Onder geluid worden verstaan ​​elastische golven die binnen het hoorbaarheidsbereik van het menselijk oor liggen, in het oscillatiebereik van 16 Hz tot 20 kHz. Oscillaties met een frequentie lager dan 16 Hz infrageluid genoemd, boven de 20 kHz-echografie.

Vergeleken met lucht is water dichter en minder samendrukbaar. In dit opzicht is de geluidssnelheid in water vier en een half keer groter dan in lucht, en bedraagt ​​1440 m/sec. Geluidstrillingsfrequentie (naakt) is gerelateerd aan de golflengte (lambda) door de relatie: C= lambda-nu. Geluid plant zich in water voort zonder verspreiding. De geluidssnelheid in water varieert afhankelijk van twee parameters: dichtheid en temperatuur. Een temperatuurverandering met 1° brengt een overeenkomstige verandering in de geluidssnelheid met 3,58 met zich mee M per seconde. Als je de snelheid van de geluidsvoortplanting van het oppervlak naar de bodem volgt, blijkt dat deze eerst, als gevolg van een temperatuurdaling, snel afneemt, een minimum bereikt op een bepaalde diepte, en dan, met de diepte, snel begint toe te nemen als gevolg van een toename van de waterdruk, die, zoals bekend, met ongeveer 1 toeneemt Geldautomaat voor elke 10 M diepten.

Beginnend op een diepte van ongeveer 1200 M, waar de watertemperatuur vrijwel constant blijft, verandert de geluidssnelheid als gevolg van drukveranderingen. "Op een diepte van ongeveer 1200 M (voor de Atlantische Oceaan) is er een minimumwaarde voor de geluidssnelheid; op grote diepten Door de toename van de druk neemt de geluidssnelheid weer toe. Omdat geluidsstralen altijd naar gebieden van het medium buigen waar hun snelheid het laagst is, worden ze met de minimale geluidssnelheid in de laag geconcentreerd” (Krasilnikov, 1954). Deze laag, ontdekt door de Sovjet-natuurkundigen L.D. Rosenberg en L.M. Brekhovskikh wordt het “onderwatergeluidskanaal” genoemd. Geluid dat het geluidskanaal binnenkomt, kan zonder verzwakking over grote afstanden reizen. Met dit kenmerk moet rekening worden gehouden bij het overwegen van de akoestische signalering van diepzeevissen.

De geluidsabsorptie in water is 1000 keer minder dan in lucht. Een geluidsbron in de lucht met een kracht van 100 kW in water kan worden gehoord op een afstand van maximaal 15 km; in water is de geluidsbron 1 kW kan worden gehoord op een afstand van 30-40 km. Geluiden met verschillende frequenties worden verschillend geabsorbeerd: hoogfrequente geluiden worden het sterkst geabsorbeerd en laagfrequente geluiden het snelst. De lage geluidsabsorptie in water maakte het mogelijk om het te gebruiken voor sonar en signalering. Waterruimtes zijn gevuld met een groot aantal verschillende geluiden. De geluiden van de reservoirs van de Wereldoceaan, zoals aangetoond door de Amerikaanse hydro-akoesticus Wenz (Wenz, 1962), ontstaan ​​in verband met de volgende factoren: eb en vloed, stroming, wind, aardbevingen en tsunami's, menselijke industriële activiteit en biologisch leven. De aard van het geluid dat door verschillende factoren wordt veroorzaakt, verschilt zowel qua geluidsfrequenties als qua intensiteit. In afb. Figuur 2 toont de afhankelijkheid van het spectrum en het drukniveau van de geluiden van de Wereldoceaan van de factoren die deze veroorzaken.

In verschillende delen van de Wereldoceaan wordt de samenstelling van geluid bepaald door verschillende componenten. De bodem en oevers hebben een grote invloed op de compositie van geluiden.

De samenstelling en intensiteit van geluid in verschillende delen van de Wereldoceaan zijn dus extreem divers. Er zijn empirische formules die de afhankelijkheid van de intensiteit van zeegeluid aantonen van de intensiteit van de factoren die dit veroorzaken. Voor praktische doeleinden wordt oceaangeluid echter meestal empirisch gemeten.

Opgemerkt moet worden dat onder de geluiden van de Wereldoceaan de industriële geluiden die door de mens zijn gecreëerd het meest intens zijn: het geluid van schepen, sleepnetten, enz. Volgens Shane (1964) is hun intensiteit 10-100 keer hoger dan die van andere geluiden. geluiden van de Wereldoceaan. Echter, zoals blijkt uit Fig. 2, verschilt hun spectrale samenstelling enigszins van de spectrale samenstelling van geluiden veroorzaakt door andere factoren.

Wanneer ze zich in water voortplanten, kunnen geluidsgolven worden gereflecteerd, gebroken, geabsorbeerd en diffractie en interferentie ervaren.

Wanneer ze onderweg een obstakel tegenkomen, kunnen er geluidsgolven door worden gereflecteerd als hun golflengte dat is (lambda) kleiner is dan de grootte van het obstakel, of ga eromheen (diffract) in het geval dat hun golflengte groter is dan het obstakel. In dit geval kun je horen wat er achter het obstakel gebeurt zonder de bron direct te zien. Wanneer ze op een obstakel vallen, kunnen geluidsgolven in het ene geval worden gereflecteerd, in het andere geval erin doordringen (erdoor worden geabsorbeerd). De hoeveelheid energie van de gereflecteerde golf hangt af van hoeveel de zogenaamde akoestische weerstanden van de media “р1с1” en “р2с2”, op het grensvlak waarvan de geluidsgolven vallen, van elkaar verschillen. De akoestische weerstand van een medium betekent het product van de dichtheid van een bepaald medium p en de snelheid van geluidsvoortplanting Met in het. Hoe groter het verschil in akoestische weerstand van de media, hoe groter de energie zal worden gereflecteerd door het grensvlak tussen de twee media, en omgekeerd. Als er bijvoorbeeld geluid uit de lucht valt, rs waarvan 41, in het water, rs dat is 150.000, dit wordt weergegeven volgens de formule:

In verband hiermee dringt geluid vanuit water veel beter door een vast lichaam dan vanuit de lucht. Van lucht tot water dringt geluid goed door struiken of riet dat boven het wateroppervlak uitsteekt.

Als gevolg van de reflectie van geluid van obstakels en de golfkarakteristiek ervan, kan het optellen of aftrekken van de amplitudes van geluidsdrukken van identieke frequenties die aankomen op dit punt ruimte. Een belangrijk gevolg van deze toevoeging (interferentie) is de vorming van staande golven bij reflectie. Als je bijvoorbeeld een stemvork laat trillen, waardoor deze dichter en verder weg van de muur komt, kun je een toename en afname van het geluidsvolume horen als gevolg van het verschijnen van antinodes en knooppunten in het geluidsveld. Meestal worden staande golven gevormd in gesloten containers: in aquaria, zwembaden, enz., wanneer de bron relatief lang wordt gesondd.

In reële omstandigheden van de zee of een ander natuurlijk waterlichaam worden tijdens de voortplanting van geluid talloze complexe verschijnselen waargenomen die ontstaan ​​als gevolg van de heterogeniteit van het watermilieu. De voortplanting van geluid in natuurlijke waterlichamen wordt sterk beïnvloed door de bodem en grensvlakken (water-lucht), temperatuur- en zoutheterogeniteit, hydrostatische druk, luchtbellen en planktonorganismen. Het grensvlak tussen water en lucht en de bodem, evenals de heterogeniteit van water, leiden tot het fenomeen van breking (kromming van geluidsstralen) of nagalm (meervoudige reflectie van geluidsstralen).

Waterbellen, plankton en ander zwevend materiaal dragen bij aan de absorptie van geluid in water. Een kwantitatieve beoordeling van deze talrijke factoren is nog niet ontwikkeld. Het is noodzakelijk om hiermee rekening te houden bij het uitvoeren van akoestische experimenten.

Laten we nu eens kijken naar de verschijnselen die in water optreden als er geluid in wordt uitgezonden.

Laten we ons een geluidsbron voorstellen als een pulserende bol in de oneindige ruimte. De akoestische energie die door een dergelijke bron wordt uitgezonden, wordt verzwakt in omgekeerde verhouding tot het kwadraat van de afstand tot het midden.

De energie van de resulterende geluidsgolven kan worden gekarakteriseerd door drie parameters: snelheid, druk en verplaatsing van trillende waterdeeltjes. De laatste twee parameters zijn van bijzonder belang bij het beoordelen van het gehoorvermogen van vissen, dus we zullen er dieper op ingaan.

Volgens Harris en Berglijk (1962) worden de voortplanting van drukgolven en verplaatsingseffecten verschillend weergegeven in de nabije (op een afstand van minder dan één geluidsgolflengte) en verafgelegen (op een afstand van meer dan één geluidsgolflengte) akoestische veld.

In het verre akoestische veld wordt de druk verzwakt in omgekeerde verhouding tot de afstand tot de geluidsbron. In dit geval zijn in het verre akoestische veld de verplaatsingsamplitudes recht evenredig met de drukamplitudes en aan elkaar gerelateerd door de formule:

Waar R - akoestische druk in din/cm2;

D- de hoeveelheid deeltjesverplaatsing in cm.

In het nabije akoestische veld is de relatie tussen de amplitudes van druk en verplaatsing anders:

Waar R-akoestische druk in din/cm2;

D - de grootte van de verplaatsing van waterdeeltjes in cm;

F - oscillatiefrequentie in Hz;

rs- akoestische weerstand van water gelijk aan 150.000 g/cm2 seconde 2;

lambda- geluidsgolflengte in M; R - afstand vanaf het midden van de pulserende bol;

i= SQR i

De formule laat zien dat de amplitude van de verplaatsing in het nabije akoestische veld afhangt van de golflengte, het geluid en de afstand tot de geluidsbron.

Op afstanden korter dan de golflengte van het betreffende geluid neemt de verplaatsingsamplitude omgekeerd evenredig af met het kwadraat van de afstand:

Waar A - straal van de pulserende bol;

D- het vergroten van de straal van de bol als gevolg van pulsatie; R - afstand vanaf het midden van de bol.

Vissen hebben er, zoals hieronder zal worden getoond, twee verschillende soorten ontvangers. Sommigen van hen nemen druk waar, terwijl anderen de verplaatsing van waterdeeltjes waarnemen. Bovenstaande vergelijkingen zijn daarom van groot belang voor de juiste beoordeling van de reacties van vissen op onderwatergeluidsbronnen.

In verband met de emissie van geluid merken we nog twee verschijnselen op die verband houden met zenders: het fenomeen van resonantie en directiviteit van zenders.

De emissie van geluid door een lichaam vindt plaats als gevolg van de trillingen ervan. Elk lichaam heeft zijn eigen trillingsfrequentie, bepaald door de grootte van het lichaam en zijn elastische eigenschappen. Als een dergelijk lichaam in trilling wordt gebracht, waarvan de frequentie samenvalt met zijn eigen frequentie, treedt het fenomeen op van een significante toename van de amplitude van de trilling: resonantie. Het gebruik van het concept van resonantie maakt het mogelijk enkele akoestische eigenschappen van viszenders en -ontvangers te karakteriseren. Geluidsemissie in water kan directioneel of niet-directioneel zijn. In het eerste geval plant geluidsenergie zich voornamelijk in een bepaalde richting voort. Een grafiek die de ruimtelijke verdeling van de geluidsenergie van een bepaalde geluidsbron weergeeft, wordt het richtingsdiagram genoemd. Richtingsstraling wordt waargenomen wanneer de diameter van de zender aanzienlijk groter is dan de golflengte van het uitgezonden geluid.

Bij niet-gerichte straling divergeert de geluidsenergie gelijkmatig in alle richtingen. Dit fenomeen treedt op wanneer de golflengte van het uitgezonden geluid groter is dan de diameter van de zender lambda>2A. Het tweede geval is het meest typerend voor laagfrequente zenders onder water. Normaal gesproken variëren de golflengten van laagfrequente geluiden enorm meer maten gebruikte onderwaterstralers. Hetzelfde fenomeen is typisch voor visuitstoters. In deze gevallen hebben de zenders geen richtingspatronen. In dit hoofdstuk zijn slechts enkele algemene fysische eigenschappen van geluid in het aquatisch milieu vermeld in verband met de bio-akoestiek van vissen. Enkele meer specifieke kwesties op het gebied van de akoestiek zullen in de betreffende hoofdstukken van het boek worden besproken.

Tot slot zullen we de geluidsmeetsystemen bekijken die door verschillende auteurs worden gebruikt. Geluid kan worden uitgedrukt door de intensiteit, druk of drukniveau.

De geluidsintensiteit in absolute eenheden wordt gemeten op basis van getallen erg/sec-cm 2, of W/cm2. Tegelijkertijd 1 erg/sec=10-7 di.

Geluidsdruk wordt gemeten in balken

Er bestaat een verband tussen geluidsintensiteit en geluidsdruk:

waarmee u deze waarden in elkaar kunt omzetten.

Niet minder vaak, vooral als het gaat om het gehoor van vissen, wordt de geluidsdruk vanwege het enorme bereik aan drempelwaarden uitgedrukt in relatieve logaritmische eenheden van decibel, db. Als de geluidsdruk van één geluid R, en de andere P o, dan geloven ze dat het eerste geluid luider is dan het tweede kdb en bereken het met de formule:

De meeste onderzoekers nemen de drempelwaarde van het menselijk gehoor gelijk aan 0,0002 als de nulwaarde van de geluidsdruk Po bar voor frequentie 1000 Hz.

Het voordeel van een dergelijk systeem is de mogelijkheid om het gehoor van mensen en vissen rechtstreeks te vergelijken, het nadeel is de moeilijkheid om de verkregen resultaten op het geluid en het gehoor van vissen te vergelijken.

De werkelijke waarden van de door vissen gecreëerde geluidsdruk zijn vier tot zes ordes van grootte hoger dan het geaccepteerde nulniveau (0,0002 bar), en de gehoordrempelniveaus van verschillende vissen liggen zowel boven als onder de conventionele nulreferentie.

Daarom gebruiken Amerikaanse auteurs (Tavolga a. Wodinsky, 1963, etc.) voor het gemak van het vergelijken van de geluiden en het gehoor van vissen een ander referentiesysteem.

Achter nul niveau Er wordt aangenomen dat de geluidsdruk 1 is bar, dat is op 74 db hoger dan voorheen geaccepteerd.

Hieronder vindt u een geschatte verhouding van beide systemen.

Werkelijke waarden volgens het Amerikaanse referentiesysteem zijn in de tekst gemarkeerd met een asterisk.

Heb je ooit gedacht dat geluid een van de meest opvallende manifestaties van leven, actie en beweging is? En ook over het feit dat elk geluid zijn eigen ‘gezicht’ heeft? En zelfs met onze ogen dicht, zonder iets te zien, kunnen we alleen op basis van geluid raden wat er om ons heen gebeurt. We kunnen de stemmen van vrienden onderscheiden, geritsel, gebrul, geblaf, miauwen, enz. Horen. Al deze geluiden zijn ons al vanaf onze kindertijd bekend en we kunnen ze allemaal gemakkelijk identificeren. Bovendien kunnen we zelfs in absolute stilte elk van de genoemde geluiden horen met ons innerlijke gehoor. Stel je het voor alsof het in werkelijkheid is.

Wat is geluid?

Geluiden die door het menselijk oor worden waargenomen, zijn een van de belangrijkste informatiebronnen over de wereld om ons heen. Het geluid van de zee en de wind, het gezang van vogels, menselijke stemmen en dierenkreten, donderslagen en geluiden van bewegende oren maken het gemakkelijker om zich aan te passen aan veranderende externe omstandigheden.

Als er bijvoorbeeld een steen in de bergen viel en er niemand in de buurt was die het geluid van de val kon horen, bestond dat geluid dan of niet? De vraag kan in gelijke mate zowel positief als negatief worden beantwoord, aangezien het woord 'geluid' een dubbele betekenis heeft. Daarom is het noodzakelijk om het eens te worden. Daarom is het noodzakelijk om het eens te worden over wat als geluid wordt beschouwd - een fysiek fenomeen in de vorm van de voortplanting van geluidstrillingen in de lucht of de sensatie van de luisteraar. Het eerste is in essentie een oorzaak, het tweede is een gevolg, terwijl het eerste concept van geluid objectief is, en het tweede subjectief. In het eerste geval is geluid is in werkelijkheid een energiestroom die stroomt als een rivierstroom. Zo'n geluid kan het medium waar het doorheen gaat veranderen, en wordt er zelf door veranderd ". In het tweede geval bedoelen we met geluid die sensaties die bij de luisteraar opkomen wanneer een geluidsgolf werkt via een gehoorapparaat in op de hersenen. Bij het horen van geluid kan een persoon verschillende gevoelens ervaren. Een grote verscheidenheid aan emoties wordt in ons opgeroepen door dat complexe complex van geluiden dat we muziek noemen. Geluiden vormen de basis van spraak, die fungeert als het belangrijkste communicatiemiddel in de menselijke samenleving. En ten slotte is er een vorm van geluid die ruis wordt genoemd. Analyse van geluid vanuit het standpunt van subjectieve perceptie is complexer dan bij een objectieve beoordeling.

Hoe geluid creëren?

Wat alle geluiden gemeen hebben is dat de lichamen die ze genereren, dat wil zeggen de geluidsbronnen, trillen (hoewel deze trillingen meestal onzichtbaar zijn voor het oog). De geluiden van de stemmen van mensen en veel dieren ontstaan ​​bijvoorbeeld als gevolg van trillingen van hun stembanden, het geluid van blaasinstrumenten, het geluid van een sirene, het fluiten van de wind en het geluid van donder. door trillingen van luchtmassa's.

Met een liniaal als voorbeeld kun je letterlijk met eigen ogen zien hoe geluid ontstaat. Welke beweging maakt de liniaal als we het ene uiteinde vastmaken, aan het andere uiteinde trekken en loslaten? We zullen merken dat hij leek te trillen en aarzelen. Op basis hiervan concluderen we dat geluid ontstaat door korte of lange trillingen van sommige objecten.

De geluidsbron kan niet alleen trillende objecten zijn. Het fluiten van kogels of granaten tijdens de vlucht, het huilen van de wind en het gebrul van een straalmotor worden veroorzaakt door onderbrekingen in de luchtstroom, waarbij verdunning en compressie ook optreden.

Ook kunnen geluidstrillingsbewegingen worden opgemerkt met behulp van een apparaat: een stemvork. Het is een gebogen metalen staaf gemonteerd op een poot van een klankkast. Als je met een hamer op een stemvork slaat, klinkt deze. De trillingen van de stemvorktakken zijn onmerkbaar. Maar ze kunnen worden gedetecteerd als je een balletje, opgehangen aan een draad, naar een klinkende stemvork brengt. De bal zal periodiek stuiteren, wat duidt op trillingen van de Cameron-takken.

Als resultaat van de interactie van de geluidsbron met de omringende lucht, beginnen luchtdeeltjes samen te drukken en uit te zetten in de tijd (of “bijna in de tijd”) met de bewegingen van de geluidsbron. Vervolgens worden, vanwege de eigenschappen van lucht als vloeibaar medium, trillingen van het ene luchtdeeltje naar het andere overgedragen.

Op weg naar een verklaring van de voortplanting van geluidsgolven

Als gevolg hiervan worden trillingen over een afstand door de lucht overgedragen, dat wil zeggen dat een geluid of akoestische golf, of eenvoudigweg geluid, zich door de lucht voortplant. Geluid, dat het menselijk oor bereikt, wekt op zijn beurt trillingen op in de gevoelige gebieden ervan, die door ons worden waargenomen in de vorm van spraak, muziek, lawaai, enz. (afhankelijk van de eigenschappen van het geluid, gedicteerd door de aard van de bron) .

Voortplanting van geluidsgolven

Is het mogelijk om te zien hoe het geluid “loopt”? In transparante lucht of water zijn de trillingen van de deeltjes zelf niet waarneembaar. Maar u kunt gemakkelijk een voorbeeld vinden dat u vertelt wat er gebeurt als geluid zich voortplant.

Een noodzakelijke voorwaarde voor de voortplanting van geluidsgolven is de aanwezigheid van een materieel medium.

In een vacuüm planten geluidsgolven zich niet voort, omdat daar geen deeltjes zijn die de interactie van de trillingsbron overbrengen.

Daarom heerst er, vanwege het gebrek aan atmosfeer, volledige stilte op de maan. Zelfs de val van een meteoriet op het oppervlak is voor de waarnemer niet hoorbaar.

De voortplantingssnelheid van geluidsgolven wordt bepaald door de snelheid van overdracht van interacties tussen deeltjes.

De geluidssnelheid is de voortplantingssnelheid van geluidsgolven in een medium. In een gas blijkt de geluidssnelheid in de orde van (preciezer gezegd, iets minder dan) de thermische snelheid van moleculen te zijn en neemt daarom toe met toenemende gastemperatuur. Hoe groter de potentiële energie van interactie tussen de moleculen van een stof, hoe groter de geluidssnelheid, dus de geluidssnelheid in een vloeistof, die op zijn beurt de geluidssnelheid in een gas overtreft. In zeewater is de geluidssnelheid bijvoorbeeld 1513 m/s. In staal, waar transversale en longitudinale golven zich kunnen voortplanten, is hun voortplantingssnelheid verschillend. Transversale golven planten zich voort met een snelheid van 3300 m/s, en longitudinale golven met een snelheid van 6600 m/s.

De geluidssnelheid in elk medium wordt berekend met de formule:

waarbij β de adiabatische samendrukbaarheid van het medium is; ρ - dichtheid.

Wetten van voortplanting van geluidsgolven

De basiswetten van geluidsvoortplanting omvatten de wetten van de reflectie en breking ervan aan de grenzen verschillende omgevingen, evenals geluidsdiffractie en verstrooiing in de aanwezigheid van obstakels en inhomogeniteiten in het medium en op de grensvlakken tussen media.

Het bereik van de geluidsvoortplanting wordt beïnvloed door de geluidsabsorptiefactor, dat wil zeggen de onomkeerbare overgang van geluidsgolfenergie naar andere soorten energie, met name warmte. Een belangrijke factor is ook de richting van de straling en de snelheid van de geluidsvoortplanting, die afhangt van het medium en zijn specifieke toestand.

Vanuit een geluidsbron planten akoestische golven zich in alle richtingen voort. Als een geluidsgolf door een relatief klein gaatje gaat, verspreidt deze zich in alle richtingen en plant hij zich niet in een gerichte straal voort. Straatgeluiden die door een open raam de kamer binnendringen, zijn bijvoorbeeld overal hoorbaar, en niet alleen tegenover het raam.

De aard van de voortplanting van geluidsgolven nabij een obstakel hangt af van de relatie tussen de grootte van het obstakel en de golflengte. Als de grootte van het obstakel klein is in vergelijking met de golflengte, stroomt de golf rond dit obstakel en verspreidt zich in alle richtingen.

Geluidsgolven die van het ene medium naar het andere doordringen, wijken af ​​van hun oorspronkelijke richting, dat wil zeggen dat ze worden gebroken. De brekingshoek kan groter of kleiner zijn dan de invalshoek. Het hangt af van in welk medium het geluid doordringt. Als de geluidssnelheid in het tweede medium groter is, zal de brekingshoek groter zijn dan de invalshoek, en omgekeerd.

Wanneer ze onderweg een obstakel tegenkomen, worden geluidsgolven erdoor gereflecteerd volgens een strikt gedefinieerde regel - de reflectiehoek is gelijk aan de invalshoek - het concept van echo is hiermee verbonden. Als geluid wordt gereflecteerd door verschillende oppervlakken op verschillende afstanden, ontstaan ​​er meerdere echo's.

Geluid plant zich voort in de vorm van een divergerende bolvormige golf die een steeds groter volume vult. Naarmate de afstand groter wordt, worden de trillingen van de deeltjes van het medium zwakker en verdwijnt het geluid. Het is bekend dat om het transmissiebereik te vergroten, geluid in een bepaalde richting moet worden geconcentreerd. Als we bijvoorbeeld gehoord willen worden, houden we onze handpalmen voor onze mond of gebruiken we een megafoon.

Diffractie, dat wil zeggen het buigen van geluidsstralen, heeft een grote invloed op het bereik van de geluidsvoortplanting. Hoe heterogener het medium, hoe meer de geluidsbundel wordt afgebogen en dus hoe korter het voortplantingsbereik van het geluid.

Eigenschappen van geluid en zijn kenmerken

De belangrijkste fysieke kenmerken van geluid zijn de frequentie en intensiteit van trillingen. Ze beïnvloeden auditieve perceptie van mensen.

De oscillatieperiode is de tijd waarin één volledige oscillatie plaatsvindt. Er kan een voorbeeld worden gegeven van een zwaaiende slinger, wanneer deze van de uiterst linkse positie naar de uiterst rechtse positie beweegt en terugkeert naar de oorspronkelijke positie.

Oscillatiefrequentie is het aantal volledige oscillaties (perioden) per seconde. Deze eenheid wordt Hertz (Hz) genoemd. Hoe hoger de trillingsfrequentie, hoe hoger het geluid dat we horen, dat wil zeggen dat het geluid een hogere toonhoogte heeft. Volgens het geaccepteerde internationale systeem van eenheden wordt 1000 Hz een kilohertz (kHz) genoemd, en 1.000.000 een megahertz (MHz).

Frequentieverdeling: hoorbare geluiden – binnen 15 Hz-20 kHz, infrageluiden – onder 15 Hz; echo's - binnen 1,5 (104 - 109 Hz; hypergeluid - binnen 109 - 1013 Hz.

Het menselijk oor is het meest gevoelig voor geluiden met frequenties tussen 2000 en 5000 kHz. De grootste gehoorscherpte wordt waargenomen op de leeftijd van 15-20 jaar. Met de leeftijd gaat het gehoor achteruit.

Het concept van golflengte houdt verband met de periode en frequentie van oscillaties. De geluidsgolflengte is de afstand tussen twee opeenvolgende condensaties of verdunningen van het medium. Als we het voorbeeld gebruiken van golven die zich voortplanten op het wateroppervlak, is dit de afstand tussen twee toppen.

Geluiden verschillen ook in timbre. De hoofdtoon van het geluid wordt begeleid door secundaire tonen, die altijd hoger zijn in frequentie (boventonen). Timbre is een kwalitatief kenmerk van geluid. Hoe meer boventonen er over de hoofdtoon heen worden gelegd, hoe ‘sappiger’ de klank muzikaal is.

Het tweede hoofdkenmerk is de amplitude van trillingen. Dit is de grootste afwijking van de evenwichtspositie tijdens harmonische trillingen. Als we het voorbeeld van een slinger gebruiken, is de maximale afwijking ervan naar de uiterst linkse positie of naar de extreem rechtse positie. De amplitude van de trillingen bepaalt de intensiteit (sterkte) van het geluid.

De sterkte van geluid, of de intensiteit ervan, wordt bepaald door de hoeveelheid akoestische energie die in één seconde door een oppervlakte van één vierkante centimeter stroomt. Bijgevolg hangt de intensiteit van akoestische golven af ​​van de grootte van de akoestische druk die door de bron in het medium wordt gecreëerd.

Luidheid houdt op zijn beurt verband met de intensiteit van het geluid. Hoe groter de intensiteit van het geluid, hoe luider het is. Deze concepten zijn echter niet gelijkwaardig. Luidheid is een maatstaf voor de sterkte van de auditieve sensatie veroorzaakt door een geluid. Een geluid met dezelfde intensiteit kan bij verschillende mensen auditieve percepties van verschillende luidheid creëren. Elke persoon heeft zijn eigen gehoordrempel.

Een persoon stopt met het horen van geluiden met een zeer hoge intensiteit en neemt deze waar als een gevoel van druk en zelfs pijn. Deze geluidsintensiteit wordt de pijngrens genoemd.

Het effect van geluid op de menselijke gehoororganen

De menselijke gehoororganen zijn in staat trillingen waar te nemen met een frequentie van 15-20 hertz tot 16-20 duizend hertz. Mechanische trillingen met de aangegeven frequenties worden geluid of akoestisch genoemd (akoestiek is de studie van geluid). Het menselijk oor is het meest gevoelig voor geluiden met een frequentie van 1000 tot 3000 Hz. De grootste gehoorscherpte wordt waargenomen op de leeftijd van 15-20 jaar. Met de leeftijd gaat het gehoor achteruit. Bij een persoon jonger dan 40 jaar ligt de grootste gevoeligheid in de buurt van 3000 Hz, van 40 tot 60 jaar oud - 2000 Hz, ouder dan 60 jaar - 1000 Hz. In het bereik tot 500 Hz kunnen we een frequentiedaling of -stijging van zelfs 1 Hz onderscheiden. Bij hogere frequenties worden onze hoortoestellen minder gevoelig voor zulke kleine frequentieveranderingen. Na 2000 Hz kunnen we dus alleen het ene geluid van het andere onderscheiden als het verschil in frequentie minimaal 5 Hz bedraagt. Met een kleiner verschil zullen de geluiden voor ons hetzelfde lijken. Er zijn echter bijna geen regels zonder uitzonderingen. Er zijn mensen die een buitengewoon goed gehoor hebben. Een begaafd muzikant kan met slechts een fractie van een trilling een verandering in geluid waarnemen.

Het buitenoor bestaat uit de oorschelp en de gehoorgang, die het verbinden met het trommelvlies. De belangrijkste functie van het buitenoor is het bepalen van de richting van de geluidsbron. De gehoorgang, een twee centimeter lange buis die naar binnen toe taps toeloopt, beschermt de binnenste delen van het oor en speelt de rol van resonator. De gehoorgang eindigt met het trommelvlies, een membraan dat trilt onder invloed van geluidsgolven. Het is hier, aan de buitenrand van het middenoor, dat de transformatie van objectief geluid naar subjectief plaatsvindt. Achter het trommelvlies bevinden zich drie kleine, onderling verbonden botten: de hamer, het aambeeld en de stijgbeugel, waardoor trillingen worden overgebracht naar het binnenoor.

Daar, in de gehoorzenuw, worden ze omgezet in elektrische signalen. De kleine holte, waar de hamer, het aambeeld en de stijgbeugel zich bevinden, is gevuld met lucht en via de buis van Eustachius verbonden met de mondholte. Dankzij dit laatste wordt een gelijke druk op de interne en buiten trommelvlies. Meestal is de buis van Eustachius gesloten en gaat deze alleen open als er een plotselinge drukverandering optreedt (gapen, slikken) om deze gelijk te maken. Als iemands buis van Eustachius gesloten is, bijvoorbeeld vanwege een verkoudheid, wordt de druk niet gelijk gemaakt en voelt de persoon pijn in de oren. Vervolgens worden de trillingen overgebracht van het trommelvlies naar het ovale venster, het begin van het binnenoor. De kracht die op het trommelvlies inwerkt, is gelijk aan het product van de druk en het oppervlak van het trommelvlies. Maar de echte mysteries van het horen beginnen met het ovale venster. Geluidsgolven reizen door de vloeistof (perilymfe) die het slakkenhuis vult. Dit orgaan van het binnenoor, in de vorm van een slakkenhuis, is drie centimeter lang en is over de gehele lengte door een septum in twee delen verdeeld. Geluidsgolven bereiken de scheidingswand, gaan er omheen en verspreiden zich vervolgens naar vrijwel dezelfde plaats waar ze de scheidingswand voor het eerst raakten, maar dan aan de andere kant. Het septum van het slakkenhuis bestaat uit een hoofdmembraan, dat erg dik en strak is. Geluidstrillingen creëren golfachtige rimpelingen op het oppervlak, met ribbels voor verschillende frequenties die in zeer specifieke delen van het membraan liggen. Mechanische trillingen worden omgezet in elektrische trillingen in een speciaal orgel (orgel van Corti), dat zich erboven bevindt bovenste deel hoofdmembraan. Boven het orgaan van Corti bevindt zich het tectoriaal membraan. Beide organen zijn ondergedompeld in een vloeistof die endolymfe wordt genoemd en worden door het membraan van Reissner van de rest van het slakkenhuis gescheiden. De haren die uit het orgaan van Corti groeien, dringen bijna door het tectoriale membraan heen, en als er geluid optreedt, komen ze met elkaar in contact - het geluid wordt omgezet en nu gecodeerd in de vorm van elektrische signalen. De huid en botten van de schedel spelen een belangrijke rol bij het verbeteren van ons vermogen om geluiden waar te nemen, vanwege hun goede geleiding. Als u bijvoorbeeld uw oor tegen de rail houdt, kan de beweging van een naderende trein worden gedetecteerd lang voordat deze verschijnt.

Het effect van geluid op het menselijk lichaam

De afgelopen decennia zijn het aantal verschillende soorten auto's en andere geluidsbronnen, de verspreiding van draagbare radio's en bandrecorders, vaak ingeschakeld op een hoog volume, en de passie voor luide populaire muziek sterk toegenomen. Er is vastgesteld dat in steden elke 5-10 jaar het geluidsniveau met 5 dB (decibel) toeneemt. Houd er rekening mee dat geluid voor verre menselijke voorouders een alarmsignaal was dat op de mogelijkheid van gevaar duidde. Tegelijkertijd werden de sympathische bijnier- en cardiovasculaire systemen, de gasuitwisseling snel geactiveerd en veranderden andere soorten metabolisme (de bloedsuikerspiegel en het cholesterolgehalte namen toe), waardoor het lichaam werd voorbereid op vechten of vluchten. Hoewel moderne man deze functie van het gehoor heeft zo’n praktische betekenis verloren dat “vegetatieve reacties van de strijd om het bestaan” bewaard zijn gebleven. Dus zelfs kortstondig geluid van 60-90 dB veroorzaakt een toename van de afscheiding van hypofysehormonen, waardoor de productie van vele andere hormonen wordt gestimuleerd, in het bijzonder catecholamines (adrenaline en noradrenaline), het werk van het hart neemt toe, de bloedvaten vernauwen zich , en de arteriële druk(HEL). Er werd opgemerkt dat de meest uitgesproken stijging van de bloeddruk wordt waargenomen bij patiënten met hypertensie en mensen met een erfelijke aanleg ervoor. Onder invloed van lawaai wordt de hersenactiviteit verstoord: de aard van het elektro-encefalogram verandert, de scherpte van de waarneming en de mentale prestaties nemen af. Er werd een verslechtering van de spijsvertering opgemerkt. Het is bekend dat langdurige blootstelling aan luidruchtige omgevingen tot gehoorverlies leidt. Afhankelijk van de individuele gevoeligheid beoordelen mensen lawaai verschillend als onaangenaam en storend. Tegelijkertijd kunnen muziek en spraak die de luisteraar interesseren, zelfs bij 40-80 dB, relatief gemakkelijk worden getolereerd. Normaal gesproken neemt het gehoor trillingen waar in het bereik van 16-20.000 Hz (oscillaties per seconde). Het is belangrijk om te benadrukken dat onaangename gevolgen niet alleen worden veroorzaakt door overmatig geluid in het hoorbare trillingsbereik: ultra- en infrageluid in gebieden die niet door het menselijk gehoor worden waargenomen (boven 20.000 Hz en onder 16 Hz) veroorzaken ook nerveuze spanning, malaise, duizeligheid, veranderingen in de activiteit van inwendige organen, vooral het zenuwstelsel en het cardiovasculaire systeem. Er is vastgesteld dat inwoners van gebieden in de buurt van grote internationale luchthavens een duidelijk hogere incidentie van hypertensie hebben dan inwoners van een rustiger deel van dezelfde stad. Overmatig geluid (boven 80 dB) heeft niet alleen invloed op de gehoororganen, maar ook op andere organen en systemen (bloedsomloop, spijsvertering, zenuwstelsel, enz.), vitale processen worden verstoord, het energiemetabolisme begint de overhand te krijgen op het plasticmetabolisme, wat leidt tot vroegtijdige veroudering van het lichaam.

Met deze observaties en ontdekkingen begonnen methoden voor gerichte beïnvloeding van mensen te verschijnen. Je kunt de geest en het gedrag van een persoon op verschillende manieren beïnvloeden, waarvan er één speciale apparatuur vereist (technotronische technieken, zombificatie.).

Geluidsisolatie

De mate van geluidsbescherming van gebouwen wordt voornamelijk bepaald door de toegestane geluidsnormen voor gebouwen Voor dit doeleinde. De genormaliseerde parameters van constant geluid op ontwerppunten zijn geluidsdrukniveaus L, dB, octaaffrequentiebanden met geometrische gemiddelde frequenties 63, 125, 250, 500, 1000, 2000, 4000, 8000 Hz. Voor geschatte berekeningen Het is toegestaan ​​om geluidsniveaus LA, dBA te gebruiken. De genormaliseerde parameters van niet-constante ruis op ontwerppunten zijn equivalente geluidsniveaus LA eq, dBA, en maximale geluidsniveaus LA max, dBA.

Toegestane geluidsdrukniveaus (equivalente geluidsdrukniveaus) zijn gestandaardiseerd door SNiP II-12-77 “Noise Protection”.

Er moet rekening mee worden gehouden dat toegestane geluidsniveaus van externe bronnen in gebouwen worden vastgesteld op voorwaarde dat er standaard ventilatie in gebouwen aanwezig is (voor woongebouwen, afdelingen, klaslokalen - met open ventilatieopeningen, dwarsbalken, smalle raamvleugels).

Luchtgeluidsisolatie is de demping van geluidsenergie terwijl deze door een behuizing wordt overgedragen.

De gereguleerde parameters van geluidsisolatie van omhullende constructies van woon- en openbare gebouwen, evenals bijgebouwen en gebouwen van industriële ondernemingen zijn de luchtgeluidsisolatie-index van de omhullende structuur Rw, dB en de index van het verminderde impactgeluidsniveau onder het plafond .

Lawaai. Muziek. Toespraak.

Vanuit het oogpunt van de perceptie van geluiden door de gehoororganen kunnen ze hoofdzakelijk in drie categorieën worden verdeeld: lawaai, muziek en spraak. Dit zijn verschillende gebieden van geluidsverschijnselen die informatie bevatten die specifiek is voor een persoon.

Ruis is een onsystematische combinatie van een groot aantal geluiden, dat wil zeggen het samensmelten van al deze geluiden tot één dissonante stem. Lawaai wordt beschouwd als een categorie geluiden die een persoon stoort of irriteert.

Mensen kunnen slechts een bepaalde hoeveelheid geluid verdragen. Maar als er een uur of twee verstrijkt en het geluid niet stopt, verschijnen er spanning, nervositeit en zelfs pijn.

Geluid kan een mens doden. In de Middeleeuwen was er zelfs zo'n executie toen iemand onder een bel werd gelegd en hem begon te slaan. Geleidelijk doodde het luiden van de klokken de man. Maar dit was in de Middeleeuwen. Tegenwoordig zijn er supersonische vliegtuigen verschenen. Als zo'n vliegtuig op een hoogte van 1000-1500 meter over de stad vliegt, barsten de ramen in de huizen.

Muziek is een bijzonder fenomeen in de wereld van geluiden, maar brengt, in tegenstelling tot spraak, geen precieze semantische of taalkundige betekenissen over. Emotionele verzadiging en aangename muzikale associaties beginnen in de vroege kinderjaren, wanneer het kind nog verbale communicatie heeft. Ritmes en gezangen verbinden hem met zijn moeder, en zang en dans zijn een communicatie-element in games. De rol van muziek in het menselijk leven is zo groot dat afgelopen jaren geneeskunde aan haar toeschrijft genezende eigenschappen. Met behulp van muziek kunt u bioritmen normaliseren en zorgen voor een optimaal activiteitsniveau van het cardiovasculaire systeem. Maar je moet gewoon onthouden hoe soldaten de strijd aangaan. Van oudsher was het lied een onmisbaar attribuut mars van soldaten.

Infrageluid en echografie

Kunnen we iets dat we helemaal niet kunnen horen geluid noemen? Dus wat als we niet luisteren? Zijn deze geluiden voor iemand of iets anders ontoegankelijk?

Geluiden met een frequentie onder de 16 hertz worden bijvoorbeeld infrageluid genoemd.

Infrageluid zijn elastische trillingen en golven met frequenties die lager liggen dan het frequentiebereik dat voor mensen hoorbaar is. Meestal wordt 15-4 Hz genomen als de bovengrens van het infrageluidbereik; Deze definitie is voorwaardelijk, omdat bij voldoende intensiteit auditieve waarneming ook plaatsvindt bij frequenties van enkele Hz, hoewel de tonale aard van de sensatie verdwijnt en alleen individuele cycli van oscillaties te onderscheiden worden. De ondergrens van de frequentie van infrageluid is onzeker. Het huidige studiegebied strekt zich uit tot ongeveer 0,001 Hz. Het bereik van infrageluidfrequenties bestrijkt dus ongeveer 15 octaven.

Infrageluidsgolven planten zich voort in de lucht en het water, maar ook in de aardkorst. Infrageluid omvat ook laagfrequente trillingen van grote constructies, met name voertuigen en gebouwen.

En hoewel onze oren dergelijke trillingen niet ‘vangen’, neemt iemand ze op de een of andere manier nog steeds waar. Tegelijkertijd ervaren we onaangename en soms verontrustende sensaties.

Het is al lang bekend dat sommige dieren veel eerder een gevoel van gevaar ervaren dan mensen. Ze reageren van tevoren op een verre orkaan of een naderende aardbeving. Aan de andere kant hebben wetenschappers ontdekt dat tijdens catastrofale gebeurtenissen in de natuur infrageluid optreedt: laagfrequente luchttrillingen. Dit leidde tot de hypothese dat dieren, dankzij hun scherpe reukvermogen, dergelijke signalen eerder waarnemen dan mensen.

Helaas wordt infrageluid gegenereerd door veel machines en industriële installaties. Als het bijvoorbeeld in een auto of vliegtuig gebeurt, worden de piloten of chauffeurs na een tijdje angstig, worden ze sneller moe en kan dit de oorzaak zijn van een ongeval.

Infrasonische machines maken lawaai, en dan is het moeilijker om eraan te werken. En iedereen in de buurt zal het moeilijk hebben. Het is niet beter als de ventilatie in een woongebouw "zoemt" met infrageluid. Het lijkt onhoorbaar, maar mensen raken geïrriteerd en kunnen zelfs ziek worden. Dankzij een speciale "test" die elk apparaat moet doorstaan, kunt u zich ontdoen van infrageluid-tegenslagen. Als het in de infrageluidzone ‘fonkelt’, krijgt het geen toegang tot mensen.

Hoe wordt een zeer hoog geluid genoemd? Zo'n gepiep dat niet toegankelijk is voor onze oren? Dit is echografie. Ultrageluid bestaat uit elastische golven met frequenties van ongeveer (1,5 – 2)(104 Hz (15 – 20 kHz) tot 109 Hz (1 GHz); het gebied met frequentiegolven van 109 tot 1012 – 1013 Hz wordt gewoonlijk hypergeluid genoemd. Gebaseerd op de frequentie , ultrageluid is handig verdeeld in 3 bereiken: laagfrequente echografie (1,5 (104 - 105 Hz), middenfrequente echografie (105 - 107 Hz), hoogfrequente echografie (107 - 109 Hz). Elk van deze bereiken wordt gekenmerkt door zijn eigen specifieke kenmerken van generatie, ontvangst, voortplanting en toepassing.

Door zijn fysieke aard is ultrageluid elastische golven, en daarin verschilt het niet van geluid. Daarom is de frequentiegrens tussen geluid en ultrasone golven willekeurig. Vanwege hogere frequenties en dus korte golflengten treden er echter een aantal kenmerken van de voortplanting van ultrageluid op.

Vanwege de korte golflengte van ultrageluid wordt de aard ervan voornamelijk bepaald door de moleculaire structuur van het medium. Ultrasoon geluid in gas, en vooral in lucht, plant zich met hoge demping voort. Vloeistoffen en vaste stoffen zijn in de regel goede geleiders van ultrageluid; de verzwakking daarin is veel minder.

Het menselijk oor is niet in staat ultrasone golven waar te nemen. Veel dieren accepteren het echter vrijelijk. Dit zijn onder andere honden die ons zo bekend voorkomen. Maar helaas kunnen honden niet "blaffen" met echografie. Maar vleermuizen en dolfijnen hebben het verbazingwekkende vermogen om zowel ultrageluid uit te zenden als te ontvangen.

Hypergeluid zijn elastische golven met frequenties van 109 tot 1012 – 1013 Hz. Door zijn fysieke aard verschilt hypergeluid niet van geluids- en ultrasone golven. Vanwege hogere frequenties en dus kortere golflengten dan op het gebied van ultrageluid, worden de interacties van hypergeluid met quasideeltjes in het medium - met geleidingselektronen, thermische fononen, enz. - veel belangrijker. Hypergeluid wordt ook vaak weergegeven als een stroom van quasideeltjes - fononen.

Het frequentiebereik van hypergeluid komt overeen met de frequenties van elektromagnetische trillingen in het decimeter-, centimeter- en millimeterbereik (de zogenaamde ultrahoge frequenties). Frequentie 109 Hz in lucht bij normale atmosferische druk en kamertemperatuur moet van dezelfde orde van grootte zijn als het vrije pad van moleculen in de lucht onder dezelfde omstandigheden. Elastische golven kunnen zich echter alleen in een medium voortplanten als hun golflengte merkbaar groter is dan het vrije pad van deeltjes in gassen of groter dan de interatomaire afstanden in vloeistoffen en vaste stoffen. Daarom kunnen hypersonische golven zich bij normale atmosferische druk niet voortplanten in gassen (vooral in de lucht). In vloeistoffen is de demping van hypergeluid erg hoog en is het voortplantingsbereik kort. Hypergeluid plant zich relatief goed voort in vaste stoffen - enkele kristallen, vooral bij lage temperaturen. Maar zelfs onder dergelijke omstandigheden kan hypersound een afstand van slechts 1, maximaal 15 centimeter afleggen.

Geluid plant zich voort in elastische media: gassen, vloeistoffen en vaste stoffen mechanische trillingen, waargenomen door de gehoororganen.

Met speciale instrumenten kun je de voortplanting van geluidsgolven zien.

Geluidsgolven kunnen de menselijke gezondheid schaden en omgekeerd kwalen helpen genezen, afhankelijk van het soort geluid.

Het blijkt dat er geluiden zijn die niet door het menselijk oor worden waargenomen.

Bibliografie

Peryshkin A.V., Gutnik E.M. Natuurkunde 9e leerjaar

Kasyanov V. A. Natuurkunde 10e leerjaar

Leonov A. A “Ik verken de wereld” Det. encyclopedie. Natuurkunde

Hoofdstuk 2. Akoestisch geluid en de impact ervan op de mens

Doel: Het bestuderen van de effecten van akoestisch geluid op het menselijk lichaam.

Invoering

De wereld om ons heen wel prachtige wereld geluiden. De stemmen van mensen en dieren, muziek en het geluid van de wind, en het gezang van vogels worden om ons heen gehoord. Mensen brengen informatie over via spraak en nemen deze waar via het gehoor. Voor dieren is geluid niet minder belangrijk, en in sommige opzichten zelfs belangrijker, omdat hun gehoor scherper ontwikkeld is.

Vanuit natuurkundig oogpunt is geluid mechanische trillingen die zich voortplanten in een elastisch medium: water, lucht, vaste stoffen, enz. Het vermogen van een persoon om geluidstrillingen waar te nemen en ernaar te luisteren wordt weerspiegeld in de naam van de studie van geluid - akoestiek (van het Griekse akustikos - hoorbaar, auditief). Het gevoel van geluid in onze gehoororganen ontstaat door periodieke veranderingen in de luchtdruk. Geluidsgolven met een grote amplitude aan geluidsdrukveranderingen worden door het menselijk oor waargenomen als luide geluiden, en met een kleine amplitude aan geluidsdrukveranderingen als zachte geluiden. Het volume van het geluid hangt af van de amplitude van de trillingen. Het volume van het geluid hangt ook af van de duur en van de individuele kenmerken van de luisteraar.

Hoogfrequente geluidstrillingen worden hoge tonen genoemd, laagfrequente geluidstrillingen worden lage tonen genoemd.

De menselijke gehoororganen zijn in staat geluiden waar te nemen met frequenties variërend van ongeveer 20 Hz tot 20.000 Hz. Longitudinale golven in een medium met een drukveranderingsfrequentie van minder dan 20 Hz worden infrageluid genoemd en met een frequentie van meer dan 20.000 Hz ultrageluid. Het menselijk oor neemt geen infrageluid en echografie waar, dat wil zeggen, het hoort niet. Opgemerkt moet worden dat de aangegeven grenzen van het geluidsbereik willekeurig zijn, omdat ze afhankelijk zijn van de leeftijd van mensen en de individuele kenmerken van hun geluidsapparaat. Doorgaans neemt met het ouder worden de bovenste frequentielimiet van waargenomen geluiden aanzienlijk af: sommige oudere mensen kunnen geluiden horen met frequenties die de 6.000 Hz niet overschrijden. Kinderen kunnen daarentegen geluiden waarnemen waarvan de frequentie iets hoger is dan 20.000 Hz.

Trillingen met frequenties hoger dan 20.000 Hz of lager dan 20 Hz worden door sommige dieren gehoord.

Het onderwerp van de studie van de fysiologische akoestiek is het gehoororgaan zelf, de structuur en werking ervan. Architecturale akoestiek bestudeert de voortplanting van geluid in kamers, de invloed van afmetingen en vormen op geluid, en de eigenschappen van de materialen waarmee wanden en plafonds zijn bekleed. Dit heeft betrekking op de auditieve perceptie van geluid.

Er is ook muzikale akoestiek, die muziekinstrumenten bestudeert en de omstandigheden waarin ze het beste kunnen klinken. Fysische akoestiek houdt zich bezig met de studie van geluidstrillingen zelf De laatste tijd omvatte ook trillingen die buiten het hoorbare bereik liggen (ultra-akoestiek). Er wordt op grote schaal gebruik gemaakt van een verscheidenheid aan methoden om mechanische trillingen om te zetten in elektrische en omgekeerd (elektro-akoestiek).

Historische referentie

Geluiden werden in de oudheid bestudeerd, omdat mensen worden gekenmerkt door interesse in al het nieuwe. De eerste akoestische waarnemingen werden gedaan in de 6e eeuw voor Christus. Pythagoras legde een verband tussen de toonhoogte van een toon en de lange snaar of pijp die het geluid voortbrengt.

In de 4e eeuw voor Christus was Aristoteles de eerste die correct begreep hoe geluid zich door de lucht verplaatst. Hij zei dat een klinkend lichaam compressie en verdunning van lucht veroorzaakt; hij verklaarde de echo door de weerkaatsing van geluid door obstakels.

In de 15e eeuw formuleerde Leonardo da Vinci het principe van de onafhankelijkheid van geluidsgolven van verschillende bronnen.

In 1660 bewezen de experimenten van Robert Boyle dat lucht een geleider van geluid is (geluid plant zich niet voort in een vacuüm).

In 1700-1707 De memoires van Joseph Saveur over akoestiek werden gepubliceerd door de Parijse Academie van Wetenschappen. In deze memoires onderzoekt Saveur een fenomeen dat bekend is bij orgelontwerpers: als twee pijpen van een orgel tegelijkertijd twee geluiden produceren, die slechts een klein beetje verschillen in toonhoogte, dan zijn er periodieke versterkingen van het geluid te horen, vergelijkbaar met het rollen van een trommel. . Saveur verklaarde dit fenomeen door het periodiek samenvallen van trillingen van beide geluiden. Als bijvoorbeeld één van de twee geluiden overeenkomt met 32 ​​trillingen per seconde, en de andere overeenkomt met 40 trillingen, dan valt het einde van de vierde trilling van het eerste geluid samen met het einde van de vijfde trilling van het tweede geluid en dus de geluid wordt versterkt. Van orgelpijpen ging Saveur verder met de experimentele studie van snaartrillingen, waarbij hij de knooppunten en antinodes van trillingen observeerde (deze namen, die nog steeds in de wetenschap bestaan, werden door hem geïntroduceerd), en merkte ook op dat wanneer de snaar wordt aangeslagen, samen met de hoofdnoot, andere noten klinken, lengte waarvan de golven ½, 1/3, ¼ zijn. van de belangrijkste. Hij noemde deze noten de hoogste harmonische tonen, en deze naam was voorbestemd om in de wetenschap te blijven. Ten slotte was Saveur de eerste die probeerde de limiet voor de perceptie van trillingen als geluid te bepalen: voor lage geluiden gaf hij een limiet aan van 25 trillingen per seconde, en voor hoge geluiden - 12.800. Vervolgens gaf Newton, gebaseerd op deze experimentele werken van Saveur , gaf de eerste berekening van de golflengte van geluid en kwam tot de conclusie, nu algemeen bekend in de natuurkunde, dat dit voor iedereen geldt geopende pijp de golflengte van het uitgezonden geluid is gelijk aan tweemaal de lengte van de pijp.

Geluidsbronnen en hun aard

Wat alle geluiden gemeen hebben, is dat de lichamen die ze genereren, dat wil zeggen de bronnen van geluid, trillen. Iedereen kent de geluiden die voortkomen uit de beweging van leer dat over een trommel is gespannen, golven van de branding en takken die door de wind worden bewogen. Ze zijn allemaal verschillend van elkaar. De "kleuring" van elk individueel geluid hangt strikt af van de beweging waardoor het ontstaat. Dus als de trillingsbeweging extreem snel is, bevat het geluid hoogfrequente trillingen. Een minder snelle oscillerende beweging produceert een geluid met een lagere frequentie. Verschillende experimenten geven aan dat elke geluidsbron noodzakelijkerwijs trilt (hoewel deze trillingen meestal niet waarneembaar zijn voor het oog). De geluiden van de stemmen van mensen en veel dieren ontstaan ​​bijvoorbeeld als gevolg van trillingen van hun stembanden, het geluid van blaasinstrumenten, het geluid van een sirene, het fluiten van de wind en het geluid van donder. door trillingen van luchtmassa's.

Maar niet elk oscillerend lichaam is een geluidsbron. Een oscillerend gewicht dat aan een draad of veer hangt, maakt bijvoorbeeld geen geluid.

De frequentie waarmee de oscillaties zich herhalen, wordt gemeten in hertz (of cycli per seconde); 1Hz is de frequentie van zo’n periodieke oscillatie, de periode is 1s. Merk op dat frequentie de eigenschap is waarmee we het ene geluid van het andere kunnen onderscheiden.

Onderzoek heeft aangetoond dat het menselijk oor in staat is mechanische trillingen van lichamen met een frequentie van 20 Hz tot 20.000 Hz als geluid waar te nemen. Bij zeer snelle, meer dan 20.000 Hz of zeer langzame, minder dan 20 Hz, geluidstrillingen horen wij niet. Daarom hebben we speciale instrumenten nodig om geluiden op te nemen die buiten het door het menselijk oor waargenomen frequentiebereik liggen.

Als de snelheid van de oscillerende beweging de frequentie van het geluid bepaalt, bepaalt de omvang ervan (de grootte van de kamer) het volume. Als zo'n wiel met hoge snelheid wordt rondgedraaid, zal een toon met een hoge frequentie verschijnen; een langzamere rotatie zal een toon met een lagere frequentie produceren. Bovendien, hoe kleiner de tanden van het wiel (zoals weergegeven door de stippellijn), hoe zwakker het geluid, en hoe groter de tanden, dat wil zeggen, hoe meer ze de plaat dwingen af ​​te buigen, hoe luider het geluid. We kunnen dus een ander kenmerk van geluid opmerken: het volume (intensiteit).

Het is onmogelijk om zo'n eigenschap van geluid als kwaliteit niet te noemen. Kwaliteit hangt nauw samen met structuur, die kan variëren van overdreven complex tot uiterst eenvoudig. De toon van een stemvork ondersteund door een resonator heeft een zeer eenvoudige structuur, omdat deze slechts één frequentie bevat, waarvan de waarde uitsluitend afhangt van het ontwerp van de stemvork. In dit geval kan het geluid van een stemvork zowel sterk als zwak zijn.

Het is mogelijk om complexe klanken te creëren, zo bevatten veel frequenties bijvoorbeeld de klank van een orgelakkoord. Zelfs de klank van een mandolinesnaar is behoorlijk complex. Dit komt door het feit dat een gestrekte snaar niet alleen trilt met de hoofdsnaar (zoals een stemvork), maar ook met andere frequenties. Ze genereren extra tonen (harmonischen), waarvan de frequenties een geheel aantal maal hoger zijn dan de frequentie van de grondtoon.

Het concept van frequentie is ongepast om op ruis toe te passen, hoewel we wel over bepaalde gebieden van de frequenties kunnen praten, omdat deze de ene ruis van de andere onderscheiden. Het ruisspectrum kan niet langer worden weergegeven door één of meerdere lijnen, zoals in het geval van een monochromatisch signaal of een periodieke golf die veel harmonischen bevat. Het is afgebeeld als een hele strook

De frequentiestructuur van sommige geluiden, vooral muzikale, is zodanig dat alle boventonen harmonisch zijn in relatie tot de grondtoon; in dergelijke gevallen wordt gezegd dat geluiden een toonhoogte hebben (bepaald door de frequentie van de grondtoon). De meeste geluiden zijn niet zo melodieus; ze hebben niet de integere relatie tussen frequenties die kenmerkend is voor muzikale geluiden. Deze geluiden zijn qua structuur vergelijkbaar met ruis. Om samen te vatten wat er is gezegd, kunnen we daarom zeggen dat geluid wordt gekenmerkt door volume, kwaliteit en hoogte.

Wat gebeurt er met geluid nadat het zich heeft voorgedaan? Hoe bereikt het bijvoorbeeld ons oor? Hoe wordt het verspreid?

Geluid nemen we waar met het oor. Tussen het klinkende lichaam (geluidsbron) en het oor (geluidsontvanger) bevindt zich een stof die geluidstrillingen van de geluidsbron naar de ontvanger overbrengt. Meestal is deze stof lucht. Geluid kan zich niet verplaatsen in een luchtloze ruimte. Net zoals golven niet kunnen bestaan ​​zonder water. Experimenten bevestigen deze conclusie. Laten we een van hen overwegen. Plaats een bel onder de bel van de luchtpomp en zet hem aan. Dan beginnen ze de lucht eruit te pompen. Naarmate de lucht dunner wordt, wordt het geluid zwakker en zwakker hoorbaar en verdwijnt uiteindelijk bijna volledig. Wanneer ik weer lucht onder de bel begin te laten, wordt het geluid van de bel weer hoorbaar.

Natuurlijk plant geluid zich niet alleen in de lucht voort, maar ook in andere lichamen. Dit kan ook experimenteel worden geverifieerd. Zelfs een geluid dat zo zwak is als het tikken van een zakhorloge dat aan de ene kant van de tafel ligt, is duidelijk hoorbaar als men zijn oor tegen de andere kant van de tafel legt.

Het is bekend dat geluid over lange afstanden over de grond en vooral via spoorrails wordt overgedragen. Door uw oor tegen de reling of de grond te plaatsen, kunt u het geluid van een verreikende trein of het gestamp van een galopperend paard horen.

Als we onder water een steen tegen een steen slaan, zullen we het geluid van de inslag duidelijk horen. Geluid plant zich dus ook in water voort. Vissen horen voetstappen en stemmen van mensen aan de kust, dit is bij vissers bekend.

Experimenten tonen aan dat verschillende vaste stoffen geluid op verschillende manieren geleiden. Elastische lichamen zijn goede geluidsgeleiders. De meeste metalen, hout, gassen en vloeistoffen zijn elastische lichamen en geleiden daarom geluid goed.

Zachte en poreuze lichamen zijn slechte geluidsgeleiders. Als een horloge bijvoorbeeld in een zak zit, is het omgeven door zachte stof en horen we het tikken niet.

Overigens houdt de voortplanting van geluid in vaste stoffen verband met het feit dat een experiment met een bel onder een kap voor een lange tijd leek niet erg overtuigend. Feit is dat de onderzoekers de bel niet goed genoeg isoleerden en dat het geluid zelfs te horen was als er geen lucht onder de motorkap was, omdat de trillingen via verschillende verbindingen van de installatie werden overgedragen.

In 1650 concludeerden Athanasius Kirch'er en Otto Hücke, op basis van een experiment met een bel, dat voor geluidsvoortplanting lucht omgeving hoeft niet. En slechts tien jaar later bewees Robert Boyle op overtuigende wijze het tegendeel. Geluid in de lucht wordt bijvoorbeeld overgedragen door longitudinale golven, dat wil zeggen afwisselende condensaties en verdunningen van lucht afkomstig van de geluidsbron. Maar omdat de ruimte om ons heen, in tegenstelling tot het tweedimensionale wateroppervlak, driedimensionaal is, planten geluidsgolven zich niet in twee, maar in drie richtingen voort - in de vorm van divergerende bollen.

Geluidsgolven planten zich, net als andere mechanische golven, niet onmiddellijk door de ruimte voort, maar met een bepaalde snelheid. Met de eenvoudigste observaties kunnen we dit verifiëren. Tijdens een onweersbui zien we bijvoorbeeld eerst de bliksem en horen we pas enige tijd later de donder, hoewel de trillingen van de lucht, die we als geluid waarnemen, gelijktijdig met de bliksemflits plaatsvinden. Feit is dat de snelheid van het licht erg hoog is (300.000 km/s), dus we kunnen ervan uitgaan dat we een flits zien op het moment dat deze optreedt. En het geluid van de donder, dat gelijktijdig met de bliksem wordt gevormd, vereist een behoorlijk merkbare tijd voordat we de afstand kunnen afleggen van de plaats van oorsprong naar een waarnemer die op de grond staat. Als we bijvoorbeeld meer dan 5 seconden nadat we bliksem hebben gezien de donder horen, kunnen we concluderen dat het onweer minstens 1,5 km van ons verwijderd is. De geluidssnelheid hangt af van de eigenschappen van het medium waarin geluid zich voortplant. Wetenschappers hebben verschillende methoden ontwikkeld om de snelheid van geluid in elke omgeving te bepalen.

De snelheid van het geluid en de frequentie ervan bepalen de golflengte. Als we golven in een vijver observeren, merken we dat de stralende cirkels soms kleiner en soms groter zijn. Met andere woorden: de afstand tussen golftoppen of golfdalen kan variëren, afhankelijk van de grootte van het object dat ze heeft gecreëerd. Door onze hand laag genoeg boven het wateroppervlak te houden, kunnen we elke plons voelen die langs ons heen komt. Hoe groter de afstand tussen opeenvolgende golven, hoe minder vaak hun toppen onze vingers zullen raken. Dit eenvoudige experiment stelt ons in staat te concluderen dat in het geval van golven op het wateroppervlak, bij een gegeven golfvoortplantingssnelheid, een hogere frequentie overeenkomt met een kleinere afstand tussen de golftoppen, dat wil zeggen kortere golven, en, omgekeerd, een lagere frequentie komt overeen met langere golven.

Hetzelfde geldt voor geluidsgolven. Het feit dat een geluidsgolf door een bepaald punt in de ruimte gaat, kan worden beoordeeld aan de hand van de drukverandering op dat punt. Deze verandering herhaalt volledig de trilling van het geluidsbronmembraan. Een persoon hoort geluid omdat de geluidsgolf variërende druk uitoefent op het trommelvlies van zijn oor. Zodra de top van de geluidsgolf (of hogedrukgebied) ons oor bereikt. Wij voelen de druk. Als gebieden met verhoogde druk van een geluidsgolf elkaar snel genoeg volgen, trilt het trommelvlies van ons oor snel. Als de toppen van de geluidsgolf aanzienlijk achter elkaar liggen, trilt het trommelvlies veel langzamer.

De geluidssnelheid in de lucht is een verrassend constante waarde. We hebben al gezien dat de frequentie van geluid rechtstreeks verband houdt met de afstand tussen de toppen van de geluidsgolf, dat wil zeggen dat er een bepaalde relatie bestaat tussen de frequentie van geluid en de golflengte. We kunnen deze relatie als volgt uitdrukken: golflengte is gelijk aan snelheid gedeeld door frequentie. Een andere manier om het te zeggen is dat de golflengte omgekeerd evenredig is met de frequentie, met een evenredigheidscoëfficiënt gelijk aan de geluidssnelheid.

Hoe wordt geluid hoorbaar? Wanneer geluidsgolven de gehoorgang binnendringen, trillen ze het trommelvlies, het middenoor en het binnenoor. Luchtgolven komen de vloeistof binnen die het slakkenhuis vult en beïnvloeden de haarcellen in het orgaan van Corti. De gehoorzenuw geeft deze impulsen door aan de hersenen, waar ze worden omgezet in geluiden.

Geluidsmeting

Lawaai is een onaangenaam of ongewenst geluid, of een reeks geluiden die de perceptie van nuttige signalen verstoren, de stilte verbreken, een schadelijk of irriterend effect hebben op het menselijk lichaam en de prestaties ervan verminderen.

In lawaaierige gebieden ervaren veel mensen symptomen van geluidsziekte: verhoogde nerveuze prikkelbaarheid, vermoeidheid, hoge bloeddruk.

Het geluidsniveau wordt gemeten in eenheden,

Het uitdrukken van de mate van druk klinkt, decibel. Deze druk wordt niet oneindig waargenomen. Een geluidsniveau van 20-30 dB is vrijwel onschadelijk voor de mens - dit is een natuurlijk achtergrondgeluid. Wat harde geluiden betreft, is de toegestane limiet hier ongeveer 80 dB. Een geluid van 130 dB veroorzaakt al pijn bij een persoon, en 150 wordt voor hem ondraaglijk.

Akoestisch geluid bestaat uit willekeurige geluidstrillingen van verschillende fysieke aard, gekenmerkt door willekeurige veranderingen in amplitude en frequentie.

Wanneer een geluidsgolf, bestaande uit condensaties en verdunningen van lucht, zich voortplant, verandert de druk op het trommelvlies. De eenheid voor druk is 1 N/m2 en de eenheid voor geluidsvermogen is 1 W/m2.

De gehoordrempel is het minimale geluidsvolume dat een persoon waarneemt. U verschillende mensen het is anders, en daarom wordt de hoorbaarheidsdrempel conventioneel beschouwd als een geluidsdruk gelijk aan 2x10"5 N/m2 bij 1000 Hz, wat overeenkomt met een vermogen van 10"12 W/m2. Met deze waarden wordt het gemeten geluid vergeleken.

Bijvoorbeeld het geluidsvermogen van motoren tijdens het opstijgen straalvliegtuig gelijk aan 10 W/m2, dat wil zeggen dat het de drempel 1013 keer overschrijdt. Het is onhandig om met zulke grote aantallen te werken. Over geluiden met verschillende luidheid zeggen ze dat de ene niet zo vaak luider is dan de andere, maar met zoveel eenheden. De luidheidseenheid heet Bel - naar de uitvinder van de telefoon A. Bel (1847-1922). De luidheid wordt gemeten in decibel: 1 dB = 0,1 B (Bel). Een visuele weergave van hoe geluidsintensiteit, geluidsdruk en volumeniveau met elkaar samenhangen.

De perceptie van geluid hangt niet alleen af ​​van de kwantitatieve kenmerken (druk en kracht), maar ook van de kwaliteit - frequentie.

Hetzelfde geluid op verschillende frequenties verschilt in volume.

Sommige mensen kunnen geen hoogfrequente geluiden horen. Bij oudere mensen neemt de bovengrens van de geluidswaarneming dus af tot 6000 Hz. Ze horen bijvoorbeeld niet het gepiep van een mug of de triller van een krekel, die geluiden produceren met een frequentie van ongeveer 20.000 Hz.

De beroemde Engelse natuurkundige D. Tyndall beschrijft een van zijn wandelingen met een vriend als volgt: “De weilanden aan weerszijden van de weg wemelden van de insecten, die tot mijn oren de lucht vulden met hun scherpe gezoem, maar mijn vriend hoorde het niet. dit alles - de muziek van de insecten vloog voorbij de grenzen van zijn gehoor.”!

Geluidsniveaus

Luidheid – het energieniveau van geluid – wordt gemeten in decibel. Een gefluister komt overeen met ongeveer 15 dB, het geritsel van stemmen in een studentenlokaal bereikt ongeveer 50 dB en het straatgeluid tijdens druk verkeer is ongeveer 90 dB. Geluiden boven de 100 dB kunnen ondraaglijk zijn voor het menselijk oor. Geluiden rond de 140 dB (zoals het geluid van een opstijgend straalvliegtuig) kunnen pijnlijk zijn voor het oor en het trommelvlies beschadigen.

Bij de meeste mensen neemt de gehoorscherpte af met de leeftijd. Dit wordt verklaard door het feit dat de oorbeenderen hun oorspronkelijke mobiliteit verliezen en dat trillingen daarom niet naar het binnenoor worden overgebracht. Bovendien kunnen oorinfecties het trommelvlies beschadigen en de werking van de gehoorbeentjes negatief beïnvloeden. Als u gehoorproblemen ondervindt, moet u onmiddellijk een arts raadplegen. Sommige vormen van doofheid worden veroorzaakt door schade aan het binnenoor of de gehoorzenuw. Gehoorverlies kan ook worden veroorzaakt door constante blootstelling aan lawaai (bijvoorbeeld op een fabrieksvloer) of plotselinge en zeer luide geluidsuitbarstingen. U moet heel voorzichtig zijn bij het gebruik van persoonlijke stereospelers, omdat een te hoog volume ook doofheid kan veroorzaken.

Toegestaan ​​geluid in het pand

Wat de geluidsniveaus betreft, is het vermeldenswaard dat een dergelijk concept vanuit het oogpunt van de wetgeving niet vluchtig en ongereguleerd is. Zo zijn in Oekraïne de sanitaire normen voor toegestaan ​​geluid in woon- en openbare gebouwen en in woonwijken, die in de tijd van de USSR werden aangenomen, nog steeds van kracht. Volgens dit document mag het geluidsniveau in woongebouwen overdag niet hoger zijn dan 40 dB en 's nachts (van 22.00 uur tot 8.00 uur) niet meer dan 30 dB.

Vaak draagt ​​het geluid belangrijke gegevens. Een auto- of motorcoureur luistert aandachtig naar de geluiden van de motor, het chassis en andere delen van een bewegend voertuig, omdat elk extern geluid een voorbode kan zijn van een ongeval. Lawaai speelt een belangrijke rol in de akoestiek, optica, computer technologie, geneesmiddel.

Wat is lawaai? Het wordt opgevat als willekeurige complexe trillingen van verschillende fysieke aard.

Het geluidsprobleem bestaat al langer. Al in de oudheid veroorzaakte het geluid van wielen op geplaveide straten bij velen slapeloosheid.

Of ontstond het probleem misschien zelfs al eerder, toen de buren in de grot ruzie begonnen te maken omdat een van hen te hard klopte terwijl hij een stenen mes of bijl aan het maken was?

Geluidsoverlast omgeving groeit de hele tijd. Als in 1948 bij het ondervragen van inwoners van grote steden 23% van de respondenten bevestigend antwoordde op de vraag of ze last hadden van lawaai in hun appartement, dan was dit cijfer in 1961 al 50%. De afgelopen tien jaar zijn de geluidsniveaus in steden tien tot vijftien keer zo groot geworden.

Ruis is een soort geluid, hoewel het vaak ‘ongewenst geluid’ wordt genoemd. Tegelijkertijd wordt volgens deskundigen het geluid van een tram geschat op 85-88 dB, een trolleybus - 71 dB, een bus met een motorvermogen van meer dan 220 pk. Met. - 92 dB, minder dan 220 l. Met. - 80-85 dB.

Wetenschappers van Staatsuniversiteit Ohio ontdekte dat mensen die regelmatig worden blootgesteld aan harde geluiden 1,5 keer meer kans hebben dan anderen om een ​​akoestisch neuroom te ontwikkelen.

Akoestisch neuroom is een goedaardige tumor die gehoorverlies veroorzaakt. Wetenschappers onderzochten 146 patiënten met akoestisch neuroom en 564 Gezonde mensen. Aan hen werd gevraagd hoe vaak zij harde geluiden van minimaal 80 decibel tegenkwamen (geluid verkeer). In de vragenlijst werd rekening gehouden met het geluid van apparaten, motoren, muziek, geschreeuw van kinderen, lawaai bij sportevenementen, in bars en restaurants. Aan de deelnemers aan het onderzoek werd ook gevraagd of zij gehoorbeschermingsmiddelen gebruikten. Degenen die regelmatig naar luide muziek luisterden, hadden een 2,5 keer zo grote kans op het ontwikkelen van een akoestisch neuroom.

Voor degenen die worden blootgesteld aan technisch geluid: 1,8 keer. Voor mensen die regelmatig naar het geschreeuw van kinderen luisteren, is het lawaai in stadions, restaurants of bars 1,4 keer hoger. Bij het dragen van gehoorbescherming is de kans op het ontwikkelen van een akoestisch neuroom niet groter dan bij mensen die helemaal niet aan geluid worden blootgesteld.

Impact van akoestisch geluid op de mens

De impact van akoestisch geluid op mensen varieert:

A. Schadelijk

Lawaai leidt tot de ontwikkeling van een goedaardige tumor

Langdurig geluid heeft een negatieve invloed op het gehoororgaan, waardoor het trommelvlies wordt uitgerekt, waardoor de gevoeligheid voor geluid wordt verminderd. Het leidt tot verstoring van het hart en de lever, en tot uitputting en overbelasting van zenuwcellen. Geluiden en geluiden met een hoog vermogen beïnvloeden het hoortoestel en de zenuwcentra en kunnen pijn en shock veroorzaken. Dit is hoe geluidsoverlast werkt.

Kunstmatige, door de mens veroorzaakte geluiden. Ze hebben een negatieve invloed op het menselijke zenuwstelsel. Een van de schadelijkste stadsgeluiden is het lawaai van motorvoertuigen op grote snelwegen. Het irriteert het zenuwstelsel, dus een persoon wordt gekweld door angst en voelt zich moe.

B. Gunstig

Nuttige geluiden zijn onder meer het geluid van bladeren. Het klotsen van golven heeft een kalmerend effect op onze psyche. Het rustige geritsel van bladeren, het geruis van een beekje, het lichte plonsen van water en het geluid van de branding zijn altijd aangenaam voor een mens. Ze kalmeren hem en verlichten de stress.

C. Medicinaal

Het therapeutische effect op mensen door gebruik te maken van natuurgeluiden ontstond begin jaren 80 van de twintigste eeuw onder artsen en biofysici die met astronauten werkten. In de psychotherapeutische praktijk wordt bij de behandeling gebruik gemaakt van natuurlijke geluiden verschillende ziekten als hulpmiddel. Psychotherapeuten maken ook gebruik van zogenaamde ‘witte ruis’. Dit is een soort sissend geluid dat vaag doet denken aan het geluid van golven zonder waterspatten. Artsen geloven dat ‘witte ruis’ je kalmeert en in slaap wiegt.

Het effect van geluid op het menselijk lichaam

Maar worden alleen de gehoororganen beïnvloed door geluid?

De leerlingen worden aangemoedigd dit te ontdekken door de volgende uitspraken te lezen.

1. Lawaai veroorzaakt vroegtijdige veroudering. In dertig van de honderd gevallen vermindert lawaai de levensverwachting van mensen grote steden voor 8-12 jaar.

2. Elke derde vrouw en elke vierde man lijdt aan neurosen veroorzaakt door verhoogde geluidsniveaus.

3. Ziekten zoals gastritis, maag- en darmzweren komen het vaakst voor bij mensen die in een luidruchtige omgeving wonen en werken. Voor popmuzikanten zijn maagzweren een beroepsziekte.

4. Een voldoende krachtig geluid kan na 1 minuut veranderingen in de elektrische activiteit van de hersenen veroorzaken, die vergelijkbaar worden met de elektrische activiteit van de hersenen bij patiënten met epilepsie.

5. Lawaai onderdrukt het zenuwstelsel, vooral als het herhaald wordt.

6. Onder invloed van lawaai is er een aanhoudende afname van de frequentie en diepte van de ademhaling. Soms verschijnen hartritmestoornissen en hypertensie.

7. Onder invloed van geluid veranderen de koolhydraten-, vet-, eiwit- en zoutmetabolismen, wat zich uit in veranderingen in de biochemische samenstelling van het bloed (bloedsuikerspiegel daalt).

Overmatig geluid (boven 80 dB) heeft niet alleen invloed op de gehoororganen, maar ook op andere organen en systemen (bloedsomloop, spijsvertering, zenuwstelsel, enz.), vitale processen worden verstoord, het energiemetabolisme begint de overhand te krijgen op het plasticmetabolisme, wat leidt tot vroegtijdige veroudering van het lichaam.

GELUID PROBLEEM

Een grote stad gaat altijd gepaard met verkeerslawaai. De afgelopen 25 tot 30 jaar is het geluid in grote steden over de hele wereld met 12 tot 15 dB toegenomen (d.w.z. het geluidsvolume is drie tot vier keer zo groot geworden). Als er binnen de stad een luchthaven is, zoals het geval is in Moskou, Washington, Omsk en een aantal andere steden, leidt dit tot meerdere overschrijdingen van het maximaal toegestane niveau aan geluidsprikkels.

Toch is het wegvervoer de belangrijkste geluidsbron in de stad. Dit is de oorzaak van geluid tot 95 dB op de schaal van de geluidsmeter in de hoofdstraten van steden. Het geluidsniveau in woonkamers met gesloten ramen aan de snelwegzijde is slechts 10-15 dB lager dan op straat.

Het geluid van auto's hangt van vele redenen af: het merk van de auto, de bruikbaarheid ervan, de snelheid, de kwaliteit van het wegdek, het motorvermogen, enz. Het geluid van de motor neemt sterk toe wanneer deze start en opwarmt. Wanneer de auto op de eerste snelheid rijdt (tot 40 km/u), is het motorgeluid twee keer zo hoog als het geluid dat ontstaat bij de tweede snelheid. Wanneer de auto krachtig remt, neemt ook het geluid aanzienlijk toe.

De afhankelijkheid van de toestand van het menselijk lichaam van het niveau van omgevingsgeluid is onthuld. Er zijn bepaalde veranderingen opgemerkt in de functionele toestand van het centrale zenuwstelsel en het cardiovasculaire systeem, veroorzaakt door lawaai. Coronaire hartziekten, hoge bloeddruk en een verhoogd cholesterolgehalte in het bloed komen vaker voor bij mensen die in lawaaierige gebieden wonen. Lawaai verstoort de slaap aanzienlijk, waardoor de duur en diepte ervan afnemen. De tijd die nodig is om in slaap te vallen neemt met een uur of langer toe, en na het ontwaken voelen mensen zich moe en hebben ze hoofdpijn. Na verloop van tijd verandert dit alles in chronische vermoeidheid, verzwakt het immuunsysteem, draagt ​​het bij aan de ontwikkeling van ziekten en vermindert het de prestaties.

Er wordt nu aangenomen dat lawaai de levensverwachting van een persoon met bijna tien jaar kan verkorten. Er zijn steeds meer geesteszieke mensen als gevolg van de toenemende geluidsprikkels; lawaai heeft vooral een sterk effect op vrouwen. Over het algemeen is het aantal slechthorenden in steden toegenomen, maar de meest voorkomende verschijnselen zijn geworden hoofdpijn en verhoogde prikkelbaarheid.

GELUIDSOVERLAST

Geluid en krachtig geluid beïnvloeden het hoortoestel en de zenuwcentra en kunnen pijn en shock veroorzaken. Dit is hoe geluidsoverlast werkt. Het stille geritsel van de bladeren, het geruis van een beekje, de stemmen van vogels, het lichte plonsen van water en het geluid van de branding zijn altijd aangenaam voor een mens. Ze kalmeren hem en verlichten de stress. Dit wordt gebruikt in medische instellingen, in psychologische hulpkamers. De natuurlijke geluiden van de natuur worden steeds zeldzamer, verdwijnen volledig of worden overstemd door industriële, transport- en andere geluiden.

Langdurig lawaai heeft een negatieve invloed op het gehoororgaan, waardoor de gevoeligheid voor geluid afneemt. Het leidt tot verstoring van het hart en de lever, en tot uitputting en overbelasting van zenuwcellen. Verzwakte cellen van het zenuwstelsel kunnen hun werk niet goed genoeg coördineren diverse systemen lichaam. Dit is waar verstoringen in hun activiteiten ontstaan.

We weten al dat geluid van 150 dB schadelijk is voor de mens. Het was niet voor niets dat er in de Middeleeuwen executies onder de bel plaatsvonden. Het gebrul van de klokken kwelde en doodde langzaam.

Ieder mens neemt geluid anders waar. Veel hangt af van leeftijd, temperament, gezondheid en omgevingsomstandigheden. Lawaai heeft een accumulerend effect, dat wil zeggen dat akoestische irritaties, die zich in het lichaam ophopen, het zenuwstelsel steeds meer onderdrukken. Lawaai heeft een bijzonder schadelijk effect op de neuropsychische activiteit van het lichaam.

Geluiden veroorzaken functionele stoornissen van het cardiovasculaire systeem; heeft een schadelijk effect op de visuele en vestibulaire analysatoren; reflexactiviteit verminderen, die vaak ongelukken en verwondingen veroorzaakt.

Lawaai is verraderlijk, de schadelijke effecten op het lichaam treden onzichtbaar en onmerkbaar op, schade aan het lichaam wordt niet onmiddellijk gedetecteerd. Bovendien is het menselijk lichaam vrijwel weerloos tegen lawaai.

Artsen hebben het steeds vaker over geluidsziekten, die vooral het gehoor en het zenuwstelsel aantasten. De bron van geluidsoverlast kan zijn industriële onderneming of vervoer. Vooral zware dumptrucks en trams produceren veel lawaai. Lawaai beïnvloedt het menselijke zenuwstelsel en daarom worden in steden en bedrijven maatregelen ter bescherming tegen lawaai genomen. Spoor- en tramlijnen en wegen waarlangs het goederenvervoer loopt, moeten worden verplaatst van de centrale delen van steden naar dunbevolkte gebieden en groene ruimtes eromheen die het geluid goed absorberen. Vliegtuigen mogen niet over steden vliegen.

GELUIDSDICHTING

Geluidsisolatie helpt de schadelijke effecten van lawaai te voorkomen

Het terugdringen van de geluidsniveaus wordt bereikt door constructieve en akoestische maatregelen. In de buitenschil van een gebouw hebben ramen en balkondeuren aanzienlijk minder geluidsisolatie dan de muur zelf.

De mate van geluidsbescherming van gebouwen wordt voornamelijk bepaald door de toegestane geluidsnormen voor gebouwen voor een bepaald doel.

BESTRIJD AKOESTISCH GELUID

Het Akoestisch Laboratorium van MNIIP ontwikkelt secties “Akoestische Ecologie” als onderdeel van de projectdocumentatie. Er worden projecten uitgevoerd op het gebied van geluidsisolatie van panden, geluidsbeheersing, berekeningen van geluidsversterkingssystemen en akoestische metingen. Hoewel mensen in gewone ruimtes steeds meer akoestisch comfort willen: goede bescherming tegen lawaai, verstaanbare spraak en de afwezigheid van zogenaamde. akoestische fantomen - negatieve geluidsbeelden gevormd door sommigen. In ontwerpen die zijn ontworpen om bovendien decibel te bestrijden, wisselen minstens twee lagen elkaar af: "hard" (gipsplaat, gipsvezel). Ook moet akoestisch ontwerp zijn bescheiden nis binnenin innemen. Frequentiefiltering wordt gebruikt om akoestische ruis tegen te gaan.

STAD EN GROENE PLAATSEN

Als u uw huis beschermt tegen geluid door bomen, dan is het handig om te weten dat geluiden niet door bladeren worden geabsorbeerd. Als ze de stam raken, worden de geluidsgolven gebroken en gaan ze naar de grond, waar ze worden geabsorbeerd. Sparren wordt beschouwd als de beste bewaker van stilte. Zelfs langs de drukste snelweg kun je in alle rust leven als je je huis beschermt met een rij groene dennenbomen. En het zou leuk zijn om kastanjes in de buurt te planten. Eén volwassen kastanjeboom maakt een ruimte van maximaal 10 m hoog, tot 20 m breed en tot 100 m lang vrij van uitlaatgassen van auto's. Bovendien ontleedt de kastanje, in tegenstelling tot veel andere bomen, giftige gassen zonder dat dit de gezondheid schaadt. ”

Het belang van het modelleren van stadsstraten is groot: dichte beplanting van struiken en bosgordels beschermen tegen lawaai, verminderen het met 10-12 dB (decibel), verminderen de concentratie van schadelijke deeltjes in de lucht van 100 tot 25%, verminderen de windsnelheid van 10 tot 2 m/s, de concentratie van gassen uit auto's verminderen tot 15% per eenheid luchtvolume, de lucht vochtiger maken, de temperatuur verlagen, d.w.z. het acceptabeler maken om te ademen.

Groene ruimtes absorberen ook geluid; hoe groter de bomen en hoe dichter de beplanting, hoe minder geluid er wordt gehoord.

Groene ruimtes in combinatie met gazons en bloembedden hebben een gunstig effect op de menselijke psyche, kalmeren het gezichtsvermogen en het zenuwstelsel, zijn een bron van inspiratie en verhogen de prestaties van mensen. De grootste kunstwerken en literatuur, ontdekkingen van wetenschappers, ontstonden onder de gunstige invloed van de natuur. Dit is hoe de grootste muzikale creaties van Beethoven, Tsjaikovski, Strauss en andere componisten, schilderijen van prachtige Russische landschapskunstenaars Shishkin, Levitan en werken van Russische en Sovjet-schrijvers ontstonden. Het is geen toeval dat het Siberische wetenschappelijke centrum werd opgericht tussen de groene ruimtes van het Priobsky-woud. Hier, in de schaduw van het stadslawaai en omgeven door groen, voeren onze Siberische wetenschappers met succes hun onderzoek uit.

De groenheid van steden als Moskou en Kiev is hoog; in laatstgenoemde landen zijn er bijvoorbeeld 200 keer meer aanplantingen per inwoner dan in Tokio. In de hoofdstad van Japan werd in vijftig jaar tijd (1920-1970) ongeveer de helft van alle groene gebieden binnen een straal van tien kilometer van het centrum verwoest. In de Verenigde Staten is de afgelopen vijf jaar bijna 10.000 hectare aan centrale stadsparken verloren gegaan.

← Lawaai heeft een schadelijk effect op de gezondheid van een persoon, voornamelijk door verslechtering van het gehoor en de conditie van het zenuwstelsel en het cardiovasculaire systeem.

← Geluid kan worden gemeten met speciale instrumenten: geluidsniveaumeters.

← Het is noodzakelijk de schadelijke effecten van lawaai te bestrijden door de geluidsniveaus te beheersen en speciale maatregelen te nemen om de geluidsniveaus terug te dringen.

Als een geluidsgolf op zijn pad geen obstakels tegenkomt, plant hij zich gelijkmatig in alle richtingen voort. Maar niet elk obstakel wordt voor haar een barrière.

Als het geluid op zijn pad een obstakel tegenkomt, kan het eromheen buigen, worden gereflecteerd, gebroken of geabsorbeerd.

Geluid diffractie

We kunnen praten met iemand die om de hoek van een gebouw, achter een boom of achter een hek staat, hoewel we hem niet kunnen zien. We horen het omdat geluid zich rond deze objecten kan buigen en kan doordringen in het gebied erachter.

Het vermogen van een golf om rond een obstakel te buigen wordt genoemd diffractie .

Diffractie treedt op wanneer de geluidsgolflengte groter is dan de grootte van het obstakel. Geluidsgolven met een lage frequentie zijn behoorlijk lang. Bij een frequentie van 100 Hz is deze bijvoorbeeld gelijk aan 3,37 m. Naarmate de frequentie afneemt, wordt de lengte nog groter. Daarom buigt een geluidsgolf gemakkelijk rond vergelijkbare objecten. De bomen in het park interfereren helemaal niet met ons gehoor, omdat de diameter van hun stammen veel kleiner is dan de lengte van de geluidsgolf.

Dankzij diffractie dringen geluidsgolven door scheuren en gaten in een obstakel heen en planten zich daarachter voort.

Laten we een flatscreen plaatsen met een gat in het pad van de geluidsgolf.

In het geval waar de geluidsgolflengte ƛ veel groter dan de gatdiameter D , of deze waarden zijn ongeveer gelijk, dan zal het geluid achter het gat alle punten bereiken in het gebied dat zich achter het scherm bevindt (geluidsschaduwgebied). De voorkant van de uitgaande golf ziet eruit als een halve bol.

Als ƛ slechts iets kleiner is dan de diameter van de spleet, plant het grootste deel van de golf zich recht voort en divergeert een klein deel enigszins naar de zijkanten. En in het geval dat ƛ veel minder D , zal de hele golf in voorwaartse richting gaan.

Geluidsreflectie

Als een geluidsgolf het grensvlak tussen twee media raakt, zijn er verschillende opties voor de verdere voortplanting ervan mogelijk. Geluid kan door de interface worden gereflecteerd, kan naar een ander medium bewegen zonder van richting te veranderen, of kan worden gebroken, dat wil zeggen bewegen en van richting veranderen.

Stel dat er een obstakel verschijnt in het pad van een geluidsgolf, waarvan de omvang veel groter is dan de golflengte, bijvoorbeeld een steile klif. Hoe zal het geluid zich gedragen? Omdat het niet om dit obstakel heen kan, zal het erdoor worden gereflecteerd. Achter het obstakel zit akoestische schaduwzone .

Het geluid dat door een obstakel wordt weerkaatst, wordt genoemd echo .

De aard van de reflectie van de geluidsgolf kan verschillen. Het hangt af van de vorm van het reflecterende oppervlak.

Reflectie heet een verandering in de richting van een geluidsgolf op het grensvlak tussen twee verschillende media. Wanneer de golf wordt gereflecteerd, keert deze terug naar het medium waar hij vandaan kwam.

Als het oppervlak vlak is, wordt het geluid er op dezelfde manier door weerkaatst als een lichtstraal in een spiegel.

Geluidsstralen die worden gereflecteerd door een concaaf oppervlak worden op één punt gefocusseerd.

Het bolle oppervlak verdrijft het geluid.

Het effect van dispersie wordt gegeven door convexe kolommen, grote lijstwerk, kroonluchters, enz.

Geluid gaat niet van het ene medium naar het andere over, maar wordt erdoor gereflecteerd als de dichtheid van de media aanzienlijk verschilt. Geluid dat in water verschijnt, wordt dus niet overgebracht naar de lucht. Gereflecteerd door het grensvlak blijft het in het water. Iemand die op de oever van de rivier staat, zal dit geluid niet horen. Dit wordt uitgelegd groot verschil golfweerstand van water en lucht. In de akoestiek is de golfimpedantie gelijk aan het product van de dichtheid van het medium en de geluidssnelheid daarin. Omdat de golfweerstand van gassen aanzienlijk kleiner is dan de golfweerstand van vloeistoffen en vaste stoffen, wordt een geluidsgolf die de grens van lucht en water raakt, gereflecteerd.

Vissen in het water horen het geluid niet dat boven het wateroppervlak verschijnt, maar ze kunnen het geluid duidelijk onderscheiden, waarvan de bron een lichaam is dat in het water trilt.

Breking van geluid

Het veranderen van de richting van geluidsvoortplanting wordt genoemd breking . Dit fenomeen doet zich voor wanneer geluid van het ene medium naar het andere reist, en de voortplantingssnelheid in deze omgevingen is anders.

De verhouding van de sinus van de invalshoek tot de sinus van de reflectiehoek is gelijk aan de verhouding van de snelheid van geluidsvoortplanting in media.

Waar i - invalshoek,

R – reflectiehoek,

v 1 – snelheid van geluidsvoortplanting in het eerste medium,

v2 – snelheid van geluidsvoortplanting in het tweede medium,

N - brekingsindex.

De breking van geluid wordt genoemd breking .

Als een geluidsgolf niet loodrecht op het oppervlak valt, maar onder een andere hoek dan 90°, dan zal de gebroken golf afwijken van de richting van de invallende golf.

Breking van geluid kan niet alleen worden waargenomen op het grensvlak tussen media. Geluidsgolven kunnen van richting veranderen in een heterogeen medium: de atmosfeer, de oceaan.

In de atmosfeer wordt breking veroorzaakt door veranderingen in de luchttemperatuur, snelheid en bewegingsrichting van luchtmassa's. En in de oceaan lijkt het te wijten aan de heterogeniteit van de eigenschappen van water: verschillende hydrostatische druk op verschillende diepten, verschillende temperaturen en een verschillend zoutgehalte.

Geluidsabsorptie

Wanneer een geluidsgolf een oppervlak tegenkomt, wordt een deel van zijn energie geabsorbeerd. En hoeveel energie een medium kan absorberen, kun je bepalen door de geluidsabsorptiecoëfficiënt te kennen. Deze coëfficiënt laat zien hoeveel van de energie van geluidstrillingen wordt geabsorbeerd door 1 m2 obstakel. Het heeft een waarde van 0 tot 1.

De meeteenheid voor geluidsabsorptie wordt genoemd sabin . Het dankt zijn naam aan de Amerikaanse natuurkundige Wallace Clement Sabin, grondlegger van de architectonische akoestiek. 1 sabin is de energie die wordt geabsorbeerd door 1 m 2 oppervlak, waarvan de absorptiecoëfficiënt 1 is. Dat wil zeggen dat een dergelijk oppervlak absoluut alle energie van de geluidsgolf moet absorberen.

Nagalm

Wallace Sabin

De eigenschap van materialen om geluid te absorberen wordt veel gebruikt in de architectuur. Tijdens het bestuderen van de akoestiek van de collegezaal, onderdeel van het Fogg Museum, kwam Wallace Clement Sabin tot de conclusie dat er een verband bestond tussen de grootte van de zaal, akoestische omstandigheden, type en oppervlakte van geluidsabsorberende materialen en nagalm tijd .

Nagalm noem het proces van reflectie van een geluidsgolf tegen obstakels en de geleidelijke verzwakking ervan nadat de geluidsbron is uitgeschakeld. In een afgesloten ruimte kan geluid herhaaldelijk worden gereflecteerd door muren en objecten. Hierdoor ontstaan ​​er verschillende echosignalen, die elk afzonderlijk klinken. Dit effect wordt genoemd galmeffect .

Het belangrijkste kenmerk van de kamer is nagalm tijd , die Sabin heeft ingevoerd en berekend.

Waar V – volume van de kamer,

A – algemene geluidsabsorptie.

Waar een ik – geluidsabsorptiecoëfficiënt van het materiaal,

S ik - oppervlakte van elk oppervlak.

Als de nagalmtijd lang is, lijken de geluiden door de hal te ‘dwalen’. Ze overlappen elkaar, overstemmen de belangrijkste geluidsbron en de zaal dreunt. Met een korte nagalmtijd absorberen de muren geluiden snel en worden ze dof. Daarom moet elke kamer zijn eigen exacte berekening hebben.

Op basis van de resultaten van zijn berekeningen plaatste Sabin geluidsabsorberende materialen zodanig dat het “echo-effect” werd verminderd. En de Boston Symphony Hall, bij de oprichting waarvan hij akoestisch adviseur was, wordt nog steeds beschouwd als een van de beste zalen ter wereld.

>>Natuurkunde: geluid in verschillende media

Voor geluidsverspreiding is het noodzakelijk elastisch middel. In een vacuüm kunnen geluidsgolven zich niet voortplanten, omdat er niets is dat kan trillen. Dit kan worden geverifieerd op eenvoudige ervaring. Als we een elektrische bel onder een glazen bel plaatsen, zullen we, terwijl de lucht onder de bel weg wordt gepompt, merken dat het geluid van de bel zwakker en zwakker wordt totdat deze volledig stopt.

Geluid in gassen. Het is bekend dat we tijdens een onweersbui eerst een bliksemflits zien en pas na enige tijd het gerommel van de donder horen (Fig. 52). Deze vertraging treedt op omdat de snelheid van het geluid in de lucht veel kleiner is dan de snelheid van het licht afkomstig van bliksem.

De geluidssnelheid in de lucht werd voor het eerst gemeten in 1636 door de Franse wetenschapper M. Mersenne. Bij een temperatuur van 20 °C is dit gelijk aan 343 m/s, d.w.z. 1235 km/u. Merk op dat het tot deze waarde is dat de snelheid van een kogel afgevuurd door een Kalashnikov-machinegeweer (PK) afneemt op een afstand van 800 m. De beginsnelheid van de kogel bedraagt ​​825 m/s, wat aanzienlijk hoger is dan de geluidssnelheid in de lucht. Daarom hoeft iemand die het geluid van een schot of het gefluit van een kogel hoort, zich geen zorgen te maken: deze kogel is hem al gepasseerd. De kogel overtreft het geluid van het schot en bereikt het slachtoffer voordat het geluid arriveert.

De geluidssnelheid hangt af van de temperatuur van het medium: bij toenemende luchttemperatuur neemt deze toe, bij afnemende luchttemperatuur neemt deze af. Bij 0 °C is de geluidssnelheid in de lucht 331 m/s.

Geluid plant zich met verschillende snelheden voort in verschillende gassen. Hoe groter de massa van gasmoleculen, hoe lager de geluidssnelheid daarin. Bij een temperatuur van 0 °C is de geluidssnelheid in waterstof dus 1284 m/s, in helium - 965 m/s en in zuurstof - 316 m/s.

Geluid in vloeistoffen. De geluidssnelheid in vloeistoffen is doorgaans groter dan de geluidssnelheid in gassen. De geluidssnelheid in water werd voor het eerst gemeten in 1826 door J. Colladon en J. Sturm. Ze voerden hun experimenten uit aan het Meer van Genève in Zwitserland (Fig. 53). Op één boot staken ze buskruit in brand en sloegen tegelijkertijd een bel die in het water werd neergelaten. Het geluid van deze bel, met behulp van een speciale hoorn, ook in het water neergelaten, werd vastgelegd op een andere boot, die zich op een afstand van 14 km van de eerste bevond. Op basis van het tijdsinterval tussen de lichtflits en de aankomst van het geluidssignaal werd de geluidssnelheid in water bepaald. Bij een temperatuur van 8 °C bleek dit ongeveer 1440 m/s te zijn.

Op de grens tussen twee verschillende omgevingen Een deel van de geluidsgolf wordt gereflecteerd, een ander deel reist verder. Wanneer geluid van de lucht in het water overgaat, wordt 99,9% van de geluidsenergie teruggekaatst, maar de druk in de geluidsgolf die naar het water wordt overgebracht is bijna twee keer zo groot. Het gehoorsysteem van vissen reageert hier precies op. Daarom zijn er bijvoorbeeld geschreeuw en geluiden boven het wateroppervlak de goede weg zeedieren verjagen. Iemand die zich onder water bevindt, zal niet doof worden door dit geschreeuw: wanneer hij in water wordt ondergedompeld, blijven er luchtpluggen in zijn oren achter, wat hem zal behoeden voor geluidsoverbelasting.

Wanneer geluid van water naar lucht gaat, wordt 99,9% van de energie opnieuw gereflecteerd. Maar als tijdens de overgang van lucht naar water de geluidsdruk toenam, neemt deze nu juist scherp af. Het is bijvoorbeeld om deze reden dat het geluid dat onder water ontstaat wanneer de ene steen de andere raakt, een persoon in de lucht niet bereikt.

Dit gedrag van geluid op de grens tussen water en lucht gaf onze voorouders de basis om de onderwaterwereld als een ‘wereld van stilte’ te beschouwen. Vandaar de uitdrukking: “Stom als een vis.” Leonardo da Vinci stelde echter ook voor om naar onderwatergeluiden te luisteren door je oor tegen een roeispaan te houden die in het water was neergelaten. Met deze methode kun je ervoor zorgen dat de vissen behoorlijk spraakzaam zijn.

Geluid in vaste stoffen. De geluidssnelheid in vaste stoffen is groter dan in vloeistoffen en gassen. Als u uw oor tegen de rail legt, hoort u twee geluiden nadat u het andere uiteinde van de rail raakt. De ene bereikt je oor per spoor, de andere per vliegtuig.

De aarde heeft een goede geluidsgeleiding. Daarom werden vroeger tijdens een belegering ‘luisteraars’ in de vestingmuren geplaatst, die door het door de aarde uitgezonden geluid konden bepalen of de vijand zich in de muren aan het graven was of niet. Met hun oren op de grond hielden ze ook de nadering van de vijandelijke cavalerie in de gaten.

Vaste stoffen geleiden geluid goed. Dankzij dit kunnen mensen die hun gehoor verloren hebben soms dansen op muziek die hun gehoorzenuwen niet via de lucht en het buitenoor bereikt, maar via de vloer en botten.

1. Waarom zien we tijdens een onweersbui eerst de bliksem en horen we pas daarna de donder? 2. Waar hangt de geluidssnelheid in gassen van af? 3. Waarom hoort iemand die op de oever van de rivier staat geen geluiden onder water? 4. Waarom waren de ‘toehoorders’ die in de oudheid toezicht hielden op de opgravingen van de vijand vaak blinde mensen?

Experimentele taak . Plaats een plank (of een lange houten liniaal) aan het ene uiteinde polshorloge, leg je oor naar het andere uiteinde. Wat hoor je? Verklaar het fenomeen.

S.V. Gromov, NA Rodina, natuurkunde 8e leerjaar

Ingezonden door lezers van internetsites

Natuurkundeplanning, notitieplannen voor natuurkundelessen, schoolprogramma, leerboeken en boeken over natuurkunde voor groep 8, cursussen en opdrachten in de natuurkunde voor groep 8

Inhoud van de les lesaantekeningen ondersteunende frameleinteractieve technologieën Oefening taken en oefeningen zelftest workshops, trainingen, cases, speurtochten huiswerk discussievragen retorische vragen van studenten Illustraties audio, videoclips en multimedia foto's, afbeeldingen, grafieken, tabellen, diagrammen, humor, anekdotes, grappen, strips, gelijkenissen, gezegden, kruiswoordraadsels, citaten Add-ons samenvattingen artikelen trucs voor nieuwsgierigen kribben leerboeken basis- en aanvullend woordenboek met termen overige Verbetering van leerboeken en lessenhet corrigeren van fouten in het leerboek het bijwerken van een fragment in een leerboek, elementen van innovatie in de les, het vervangen van verouderde kennis door nieuwe Alleen voor docenten perfecte lessen kalenderplan voor een jaar methodologische aanbevelingen van het discussieprogramma Geïntegreerde lessen

De basiswetten van geluidsvoortplanting omvatten de wetten van de reflectie en breking ervan aan de grenzen van verschillende media, evenals de diffractie van geluid en de verstrooiing ervan in de aanwezigheid van obstakels en inhomogeniteiten in het medium en op de grensvlakken tussen media.

Het bereik van de geluidsvoortplanting wordt beïnvloed door de geluidsabsorptiefactor, dat wil zeggen de onomkeerbare overgang van geluidsgolfenergie naar andere soorten energie, met name warmte. Een belangrijke factor is ook de richting van de straling en de snelheid van de geluidsvoortplanting, die afhangt van het medium en zijn specifieke toestand.

Vanuit een geluidsbron planten akoestische golven zich in alle richtingen voort. Als een geluidsgolf door een relatief klein gaatje gaat, verspreidt deze zich in alle richtingen en plant hij zich niet in een gerichte straal voort. Straatgeluiden die door een open raam de kamer binnendringen, zijn bijvoorbeeld overal hoorbaar, en niet alleen tegenover het raam.

De aard van de voortplanting van geluidsgolven nabij een obstakel hangt af van de relatie tussen de grootte van het obstakel en de golflengte. Als de grootte van het obstakel klein is in vergelijking met de golflengte, stroomt de golf rond dit obstakel en verspreidt zich in alle richtingen.

Geluidsgolven die van het ene medium naar het andere doordringen, wijken af ​​van hun oorspronkelijke richting, dat wil zeggen dat ze worden gebroken. De brekingshoek kan groter of kleiner zijn dan de invalshoek. Het hangt ervan af in welk medium het geluid doordringt. Als de geluidssnelheid in het tweede medium groter is, zal de brekingshoek groter zijn dan de invalshoek, en omgekeerd.

Wanneer ze onderweg een obstakel tegenkomen, worden geluidsgolven erdoor gereflecteerd volgens een strikt gedefinieerde regel - de reflectiehoek is gelijk aan de invalshoek - het concept van echo is hiermee verbonden. Als geluid wordt gereflecteerd door verschillende oppervlakken op verschillende afstanden, ontstaan ​​er meerdere echo's.

Geluid plant zich voort in de vorm van een divergerende bolvormige golf die een steeds groter volume vult. Naarmate de afstand groter wordt, worden de trillingen van de deeltjes van het medium zwakker en verdwijnt het geluid. Het is bekend dat om het transmissiebereik te vergroten, geluid in een bepaalde richting moet worden geconcentreerd. Als we bijvoorbeeld gehoord willen worden, houden we onze handpalmen voor onze mond of gebruiken we een megafoon.

Diffractie, dat wil zeggen het buigen van geluidsstralen, heeft een grote invloed op het bereik van de geluidsvoortplanting. Hoe heterogener het medium, hoe meer de geluidsbundel wordt afgebogen en dus hoe korter het voortplantingsbereik van het geluid.

Geluidsvoortplanting

Geluidsgolven kunnen zich voortplanten in lucht, gassen, vloeistoffen en vaste stoffen. Golven ontstaan ​​niet in een luchtloze ruimte. Dit is eenvoudig te verifiëren op basis van eenvoudige ervaring. Als een elektrische bel onder een luchtdichte dop wordt geplaatst waaruit de lucht is geëvacueerd, horen we geen geluid. Maar zodra de dop gevuld is met lucht, ontstaat er een geluid.

De voortplantingssnelheid van oscillerende bewegingen van deeltje naar deeltje hangt af van het medium. In de oudheid legden krijgers hun oren op de grond en ontdekten zo de cavalerie van de vijand veel eerder dan deze in zicht leek. En de beroemde wetenschapper Leonardo da Vinci schreef in de 15e eeuw: “Als je, terwijl je op zee bent, het gat van een pijp in het water laat zakken en het andere uiteinde ervan tegen je oor houdt, zul je het geluid van schepen heel erg horen. ver van jou.”

De geluidssnelheid in de lucht werd voor het eerst gemeten in de 17e eeuw door de Milanese Academie van Wetenschappen. Op een van de heuvels werd een kanon geïnstalleerd en op de andere een observatiepost. De tijd werd zowel op het moment van de opname (door flits) als op het moment dat het geluid werd ontvangen geregistreerd. Op basis van de afstand tussen het observatiepunt en het kanon en het tijdstip van herkomst van het signaal was de voortplantingssnelheid van het geluid niet langer moeilijk te berekenen. Het bleek gelijk te zijn aan 330 meter per seconde.

De geluidssnelheid in water werd voor het eerst gemeten in 1827 aan het Meer van Genève. De twee boten bevonden zich op een afstand van 13.847 meter van elkaar. Bij de eerste werd een bel onder de bodem gehangen en bij de tweede werd een eenvoudige hydrofoon (hoorn) in het water neergelaten. Op de eerste boot werd buskruit in brand gestoken op hetzelfde moment dat de bel werd geslagen; op de tweede boot startte de waarnemer de stopwatch op het moment van de flits en begon te wachten tot het geluidssignaal van de bel arriveerde. Het bleek dat geluid zich meer dan 4 keer sneller in water voortbeweegt dan in lucht, d.w.z. met een snelheid van 1450 meter per seconde.

Snelheid van geluid

Hoe hoger de elasticiteit van het medium, hoe groter de snelheid: in rubber 50, in lucht 330, in water 1450 en in staal - 5000 meter per seconde. Als wij, die in Moskou waren, zo hard konden schreeuwen dat het geluid Sint-Petersburg zou bereiken, dan zouden we daar pas na een half uur gehoord worden, en als het geluid zich over dezelfde afstand in staal voortplantte, dan zou het ontvangen worden. in twee minuten.

De snelheid van geluidsvoortplanting wordt beïnvloed door de toestand van hetzelfde medium. Als we zeggen dat geluid zich in water voortbeweegt met een snelheid van 1450 meter per seconde, betekent dit niet dat dit in welk water dan ook en onder welke omstandigheden dan ook gebeurt. Met toenemende temperatuur en zoutgehalte van water, maar ook met toenemende diepte, en dus met hydrostatische druk, neemt de geluidssnelheid toe. Of laten we staal nemen. Ook hier hangt de geluidssnelheid af van zowel de temperatuur als de kwalitatieve samenstelling van het staal: hoe meer koolstof het bevat, hoe harder het is en hoe sneller het geluid zich daarin voortplant.

Wanneer ze onderweg een obstakel tegenkomen, worden geluidsgolven daaruit gereflecteerd volgens een strikt gedefinieerde regel: de reflectiehoek is gelijk aan de invalshoek. Geluidsgolven die uit de lucht komen, zullen bijna volledig naar boven worden gereflecteerd vanaf het wateroppervlak, en geluidsgolven die afkomstig zijn van een bron die zich in het water bevindt, zullen vanaf het wateroppervlak naar beneden worden gereflecteerd.

Geluidsgolven die van het ene medium naar het andere doordringen, wijken af ​​van hun oorspronkelijke positie, d.w.z. gebroken. De brekingshoek kan groter of kleiner zijn dan de invalshoek. Het hangt af van in welk medium het geluid doordringt. Als de geluidssnelheid in het tweede medium groter is dan in het eerste, zal de brekingshoek groter zijn dan de invalshoek en omgekeerd.

In de lucht planten geluidsgolven zich voort in de vorm van een divergerende bolvormige golf, die een steeds groter volume vult, omdat deeltjestrillingen veroorzaakt door geluidsbronnen worden overgedragen op de luchtmassa. Naarmate de afstand groter wordt, worden de trillingen van de deeltjes echter zwakker. Het is bekend dat om het transmissiebereik te vergroten, geluid in een bepaalde richting moet worden geconcentreerd. Als we beter gehoord willen worden, brengen we onze handpalmen naar onze mond of gebruiken we een megafoon. In dit geval wordt het geluid minder gedempt en zullen de geluidsgolven zich verder voortplanten.

Naarmate de wanddikte toeneemt, neemt de geluidslocatie bij lage middenfrequenties toe, maar de “verraderlijke” toevallige resonantie, die de wurging van de geluidslocatie veroorzaakt, begint zich te manifesteren bij lagere frequenties en bestrijkt een groter gebied.