Акустика Звук Акустика область физики изучающая

Акустика. Звук. • Акустика – область физики, изучающая упругие колебания и волны, методы получения и регистрации механических колебаний и волн, их взаимодействие с веществом.

Звук – упругие колебания и волны, с частотами от 16 до 20000 Гц, воспринимаемые человеческим ухом в виде специфических ощущений.

, Гц 1012 гиперзвук 109 ультразвук 20000 звук 16 инфразвук

Виды звука Тон Шум Звуковой удар

• Тон – звук, представляющий собой периодический процесс. Тон может быть простым (одна частота) или сложным (несколько частот). Рояль Кларнет

• Шум – звук, имеющий сложную, неповторяющуюся временную зависисмость. Шум газовой горелки

• Звуковой удар – кратковременное звуковое воздействие.

Физические характеристики звука 1) Скорость ( ) В воздухе = 330 м/с 1200 км/ч В воде = 1450 м/с 5400 км/ч

2) Интенсивность (I) • Порог слышимости Imin=10 -12 Вт/м 2 • Порог болевого ощущения Imax=10 Вт/м 2 (для частоты 1 к. Гц)

3) Звуковое давление (P) Звуковое давление – давление, дополнительно возникающее при прохождении звуковой волны в среде; оно является избыточным над средним давлением среды. – скорость звука в среде – плотность среды • На пороге слышимости Pmin=2 10 -5 Па • На пороге болевого ощущения Pmax=60 Па (для частоты 1 к. Гц)

4) Волновое сопротивление среды (Ra) Волновым сопротивлением среды называется произведение плотности среды ( ) на скорость распространения звука ( ): Ra =

• Коэффициент отражения (r) – величина, равная отношению интенсивностей отраженной и падающей волн: При нормальном падении:

• Коэффициент пропускания ( ) – величина, равная отношению интенсивностей прошедшей (преломленной) и падающей волн: При нормальном падении:

5) Уровень интенсивности (L) 1 д. Б = 0, 1 Б

Если в данную точку приходят звуковые волны от нескольких некогерентных источников, то:

Субъективные характеристики слухового ощущения 1. Высота звука 2. Тембр звука 3. Громкость звука

Высота звука • Высота звука обусловлена, прежде всего, частотой основного тона (чем больше частота, тем более высоким воспринимается звук). В меньшей степени высота зависит от интенсивности волны (звук большей интенсивности воспринимается более низким).

Тембр звука • Тембр звука определяется его гармоническим спектром. Различные акустические спектры соответствуют разному тембру, даже когда основной тон у них одинаков. Рояль Кларнет

Громкость звука • Громкость звука – субъективная оценка уровня его интенсивности.

Закон Вебера-Фехнера • Если увеличивать раздражение в геометрической прогрессии (то есть в одинаковое число раз), то ощущение этого раздражения возрастает в арифметической прогрессии (то есть на одинаковую величину).

• Субъективное восприятие интенсивности звука связано не только с уровнем интенсивности, но и с частотой звука. Поэтому для построения шкалы громкости следует учитывать восприимчивость уха «среднего» человека к различным частотам.

• Для звука с частотой 1 к. Гц вводят единицу уровня громкости (Е) – фон, которая соответствует уровню интенсивности 1 д. Б. • Для других частот уровень громкости также выражают в фонах по следующему правилу: громкость звука равна уровню интенсивности звука (д. Б) на частоте 1 к. Гц, вызывающего у «среднего» человека такое же ощущение громкости, что и данный звук.

Зависимость громкости от частоты при уровне интенсивности 60 д. Б

Кривые равной громкости

Характеристики встречающихся звуков

Аудиометрия • Аудиометрия - метод измерения остроты слуха. На специальном приборе (аудиометре) определяю порог слухового ощущения Lп на разных частотах: Lп = 10 lg(Iп/Imin), где Iп – пороговая интенсивность звука, которая приводит к возникновению слухового ощущения у испытуемого.

Аудиограмма

• Нарушение функции звуковоспринимающего аппарата может привести к тугоухости – стойкому снижению к различным тонам и шепотной речи.

Звуковые методы исследования • Аускультация • Фонокардиография • Перкуссия • Аудиометрия

Аускультация • Непосредственное выслушивание звуков возникающих внутри организма (дыхательные шумы, тоны сердца и т. д. ) • Приборы, применяемые для выслушивания: стетоскоп (1), фонендоскоп (2).

Фонокардиография • Графическая регистрация тонов и шумов сердца и их диагностическая интерпретация.

При ритмической деятельности возникают звуковые явления в виде так называемых тонов сердца. Колебания створок клапанов в моменты их закрытия и открытия, изменения напряжения мышцы сердца и сосудистых стенок создают определенные звуковые эффекты. Различают два сердечных тона: первый — длительный, глухой и низкий; второй — более высокий и короткий. Первый тон, совпадающий с фазой изометрического сокращения и началом периода изгнания, обусловлен напряжением сухожильных нитей и створок атриовентрикулярных клапанов, его длительность — около 0, 12 с. Второй тон совпадает с окончанием периода изгнания и вызван захлопыванием полулунных клапанов, его продолжительность — около 0, 07 с. Выделяют дополнительно третий и четвертый тоны, которые в физиологических условиях чаще встречаются в детском и юношеском возрасте. Третий тон выслушивается вскоре после второго и в самом начале диастолы и вызывается колебаниями стенок желудочков в период быстрого наполнения первыми порциями крови. Четвертый тон предшествует первому и обусловлен вибрацией стенок желудочков в процессе дополнительного наполнения их кровью во время систолы предсердий.

Перкуссия • Исследование внутренних органов посредством постукивания по поверхности тела и анализа возникающих при этом звуков. • По тону перкуссионных звуков определяют состояние и топографию внутренних органов.

Ультразвук • Ультразвук – упругие механические колебания и волны с частотой более 20 к. Гц (верхняя граница частот обусловлена физической природой упругих волн, которые могут распространяться в среде при условии, что длина волны больше расстояния между элементами среды)

Ультразвуковой излучатель • Используют явление обратного пьезоэлектрического эффекта (механическая деформация тел под действием электрического поля) электроды Вещество с пьезоэлектрическими свойствами генератор

Ультразвуковой приемник • Используют явление прямого пьезоэлектрического эффекта (под действием механической волны возникает деформация тела, которая приводит к генерации переменного электрического поля) электроды Вещество с пьезоэлектрическими свойствами приемник

Особенности распространения УЗ волны 1. Малая длина волны. = / Для звука с частотой 1 к. Гц =1500/1000=1, 5 м Для ультразвука с частотой 1 МГц =1500/1000000=1, 5 мм

2. Поглощение, глубина полупоглощения. При прохождении УЗ через вещество происходит его ослабление вследствии поглощения: I = I 0 2 – h/H, где I 0 и I – интенсивности УЗ волны у поверхности вещества и на глубине h ; H – глубина полупоглощения (расстояние на котором интенсивность УЗ волны уменьшается вдвое, зависит от частоты УЗ волны, а также от вязкости и плотности среды)

Значения глубины полупоглощения для некоторых тканей на частоте 1 МГц

3. Преломление и отражения УЗ. Преломление состоит в изменении направления УЗ волны при переходе из одной среды в другую: 1 sin( 1) = 2 sin( 2) 1 2

• Коэффициент отражения (r) зависит от угла падения и волновых сопротивлений обеих сред. • При нормальном падении: Воздух Ra = 430 кг/(м 2 с) Вода Ra = 1490000 кг/(м 2 с) r = 0, 998846

Взаимодействие УЗ с веществом 1. Деформация, кавитация. 2. Выделение тепла. 3. Химические реакции.