стикаються з перешкодами і один з одним, і часом поширюються, утворюючи вихори, невимовними траєкторіями.

На мій погляд, тим, хто займається аудіотехнікою, необхідно мати просторову уяву, щоб ясно представляти візуальні образи звукових хвиль та їх поведінку, яку неможливо пояснити, спираючись лише на теорію електрики.

Схоже, до цього дня, величезна кількість факторів, що впливають на звуковідтворення, залишаються невивченими, кидаючи виклик усім накопиченим знанням та досвіду звукоінженерів. Чим більше я розмірковую над цим, тим чіткіше розумію, що світ звуку набагато глибший, ніж ми можемо собі уявити.

Ми сприймаємо звуки, перебуваючи з відривом від джерел. Зазвичай звук доходить до нас повітрям. Повітря є пружним середовищем, що передає звук.

Якщо між джерелом та приймачем видалити звукопередавальне середовище, то звук поширюватися не буде і, отже, приймач не сприйме його. Продемонструємо це на досвіді.

Помістимо під дзвін повітряного насоса годинник-будильник (рис. 80). Поки в дзвоні знаходиться повітря, звук дзвінка чути ясно. При відкачуванні повітря з-під дзвону звук поступово слабшає і, нарешті, стає нечутним. Без передавального середовища коливання тарілки дзвінка не можуть поширюватись, і звук не доходить до нашого вуха. Впустимо під дзвін повітря і знову почуємо брязкіт.

Мал. 80. Досвід, що доводить, що у просторі, де немає речовинного середовища, звук не поширюється

Добре проводять звуки пружні речовини, наприклад, метали, деревина, рідини, гази.

Покладемо на один кінець дерев'яної дошки кишеньковий годинник, а самі відійдемо до іншого кінця. Приклавши вухо до дошки, почуємо хід годинника.

Прив'яжемо до металевої ложки мотузку. Кінець мотузки прикладемо до вуха. Вдаряючи по ложці, почуємо сильний звук. Ще сильніший звук почуємо, якщо мотузку замінимо дротом.

М'які та пористі тіла – погані провідники звуку. Щоб захистити яке-небудь приміщення від проникнення сторонніх звуків, стіни, підлогу та стелю прокладають прошарками із звукопоглинаючих матеріалів. Як прошарки використовують повсть, пресовану пробку, пористі камені, різні синтетичні матеріали (наприклад, пінопласт), виготовлені на основі спінених полімерів. Звук у таких прошарках швидко згасає.

Рідини добре проводять звук. Риби, наприклад, добре чують кроки та голоси на березі, це відомо досвідченим рибалкам.

Отже, звук поширюється в будь-якому пружному середовищі - твердому, рідкому та газоподібному, але не може поширюватися в просторі, де немає речовини.

Коливання джерела створюють у навколишньому середовищі пружну хвилю звукової частоти. Хвиля, досягаючи вуха, впливає на барабанну перетинку, змушуючи її вагатися з частотою, що відповідає частоті джерела звуку. Тремтіння барабанної перетинки передаються за допомогою системи кісточок закінченням слухового нерва, дратують їх і тим самим викликають відчуття звуку.

Нагадаємо, що в газах та рідинах можуть існувати лише поздовжні пружні хвилі. Звук у повітрі, наприклад, передається поздовжніми хвилями, т. е. згущеннями, що чергуються, і розрідженнями повітря, що йдуть від джерела звуку.

Звукова хвиля, як і будь-які інші механічні хвилі, поширюється у просторі не миттєво, і з певною швидкістю. У цьому можна переконатися, наприклад, спостерігаючи здалеку за стрільбою з рушниці. Спочатку бачимо вогонь та дим, а потім через деякий час чуємо звук пострілу. Дим утворюється в той же час, коли відбувається перше звукове коливання. Вимірявши проміжок часу t між моментом виникнення звуку (момент появи диму) та моментом, коли він доходить до вуха, можна визначити швидкість поширення звуку:

Вимірювання показують, що швидкість звуку повітря при 0 °З нормальному атмосферному тиску дорівнює 332 м/с.

Швидкість звуку в газах тим більше, що вища їх температура. Наприклад, при 20 °С швидкість звуку повітря становить 343 м/с, при 60 °С - 366 м/с, при 100 °З - 387 м/с. Пояснюється це тим, що з підвищенням температури зростає пружність газів, а чим більше пружні сили, що виникають в середовищі при її деформації, тим більше рухливість частинок і швидше передаються коливання від однієї точки до іншої.

Швидкість звуку залежить також від властивостей середовища, в якому поширюється звук. Наприклад, при 0 °С швидкість звуку у водні дорівнює 1284 м/с, а у вуглекислому газі - 259 м/с, оскільки молекули водню менш масивні і менш інертні.

В даний час швидкість звуку може бути виміряна в будь-якому середовищі.

Молекули в рідинах і твердих тілах розташовані ближче один до одного і взаємодіють сильніше, ніж молекули газів. Тому швидкість звуку в рідких та твердих середовищах більша, ніж у газоподібних.

Оскільки звук - це хвиля, то визначення швидкості звуку, крім формули V = s/t, можна скористатися відомими вам формулами: V = λ/T і V = vλ. При вирішенні завдань швидкість звуку повітря зазвичай вважають рівною 340 м/с.

Запитання

1. З якою метою ставлять досвід, зображений малюнку 80? Опишіть, як цей досвід проводиться і який висновок із нього випливає.
2. Чи може звук поширюватись у газах, рідинах, твердих тілах? Відповіді підтвердіть прикладами.
3. Які тіла краще проводять звук – пружні чи пористі? Наведіть приклади пружних та пористих тіл.
4. Яку хвилю - поздовжню або поперечну - є звуком, що розповсюджується в повітрі; в воді?
5. Наведіть приклад, який показує, що звукова хвиля поширюється не миттєво, і з певною швидкістю.

Вправа 30

1. Чи може звук сильного вибуху на Місяці чути на Землі? Відповідь обґрунтуйте.
2. Якщо до кожного кінці нитки прив'язати по одній половинці мильниці, то за допомогою такого телефону можна перемовлятися навіть пошепки, перебуваючи в різних кімнатах. Поясніть явище.
3. Визначте швидкість звуку у воді, якщо джерело, що коливається з періодом 0,002, збуджує у воді хвилі довжиною 2,9 м.
4. Визначте довжину звукової хвилі частотою 725 Гц у повітрі, у воді та у склі.
5. По одному кінці довгої металевої труби вдарили один раз молотком. Чи звук від удару поширюватиметься до другого кінця труби по металу; повітрям усередині труби? Скільки ударів почує людина, яка стоїть на другому кінці труби?
6. Спостерігач, що стоїть біля прямолінійної ділянки залізниці, побачив пару над свистком паровоза, що йде вдалині. Через 2 с після появи пари він почув звук свистка, а через 34 с паровоз пройшов повз спостерігача. Визначте швидкість руху паровоза.

МОСКВА, 16 жовт - РІА Новини, Ольга Коленцова.Всім відомо, що у кожному будинку своя чутність. В одних будинках люди навіть не підозрюють про існування по сусідству галасливої ​​дитини та величезної вівчарки, а в інших можна простежити маршрут пересування квартирою навіть маленької кішки.

Трапляється, що після довгих місяців ремонту ви нарешті оглядаєте готовий варіант - і розчаровуєтеся. Тому що отриманий результат у реального життявиглядає не так, як у проекті. Фахівці з ремонту розповіли сайту "РІА Нерухомість", як швидко та недорого внести зміни до інтер'єру.

Звукова хвиля є коливаннями частинок, при яких відбувається перенесення енергії. Тобто частки змінюють своє положення щодо рівноваги, вібруючи вгору-вниз або вліво-вправо. У повітрі частки, окрім коливань, перебувають у постійному хаотичному русі. Коли ми говоримо, то змушуємо молекули повітря коливатись із певною частотою, яку реєструє наш орган слуху. Завдяки безладному руху молекул вони швидше, ніж їхні "побратими" у твердому тілі, "втрачають" частоту, в межах якої рухалися раніше.

А що щодо твердих тіл? Якщо вдарити молотком по стіні або підлозі будинку, звукова хвиля побіжить твердою конструкцією, змушуючи коливатися атоми або молекули, з яких вона складається. Однак слід пам'ятати, що в твердих тілах частинки "упаковані" більш щільно, тому що вони знаходяться ближче один до одного. І швидкість звуку в щільних середовищаху кілька разів вища, ніж швидкість звуку у повітрі. За 25 градусів Цельсія середня швидкість його поширення 346 метрів за секунду. А в бетоні це значення сягає 4250-5250 метрів за секунду. Різниця більш ніж у 12 разів! Не дивно, що звукова хвиля здатна передаватися великі відстані саме у твердих тілах, а чи не в повітрі.

Коливання молекул повітря досить слабкі, тому може поглинути товста, наприклад, бетонна стіна. Звичайно, чим вона товстіша, тим якісніше ізолює мешканців квартири від знайомства з секретами сусідів.

Але якщо рух молекул повітря зупинить стіна, то в ній звук промчить без перешкод. Коливання молекул твердих тіл набагато більш "енергійні", тому легко передають енергію повітряним середовищам. Припустимо, людина на п'ятому поверсі вирішила прибити поличку до стіни. Рух свердла дриля змушує коливатися молекули, у тому числі складається вся тверда поверхню. Сама людина чує як повітряний шум, і ударний. А ось його сусіди парою поверхів вище чують лише ударний шум, що виникає внаслідок поширення звукової хвилі конструкції будівлі.

Допустимо, сусіди зверху тупотять, стрибають, стукають м'ячем до середини ночі, а ще їхній великий кіт любить перескакувати з полиці шафи на підлогу саме над вашою головою. У цьому випадку людям зазвичай рекомендують робити звукоізоляцію стелі. Але найчастіше вона не допомагає чи допомагає дуже слабо. Чому? Просто звукова хвиля при ударі поширюється на матеріал. Вона успішно побіжить не лише по стелі, а й по стінах і навіть підлогою. Тому для ефективної боротьбиіз шумом необхідно робити ізоляцію всіх стін кімнати. Звичайно, загасити звукову хвилю на початку набагато простіше і ефективніше. Адже в разі займання рушника, невдало покладеного поряд з конфоркою, ми гасимо відразу рушник, а не чекаємо, поки загориться вся кухня. Тому краще відразу вибирати сусідів зверху із шумоізольованою підлогою. Або при ремонті доведеться робити повну ізоляцію спальні.

Серії багатоквартирних будинків можна поділити на цегляні, блокові та залізобетонні. А ось останні конструкції за технологією будівництва діляться на панельні, монолітні та збірно-монолітні.

Коли будується панельний будинок, плити виготовляються на заводах і доставляють на будівництво, де робітникам залишається лише зібрати з них потрібну конструкцію. При найменшій нестиковці плит між квартирами виникають щілини, якими проходить звук. Та й товщина таких панелей найчастіше становить 10-12 сантиметрів, тому ці будинки вважаються одними з найгірших у плані звукоізоляції.

Для монолітних будинків будується арматурний каркас, а бетон заливається у вже зібрану за допомогою міцних щитів форму. Товщина стін подібних будинків у середньому 20-40 сантиметрів, тому розмови сусідів практично не чути, але ударний шум легко поширюється перекриттями через їхню монолітність.

Цегляні будинки традиційно вважаються тихими і теплими. Щоправда, з мрією про суто цегляні будинки жителі великих міст можуть попрощатися, оскільки роботи з їхнього будівництва вимагають дуже великих тимчасових витрат. Хоча для будівництва монолітних будинків іноді використовують також і цеглу, обкладаючи ним зовнішні стіни та перегородки. Але на загальну звукоізоляцію це мало впливає, тому будь-які монолітні будинки вважаються досить галасливими.

"Звукоізоляція сильно залежить і від матеріалу, і від технології. Для поглинання звуків повинні використовуватись різні пористі матеріали. Наприклад, у старих панельних будинках, де звукоізоляції взагалі не було, часто вішали килими на стіну і клали їх на підлогу. Зараз потреби в цьому менше і килими з моди вийшли, тому що сильно збирають пил. Існують добавки в бетон, які можуть істотно зменшити шум, що передається по стінах. Однак ГОСТи і приписи не зобов'язують будівельні компанії додавати в бетон звукопоглинаючі добавки", — каже Іван Зав'ялов, науковий співробітник кафедри прикладної. механіки МФТІ.

Сучасні споруди далекі від ідеалів шумоізоляції. Щоб бути повністю впевненим у цілодобовому спокої та не залежати від захоплень сусідів, мабуть, залишається лише придбати будинок.