Specifični osjet koji doživljavamo kao zvuk rezultat je djelovanja na ljudski slušni aparat oscilatornog kretanja elastičnog medija - najčešće zraka. Fluktuacije medija pobuđuju izvor zvuka i, šireći se u mediju, dopiru do prijemnog aparata - našeg uha. Dakle, beskonačna raznolikost zvukova koje čujemo uzrokovana je oscilatornim procesima koji se međusobno razlikuju po frekvenciji i amplitudi. Ne treba brkati dvije strane iste pojave: zvuk kao fizički proces poseban je slučaj oscilatornog gibanja; ali kao psiho-fiziološki fenomen, zvuk je izvjestan specifičan osjet, čiji je mehanizam podrijetla sada prilično detaljno proučen.

Govoreći o fizičkoj strani fenomena, zvuk karakteriziramo njegovim intenzitetom (jačinom), njegovim sastavom i učestalošću oscilatornih procesa povezanih s njim; kada govorimo o zvučnim osjetima, govorimo o glasnoći, boji i visini.

U čvrstim tijelima zvuk se može širiti u obliku uzdužnih i poprečnih vibracija. Budući da tekućine i plinovi nemaju posmične elastičnosti, očito je da se u plinovitim i tekućim medijima zvuk može širiti samo u obliku uzdužnih vibracija. U plinovima i tekućinama, zvučni valovi su naizmjenično zgušnjavanje i razrjeđivanje medija, udaljavajući se od izvora zvuka određenom brzinom karakterističnom za svaki medij. Površina zvučnog vala je mjesto čestica medija koje imaju istu fazu oscilacija. Plohe zvučnih valova mogu se nacrtati, na primjer, tako da se između površina susjednih valova nalazi sloj zadebljanja i sloj za razrjeđivanje. Pravac okomit na površinu vala naziva se greda.

Zvučni valovi u plinovitom mediju mogu se fotografirati. U tu svrhu, iza izvora zvuka postavljen je

fotografska ploča, na koju se s prednje strane usmjerava snop svjetlosti električne iskre tako da te zrake od trenutnog bljeska svjetlosti padaju na fotografsku ploču prolazeći kroz zrak, okolni izvor zvuk. Na sl. 158-160 prikazane su fotografije zvučnih valova dobivenih ovom metodom. Izvor zvuka bio je odvojen od fotografske ploče malim ekranom na stalku.

Na sl. 158, ali se vidi da je zvučni val upravo izašao iza zaslona; na sl. 158b, isti je val drugi put fotografiran nekoliko tisućinki sekunde kasnije. Površina vala u ovom slučaju je kugla. Na fotografiji se slika vala dobiva u obliku kruga čiji se radijus s vremenom povećava.

Riža. 158. Fotografija zvučnog vala u dvije vremenske točke (a i b). Refleksija zvučnog vala (c).

Na sl. 158c prikazuje fotografiju sferičnog zvučnog vala reflektiranog od ravnog zida. Ovdje treba obratiti pozornost na činjenicu da reflektirani dio vala, takoreći, dolazi iz točke koja se nalazi iza reflektirajuće površine na istoj udaljenosti od reflektirajuće površine kao i izvor zvuka. Dobro je poznato da fenomen refleksije zvučnih valova objašnjava odjek.

Na sl. 159 prikazuje promjenu valne površine tijekom prolaska zvučnog vala kroz lećastu vrećicu ispunjenu vodikom. Ova promjena površine zvučnog vala posljedica je refrakcije (loma) zvučnih zraka: na granici dvaju medija, gdje je brzina valova različita, mijenja se smjer širenja vala.

Riža. 160 reproducira fotografiju zvučnih valova sa zaslonom s četiri proreza na njihovom putu. Prolazeći kroz pukotine, valovi obilaze ekran. Ovaj fenomen savijanja vala oko prepreka na koje naiđe naziva se difrakcija.

Zakoni širenja, refleksije, refrakcije i difrakcije zvučnih valova mogu se izvesti iz Huygensovog principa, prema kojem svaka čestica vibrira

medij se može smatrati novim središtem (izvorom) valova; interferencija svih tih valova proizvodi stvarno promatrani val (načini primjene Huygensovog principa bit će objašnjeni u trećem tomu na primjeru svjetlosnih valova).

Zvučni valovi sa sobom nose određenu količinu gibanja i posljedično vrše pritisak na prepreke na koje nailaze.

Riža. 159. Lom zvučnog vala.

Riža. 160. Difrakcija zvučnih valova.

Da pojasnimo ovu činjenicu, okrenimo se sl. 161. Na ovoj slici isprekidana linija prikazuje sinusoidu pomaka čestica medija u nekom trenutku tijekom širenja longitudinalnih valova u sredstvu. Brzine ovih čestica u razmatranom trenutku vremena bit će predstavljene kosinusnim valom ili, što je isto, sinusoidom koja vodi sinusoidu pomaka za četvrtinu perioda (na slici 161 - puna linija). Lako je vidjeti da će se zgušnjavanje medija uočiti tamo gdje je u danom trenutku pomak čestice nula ili blizu nule i gdje je brzina usmjerena u smjeru širenja vala. Naprotiv, razrijeđenost medija će se uočiti tamo gdje je pomak čestice također jednak nuli ili blizu nule, ali gdje je brzina čestice usmjerena u smjeru suprotnom od širenja vala. Dakle, u kondenzacijama čestice se kreću naprijed, u razrijeđenju - unatrag. Ali u

Riža. 161. U kondenzacijama prolaznog zvučnog vala, čestice se kreću naprijed,

U gustim slojevima ima više čestica nego u razrijeđenim. Stoga, u bilo kojem trenutku u putujućim longitudinalnim zvučnim valovima, broj čestica koje se kreću naprijed neznatno premašuje broj čestica koje se kreću unatrag. Kao rezultat toga, zvučni val sa sobom nosi određenu količinu gibanja, koja se očituje u pritisku koji zvučni valovi vrše na prepreke na koje nailaze.

Zvučni tlak eksperimentalno su istraživali Rayleigh i Petr Nikolaevich Lebedev.

Teoretski, brzina zvuka određena je Laplaceovom formulom [§ 65, formula (5)]:

gdje je K modul svestrane elastičnosti (kada se kompresija vrši bez dotoka i oslobađanja topline), gustoća.

Ako se kompresija tijela provodi uz održavanje konstantne temperature tijela, tada se za modul elastičnosti dobivaju vrijednosti koje su manje nego u slučaju kada se kompresija izvodi bez dotoka i otpuštanja. topline. Ove dvije vrijednosti modula jednolike elastičnosti, kako je dokazano u termodinamici, odnose se kao toplinski kapacitet tijela pri konstantnom tlaku prema toplinskom kapacitetu tijela pri konstantnom volumenu.

Za plinove (ne previše komprimirane) izotermni modul jednolike elastičnosti jednostavno je jednak tlaku plina.Ako, ne mijenjajući temperaturu plina, plin stisnemo (povećamo mu gustoću) za faktor, tada plin pritisak će porasti za faktor. Prema tome, prema Laplaceovoj formuli, ispada da brzina zvuka u plinu ne ovisi o gustoći plina.

Iz plinskih zakona i Laplaceove formule može se zaključiti (§ 134) da je brzina zvuka u plinovima proporcionalna kvadratnom korijenu apsolutne temperature plina:

gdje je ubrzanje gravitacije, omjer toplinskih kapaciteta je univerzalna plinska konstanta.

Pri C je brzina zvuka u suhom zraku jednaka brzini zvuka pri srednjim temperaturama i prosječnoj vlažnosti.U zraku je brzina zvuka u vodiku jednaka

Brzina zvuka u vodi je u staklu i u željezu.

Valja napomenuti da udarni zvučni valovi izazvani pucnjem ili eksplozijom na početku svog puta imaju brzinu

daleko premašuje normalnu brzinu zvuka u mediju. Udarni zvučni val u zraku izazvan jakom eksplozijom može u blizini izvora zvuka imati brzinu nekoliko puta veću od normalne brzine zvuka u zraku, ali već na udaljenosti od nekoliko desetaka metara od mjesta eksplozije, val brzina širenja se smanjuje na normalnu vrijednost.

Kao što je već spomenuto u § 65, zvučni valovi različitih duljina imaju gotovo istu brzinu. Izuzetak su ona frekvencijska područja koja karakterizira posebno brzo prigušenje elastičnih valova tijekom njihovog širenja u mediju koji se razmatra. Obično te frekvencije leže daleko izvan granica sluha (za plinove pri atmosferskom tlaku, to su frekvencije reda vibracija u sekundi). Teorijska analiza pokazuje da su disperzija i apsorpcija zvučnih valova povezani s činjenicom da je za preraspodjelu energije između translacijskih i vibracijskih gibanja molekula potrebno određeno, iako kratko vrijeme. To uzrokuje da dugi valovi (audio raspon) putuju nešto sporije od vrlo kratkih "nečujnih" valova. Dakle, u pari ugljičnog dioksida pri i atmosferskom tlaku zvuk ima brzinu, dok se vrlo kratki, "nečujni" valovi šire brzinom

Zvučni val koji se širi u mediju može imati različit oblik, ovisno o veličini i obliku izvora zvuka. U tehnički najzanimljivijim slučajevima izvor zvuka (emiter) je neka oscilirajuća površina, kao što je, na primjer, telefonska membrana ili difuzor zvučnika. Ako takav izvor zvuka zrači zvučne valove u otvoreni prostor, tada oblik vala bitno ovisi o relativnim dimenzijama radijatora; radijator, čije su dimenzije velike u usporedbi s duljinom zvučnog vala, zrači zvučnu energiju samo u jednom smjeru, odnosno u smjeru svog oscilirajućeg kretanja. Naprotiv, radijator male veličine u odnosu na valnu duljinu zrači zvučnu energiju u svim smjerovima. Oblik valne fronte u oba slučaja očito će biti različit.

Razmotrimo prvo prvi slučaj. Zamislite tešku ravna površina dovoljno velike (u usporedbi s valnom duljinom) veličine, čineći oscilatorna kretanja u smjeru svoje normale. Krećući se prema naprijed, takva površina stvara kondenzaciju ispred sebe, koja će se zbog elastičnosti medija širiti u smjeru pomaka emitera). Krećući se natrag, emiter iza sebe stvara razrijeđenost, koja će se kretati u mediju nakon početne kondenzacije. Kratkim titrajem emitera opazit ćemo zvučni val s njegove obje strane, karakteriziran time da sve čestice medija koje se nalaze na jednakoj udaljenosti od površine zračenja prosječne gustoće medija i brzine zvuka sa:

Umnožak prosječne gustoće medija i brzine zvuka naziva se akustična impedancija medija.

Akustična impedancija na 20°C

(vidi sken)

Razmotrimo sada slučaj sfernih valova. Kada dimenzije površine zračenja postanu male u usporedbi s valnom duljinom, valna fronta postaje primjetno zakrivljena. To je zato što se energija vibracije širi u svim smjerovima od emitera.

Fenomen se najbolje može razumjeti na sljedećem jednostavnom primjeru. Zamislite da je duga cjepanica pala na površinu vode. Valovi koji su zbog toga nastali idu u paralelnim redovima s obje strane trupca. Drugačija je situacija kada se kamenčić baci u vodu, a valovi se šire u koncentričnim krugovima. Cjepanica je relativno velika

s valnom duljinom na površini vode; paralelni nizovi valova koji dolaze iz njega predstavljaju jasan model ravnih valova. Kamen je male veličine; krugovi koji odmiču od mjesta njegova pada daju nam model sfernih valova. Kada se sferni val širi, površina fronte vala se povećava proporcionalno kvadratu njegovog radijusa. Pri konstantnoj snazi ​​izvora zvuka energija koja teče kroz svaki kvadratni centimetar sferne površine radijusa obrnuto je proporcionalna. Budući da je energija titraja proporcionalna kvadratu amplitude, jasno je da amplituda titraja u sferni val mora se smanjivati ​​kao recipročna vrijednost prve potencije udaljenosti od izvora zvuka. Jednadžba sfernog vala stoga ima sljedeći oblik:

MOSKVA, 16. listopada - RIA Novosti, Olga Kolentsova. Svi znaju da svaka kuća ima svoju čujnost. U nekim kućama ljudi nisu ni svjesni postojanja bučnog djeteta i ogromnog pastira u susjedstvu, dok u drugima možete pratiti put čak i male mačke koja se kreće po stanu.

Događa se da nakon mnogo mjeseci popravka konačno pogledate gotovu verziju - i razočarate se. Jer rezultat je stvaran život ne izgleda kao projekt. Stručnjaci za popravak rekli su web stranici RIA Real Estate kako brzo i jeftino izvršiti promjene u interijeru.

Zvučni val je vibracija čestica u kojoj se prenosi energija. To jest, čestice mijenjaju svoj položaj u odnosu na ravnotežu, vibrirajući gore-dolje ili lijevo-desno. U zraku su čestice, osim u vibracijama, u stalnom kaotičnom kretanju. Kada govorimo, tjeramo molekule zraka da vibriraju na određenoj frekvenciji, koju registrira naš slušni organ. Zbog nasumičnog kretanja molekula, brže od svoje "braće" u čvrstom tijelu, "gube" frekvenciju unutar koje su se ranije kretale.

Što je s čvrstim tvarima? Ako udarite čekićem o zid ili pod kuće, zvučni val će proći kroz čvrstu strukturu, uzrokujući vibriranje atoma ili molekula koje je čine. Međutim, treba imati na umu da su u krutim tvarima čestice gušće "pakirane" budući da se nalaze bliže jedna drugoj. A brzina zvuka u gustom mediju nekoliko je puta veća od brzine zvuka u zraku. Na 25 Celzijevih stupnjeva Prosječna brzina njegovo širenje je 346 metara u sekundi. A u betonu ova vrijednost doseže 4250-5250 metara u sekundi. Razlika je više od 12 puta! Nije iznenađujuće da se zvučni val može prenijeti na velike udaljenosti u čvrstim tijelima, a ne u zraku.

Vibracije molekula zraka prilično su slabe, pa ih može apsorbirati debeli, na primjer, betonski zid. Naravno, što je deblji, to bolje izolira stanovnike stana od upoznavanja tajni svojih susjeda.

Ali ako je kretanje molekula zraka zaustavljeno zidom, onda će unutar njega zvuk juriti bez prepreka. Molekularne vibracije krutih tijela mnogo su "energičnije", stoga lako prenose energiju u zračne sredine. Pretpostavimo da osoba na petom katu odluči pribiti policu na zid. Kretanje svrdla uzrokuje vibriranje molekula koje čine cijelu čvrstu površinu. Sama osoba čuje i buku u zraku i udar. Ali njegovi susjedi nekoliko katova iznad čuju samo udarnu buku koja je posljedica širenja zvučnog vala kroz strukturu zgrade.

Recimo, susjedi s kata gaze, skaču, lupaju loptom do pola noći, a njihova velika mačka voli skočiti s police u ormaru na pod točno iznad vaše glave. U ovom slučaju, ljudima se obično savjetuje zvučna izolacija stropa. Ali najčešće ne pomaže ili pomaže vrlo malo. Zašto? Samo što se zvučni val širi kroz materijal pri udaru. Ona će uspješno trčati ne samo na stropu, već i na zidovima, pa čak i na podu. Stoga, za učinkovitu borbu protiv buke, potrebno je izolirati sve zidove prostorije. Naravno, puno je lakše i učinkovitije zvučni val prigušiti na samom početku. Dapače, u slučaju požara u ručniku koji je neuspješno postavljen uz plamenik, ručnik odmah gasimo, a ne čekamo da se cijela kuhinja zapali. Stoga je bolje odmah odabrati susjede odozgo sa zvučno izoliranim podom. Ili, tijekom popravaka, morat ćete napraviti potpunu izolaciju spavaće sobe.

Niz stambenih zgrada može se podijeliti na zidane, blokovske i armiranobetonske. Ali najnovije konstrukcije prema tehnologiji gradnje dijele se na panelne, monolitne i montažno-monolitne.

Kada se gradi montažna kuća, ploče se proizvode u tvornicama i dopremaju na gradilište, gdje radnici od njih samo moraju sastaviti željenu konstrukciju. Kod najmanjeg odstupanja između ploča između stanova pojavljuju se praznine kroz koje prolazi zvuk. A debljina takvih ploča najčešće je 10-12 centimetara, pa se ove kuće smatraju jednima od najgorih u pogledu zvučne izolacije.

Za monolitne kuće gradi se armaturni kavez, a beton se ulijeva u već sastavljenu formu uz pomoć izdržljivih štitova. Debljina zidova takvih kuća u prosjeku je 20-40 centimetara, pa su razgovori susjeda praktički nečujni, ali se udarna buka lako širi kroz stropove zbog njihove čvrstoće.

Kuće od opeke tradicionalno se smatraju najtišim i najtoplijim. Istina, stanovnici velikih gradova mogu se oprostiti od sna o čisto zidanim kućama, budući da rad na njihovoj izgradnji zahtijeva vrlo velika vremenska ulaganja. Iako se opeka ponekad koristi i za izgradnju monolitnih kuća, oblažući ih vanjskim zidovima i pregradama. Ali to malo utječe na ukupnu zvučnu izolaciju, pa se sve monolitne kuće smatraju prilično bučnima.

"Zvučna izolacija uvelike ovisi i o materijalu i tehnologiji. Za apsorpciju zvukova moraju se koristiti razni porozni materijali. Na primjer, u starim pločama, gdje nije bilo nikakve zvučne izolacije, tepisi su se često vješali na zid i postavljali na pod. kat. Sada je manje potrebe za ovim i tepisi su izašli iz mode, jer skupljaju puno prašine. Postoje aditivi u betonu koji mogu značajno smanjiti buku koja se prenosi kroz zidove. Međutim, GOST-ovi i propisi ne obvezuju građevinske tvrtke da dodajte aditive za apsorpciju zvuka u beton, "kaže Ivan Zavyalov, Istraživač Zavod za primijenjenu mehaniku, Moskovski institut za fiziku i tehnologiju.

Moderne zgrade daleko su od ideala zvučne izolacije. Kako biste bili potpuno sigurni u cjelodnevni mir i ne biste ovisili o hobijima susjeda, možda ostaje samo kupiti privatnu kuću.

Jeste li ikada pomislili da je zvuk jedna od najupečatljivijih manifestacija života, akcije, pokreta? A i o tome da svaki zvuk ima svoje “lice”? I mi čak zatvorenih očiju, a da ništa ne vidimo, samo po zvuku možemo pogoditi što se događa okolo. Razlikujemo glasove poznanika, čujemo šuškanje, riku, lavež, mijaukanje itd. Svi ti zvukovi poznati su nam iz djetinjstva i lako možemo identificirati bilo koji od njih. Štoviše, čak i u apsolutnoj tišini svaki od navedenih zvukova možemo čuti unutarnjim sluhom. Zamislite to kao da je stvarno.

Što je zvuk?

Zvukovi koje percipira ljudsko uho jedan su od najvažnijih izvora informacija o svijetu oko nas. Šum mora i vjetra, pjev ptica, glasovi ljudi i krikovi životinja, grmljavina, zvukovi pomicanja ušiju olakšavaju prilagodbu promjenjivim vanjskim uvjetima.

Ako je, na primjer, kamen pao u planini, au blizini nije bilo nikoga tko bi mogao čuti zvuk njegovog pada, je li zvuk postojao ili ne? Na pitanje se može jednako odgovoriti i pozitivno i negativno, jer riječ "zvuk" ima dvostruko značenje. Stoga se trebamo složiti. Dakle, trebamo se složiti što se smatra zvukom - fizički fenomen u obliku širenja zvučnih vibracija u zraku ili osjeta slušatelja. Prvi je u biti uzrok, drugi je posljedica, dok je prvi koncept zvuka objektivan, drugi subjektivan. U prvom slučaju, zvuk je zapravo tok energije koji teče poput rijeke. Takav zvuk može promijeniti medij kroz koji prolazi i sam ga mijenja. U drugom slučaju, pod zvukom podrazumijevamo osjećaje koji se javljaju kod slušatelja kada se zvučni val izloži mozgu kroz slušni aparat. Čuvši zvuk, osoba može doživjeti različite osjećaje. Najrazličitije emocije izaziva u nama taj složeni sklop zvukova koji nazivamo glazbom. Zvukovi čine osnovu govora, koji služi kao glavno sredstvo komunikacije u ljudskom društvu. I na kraju, postoji takav oblik zvuka kao buka. Analiza zvuka sa stajališta subjektivne percepcije je složenija nego s objektivnom procjenom.

Kako stvoriti zvuk?

Zajedničko svim zvukovima je da tijela koja ih stvaraju, odnosno izvori zvuka, osciliraju (iako su ti titraji najčešće oku nevidljivi). Na primjer, zvukovi glasova ljudi i mnogih životinja nastaju kao rezultat vibracija njihovih glasnica, zvuk puhačkih instrumenata, zvuk sirene, fijuk vjetra i grmljavina su zbog kolebanja zračnih masa.

Na primjeru ravnala možete doslovno očima vidjeti kako se rađa zvuk. Kakav pokret napravi ravnalo kada učvrstimo jedan kraj, povučemo drugi i otpustimo ga? Primijetit ćemo da kao da je drhtao, oklijevao. Na temelju toga zaključujemo da zvuk nastaje kratkim ili dugim titranjem nekih predmeta.

Izvor zvuka ne mogu biti samo predmeti koji vibriraju. Zvižduk metaka ili projektila u letu, zavijanje vjetra, urlik mlaznog motora rađaju se iz prekida u strujanju zraka, pri čemu dolazi i do njegovog razrjeđivanja i kompresije.

Također, zvučna oscilatorna gibanja mogu se zamijetiti uz pomoć naprave - vilice za ugađanje. To je zakrivljena metalna šipka, postavljena na nogu na kutiji rezonatora. Ako udarite čekićem po vilici za ugađanje, ona će zazvučati. Vibracija grana zvučne vilice je neprimjetna. No mogu se otkriti ako se mala kuglica obješena na nit prinese zvučnoj vilici za ugađanje. Lopta će povremeno odskočiti, što ukazuje na fluktuacije Cameronovih grana.

Kao rezultat interakcije izvora zvuka s okolnim zrakom, čestice zraka počinju se stezati i širiti u vremenu (ili "skoro u vremenu") s kretanjem izvora zvuka. Zatim, zbog svojstava zraka kao fluidnog medija, vibracije se prenose s jedne čestice zraka na drugu.

Prema objašnjenju širenja zvučnih valova

Kao rezultat toga, vibracije se prenose zrakom na daljinu, tj. zvučni ili akustični val, ili jednostavno, zvuk se širi zrakom. Zvuk, dopirući do ljudskog uha, zauzvrat pobuđuje vibracije u njegovim osjetljivim područjima, koje mi percipiramo u obliku govora, glazbe, buke itd. (ovisno o svojstvima zvuka koje diktira priroda njegovog izvora ).

Širenje zvučnih valova

Može li se vidjeti kako zvuk "teče"? U prozirnom zraku ili u vodi, oscilacije samih čestica su neprimjetne. Ali lako je pronaći primjer koji će vam reći što se događa kada se zvuk širi.

Nužan uvjet za širenje zvučnih valova je prisutnost materijalnog okruženja.

U vakuumu se zvučni valovi ne šire jer nema čestica koje prenose interakciju iz izvora vibracija.

Stoga na Mjesecu, zbog nepostojanja atmosfere, vlada potpuna tišina. Čak ni pad meteorita na njegovu površinu promatrač ne čuje.

Brzina širenja zvučnih valova određena je brzinom prijenosa međudjelovanja između čestica.

Brzina zvuka je brzina širenja zvučnih valova u mediju. U plinu se ispostavlja da je brzina zvuka reda (točnije, nešto manja) toplinske brzine molekula i stoga raste s porastom temperature plina. Što je veća potencijalna energija međudjelovanja molekula tvari, to je veća brzina zvuka, dakle brzina zvuka u tekućini, koja je pak veća od brzine zvuka u plinu. Na primjer, u morska voda brzina zvuka je 1513 m/s. Kod čelika, gdje se mogu širiti poprečni i uzdužni valovi, njihova je brzina širenja različita. Transverzalni valovi šire se brzinom od 3300 m/s, a longitudinalni brzinom od 6600 m/s.

Brzina zvuka u bilo kojem mediju izračunava se po formuli:

gdje je β adijabatska stlačivost medija; ρ - gustoća.

Zakoni prostiranja zvučnih valova

U osnovne zakone širenja zvuka spadaju zakoni njegove refleksije i loma na granicama raznim sredinama, kao i difrakciju zvuka i njegovo raspršenje u prisutnosti prepreka i nehomogenosti u mediju i na sučeljima medija.

Na udaljenost širenja zvuka utječe faktor apsorpcije zvuka, odnosno nepovratan prijenos energije zvučnog vala u druge vrste energije, posebice u toplinu. Važan čimbenik je i smjer zračenja te brzina širenja zvuka koja ovisi o mediju i njegovom specifičnom stanju.

Akustični valovi se šire od izvora zvuka u svim smjerovima. Ako zvučni val prolazi kroz relativno malu rupu, tada se širi u svim smjerovima, a ne ide u usmjerenom snopu. Na primjer, ulični zvukovi koji prodiru kroz otvoreni prozor u sobu čuju se na svim njezinim mjestima, a ne samo uz prozor.

Priroda širenja zvučnih valova na prepreci ovisi o omjeru dimenzija prepreke i valne duljine. Ako su dimenzije prepreke male u usporedbi s valnom duljinom, tada val teče oko te prepreke, šireći se u svim smjerovima.

Zvučni valovi, prodirući iz jednog medija u drugi, odstupaju od svog prvobitnog smjera, odnosno lome se. Kut loma može biti veći ili manji od upadnog kuta. Ovisi o mediju iz kojeg zvuk prodire. Ako je brzina zvuka u drugom mediju veća, tada će kut loma biti veći od upadnog kuta i obrnuto.

Susrećući se s preprekom na svom putu, zvučni valovi se odbijaju od nje prema strogo definiranom pravilu - kutu refleksije jednaka kutu padanje - uz to je povezan pojam jeke. Ako se zvuk odbija od nekoliko površina na različitim udaljenostima, javlja se višestruki odjek.

Zvuk se širi u obliku divergentnog sferičnog vala koji ispunjava sve veći volumen. Kako se udaljenost povećava, oscilacije čestica medija slabe, a zvuk se raspršuje. Poznato je da za povećanje udaljenosti prijenosa zvuk mora biti koncentriran u određenom smjeru. Kada želimo, na primjer, da nas se čuje, stavimo ruke na usta ili koristimo nastavak za usta.

Difrakcija, odnosno savijanje zvučnih zraka, ima veliki utjecaj na domet širenja zvuka. Što je medij heterogeniji, zvučna zraka je više savijena i, sukladno tome, kraća je udaljenost širenja zvuka.

Svojstva i karakteristike zvuka

Glavne fizičke karakteristike zvuka su frekvencija i intenzitet vibracija. Oni također utječu na slušnu percepciju ljudi.

Period titranja je vrijeme u kojem se dogodi jedan potpuni titraj. Primjer je njihajuće njihalo, kada se pomakne iz krajnje lijeve pozicije u krajnju desnu i vrati se u prvobitni položaj.

Frekvencija osciliranja je broj potpunih oscilacija (perioda) u jednoj sekundi. Ova jedinica se naziva herc (Hz). Što je frekvencija titranja viša, zvuk čujemo viši, odnosno zvuk ima viši ton. U skladu s prihvaćenim međunarodnim sustavom jedinica, 1000 Hz naziva se kiloherc (kHz), a 1 000 000 megaherc (MHz).

Distribucija frekvencija: zvučni zvukovi - unutar 15Hz-20kHz, infrazvuci - ispod 15Hz; ultrazvuk - unutar 1,5 (104 - 109 Hz; hiperzvuk - unutar 109 - 1013 Hz.

Ljudsko uho je najosjetljivije na zvukove frekvencije od 2000 do 5000 kHz. Najveća oštrina sluha opaža se u dobi od 15-20 godina. Sluh se pogoršava s godinama.

Pojam valne duljine povezan je s periodom i frekvencijom oscilacija. Duljina zvučnog vala je udaljenost između dvije uzastopne koncentracije ili razrijeđenosti medija. Na primjeru valova koji se šire na površini vode, ovo je udaljenost između dva vrha.

Zvukovi se također razlikuju po boji. Uz glavni ton zvuka idu sporedni tonovi koji su uvijek više frekvencije (pretonovi). Timbar je kvalitativna karakteristika zvuka. Što je više prizvuka superponiranih na glavni ton, to je zvuk glazbeno "sočniji".

Druga glavna karakteristika je amplituda oscilacija. To je najveće odstupanje od ravnotežnog položaja pri harmonijske vibracije. Na primjeru njihala - njegovo najveće odstupanje u krajnji lijevi položaj, odnosno u krajnji desni položaj. Amplituda oscilacija određuje intenzitet (jačinu) zvuka.

Jačina zvuka, odnosno njegov intenzitet, određena je količinom akustične energije koja u jednoj sekundi protječe kroz površinu od jednog kvadratnog centimetra. Prema tome, intenzitet akustičnih valova ovisi o veličini akustičkog tlaka koji izvor stvara u mediju.

Glasnoća je pak povezana s intenzitetom zvuka. Što je jačina zvuka veća, to je glasniji. Međutim, ti koncepti nisu ekvivalentni. Glasnoća je mjera jačine slušnog osjeta uzrokovanog zvukom. Zvuk istog intenziteta može stvoriti različite slušne percepcije kod različitih ljudi. Svaka osoba ima svoj prag sluha.

Osoba prestaje čuti zvukove vrlo visokog intenziteta i doživljava ih kao osjećaj pritiska, pa čak i boli. Ova jačina zvuka naziva se prag boli.

Djelovanje zvuka na ljudsko uho

Ljudski slušni organi mogu percipirati vibracije frekvencije od 15-20 herca do 16-20 tisuća herca. Mehaničke vibracije s naznačenim frekvencijama nazivaju se zvučne ili akustične (akustika - nauka o zvuku).Ljudsko uho je najosjetljivije na zvukove frekvencije od 1000 do 3000 Hz. Najveća oštrina sluha opažena je u dobi od 15-20 godina. Sluh se pogoršava s godinama. Kod osoba mlađih od 40 godina najveća osjetljivost je u području od 3000 Hz, od 40 do 60 godina - 2000 Hz, preko 60 godina - 1000 Hz. U području do 500 Hz možemo razlikovati pad ili porast frekvencije čak i za 1 Hz. Na višim frekvencijama, naš slušni aparat postaje manje osjetljiv na ovu blagu promjenu frekvencije. Dakle, nakon 2000 Hz, možemo razlikovati jedan zvuk od drugog samo kada je razlika u frekvenciji najmanje 5 Hz. Uz manju razliku, zvukovi će nam se činiti jednakima. Međutim, gotovo da nema pravila bez iznimke. Postoje ljudi koji imaju neobično dobar sluh. Daroviti glazbenik može otkriti promjenu zvuka samo djelićem vibracija.

Vanjsko uho sastoji se od ušne školjke i ušnog kanala koji ga spajaju s bubnjićem. Glavna funkcija vanjskog uha je određivanje smjera izvora zvuka. Slušni kanal, koji je dva centimetra duga cijev koja se sužava prema unutra, štiti unutarnje dijelove uha i djeluje kao rezonator. Zvučni kanal završava na bubnjiću, membrani koja vibrira pod djelovanjem zvučnih valova. Tu, na vanjskoj granici srednjeg uha, događa se transformacija objektivnog zvuka u subjektivni. Iza bubnjića nalaze se tri male međusobno povezane kosti: čekić, nakovanj i stremen, preko kojih se vibracije prenose u unutarnje uho.

Ondje se u slušnom živcu pretvaraju u električne signale. Mala šupljina, u kojoj se nalaze čekić, nakovanj i stremen, ispunjena je zrakom i povezana je s usnom šupljinom Eustahijevom cijevi. Zahvaljujući potonjem održava se isti pritisak na unutarnjoj i vanjskoj strani bubnjića. Obično je Eustahijeva tuba zatvorena, a otvara se tek naglom promjenom tlaka (pri zijevanju, gutanju) kako bi se izjednačio. Ako je nečija Eustahijeva tuba zatvorena, na primjer, zbog prehlade, tada se pritisak ne izjednačava, a osoba osjeća bol u ušima. Nadalje, vibracije se prenose s bubne opne na ovalni prozor, koji je početak unutarnjeg uha. Sila koja djeluje na bubnu opnu jednaka je umnošku tlaka i površine bubne opne. Ali prave misterije sluha počinju na ovalnom prozoru. Zvučni valovi se šire u tekućini (perilimfi) koja ispunjava pužnicu. Ovaj organ unutarnjeg uha, u obliku pužnice, ima duljinu od tri centimetra i podijeljen je na dva dijela po cijeloj dužini pregradom. Zvučni valovi dopiru do pregrade, obilaze je i zatim se šire u smjeru gotovo do istog mjesta gdje su prvi put dotakli pregradu, ali s druge strane. Septum pužnice sastoji se od bazalne membrane koja je vrlo debela i napeta. Zvučne vibracije stvaraju valovite valove na njezinoj površini, dok se grebeni za različite frekvencije nalaze u potpuno određenim dijelovima membrane. Mehaničke vibracije se pretvaraju u električne vibracije u posebnom organu (Cortijev organ) koji se nalazi iznad gornjeg dijela glavne membrane. Tektorijalna membrana nalazi se iznad Cortijeva organa. Oba ova organa uronjena su u tekućinu - endolimfu i odvojena su Reissnerovom membranom od ostatka pužnice. Dlačice koje rastu iz organa, Corti, gotovo prodiru kroz tektorijalnu membranu, a kada se pojavi zvuk, dodiruju se - zvuk se pretvara, sada je kodiran u obliku električnih signala. Značajnu ulogu u jačanju naše sposobnosti percepcije zvukova imaju koža i kosti lubanje, zbog svoje dobre vodljivosti. Na primjer, ako prislonite uho na tračnicu, tada se kretanje vlaka koji se približava može detektirati mnogo prije nego što se pojavi.

Djelovanje zvuka na ljudski organizam

Tijekom proteklih desetljeća naglo se povećao broj raznih vrsta automobila i drugih izvora buke, širenje prijenosnih radija i magnetofona, često uključenih na visoku glasnoću, te strast za glasnom popularnom glazbom. Primjećuje se da se u gradovima svakih 5-10 godina razina buke povećava za 5 dB (decibela). Treba imati na umu da je za daleke čovjekove pretke buka bila znak za uzbunu, ukazujući na mogućnost opasnosti. Istodobno, simpatično-nadbubrežni i kardiovaskularni sustav, izmjena plinova i drugi oblici metabolizma brzo su se mijenjali (povećala se razina šećera i kolesterola u krvi), pripremajući tijelo za borbu ili bijeg. Iako modernog čovjeka ova je funkcija sluha izgubila takvo praktično značenje, sačuvane su "vegetativne reakcije borbe za opstanak". Dakle, čak i kratkotrajna buka od 60-90 dB uzrokuje pojačano lučenje hormona hipofize koji stimuliraju proizvodnju mnogih drugih hormona, posebice kateholamina (adrenalina i norepinefrina), pojačava se rad srca, krvnih žila stežu, krvni tlak (BP) raste. Istodobno je primijećeno da je najizraženiji porast krvnog tlaka opažen kod bolesnika s hipertenzijom i osoba s nasljednom predispozicijom za nju. Pod utjecajem buke dolazi do poremećaja aktivnosti mozga: mijenja se priroda elektroencefalograma, smanjuje se oštrina percepcije i mentalna sposobnost. Došlo je do pogoršanja probave. Poznato je da dugotrajna izloženost bučnim okruženjima dovodi do gubitka sluha. Ovisno o individualnoj osjetljivosti, ljudi različito ocjenjuju buku kao neugodnu i uznemirujuću. Pritom se glazba i govor od interesa za slušatelja, čak i na 40-80 dB, mogu relativno lako prenijeti. Obično sluh percipira fluktuacije u rasponu od 16-20000 Hz (oscilacije u sekundi). Važno je naglasiti da neugodne posljedice ne uzrokuje samo prekomjerna buka u čujnom rasponu oscilacija: ultra- i infrazvuk u rasponima koje ljudski sluh ne percipira (iznad 20 tisuća Hz i ispod 16 Hz) također uzrokuje živčano naprezanje, malaksalost , vrtoglavica, promjene u aktivnosti unutarnjih organa, posebno živčanog i kardiovaskularnog sustava. Utvrđeno je da stanovnici područja koja se nalaze u blizini velikih međunarodnih zračnih luka imaju izrazito veću učestalost hipertenzije nego u mirnijim područjima istog grada. Prekomjerna buka (iznad 80 dB) utječe ne samo na organe sluha, već i na druge organe i sustave (krvožilni, probavni, živčani itd.), vitalni procesi su poremećeni, energetski metabolizam počinje prevladavati nad plastičnim, što dovodi do preranog starenja tijelo .

S tim zapažanjima-otkrićima počele su se pojavljivati ​​metode svrhovitog utjecaja na osobu. Na um i ponašanje osobe možete utjecati na različite načine, od kojih jedan zahtijeva posebnu opremu (tehnotroničke tehnike, zombifikacija.).

Zvučna izolacija

Stupanj zaštite od buke zgrada prvenstveno je određen normama dopuštene buke za prostorije ove namjene. Normalizirani konstantni parametri buke u izračunatim točkama su razine zvučnog tlaka L, dB, u oktavnim frekvencijskim pojasima s geometrijskim srednjim frekvencijama od 63, 125, 250, 500, 1000, 2000, 4000, 8000 Hz. Za približne izračune dopušteno je koristiti razine zvuka LA, dBA. Normalizirani parametri povremene buke u izračunatim točkama su ekvivalentne razine zvuka LA eq, dBA i maksimalne razine zvuka LA max, dBA.

Dopuštene razine zvučnog tlaka (ekvivalentne razine zvučnog tlaka) standardizirane su SNiP II-12-77 "Zaštita od buke".

Treba imati na umu da su dopuštene razine buke iz vanjskih izvora u prostorijama postavljene pod uvjetom da se osigura normativna ventilacija prostorija (za stambene prostorije, odjele, razrede - s otvorenim prozorima, nadstrešnicama, uskim prozorskim krilima).

Izolacija od buke koja se prenosi zrakom je prigušenje zvučne energije kada se ona prenosi kroz ogradu.

Standardizirani parametri zvučne izolacije ogradnih konstrukcija stambenih i javnih zgrada, kao i pomoćnih zgrada i prostorija industrijskih poduzeća su indeks izolacije zvučne izolacije ogrodne konstrukcije Rw, dB i indeks smanjene razine udarne buke ispod stropa.

Buka. Glazba, muzika. Govor.

Sa stajališta percepcije zvukova od strane organa sluha, oni se uglavnom mogu podijeliti u tri kategorije: buka, glazba i govor. To su različita područja zvučnih fenomena koja imaju informacije specifične za osobu.

Šum je nesustavna kombinacija velikog broja zvukova, odnosno stapanje svih tih zvukova u jedan neskladan glas. Smatra se da je buka kategorija zvukova koja čovjeka ometa ili smeta.

Ljudi mogu podnijeti samo određenu količinu buke. Ali ako prođe sat - drugi, a buka ne prestaje, tada dolazi do napetosti, nervoze pa čak i boli.

Zvuk može ubiti čovjeka. U srednjem vijeku bilo je čak i takvo pogubljenje, kada su osobu stavili pod zvono i počeli ga tući. Postupno je zvonjava ubila čovjeka. Ali to je bilo u srednjem vijeku. U naše vrijeme pojavile su se nadzvučne letjelice. Ako takva letjelica leti iznad grada na visini od 1000-1500 metara, tada će popucati prozori na kućama.

Glazba je posebna pojava u svijetu zvukova, ali za razliku od govora ne prenosi precizna semantička ili jezična značenja. Emocionalna zasićenost i ugodne glazbene asocijacije počinju u rano djetinjstvo kada dijete još ima verbalnu komunikaciju. Ritmovi i napjevi povezuju ga s majkom, a pjevanje i plesanje element su komunikacije u igrama. Uloga glazbe u ljudskom životu toliko je velika da u posljednjih godina medicina mu pripisuje ljekovita svojstva. Uz pomoć glazbe možete normalizirati bioritmove, osigurati optimalnu razinu aktivnosti kardiovaskularnog sustava. Ali treba se samo sjetiti kako vojnici idu u bitku. Pjesma je od pamtivijeka neizostavan atribut vojničkog marša.

Infrazvuk i ultrazvuk

Može li se zvukom nazvati ono što uopće ne čujemo? Pa što ako ne čujemo? Jesu li ti zvukovi više nikome ili ničemu dostupni?

Na primjer, zvukovi s frekvencijom ispod 16 herca nazivaju se infrazvuk.

Infrazvuk - elastične vibracije i valovi s frekvencijama koje leže ispod frekvencijskog raspona koji ljudi čuju. Obično se 15-4 Hz uzima kao gornja granica infrazvučnog raspona; takva je definicija uvjetna, budući da se s dovoljnim intenzitetom slušna percepcija javlja i na frekvencijama od nekoliko Hz, iako u ovom slučaju nestaje tonski karakter osjeta, a razlikuju se samo pojedinačni ciklusi oscilacija. Donja granica frekvencije infrazvuka nije sigurna. Trenutno se njegovo područje proučavanja proteže do oko 0,001 Hz. Dakle, raspon infrazvučnih frekvencija pokriva oko 15 oktava.

Infrazvučni valovi šire se u zračnom i vodenom okolišu, kao i u zemljinoj kori. Infrazvuk također uključuje niskofrekventne vibracije velikih struktura, posebno vozila, zgrada.

I iako naše uši ne "hvataju" takve vibracije, ali nekako ih čovjek ipak percipira. U tom slučaju doživljavamo neugodne, a ponekad i uznemirujuće osjećaje.

Odavno je uočeno da neke životinje osjećaju opasnost mnogo ranije od ljudi. Oni unaprijed reagiraju na udaljeni uragan ili nadolazeći potres. S druge strane, znanstvenici su otkrili da se tijekom katastrofalnih događaja u prirodi javlja infrazvuk – niskofrekventne vibracije u zraku. To je dovelo do hipoteza da životinje, zahvaljujući svojim izoštrenim osjetilima, percipiraju takve signale ranije od ljudi.

Nažalost, infrazvuk proizvode mnogi strojevi i industrijske instalacije. Ako se, recimo, dogodi u automobilu ili avionu, onda su nakon nekog vremena piloti ili vozači zabrinuti, brže se umaraju, a to može uzrokovati nesreću.

U infrazvučnim strojevima stvaraju buku i tada je s njima teže raditi. I svima oko vas bit će teško. Nije bolje ako "zuji" infrazvučnom ventilacijom u stambenoj zgradi. Čini se da je nečujno, ali ljudi se živciraju i čak im pozli. Da biste se riješili infrazvučnih poteškoća omogućuje poseban "test" koji svaki uređaj mora proći. Ako "fonira" u infrazvučnoj zoni, tada neće dobiti prolaz do ljudi.

Kako se zove vrlo visok ton? Takvo cvrčanje koje je nedostupno našem uhu? Ovo je ultrazvuk. Ultrazvuk - elastični valovi s frekvencijama od približno (1,5 - 2) (104 Hz (15 - 20 kHz) do 109 Hz (1 GHz); područje valova frekvencija od 109 do 1012 - 1013 Hz obično se naziva hiperzvuk. Po frekvenciji, ultrazvuk je prikladno podijeljen u 3 raspona: ultrazvuk niske frekvencije (1,5 (104 - 105 Hz), ultrazvuk srednje frekvencije (105 - 107 Hz), ultrazvuk visoke frekvencije (107 - 109 Hz). Svaki od ovih raspona karakteriziraju svoje specifične značajke generiranja, prijema, širenja i primjene .

Ultrazvuk je po fizikalnoj prirodi elastični val i u tome se ne razlikuje od zvuka, stoga je frekvencijska granica između zvučnih i ultrazvučnih valova uvjetna. Međutim, zbog viših frekvencija i, posljedično, kratkih valnih duljina, postoji niz osobitosti u širenju ultrazvuka.

Zbog kratke valne duljine ultrazvuka, njegova priroda određena je prvenstveno molekularnom strukturom medija. Ultrazvuk u plinu, a posebice u zraku, širi se uz veliko slabljenje. Tekućine i krutine su u pravilu dobri vodiči ultrazvuka - slabljenje je u njima znatno manje.

Ljudsko uho nije sposobno percipirati ultrazvučne valove. Međutim, mnoge životinje to slobodno percipiraju. To su, između ostalog, i psi koje jako dobro poznajemo. Ali psi, nažalost, ne mogu "lajati" ultrazvukom. Ali šišmiši i dupini imaju nevjerojatnu sposobnost emitiranja i primanja ultrazvuka.

Hiperzvuk su elastični valovi s frekvencijama od 109 do 1012 - 1013 Hz. Po fizičkoj prirodi hiperzvuk se ne razlikuje od zvuka i ultrazvučnih valova. Zbog viših frekvencija i, posljedično, kraćih valnih duljina nego u području ultrazvuka, interakcije hiperzvuka s kvazičesticama u mediju postaju mnogo značajnije – s elektronima vodljivosti, toplinskim fononima itd. Hiperzvuk se također često predstavlja kao tok kvazičestica. - fononi.

Frekvencijski raspon hiperzvuka odgovara frekvencijama elektromagnetske oscilacije decimetarski, centimetarski i milimetarski raspon (tzv. ultravisoke frekvencije). Frekvencija od 109 Hz u zraku pri normalnom atmosferskom tlaku i sobnoj temperaturi trebala bi biti istog reda veličine kao srednji slobodni put molekula u zraku pod istim uvjetima. Međutim, elastični valovi mogu se širiti u mediju samo pod uvjetom da je njihova valna duljina znatno veća od srednjeg slobodnog puta čestica u plinovima ili veća od međuatomskih udaljenosti u tekućinama i čvrste tvari Oh. Stoga se hipersonični valovi ne mogu širiti u plinovima (osobito u zraku) pri normalnom atmosferskom tlaku. U tekućinama je prigušenje hiperzvuka vrlo veliko, a raspon širenja kratak. Hiperzvuk se relativno dobro širi u krutim tijelima – monokristalima, osobito pri niskim temperaturama. No čak i u takvim uvjetima hiperzvuk je u stanju pokriti udaljenost od samo 1, maksimalno 15 centimetara.

Zvuk su mehaničke vibracije koje se šire u elastičnim medijima - plinovima, tekućinama i čvrstim tijelima, koje percipiraju organi sluha.

Uz pomoć posebnih instrumenata možete vidjeti širenje zvučnih valova.

Zvučni valovi mogu štetiti ljudskom zdravlju i obrnuto, pomoći u liječenju bolesti, ovisno o vrsti zvuka.

Ispostavilo se da postoje zvukovi koje ljudsko uho ne percipira.

Bibliografija

Peryshkin A. V., Gutnik E. M. Fizika 9. razred

Kasyanov V. A. Fizika 10. razred

Leonov A. A "Ja poznajem svijet" Det. enciklopedija. Fizika

Poglavlje 2. Akustična buka i njen utjecaj na čovjeka

Svrha: Istražiti utjecaj akustične buke na ljudski organizam.

Uvod

Svijet oko nas prekrasan je svijet zvukova. Oko nas su glasovi ljudi i životinja, glazba i šum vjetra, pjev ptica. Ljudi prenose informacije govorom, a uz pomoć sluha ih percipiraju. Životinjama zvuk nije ništa manje važan, a na neki način i važniji jer im je sluh razvijeniji.

S gledišta fizike, zvuk su mehaničke vibracije koje se šire u elastičnom mediju: vodi, zraku, čvrstom tijelu itd. Sposobnost osobe da percipira zvučne vibracije, sluša ih, odražava se u nazivu nauk o zvuku - akustici (od grč. akustikos - čujan, slušan). Osjet zvuka u našim slušnim organima javlja se s periodičnim promjenama tlaka zraka. Zvučne valove s velikom amplitudom promjene zvučnog tlaka ljudsko uho percipira kao glasne zvukove, s malom amplitudom promjene zvučnog tlaka - kao tihe zvukove. Glasnoća zvuka ovisi o amplitudi vibracija. Glasnoća zvuka također ovisi o njegovom trajanju i individualnim karakteristikama slušatelja.

Visokofrekventne zvučne vibracije nazivaju se visokim zvukovima, a niskofrekventne zvučne vibracije nazivaju se niskim zvukovima.

Ljudski slušni organi sposobni su percipirati zvukove frekvencije od približno 20 Hz do 20 000 Hz. Longitudinalni valovi u mediju s frekvencijom promjene tlaka manjom od 20 Hz nazivaju se infrazvuk, s frekvencijom većom od 20 000 Hz - ultrazvukom. Ljudsko uho ne percipira infrazvuk i ultrazvuk, tj. ne čuje. Treba napomenuti da su navedene granice raspona zvuka proizvoljne, jer ovise o dobi ljudi i individualnim karakteristikama njihovog zvučnog aparata. Obično se s godinama gornja frekvencijska granica percipiranih zvukova značajno smanjuje - neki stariji ljudi mogu čuti zvukove čija frekvencija ne prelazi 6000 Hz. Djeca, naprotiv, mogu percipirati zvukove čija je frekvencija nešto veća od 20 000 Hz.

Neke životinje čuju oscilacije čije su frekvencije veće od 20 000 Hz ili manje od 20 Hz.

Predmet proučavanja fiziološke akustike je sam organ sluha, njegova građa i djelovanje. Arhitektonska akustika proučava širenje zvuka u prostorijama, utjecaj veličina i oblika na zvuk, svojstva materijala koji oblažu zidove i stropove. To se odnosi na slušnu percepciju zvuka.

Tu je i glazbena akustika koja ispituje glazbene instrumente i uvjete za njihov najbolji zvuk. Fizička akustika bavi se proučavanjem samih zvučnih vibracija, ali i šire novije vrijeme obuhvaćene i fluktuacije koje leže izvan granica čujnosti (ultraakustika). Široko koristi različite metode za pretvaranje mehaničkih vibracija u električne vibracije i obrnuto (elektroakustika).

Referenca povijesti

Zvukovi su se počeli proučavati u antici, jer osobu karakterizira interes za sve novo. Prva akustička promatranja napravljena su u 6. stoljeću pr. Pitagora je uspostavio vezu između visine tona i duge žice ili trube koja stvara zvuk.

U 4. stoljeću prije Krista Aristotel je prvi ispravno shvatio kako zvuk putuje zrakom. Rekao je da zvučno tijelo uzrokuje kompresiju i razrjeđivanje zraka, a odjek je objašnjen refleksijom zvuka od prepreka.

U 15. stoljeću Leonardo da Vinci formulirao je princip neovisnosti zvučnih valova o različitim izvorima.

Godine 1660. u pokusima Roberta Boylea dokazano je da je zrak vodič zvuka (zvuk se ne širi u vakuumu).

Godine 1700-1707. Pariška akademija znanosti objavila je memoare Josepha Saveura o akustici. U ovim memoarima, Saver razmatra fenomen dobro poznat dizajnerima orgulja: ako dvije cijevi orgulja emitiraju dva zvuka u isto vrijeme, samo neznatno različite visine, tada se čuju periodična pojačanja zvuka, slično sviranju bubnja. Saver je ovu pojavu objasnio periodičnom podudarnošću vibracija obaju zvukova. Ako, na primjer, jedan od dva zvuka odgovara 32 titraja u sekundi, a drugi 40 titraja, tada se kraj četvrtog titraja prvog zvuka podudara s krajem petog titraja drugog zvuka, i tako zvuk se pojačava. Sa orguljaških cijevi Saver je prešao na eksperimentalno proučavanje titranja žice, promatrajući čvorove i antinode titranja (ove nazive, koji i danas postoje u znanosti, on je uveo), te je također primijetio da kada je žica pobuđena, uz glavna nota, ostale note zvuk, duljina čiji su valovi ½, 1/3, ¼,. od glavnog. On je te note nazvao najvišim harmonijskim tonovima, a taj je naziv ostao u znanosti. Naposljetku, Saver je prvi pokušao odrediti granicu percepcije vibracija kao zvukova: za niske zvukove označio je granicu od 25 vibracija u sekundi, a za visoke - 12 800. Nakon toga, Newton je na temelju ovih eksperimentalnih radovi Savera, dali su prvi izračun valne duljine zvuka i došli do zaključka, danas dobro poznatog u fizici, da je za svaku otvorenu cijev valna duljina emitiranog zvuka jednaka dvostrukoj duljini cijevi.

Izvori zvuka i njihova priroda

Zajedničko svim zvukovima je da tijela koja ih stvaraju, odnosno izvori zvuka, osciliraju. Svima su poznati zvukovi koji nastaju kada se koža napeta na bubanj pomiče, valovi mora surfaju, grane koje vjetar njiše. Svi su oni različiti jedni od drugih. "Boja" svakog pojedinog zvuka strogo ovisi o pokretu zbog kojeg nastaje. Dakle, ako je oscilatorno kretanje iznimno brzo, zvuk sadrži visokofrekventne vibracije. Sporije oscilatorno gibanje stvara zvuk niže frekvencije. Razni pokusi pokazuju da svaki izvor zvuka nužno oscilira (iako najčešće te oscilacije nisu uočljive oku). Na primjer, zvukovi glasova ljudi i mnogih životinja nastaju kao rezultat vibracija njihovih glasnica, zvuk puhačkih instrumenata, zvuk sirene, fijuk vjetra i grmljavina su zbog kolebanja zračnih masa.

Ali nije svako oscilirajuće tijelo izvor zvuka. Na primjer, vibrirajući uteg obješen na konac ili oprugu ne proizvodi zvuk.

Frekvencija pri kojoj se oscilacije ponavljaju mjeri se u hercima (ili ciklusima u sekundi); 1 Hz je frekvencija takvog periodičkog titranja, period je 1 s. Imajte na umu da je frekvencija ono svojstvo koje nam omogućuje razlikovanje jednog zvuka od drugog.

Istraživanja su pokazala da je ljudsko uho sposobno percipirati kao zvuk mehaničke vibracije tijela koje se javljaju na frekvenciji od 20 Hz do 20 000 Hz. Uz vrlo brze, više od 20.000 Hz ili vrlo spore, manje od 20 Hz, zvučne vibracije, ne čujemo. Zato su nam potrebni posebni uređaji za registraciju zvukova koji se nalaze izvan granice frekvencije koju percipira ljudsko uho.

Ako brzina oscilatornog gibanja određuje frekvenciju zvuka, onda je njegova veličina (veličina prostorije) glasnoća. Ako se takav kotač okreće velikom brzinom, pojavit će se ton visoke frekvencije, sporija rotacija će generirati ton niže frekvencije. Štoviše, što su zubi kotača manji (kao što je prikazano isprekidanom linijom), to je zvuk slabiji, a što su zupci veći, odnosno što više uzrokuju odstupanje ploče, zvuk je glasniji. Dakle, možemo primijetiti još jednu karakteristiku zvuka - njegovu glasnoću (intenzitet).

Nemoguće je ne spomenuti takvo svojstvo zvuka kao kvalitetu. Kvaliteta je blisko povezana sa strukturom, koja može ići od previše složene do krajnje jednostavne. Ton vilice za ugađanje podržan rezonatorom ima vrlo jednostavnu strukturu, budući da sadrži samo jednu frekvenciju čija vrijednost ovisi isključivo o dizajnu vilice za ugađanje. U ovom slučaju, zvuk vilice za ugađanje može biti jak i slab.

Možete stvoriti složene zvukove, tako da na primjer mnoge frekvencije sadrže zvuk akorda orgulja. Čak je i zvuk žice za mandolinu prilično složen. To je zbog činjenice da rastegnuta žica oscilira ne samo s glavnom (poput vilice za ugađanje), već i s drugim frekvencijama. Oni stvaraju dodatne tonove (harmonike), čije su frekvencije cijeli broj puta veće od frekvencije osnovnog tona.

Koncept frekvencije je protuzakonito primjenjivati ​​na buku, iako možemo govoriti o nekim područjima njezinih frekvencija, budući da su one te koje razlikuju jednu buku od druge. Spektar šuma više se ne može prikazati jednom ili više linija, kao u slučaju monokromatskog signala ili periodičnog vala koji sadrži mnogo harmonika. Prikazan je kao cijela linija

Frekvencijska struktura nekih zvukova, osobito glazbenih, takva je da su svi prizvuci harmonični u odnosu na osnovni ton; u takvim slučajevima kaže se da zvukovi imaju visinu (određenu frekvencijom visine). Većina zvukova nije toliko melodična, nema integralni odnos frekvencija svojstven glazbenim zvukovima. Ti su zvukovi po strukturi slični buci. Dakle, sumirajući rečeno, možemo reći da zvuk karakteriziraju glasnoća, kvaliteta i visina.

Što se događa sa zvukom nakon što je stvoren? Kako dospijeva, primjerice, u naše uho? Kako se širi?

Zvuk opažamo ušima. Između tijela koje zvuči (izvora zvuka) i uha (prijamnika zvuka) nalazi se tvar koja prenosi zvučne titraje od izvora zvuka do prijamnika. Najčešće je ova tvar zrak. Zvuk se ne može širiti u bezzračnom prostoru. Kao što valovi ne mogu postojati bez vode. Eksperimenti podupiru ovaj zaključak. Razmotrimo jedan od njih. Postavite zvono ispod zvona zračne pumpe i uključite je. Zatim počinju ispumpavati zrak pumpom. Kako se zrak prorjeđuje, zvuk postaje sve slabiji i slabiji i na kraju gotovo potpuno nestaje. Kada ponovno počnem puštati zrak ispod zvona, zvuk zvona opet postaje čujan.

Naravno, zvuk se ne širi samo u zraku, već iu drugim tijelima. Ovo se također može eksperimentalno provjeriti. Čak i tako slab zvuk poput otkucaja džepnog sata koji leži na jednom kraju stola može se jasno čuti ako prislonite uho na drugi kraj stola.

Poznato je da se zvuk prenosi na velike udaljenosti na tlu, a posebno na željezničkim tračnicama. Stavivši uho na ogradu ili na zemlju, možete čuti zvuk dalekosežnog vlaka ili topot konja u galopu.

Ako mi, dok smo pod vodom, udarimo stijenom o stijenu, jasno ćemo čuti zvuk udarca. Dakle, zvuk se širi i u vodi. Ribe čuju korake i glasove ljudi na obali, to je ribičima dobro poznato.

Pokusi pokazuju da različita čvrsta tijela različito provode zvuk. Elastična tijela su dobri vodiči zvuka. Većina metala, drva, plinova i tekućina su elastična tijela i stoga dobro provode zvuk.

Meka i porozna tijela su loši vodiči zvuka. Kada je, primjerice, sat u džepu, obavijen je mekom krpom i ne čujemo njegovo kucanje.

Inače, činjenica da je pokus sa zvonom postavljenim ispod kape dugo vremena djelovao ne baš uvjerljivo povezana je sa širenjem zvuka u čvrstim tijelima. Činjenica je da eksperimentatori nisu dovoljno dobro izolirali zvono, a zvuk se čuo i kada ispod kape nije bilo zraka, budući da su se vibracije prenosile raznim spojevima instalacije.

Godine 1650. Athanasius Kirch'er i Otto Gücke na temelju pokusa sa zvonom zaključili su da za širenje zvuka nije potreban zrak. A samo deset godina kasnije Robert Boyle je uvjerljivo dokazao suprotno. Zvuk u zraku, na primjer, prenosi se uzdužnim valovima, tj. naizmjeničnim kondenzacijama i razrjeđivanjima zraka koji dolaze iz izvora zvuka. Ali budući da je prostor koji nas okružuje, za razliku od dvodimenzionalne površine vode, trodimenzionalan, zvučni valovi se ne šire u dva, već u tri smjera - u obliku divergentnih sfera.

Zvučni valovi, kao i svi drugi mehanički valovi, ne šire se prostorom trenutno, već određenom brzinom. Najjednostavnija promatranja omogućuju da se to provjeri. Na primjer, tijekom grmljavinske oluje prvo vidimo munju, a tek nakon nekog vremena čujemo grmljavinu, iako se vibracije zraka, koje mi percipiramo kao zvuk, javljaju istovremeno s bljeskom munje. Činjenica je da je brzina svjetlosti vrlo velika (300 000 km/s), pa možemo pretpostaviti da bljesak vidimo u trenutku njegovog nastanka. A zvuku grmljavine, koji je nastao istodobno s munjom, potrebno je dosta opipljivo vrijeme da prijeđe udaljenost od mjesta njegovog pojavljivanja do promatrača koji stoji na zemlji. Na primjer, ako čujemo grmljavinu više od 5 sekundi nakon što smo vidjeli munju, možemo zaključiti da je grmljavinsko nevrijeme udaljeno najmanje 1,5 km od nas. Brzina zvuka ovisi o svojstvima medija u kojem se zvuk širi. Znanstvenici su razvili različite metode za određivanje brzine zvuka u bilo kojem okruženju.

Brzina zvuka i njegova frekvencija određuju valnu duljinu. Promatrajući valove u ribnjaku, primjećujemo da su divergentni krugovi nekada manji, a nekada veći, drugim riječima, razmak između vrhova ili dolina valova može biti različit ovisno o veličini objekta zbog kojeg su nastali. Držeći ruku dovoljno nisko iznad površine vode, možemo osjetiti svaki pljusak koji prođe pored nas. Što je veća udaljenost između uzastopnih valova, to će njihovi vrhovi rjeđe dodirivati ​​naše prste. Takav jednostavan eksperiment omogućuje nam da zaključimo da u slučaju valova na površini vode za danu brzinu širenja vala, veća frekvencija odgovara manjoj udaljenosti između vrhova vala, odnosno kraćim valovima, i, obrnuto, niža frekvencija, duži valovi.

Isto vrijedi i za zvučne valove. Činjenica da zvučni val prolazi kroz određenu točku u prostoru može se suditi po promjeni tlaka u danoj točki. Ova promjena potpuno ponavlja titranje membrane izvora zvuka. Osoba čuje zvuk jer zvučni val vrši različit pritisak na bubnjić njenog uha. Čim vrh zvučnog vala (ili područje visokog tlaka) dopre do našeg uha. Osjećamo pritisak. Ako područja visoki krvni tlak zvučni valovi slijede dovoljno brzo, tada bubnjić našeg uha brzo vibrira. Ako su vrhovi zvučnog vala daleko jedan iza drugog, onda će bubnjić vibrirati puno sporije.

Brzina zvuka u zraku je iznenađujuće konstantna. Već smo vidjeli da je frekvencija zvuka izravno povezana s udaljenosti između vrhova zvučnog vala, odnosno postoji određeni odnos između frekvencije zvuka i valne duljine. Ovaj odnos možemo izraziti na sljedeći način: valna duljina jednaka je brzini podijeljenoj s frekvencijom. Može se reći i na drugi način: valna duljina je obrnuto proporcionalna frekvenciji s faktorom proporcionalnosti jednakim brzini zvuka.

Kako zvuk postaje čujan? Kada zvučni valovi uđu u ušni kanal, uzrokuju vibriranje bubnjića, srednjeg i unutarnjeg uha. Jednom kada uđu u tekućinu koja ispunjava pužnicu, zračni valovi djeluju na stanice dlačica unutar Cortijevog organa. Slušni živac prenosi te impulse u mozak, gdje se pretvaraju u zvukove.

Mjerenje buke

Buka je neugodan ili neželjen zvuk, odnosno skup zvukova koji ometaju percepciju korisnih signala, narušavaju tišinu, štetno ili iritirajuće djeluju na ljudski organizam i smanjuju njegovu učinkovitost.

U bučnim područjima mnogi ljudi razvijaju simptome bolesti buke: povećanu živčanu razdražljivost, umor, visoki krvni tlak.

Razina buke se mjeri u jedinicama,

Izražavanje stupnja zvukova pritiska, - decibela. Ovaj pritisak se ne percipira unedogled. Razina buke od 20-30 dB praktički je bezopasna za ljude - to je prirodna pozadina buke. Što se tiče glasnih zvukova, ovdje je dopuštena granica približno 80 dB. Zvuk od 130 dB već izaziva bol u osobi, a 150 mu postaje nepodnošljiv.

Akustična buka je nasumična zvučna vibracija različite fizičke prirode, karakterizirana nasumičnom promjenom amplitude, frekvencije.

Širenjem zvučnog vala, koji se sastoji od zgušnjavanja i razrjeđivanja zraka, mijenja se pritisak na bubnjić. Jedinica za tlak je 1 N/m2, a jedinica za zvučnu snagu je 1 W/m2.

Prag sluha je minimalna glasnoća zvuka koju osoba percipira. Na razliciti ljudi to je drugačije, pa se stoga konvencionalno prag sluha smatra zvučnim tlakom jednakim 2x10 "5 N / m2 pri 1000 Hz, što odgovara snazi ​​od 10" 12 W / m2. S tim se veličinama uspoređuje izmjereni zvuk.

Na primjer, zvučna snaga motora pri polijetanju mlaznog zrakoplova iznosi 10 W/m2, odnosno premašuje prag za 1013 puta. operirati s takvim velike brojke neugodno. Za zvukove različite glasnoće kažu da je jedan glasniji od drugog ne za toliko puta, nego za toliko jedinica. Jedinica za glasnoću zove se Bel - prema izumitelju telefona A. Belu (1847.-1922.). Glasnoća se mjeri u decibelima: 1 dB = 0,1 B (Bel). Vizualni prikaz odnosa intenziteta zvuka, zvučnog tlaka i razine glasnoće.

Percepcija zvuka ne ovisi samo o njegovim kvantitativnim karakteristikama (pritisak i snaga), već io njegovoj kvaliteti - frekvenciji.

Isti zvuk na različitim frekvencijama razlikuje se u glasnoći.

Neki ljudi ne čuju zvukove visoke frekvencije. Dakle, kod starijih ljudi gornja granica percepcije zvuka pada na 6000 Hz. Ne čuju, na primjer, cviljenje komarca i cvrčak, koji proizvode zvukove frekvencije oko 20 000 Hz.

Poznati engleski fizičar D. Tyndall opisuje jednu od svojih šetnji s prijateljem na sljedeći način: „Livade s obje strane ceste vrvjele su kukcima, koji su ispunili zrak svojim oštrim zujanjem do mojih ušiju, ali moj prijatelj nije čuo ništa od toga - glazba insekata letjela je izvan granica njegovog sluha!”

Razine buke

Glasnoća - razina energije u zvuku - mjeri se u decibelima. Šapat iznosi približno 15 dB, šuštanje glasova u studentskoj dvorani doseže približno 50 dB, a ulična buka u gustom prometu približno 90 dB. Buka iznad 100 dB može biti nepodnošljiva za ljudsko uho. Zvukovi reda veličine 140 dB (na primjer, zvuk polijetanja mlaznog zrakoplova) mogu biti bolni za uho i oštetiti bubnjić.

Za većinu ljudi, sluh postaje tup s godinama. To je zbog činjenice da ušne koščice gube svoju prvobitnu pokretljivost, pa se vibracije ne prenose na unutarnje uho. Osim toga, infekcije slušnih organa mogu oštetiti bubnjić i negativno utjecati na funkcioniranje kostiju. Ako imate bilo kakvih problema sa sluhom, odmah se obratite liječniku. Neke vrste gluhoće uzrokovane su oštećenjem unutarnjeg uha ili slušnog živca. Gubitak sluha također može biti uzrokovan stalnom izloženošću buci (kao što je u tvornici) ili iznenadnim i vrlo glasnim udarima zvuka. Morate biti vrlo oprezni kada koristite osobne stereo svirače, jer pretjerana glasnoća također može dovesti do gluhoće.

Dopuštena buka u zatvorenom prostoru

Što se tiče razine buke, potrebno je napomenuti da takav pojam nije prolazan i zakonski nedorečen. Dakle, u Ukrajini su do danas na snazi ​​sanitarne norme za dopuštenu buku u prostorijama stambenih i javnih zgrada i na području stambene izgradnje usvojene još u danima SSSR-a. Prema ovom dokumentu, u stambenim prostorijama mora biti osigurana razina buke koja ne prelazi 40 dB danju i 30 dB noću (od 22:00 do 08:00).

Vrlo često buka nosi važne informacije. Trkač automobila ili motocikla pažljivo sluša zvukove koje proizvode motor, šasija i drugi dijelovi vozila u pokretu, jer svaka strana buka može biti najava nesreće. Buka ima značajnu ulogu u akustici, optici, računalnoj tehnologiji i medicini.

Što je buka? Shvaćena je kao kaotična složena vibracija različite fizičke prirode.

Problem buke postoji već jako dugo. Već u davna vremena zvuk kotača po kaldrmi kod mnogih je izazivao nesanicu.

Ili je možda problem nastao još ranije, kada su se špiljski susjedi počeli svađati jer je jedan od njih preglasno lupao dok je pravio kameni nož ili sjekiru?

Zagađenje bukom stalno raste. Ako je 1948. godine, tijekom ankete stanovnika velikih gradova, 23% ispitanika odgovorilo potvrdno na pitanje da li su zabrinuti zbog buke u stanu, a zatim 1961. godine - već 50%. U posljednjem desetljeću razina buke u gradovima porasla je 10-15 puta.

Buka je vrsta zvuka, iako se često naziva "neželjeni zvuk". Istodobno, prema stručnjacima, buka tramvaja procjenjuje se na razinu od 85-88 dB, trolejbusa - 71 dB, autobusa s motorom snage veće od 220 KS. S. - 92 dB, manje od 220 KS S. - 80-85 dB.

Znanstvenici iz Državno sveučilište Ohio je zaključio da ljudi koji su redovito izloženi glasnoj buci imaju 1,5 puta veću vjerojatnost da će razviti akustični neurom od ostalih.

Akustični neurom je benigni tumor koji uzrokuje gubitak sluha. Znanstvenici su pregledali 146 pacijenata s akustičnim neuromom i 564 zdravih ljudi. Svima su postavljana pitanja o tome koliko često se suočavaju s glasnim zvukovima ne slabijim od 80 decibela (buka promet). Upitnik je uzimao u obzir buku instrumenata, motora, glazbe, dječje vriske, buku na sportskim događanjima, u barovima i restoranima. Sudionici studije također su upitani koriste li zaštitu za sluh. Oni koji su redovito slušali glasnu glazbu imali su 2,5 puta veći rizik od akustične neurome.

Za one koji su bili izloženi tehničkoj buci - 1,8 puta. Za osobe koje redovito slušaju dječji plač, buku na stadionima, u restoranima ili barovima – 1,4 puta. Pri korištenju zaštite za sluh rizik od akustičnog neuroma nije veći nego kod osoba koje uopće nisu izložene buci.

Utjecaj akustične buke na čovjeka

Utjecaj akustične buke na osobu je različit:

A. Štetno

Buka dovodi do benignog tumora

Dugotrajna buka negativno utječe na organ sluha, rastežući bubnjić, čime se smanjuje osjetljivost na zvuk. Dovodi do sloma u radu srca, jetre, do iscrpljenosti i prenaprezanja živčanih stanica. Zvukovi i buka velike snage utječu na slušni aparat, živčane centre, mogu izazvati bol i šok. Ovako radi zagađenje bukom.

Šumovi su umjetni, tehnogeni. Imaju negativan učinak na ljudski živčani sustav. Jedna od najgorih gradskih buka je buka cestovnog prometa na glavnim autocestama. Nadražuje živčani sustav, pa osobu muči tjeskoba, osjeća se umorno.

B. Povoljno

Korisni zvukovi uključuju buku lišća. Zapljuskivanje valova djeluje umirujuće na našu psihu. Tiho šuštanje lišća, žubor potoka, lagano pljuskanje vode i zvuk surfanja uvijek su ugodni za osobu. Oni ga smiruju, oslobađaju stresa.

C. Medicinski

Terapeutski učinak na čovjeka uz pomoć zvukova prirode nastao je od liječnika i biofizičara koji su radili s astronautima početkom 80-ih godina dvadesetog stoljeća. U psihoterapijskoj praksi u liječenju se koriste prirodni šumovi razne bolesti kao pomoć. Psihoterapeuti također koriste takozvani "bijeli šum". Ovo je vrsta šištanja, nejasno podsjeća na zvuk valova bez prskanja vode. Liječnici vjeruju da "bijeli šum" smiruje i uspavljuje.

Utjecaj buke na ljudski organizam

Ali jesu li samo slušni organi ti koji pate od buke?

Učenici se potiču da saznaju čitajući sljedeće izjave.

1. Buka uzrokuje prerano starenje. Trideset puta od stotinu, buka skraćuje životni vijek ljudi u veliki gradovi za 8-12 godina.

2. Svaka treća žena i svaki četvrti muškarac pate od neuroze uzrokovane povećana razina buka.

3. Bolesti poput gastritisa, čira na želucu i crijevu najčešće se nalaze kod ljudi koji žive i rade u bučnom okruženju. Estradni glazbenici imaju čir na želucu - profesionalnu bolest.

4. Dovoljno jaka buka nakon 1 minute može izazvati promjene u električnoj aktivnosti mozga, koja postaje slična električnoj aktivnosti mozga u bolesnika s epilepsijom.

5. Buka deprimira živčani sustav, posebno kod ponovljenog djelovanja.

6. Pod utjecajem buke dolazi do trajnog smanjenja frekvencije i dubine disanja. Ponekad postoji aritmija srca, hipertenzija.

7. Pod utjecajem buke mijenja se metabolizam ugljikohidrata, masti, bjelančevina, soli, što se očituje u promjeni biokemijskog sastava krvi (snižava se razina šećera u krvi).

Prekomjerna buka (iznad 80 dB) utječe ne samo na organe sluha, već i na druge organe i sustave (krvožilni, probavni, živčani itd.), vitalni procesi su poremećeni, energetski metabolizam počinje prevladavati nad plastičnim, što dovodi do preranog starenja tijelo .

PROBLEM BUKE

Veliki grad uvijek prati prometna buka. Tijekom proteklih 25-30 godina buka se povećala za 12-15 dB u velikim gradovima diljem svijeta (tj. glasnoća buke se povećala 3-4 puta). Ako se zračna luka nalazi unutar grada, kao što je slučaj u Moskvi, Washingtonu, Omsku i nizu drugih gradova, onda to dovodi do višestrukog prekoračenja maksimalno dopuštene razine zvučnih podražaja.

I još uvijek automobilski prijevoz vodeći među glavnim izvorima buke u gradu. On je taj koji uzrokuje buku do 95 dB na ljestvici mjerača razine zvuka na glavnim ulicama gradova. Razina buke u dnevnim sobama sa zatvorenim prozorima koji gledaju na autocestu samo je 10-15 dB niža nego na ulici.

Buka automobila ovisi o mnogim razlozima: marki automobila, njegovoj ispravnosti, brzini, kvaliteti površine ceste, snazi ​​motora itd. Buka iz motora naglo se povećava u trenutku njegovog pokretanja i zagrijavanja. Kada se automobil kreće prvom brzinom (do 40 km / h), buka motora je 2 puta veća od buke koju stvara pri drugoj brzini. Kad automobil snažno koči, buka se također znatno povećava.

Otkrivena je ovisnost stanja ljudskog tijela o razini buke u okolišu. Uočene su određene promjene u funkcionalnom stanju središnjeg živčanog i kardiovaskularnog sustava uzrokovane bukom. Ishemijska bolest srca, hipertenzija, povišeni kolesterol u krvi češći su kod ljudi koji žive u bučnim područjima. Buka jako ometa san, smanjuje njegovo trajanje i dubinu. Period uspavljivanja produljuje se za sat ili više, a nakon buđenja ljudi se osjećaju umorno i imaju glavobolju. Sve se to na kraju pretvara u kronični prekomjerni rad, slabi imunološki sustav, doprinosi razvoju bolesti i smanjuje učinkovitost.

Sada se vjeruje da buka može skratiti životni vijek osobe za gotovo 10 godina. Sve je više i psihički bolesnih osoba zbog sve češćih zvučnih podražaja, a posebno su bukom pogođene žene. Općenito, broj osoba oštećena sluha u gradovima se povećao, ali su najčešće pojave postale glavobolja i povećana razdražljivost.

ZAGAĐENJE BUKOM

Zvuk i buka velike snage utječu na slušni aparat, živčane centre i mogu izazvati bol i šok. Ovako radi zagađenje bukom. Tiho šuštanje lišća, žubor potoka, glasovi ptica, lagano pljuskanje vode i zvuk surfanja uvijek su ugodni za osobu. Oni ga smiruju, oslobađaju stresa. Ovo se koristi u medicinskim ustanovama, u sobama za psihološku pomoć. Prirodni šumovi prirode postaju sve rjeđi, potpuno nestaju ili su zaglušeni industrijskim, prometnim i drugim šumovima.

Dugotrajna buka negativno utječe na organ sluha, smanjujući osjetljivost na zvuk. Dovodi do sloma u radu srca, jetre, do iscrpljenosti i prenaprezanja živčanih stanica. Oslabljene stanice živčanog sustava ne mogu dovoljno koordinirati rad različitih tjelesnih sustava. To dovodi do prekida njihovih aktivnosti.

Već znamo da je buka od 150 dB štetna za ljude. Nije uzalud u srednjem vijeku bilo pogubljenje ispod zvona. Brujanje zvona mučilo je i polako ubijalo.

Svaka osoba drugačije percipira buku. Mnogo ovisi o dobi, temperamentu, zdravstvenom stanju, uvjetima okoline. Buka ima akumulativni učinak, odnosno akustični podražaji nakupljajući se u tijelu sve više deprimiraju živčani sustav. Buka posebno štetno djeluje na neuropsihičku aktivnost organizma.

Zvukovi uzrokuju funkcionalne poremećaje kardiovaskularnog sustava; ima štetan učinak na vizualne i vestibularne analizatore; smanjiti refleksnu aktivnost, što često uzrokuje nesreće i ozljede.

Buka je podmukla, njeno štetno djelovanje na organizam događa se nevidljivo, neprimjetno, a kvarovi u organizmu ne otkrivaju se odmah. Osim toga, ljudsko tijelo je praktički bespomoćno protiv buke.

Liječnici sve češće govore o bolesti buke, primarnoj leziji sluha i živčanog sustava. Izvor zagađenja bukom može biti industrijsko poduzeće odnosno prijevoza. Osobito teški damperi i tramvaji proizvode mnogo buke. Buka utječe na živčani sustav čovjeka, stoga se u gradovima i poduzećima poduzimaju mjere zaštite od buke. Željezničke i tramvajske pruge i ceste, kojima prolazi teretni promet, treba izmjestiti iz središnjih dijelova gradova u rijetko naseljena područja, a oko njih stvoriti zelene površine koje dobro apsorbiraju buku. Avioni ne bi trebali letjeti iznad gradova.

ZVUČNA IZOLACIJA

Zvučna izolacija uvelike pomaže u izbjegavanju štetnih učinaka buke.

Smanjenje buke postiže se građevinskim i akustičnim mjerama. U vanjskim ogradnim konstrukcijama, prozori i balkonska vrata imaju znatno manju zvučnu izolaciju od samog zida.

Stupanj zaštite od buke zgrada prvenstveno je određen normama dopuštene buke za prostorije ove namjene.

BORBA PROTIV AKUSTIČNE BUKE

Akustički laboratorij MNIIP razvija odjeljake "Akustička ekologija" u sklopu projektna dokumentacija. Izvode se projekti zvučne izolacije prostorija, kontrole buke, proračuni sustava za pojačavanje zvuka, akustička mjerenja. Iako u običnim prostorijama ljudi sve više traže akustičnu udobnost – dobru zaštitu od buke, razumljiv govor i nepostojanje tzv. akustični fantomi – negativne zvučne slike koje tvore neki. U konstrukcijama namijenjenim dodatnoj borbi s decibelima izmjenjuju se barem dva sloja - "tvrda" (gips ploče, gips vlakna).Također, akustični dizajn treba zauzeti svoju skromnu nišu unutra. Za borbu protiv akustične buke koristi se frekvencijsko filtriranje.

GRAD I ZELENE POVRŠINE

Ako svoj dom štitite od buke drvećem, bit će korisno znati da zvukove ne apsorbira lišće. Udarajući u deblo, zvučni valovi se lome, spuštajući se prema tlu koje se apsorbira. Smreka se smatra najboljim čuvarom tišine. Čak i na najprometnijoj autocesti možete živjeti u miru ako svoj dom zaštitite pokraj zelenih stabala. A bilo bi lijepo posaditi kestene u blizini. Jedno odraslo stablo kestena čisti od ispušnih plinova automobila prostor visine do 10 m, širine do 20 m i dužine do 100 m. Pritom, za razliku od mnogih drugih stabala, kesten razgrađuje otrovne plinove gotovo bez ikakve štete na svoj “ zdravlje".

Važnost ozelenjavanja gradskih ulica je vrlo gusta - gusti zasadi grmlja i šumski pojasevi štite od buke, smanjujući je za 10-12 dB (decibela), smanjuju koncentraciju štetnih čestica u zraku od 100 do 25%, smanjuju brzinu vjetra od 10 do 2 m/s, smanjiti koncentraciju plinova iz strojeva do 15% po jedinici volumena zraka, učiniti zrak vlažnijim, sniziti mu temperaturu, tj. učiniti ga prozračnijim.

Zelene površine također upijaju zvukove, što su stabla viša i što su gušće posađene, to se manje zvukova čuje.

Zelene površine u kombinaciji s travnjacima, cvjetnjacima imaju blagotvoran učinak na ljudsku psihu, smiruju vid, živčani sustav, izvor su inspiracije, povećavaju učinkovitost ljudi. Najveća umjetnička i književna djela, otkrića znanstvenika, nastala su pod blagotvornim utjecajem prirode. Tako su nastale najveće glazbene kreacije Beethovena, Čajkovskog, Straussa i drugih skladatelja, slike izvanrednih ruskih pejzažista Šiškina, Levitana, djela ruskih i sovjetski pisci. Nije slučajno da je Sibirski znanstveni centar osnovan među zelenim nasadima Priobske borove šume. Ovdje, u sjeni gradske vreve, okruženi zelenilom, naši sibirski znanstvenici uspješno provode svoja istraživanja.

Sadnja zelenila u takvim gradovima kao što su Moskva i Kijev je velika; u potonjem, primjerice, ima 200 puta više zasada po stanovniku nego u Tokiju. U glavnom gradu Japana tijekom 50 godina (1920.-1970.) uništena je oko polovica "svih zelenih površina koje se nalaze unutar" radijusa od deset kilometara od centra. U Sjedinjenim Državama, gotovo 10.000 hektara središnjih gradskih parkova izgubljeno je u posljednjih pet godina.

← Buka negativno utječe na stanje ljudskog zdravlja, prije svega, pogoršava sluh, stanje živčanog i kardiovaskularnog sustava.

← Buku je moguće mjeriti posebnim uređajima - mjeračima razine zvuka.

← Štetnost buke potrebno je suzbijati kontrolom razine buke, kao i posebnim mjerama za smanjenje razine buke.

Osnovni zakoni širenja zvuka uključuju zakone njegove refleksije i loma na granicama različitih medija, kao i difrakciju zvuka i njegovo raspršenje u prisutnosti prepreka i nehomogenosti u mediju i na sučeljima medija. Na udaljenost širenja zvuka utječe faktor apsorpcije zvuka, odnosno nepovratan prijenos energije zvučnog vala u druge vrste energije, posebice u toplinu. Važan čimbenik je i smjer zračenja te brzina širenja zvuka koja ovisi o mediju i njegovom specifičnom stanju. Akustični valovi se šire od izvora zvuka u svim smjerovima. Ako zvučni val prolazi kroz relativno malu rupu, tada se širi u svim smjerovima, a ne ide u usmjerenom snopu. Na primjer, ulični zvukovi koji prodiru kroz otvoreni prozor u sobu čuju se na svim njezinim mjestima, a ne samo uz prozor. Priroda širenja zvučnih valova na prepreci ovisi o omjeru dimenzija prepreke i valne duljine. Ako su dimenzije prepreke male u usporedbi s valnom duljinom, tada val teče oko te prepreke, šireći se u svim smjerovima. Zvučni valovi, prodirući iz jednog medija u drugi, odstupaju od svog prvobitnog smjera, odnosno lome se. Kut loma može biti veći ili manji od upadnog kuta. Ovisi iz kojeg medija dolazi zvuk. Ako je brzina zvuka u drugom mediju veća, tada će kut loma biti veći od upadnog kuta i obrnuto. Susrećući se s preprekom na svom putu, zvučni valovi se odbijaju od nje prema strogo definiranom pravilu - kut refleksije jednak je kutu incidencije - s tim je povezan koncept jeke. Ako se zvuk odbija od nekoliko površina na različitim udaljenostima, javlja se višestruki odjek. Zvuk se širi u obliku divergentnog sferičnog vala koji ispunjava sve veći volumen. Kako se udaljenost povećava, oscilacije čestica medija slabe, a zvuk se raspršuje. Poznato je da za povećanje udaljenosti prijenosa zvuk mora biti koncentriran u određenom smjeru. Kada želimo, na primjer, da nas se čuje, stavimo ruke na usta ili koristimo nastavak za usta. Difrakcija, odnosno savijanje zvučnih zraka, ima veliki utjecaj na domet širenja zvuka. Što je medij heterogeniji, zvučna zraka je više savijena i, sukladno tome, kraća je udaljenost širenja zvuka.

širenje zvuka

Zvučni valovi mogu se širiti u zraku, plinovima, tekućinama i čvrstim tijelima. Valovi se ne stvaraju u bezzračnom prostoru. To je lako provjeriti jednostavnim pokusom. Ako se električno zvono stavi ispod hermetičke kapice iz koje se odvodi zrak, nećemo čuti nikakav zvuk. Ali čim se čep napuni zrakom, javlja se zvuk.

Brzina širenja oscilatornih gibanja od čestice do čestice ovisi o mediju. U davna vremena ratnici su prislanjali uši na zemlju i tako otkrivali neprijateljsku konjicu puno prije nego što se pojavila na vidiku. A slavni znanstvenik Leonardo da Vinci je u 15. stoljeću napisao: “Ako, dok ste na moru, spustite rupu cijevi u vodu, a drugi kraj prislonite na uho, čut ćete buku brodova vrlo udaljenih od vas."

Brzinu zvuka u zraku prvi je put izmjerila Milanska akademija znanosti u 17. stoljeću. Na jednom brdu postavljen je top, a na drugom osmatračnica. Vrijeme je zabilježeno iu trenutku pucnja (bljeskom) iu trenutku prijema zvuka. Iz udaljenosti između osmatračnice i topa i vremena nastanka signala više nije bilo teško izračunati brzinu širenja zvuka. Ispostavilo se da je jednako 330 metara u sekundi.

U vodi je brzina širenja zvuka prvi put izmjerena 1827. godine na Ženevskom jezeru. Dva čamca bila su jedan od drugoga na udaljenosti od 13847 metara. Na prvom je ispod dna bilo obješeno zvono, a na drugom se u vodu spuštao obični hidrofon (rog). Na prvom brodu, istovremeno s udarom u zvono, zapaljen je barut, na drugom promatraču je u trenutku bljeska upalio štopericu i počeo čekati da stigne zvučni signal sa zvona. . Pokazalo se da zvuk putuje više od 4 puta brže u vodi nego u zraku, tj. brzinom od 1450 metara u sekundi.

jeka- reflektirani zvuk. Obično se odjek primjećuje ako se čuje i izravan zvuk iz izvora, kada se u jednoj točki prostora može čuti zvuk više puta iz jednog izvora, koji je došao izravnim putem i reflektira se (eventualno više puta) od okolnih objekata . Budući da zvučni val prilikom refleksije gubi energiju, zvučni val iz jačeg izvora zvuka može se reflektirati od površina (na primjer, kuća ili zidova okrenutih jedan prema drugom) mnogo puta, prolazeći kroz jednu točku, što će uzrokovati višestruki odjek (kao što je jeka se može promatrati od grmljavine).

Do odjeka dolazi zbog činjenice da se zvučni valovi mogu reflektirati od čvrstih površina, to je zbog dinamičkog uzorka razrjeđivanja i zbijanja zraka u blizini reflektirajuće površine. Ako se izvor zvuka nalazi nedaleko od takve površine, okrenut prema njoj pod pravim kutom (ili pod kutom bliskim pravom), zvuk koji se odbija od takve površine, kao krugovi na vodi, odbija se od obali, vraća se izvoru. Zahvaljujući odjeku, govornik može, zajedno s drugim zvukovima, čuti vlastiti govor, kao da je neko vrijeme odgođen. Ako je izvor zvuka na dovoljnoj udaljenosti od reflektirajuće površine, a osim izvora zvuka nema dodatnih izvora zvuka, tada je jeka najjasnija. Odjek postaje čujan ako je interval između izravnog i reflektiranog zvučnog vala 50-60 ms, što odgovara 15-20 metara koliko zvučni val putuje od izvora i natrag, u normalnim uvjetima.

Ako zvučni val ne naiđe na prepreke na svom putu, on se jednoliko širi u svim smjerovima. Ali ne postaje svaka prepreka za nju prepreka.

Nakon susreta s preprekom na svom putu, zvuk se može saviti oko nje, reflektirati, lomiti ili apsorbirati.

difrakcija zvuka

Možemo razgovarati s osobom koja stoji iza ugla zgrade, iza stabla ili iza ograde, iako je ne vidimo. Čujemo ga jer se zvuk može saviti oko tih objekata i prodrijeti u područje iza njih.

Sposobnost vala da obiđe prepreku naziva se difrakcija .

Difrakcija je moguća kada je valna duljina zvučnog vala veća od veličine prepreke. Zvučni valovi niske frekvencije prilično su dugi. Na primjer, na frekvenciji od 100 Hz, to je 3,37 m. Kako se frekvencija smanjuje, duljina postaje još veća. Stoga se zvučni val lako savija oko njemu razmjernih objekata. Drveće u parku uopće nas ne sprječava da čujemo zvuk jer su promjeri njihovih debala puno manji od valne duljine zvučnog vala.

Zbog difrakcije, zvučni valovi prodiru kroz pukotine i rupe u prepreci i šire se iza njih.

Postavimo ravni ekran s rupom na putanju zvučnog vala.

Kada valna duljina zvuka ƛ mnogo veći od promjera otvora D , ili su te vrijednosti približno jednake, onda će iza rupe zvuk doprijeti do svih točaka područja koje se nalazi iza zaslona (područje sjene zvuka). Fronta izlaznog vala izgledat će kao polukugla.

Ako ƛ samo malo manji od promjera proreza, tada se glavni dio vala širi izravno, a mali dio lagano divergira u stranu. I u slučaju kada ƛ mnogo manje D , cijeli će val ići u smjeru naprijed.

refleksija zvuka

Ako zvučni val pogodi sučelje između dva medija, to je moguće različite varijante njegovu daljnju distribuciju. Zvuk se može reflektirati od sučelja, može otići u drugi medij bez promjene smjera ili se može lomiti, odnosno otići mijenjajući smjer.

Pretpostavimo da se na putu zvučnog vala pojavila prepreka čija je veličina mnogo veća od valne duljine, na primjer, strma litica. Kako će se zvuk ponašati? Budući da ne može zaobići ovu prepreku, od nje će se odraziti. Iza prepreke je zona akustične sjene .

Zvuk odbijen od prepreke naziva se jeka .

Priroda refleksije zvučnog vala može biti različita. Ovisi o obliku reflektirajuće površine.

odraz naziva se promjena smjera zvučnog vala na granici između dva različite sredine. Kada se reflektira, val se vraća u medij iz kojeg je došao.

Ako je površina ravna, zvuk se odbija od nje na isti način kao što se zraka svjetlosti odbija u zrcalu.

Zvučne zrake odbijene od konkavne površine fokusiraju se u jednu točku.

Konveksna površina raspršuje zvuk.

Učinak disperzije daju konveksni stupovi, velike letvice, lusteri itd.

Zvuk ne prelazi iz jednog medija u drugi, već se od njega reflektira ako se gustoće medija značajno razlikuju. Dakle, zvuk koji se pojavio u vodi ne prelazi u zrak. Odbijen od sučelja, ostaje u vodi. Osoba koja stoji na obali rijeke neće čuti ovaj zvuk. To je zbog velike razlike u otporu valova vode i zraka. U akustici je valni otpor jednak umnošku gustoće medija i brzine zvuka u njemu. Budući da je valni otpor plinova puno manji od valnog otpora tekućina i krutih tvari, kad udari u granicu zraka i vode, zvučni val se reflektira.

Ribe u vodi ne čuju zvuk koji se pojavljuje iznad površine vode, ali jasno razlikuju zvuk čiji je izvor tijelo koje vibrira u vodi.

lom zvuka

Promjena smjera širenja zvuka naziva se refrakcija . Ova pojava nastaje kada zvuk prelazi iz jednog medija u drugi, a brzina njegovog širenja u tim medijima je različita.

Omjer sinusa kuta upada i sinusa kuta refleksije jednak je omjeru brzina širenja zvuka u mediju.

gdje ja - upadni kut,

r je kut refleksije,

v1 je brzina širenja zvuka u prvom mediju,

v2 je brzina širenja zvuka u drugom mediju,

n je indeks loma.

Lom zvuka naziva se refrakcija .

Ako zvučni val ne pada okomito na površinu, već pod kutom koji nije 90°, tada će lomljeni val odstupiti od smjera upadnog vala.

Lom zvuka može se promatrati ne samo na granici između medija. Zvučni valovi mogu promijeniti smjer u nehomogenom mediju – atmosferi, oceanu.

U atmosferi je refrakcija uzrokovana promjenama temperature zraka, brzine i smjera kretanja zračnih masa. A u oceanu se pojavljuje zbog heterogenosti svojstava vode - različitog hidrostatskog tlaka na različitim dubinama, različitih temperatura i različite slanosti.

apsorpcija zvuka

Kada zvučni val udari u površinu, dio njegove energije se apsorbira. A koliko energije medij može apsorbirati može se odrediti poznavanjem koeficijenta apsorpcije zvuka. Ovaj koeficijent pokazuje koji dio energije zvučnih vibracija apsorbira 1 m 2 prepreke. Ima vrijednost od 0 do 1.

Jedinica mjere za apsorpciju zvuka naziva se sabin . Ime je dobio po američkom fizičaru Wallace Clement Sabin, utemeljitelj arhitektonske akustike. 1 sabin je energija koju apsorbira 1 m 2 površine, čiji je koeficijent apsorpcije jednak 1. Odnosno, takva površina mora apsorbirati apsolutno svu energiju zvučnog vala.

Reverberacija

Wallace Sabin

Svojstvo materijala da apsorbiraju zvuk široko se koristi u arhitekturi. Istražujući akustiku predavaonice, u sklopu muzeja Fogg, Wallace Clement Sabin zaključio je da postoji odnos između veličine dvorane, akustičkih uvjeta, vrste i površine materijala koji apsorbiraju zvuk i vrijeme odjeka .

Reverb naziva se proces odbijanja zvučnog vala od prepreka i njegovo postupno slabljenje nakon isključivanja izvora zvuka. U zatvorenom prostoru zvuk se može višestruko odbiti od zidova i predmeta. Kao rezultat toga, pojavljuju se različiti eho signali, od kojih svaki zvuči kao da je odvojen. Ovaj efekt se zove efekt reverbiranja .

Najvažnija značajka sobe je vrijeme odjeka , koji je uveo i izračunao Sabin.

gdje V - volumen prostorije,

ALI – opća apsorpcija zvuka.

gdje a ja je koeficijent apsorpcije zvuka materijala,

Si je površina svake površine.

Ako je vrijeme odjeka dugo, zvukovi kao da "lutaju" po dvorani. One se preklapaju jedna preko druge, zagušuju glavni izvor zvuka i dvorana počinje grmiti. Uz kratko vrijeme odjeka, zidovi brzo upijaju zvukove i postaju gluhi. Stoga svaka soba mora imati svoj točan izračun.

Na temelju svojih proračuna, Sabin je postavio materijale koji apsorbiraju zvuk na takav način da je smanjen "efekt jeke". A Bostonska simfonijska dvorana, u kojoj je bio konzultant za akustiku, još uvijek se smatra jednom od najboljih dvorana na svijetu.