Передмова.
Звук - це що поширюються у пружних середовищах - газах, рідинах і твердих тілах - механічні коливання, що сприймаються органами слуху.
Тепер трохи поміркуємо. Якщо, наприклад, в горах впав камінь, а поруч не було нікого, хто міг би чути звук його падіння, існував звук чи ні? На питання можна відповісти і позитивно і негативно в рівній мірі, так як слово «звук» має подвійне значення. Тому потрібно домовитися, що саме вважати звуком - фізичне явище у вигляді поширення звукових коливань у повітрі або відчуття слухача. Перше по суті є причиною, друге наслідком, при цьому перше поняття про звук - об'єктивне, друге - суб'єктивне.
У першому випадку звук дійсно представляє собою потік енергії, що тече подібно річковому потоку. Такий звук може змінити середовище, через яку він проходить, і сам змінюється нею. У другому випадку під звуком ми розуміємо ті відчуття, які виникають у слухача при дії звукової хвилі через слуховий апарат на мозок. Чуючи звук, людина може відчувати різні почуття. Найрізноманітніші емоції викликає у нас той складний комплекс звуків, який ми називаємо музикою. Звуки складають основу мови, яка служить головним засобом спілкування в людському суспільстві. І, нарешті, існує така форма звуку, як шум. Аналіз звуку з позицій суб'єктивного сприйняття більш складний, ніж при об'єктивній оцінці.
Поширення звуку в просторі і його вплив на органи слуху людини.
При досягненні звуковою хвилею будь-якої точки простору, частки речовини, до того не здійснювали впорядкованих рухів, починають коливатися. Будь-яке рухоме тіло, в тому числі і нестійке, здатне здійснювати роботу, тобто воно має енергію. Отже, поширення звукової хвилі супроводжується поширенням енергії. Джерелом цієї енергії є нестійке тіло, яке і випромінює в навколишній простір (речовина) енергію.
Органи слуху людини здатні сприймати коливання з частотою від 15-20 герц до 16-20 тисяч герц. Механічні коливання з зазначеними частотами називаються звуковими чи акустичними (акустика - вчення про звук)
Отже, звук - це хвильової коливальний процес, що відбувається в пружному середовищі і викликає слухове відчуття. Однак сприйнятливість людини до звуків вибіркова, тому ми говоримо про чутних і нечутні звуки. Сукупність тих і інших в загальному нагадує спектр сонячних променів, в якому є видима область - від червоного до фіолетового кольору і дві невидимі - інфрачервона та ультрафіолетова. За аналогією з сонячним спектром звуки, які не сприймаються людським вухом, називаються інфразвук, ультразвук і гіперзвуку.
Що ж відбувається в органах слуху з різними системами і процесами перетворення слуху? Розглянемо будову слухового апарату людини.
Зовнішнє вухо складається з вушної раковини і слухового проходу, що з'єднують її з барабанною перетинкою. Основна функція зовнішнього вуха - визначення напрямку на джерело звуку. Слуховий прохід представляє звужується всередину трубку довжиною в два сантиметри, оберігає внутрішні частини вуха і грає роль резонатора. Слуховий прохід закінчується барабанною перетинкою - мембраною, що коливається під дією звукових хвиль. Саме тут, на зовнішній межі середнього вуха, і відбувається перетворення об'єктивного звуку в суб'єктивний. За барабанною перетинкою розташовані три маленьких з'єднаних між собою кісточки: молоточок, ковадло та стремено, за допомогою яких коливання передаються внутрішнього вуха.
Там, у слуховому нерві, вони перетворюються в електричні сигнали. Мала порожнину, де знаходиться молоточок, ковадло та стремено, наповнена повітрям і сполучена з порожниною рота євстахієвої трубою. Завдяки останній підтримується однаковий тиск на внутрішню і зовнішню сторону барабанної перетинки. Зазвичай евстахиева труба закрита, а відкривається лише при раптовому зміні тиску (при позіхань, ковтанні) для вирівнювання його. Якщо у людини евстахиева труба закрита, наприклад, у зв'язку з простудним захворюванням, то тиск не вирівнюється, і людина відчуває біль у вухах.
Далі коливання передаються від барабанної перетинки до овального вікна, яке є початком внутрішнього вуха.
Сила, що діє на барабанну перетинку, дорівнює добутку тиску на площу барабанної перетинки.
Але справжні таїнства слуху починаються з овального вікна. Звукові хвилі поширюються в рідині (перилімфі), якою наповнена равлик. Цей орган внутрішнього вуха, що формою нагадує равлика, має довжину три сантиметри і по всій довжині розділений перегородкою на дві частини. Звукові хвилі доходять до перегородки, оминають її і надалі поширюються в напрямку майже до того самого місця, де вони вперше торкнулися перегородки, але вже з іншого боку.
Перегородка равлики складається з основної мембрани, дуже товстою і тугий. Звукові коливання створюють на її поверхні хвилеподібну брижі, при цьому гребені для різної частоти лежать в цілком певних ділянках мембрани.
Механічні коливання перетворюються в електричні в спеціальному органі (органі Корті), розміщеному над верхньою частиною основної мембрани.
Над органом Корті розташована текторіальная мембрана. Обидва ці органи занурені в рідину - ендолімфа і відділені від решти частини равлики мембраною Рейснера. Волоски, що ростуть з органу Корті майже пронизують текторіальную мембрану, і при виникненні звуку вони стикаються - відбувається перетворення звуку, тепер він закодований у вигляді електричних сигналів.
Помітну роль у посиленні нашої здатності до сприйняття звуків грає шкірний покрив і кістки черепа, що зумовлено їх хорошою провідністю. Наприклад, якщо прикласти вухо до рейки, то рух поїзда, що наближається можна виявити задовго до його появи.
Властивості звуку і його характеристики.
Основні фізичні характеристики звуку - частота і інтенсивність коливань. Вони і впливають на слухове сприйняття людей.
Періодом коливання називається час, протягом якого відбувається одне повне коливання. Можна навести як приклад хитний маятник, коли він з крайнього лівого положення переміщається в крайнє праве і повертається назад у вихідне положення.
Частота коливань - це число повних коливань (періодів) за одну секунду. Цю одиницю називають герц (Гц). Чим більше частота коливань, тим вищий звук ми чуємо, тобто звук має більш високий тон. Відповідно до прийнятої міжнародної системи одиниць, 1000 Гц називається кілогерц (кГц), а 1.000.000 - мегагерцом (МГц).
Розподіл по частотах: чутні звуки - в межах 15Гц-20кГц, інфразвуки - нижче 15Гц; ультразвуки - в межах 1,5 · 10 4 - 10 9 Гц; гіперзвуку - в межах 10 9 - 10 13 Гц.
Вухо людини найбільш чутливо до звуків з частотою від 2000 до 5000 кГц. Найбільша гострота слуху спостерігається у вік 15-20 років. З віком слух погіршується.
З періодом і частотою коливань пов'язане поняття про довжину хвилі. Довжиною звукової хвилі називається відстань між двома послідовними згущення або розрідження середовища. На прикладі хвиль, які поширюються на поверхні води, - це відстань між двома гребенями.
Звуки розрізняються також за тембром. Основний тон звуку супроводжується другорядними тонами, які завжди вище за частотою (обертони). Тембр - це якісна характеристика звуку. Чим більше обертонів накладається на основний тон, тим «соковитіше» звук у музичному відношенні.
Друга основна характеристика - амплітуда коливань. Це найбільше відхилення від положення рівноваги при гармонічних коливаннях. На прикладі з маятником - максимальне відхилення його в крайнє ліве положення, або в крайнє праве положення. Амплітуда коливань визначає інтенсивність (силу) звуку.
Сила звуку, або його інтенсивність, визначається кількістю акустичної енергії, що протікає за одну секунду через площу в один квадратний сантиметр. Отже, інтенсивність акустичних хвиль залежить від величини акустичного тиску, створюваного джерелом в середовищі.
З інтенсивністю звуку в свою чергу пов'язана гучність. Чим більше інтенсивність звуку, тим він голосніше. Однак ці поняття не рівнозначні. Гучність - це міра сили слухового відчуття, що викликається звуком. Звук однакової інтенсивності може створювати у різних людей неоднакове по своїй гучності слухове сприйняття. Кожна людина володіє своїм порогом чутності.
Звуки дуже великої інтенсивності людина перестає чути і сприймає їх як відчуття тиску і навіть болю. Таку силу звуку називають порогом больового відчуття.
Шум. Музика. Йдеться.
З точки зору сприйняття органами слуху звуків, їх можна розділити в основному на три категорії: шум, музика і мова. Це різні області звукових явищ, що володіють специфічною для людини інформацією.
Шум - це безсистемне поєднання великої кількості звуків, тобто злиття всіх цих звуків в один нестрункий голос. Вважається, що шум - це категорія звуків, яка заважає людині або дратує.
Люди витримують лише певну дозу шуму. Але якщо проходить година - інший, і шум не припиняється, то з'являється напруга, нервозність і навіть біль.
Звуком можна вбити людину. У середні століття існувала навіть така кара, коли людину саджали під дзвін і починали у нього бити. Поступово дзвін вбивав людину. Але це було в середні століття. У наш час з'явилися надзвукові літаки. Якщо такий літак пролетить над містом на висоті 1000-1500 метрів, то в будинках лопнуть скла.
Музика - це особливе явище у світі звуків, але, на відміну від промови, вона не передає точних смислових або лінгвістичних значень. Емоційне насичення і приємні музичні асоціації починаються в ранньому дитинстві, коли у дитини ще словесного спілкування. Ритми й наспіви пов'язують його з матір'ю, а спів і танці є елементом спілкування в іграх. Роль музики в житті людини настільки велика, що в останні роки медицина приписує їй цілющі властивості.
За допомогою музики можна нормалізувати біоритми, забезпечити оптимальний рівень діяльності серцево-судинної системи.
Адже варто лише згадати, як солдати йдуть у бій. Споконвіку пісня була неодмінним атрибутом солдатського маршу.
Мова - найважливіший засіб мислення та спілкування людей. Мова складається з більш-менш тривалих шумів і тонів, складових групи. Оволодіння мовою відбувається ще в дитячому віці, коли дитина ще тільки слухає і намагається відтворити лише найпростіші і легко вимовлені слова: «мама» і «тато».
Закони поширення звуку.
До основних законів поширення звуку відносяться закони його відображення і заломлення на кордонах різних середовищ, а також дифракція звуку і його розсіювання при наявності перешкод та неоднорідностей у середовищі і на межах розділу середовищ.
На дальність розповсюдження звуку впливає фактор поглинання звуку, тобто незворотний перехід енергії звукової хвилі в інші види енергії, зокрема, в тепло. Важливим фактором є також спрямованість випромінювання і швидкість поширення звуку, яка залежить від середовища і її специфічного стану.
Від джерела звуку акустичні хвилі поширюються в усі сторони. Якщо звукова хвиля проходить через порівняно невеликий отвір, то вона поширюється в усі сторони, а не йде спрямованим пучком. Наприклад, вуличні звуки, що проникають через відкриту кватирку до кімнати, чути у всіх її точках, а не тільки проти вікна.
Характер поширення звукових хвиль у перешкоди залежить від співвідношення між розмірами перешкоди і довжиною хвилі. Якщо розміри перешкоди малі порівняно з довжиною хвилі, то хвиля обтікає цю перешкоду, поширюючись на всі боки.
Звукові хвилі, проникаючи з одного середовища в іншу, відхиляються від свого первісного напрямку, тобто заломлюються. Кут заломлення може бути більше або менше кута падіння. Це залежить від того, з якої середовища в яку проникає звук. Якщо швидкість звуку у другій середовищі більше, то кут заломлення буде більше кута падіння, і навпаки.
Зустрічаючи на своєму шляху перешкоду, звукові хвилі відбиваються від нього за строго певним правилом - кут відбиття дорівнює куту падіння - з цим пов'язане поняття відлуння. Якщо звук відбивається від декількох поверхонь, що знаходяться на різних відстанях, виникає багаторазове луна.
Звук поширюється у вигляді розбіжної сферичної хвилі, яка заповнює все більший об'єм. Зі збільшенням відстані, коливання частинок середовища слабшають, і звук розсіюється. Відомо, що для збільшення дальності передачі звук необхідно концентрувати в заданому напрямку. Коли ми хочемо, наприклад, щоб нас почули, ми прикладаємо долоні до рота або користуємося рупором.
Великий вплив на дальність розповсюдження звуку надає дифракція, тобто викривлення звукових променів. Чим різнорідні середовище, тим більше викривляється звуковий промінь і, відповідно, тим менше дальність поширення звуку.
Інфразвук, ультразвук, гіперзвук.
Інфразвук - пружні коливання і хвилі з частотами, що лежать нижче області чутних людиною частот. Зазвичай за верхню межу інфразвукового діапазону беруть 15-4 - Гц; таке визначення умовно, оскільки при достатній інтенсивності слухове сприйняття виникає і на частотах в одиниці Гц, хоча при цьому зникає тональний характер відчуття, і робляться помітними лише окремі цикли коливань. Нижня частотна межа інфразвуку невизначена. В даний час область його вивчення простягається вниз приблизно до 0,001 Гц. Таким чином діапазон інфразвукових частот охоплює близько 15-ти октав.
Інфразвукові хвилі поширюються в повітряному і водному середовищі, а також в земній корі (в цьому випадку їх називають сейсмічними і їх вивчає сейсмологія). До інфразвуку відносяться також низькочастотні коливання великогабаритних конструкцій, зокрема транспортних засобів, будівель.
Основна особливість інфразвуку, обумовлена його низькою частотою, - це мале поглинання. При поширенні в глибокому морі і в атмосфері на рівні землі інфразвукові хвилі частоти 10-20 Гц затухають на відстані 1000 км не більше ніж на кілька Дб (децибел). Через велику довжину хвилі на інфразвукових частотах мало і розсіювання звуку в природних середовищах; помітне розсіювання створюють лише дуже великі об'єкти - пагорби, гори, великі будинки і ін. Унаслідок малого поглинання і розсіяння інфразвук може поширюватися на дуже великі відстані. Відомо, що звуки виверження вулканів, атомних вибухів можуть багаторазово обходити навколо земної кулі, сейсмічні хвилі можуть перетинати всю товщу Землі. З цих же причин інфразвук майже неможливо ізолювати, і всі звукопоглинальні матеріали втрачають свою ефективність на інфразвукових частотах.
Джерелами інфразвуку, пов'язаними з людською діяльністю, є вибухи, гарматні постріли, ударні хвилі від надзвукових літаків, акустичне випромінювання реактивних двигунів і ін. Всякий дуже гучний звук несе з собою, як правило, і інфразвукового енергію. Характерно, що випромінюванням інфразвуку супроводжується процес мовотворення. Істотний внесок у інфразвукове забруднення середу дають транспортні шуми як аеродинамічного, так і вібраційного походження.
Встановлено, що інфразвук з високим рівнем інтенсивності (120дБ і більше) надає шкідливий вплив на людський організм. Ще більш шкідливими є інфразвукові вібрації, оскільки при їх дії можуть виникати небезпечні резонансні явища окремих органів. Потужний інфразвук може викликати руйнування та пошкодження конструкцій, обладнання. Разом з тим інфразвук внаслідок великої дальності поширення знаходить корисне практичне застосування при дослідженні океанічного середовища, верхніх шарів атмосфери, при визначенні місця виверження або вибуху. Інфразвукові хвилі, випромінювані при підводних виверженнях, дозволяють передбачити виникнення цунамі.
Ультразвук - пружні хвилі з частотами приблизно від (1,5 - 2) · 10 4 Гц (15 - 20 кГц) до 10 9 Гц (1 ГГц); область частотних хвиль від 10 9 до 10 12 - 10 13 Гц прийнято називати гіперзвуку. За частотою ультразвук зручно поділяти на 3 діапазони: ультразвук низьких частот (1,5 · 10 4 - 10 5 Гц), ультразвук середніх частот (10 5 - 10 7 Гц), область високих частот ультразвуку (10 липня - 10 9 Гц). Кожен з цих діапазонів характеризується своїми специфічними особливостями генерації, прийому, розповсюдження і застосування.
За фізичну природу ультразвук представляє собою пружні хвилі, і в цьому він не відрізняється від звуку, тому частотна межа між звуковими та ультразвуковими хвилями умовна. Однак завдяки більш високим частотам і, отже, малим довжинах хвиль, має місце ряд особливостей поширення ультразвуку.
Через малої довжини хвилі ультразвуку, характер його визначається насамперед молекулярною структурою середовища. Ультразвук в газі, і зокрема в повітрі, розповсюджується з великою загасанням. Рідини і тверді тіла представляють собою, як правило, гарні провідники ультразвуку, - загасання в них значно менше. Тому галузі використання ультразвуку середніх і високих частот ставляться майже виключно до рідин і твердих тіл, а в повітрі і в газах застосовують ультразвук тільки низьких частот.
Ультразвуковим хвилям було знайдено найбільше застосування в багатьох областях людської діяльності: в промисловості, в медицині, в побуті, ультразвук використовували для буріння нафтових свердловин і т.д. Від штучних джерел можна отримати ультразвук інтенсивністю в декілька сотень Вт / см 2.
Ультразвуки можуть видавати і сприймати такі тварини, як собаки, кішки, дельфіни, мурахи, летючі миші та ін Летючі миші під час польоту видають короткі звуки високого тону. У своєму польоті вони керуються відображеннями цих звуків від предметів, що зустрічаються на шляху; вони можуть навіть ловити комах, керуючись тільки відлунням від своєї дрібної здобичі. Кішки і собаки можуть чути дуже високі свистячі звуки (ультразвуки).
Гіперзвук - це пружні хвилі з частотами від 10 9 до 10 12 - 10 13 Гц. За фізичну природу гіперзвук нічим не відрізняється від звукових та ультразвукових хвиль. Завдяки більш високим частотам і, отже, меншою, ніж в області ультразвуку, довжинам хвиль значно більш істотними стають взаємодії гіперзвуку з квазічастинками в середовищі - з електронами провідності, тепловими фононами і ін. Гіперзвук також часто представляють як потік квазічастинок - фононів.
Область частот гіперзвуку відповідає частотам електромагнітних коливань дециметрового, сантиметрового і міліметрового діапазонів (так звані надвисокі частоти). Частота 10 вересня Гц в повітрі при нормальному атмосферному тиску і кімнатній температурі повинна бути одного порядку з довжиною вільного пробігу молекул в повітрі при цих же умовах. Однак пружні хвилі можуть поширюватися в середовищі тільки за умови, що їх довжина хвилі помітно більше довжини вільного пробігу частинок у газах або більше міжатомних відстаней у рідинах та твердих тілах. Тому в газах (зокрема в повітрі) при нормальному атмосферному тиску гіперзвукові хвилі поширюватися не можуть. У рідинах загасання гіперзвуку дуже велика і дальність розповсюдження мала. Порівняно добре гіперзвук поширюється у твердих тілах - монокристалах, особливо при низькій температурі. Але навіть в таких умовах гіперзвук здатний пройти відстань лише в 1, максимум 15 сантиметрів.
План.
1. Поширення звуку в просторі і його вплив на органи слуху людини.
2. Властивості звуку і його характеристики.
3. Шум. Музика. Йдеться.
4. Закони поширення звуку.
5. Інфразвук, ультразвук, гіперзвук.
Список використаної літератури.
1.Хорбенко Іван Григорович: «За межами чутного»; 2-е видання, 1986р ..
2.Клюкін Ігор Іванович: «Дивний світ звуку»; 2-е видання, 1986р ..
3. Кошкін М. І., Ширкевич М.Г.: «Довідник з елементарної фізики»; 10-е вид., 1988р.
4. Інтернет: онлайн-бібліотека Мошкова (www. Lib. Ru). Науково-популярна література, Фізика - онлайн-енциклопедія в 5 томах, «З», ультразвук, інфразвук, гіперзвук. http://www.physicum.narod.r u
5. Малюнок - інтернет:
http://www.melfon.ru/TOMSK/kvz.htm
Міністерство Культури Російської Федерації
Санкт-Петербурзький Державний Університет Кіно і Телебачення
Вечірнє відділення.
на тему:
«Дослідження звуку. Основні властивості слуху
людини ».
Виконала студентка групи № 7252:
...
Прийняв декан вечірнього відділення, доцент:
Тарасов Б.М.
Санкт-Петербург 2002р.
Звук - це що поширюються у пружних середовищах - газах, рідинах і твердих тілах - механічні коливання, що сприймаються органами слуху.
Тепер трохи поміркуємо. Якщо, наприклад, в горах впав камінь, а поруч не було нікого, хто міг би чути звук його падіння, існував звук чи ні? На питання можна відповісти і позитивно і негативно в рівній мірі, так як слово «звук» має подвійне значення. Тому потрібно домовитися, що саме вважати звуком - фізичне явище у вигляді поширення звукових коливань у повітрі або відчуття слухача. Перше по суті є причиною, друге наслідком, при цьому перше поняття про звук - об'єктивне, друге - суб'єктивне.
У першому випадку звук дійсно представляє собою потік енергії, що тече подібно річковому потоку. Такий звук може змінити середовище, через яку він проходить, і сам змінюється нею. У другому випадку під звуком ми розуміємо ті відчуття, які виникають у слухача при дії звукової хвилі через слуховий апарат на мозок. Чуючи звук, людина може відчувати різні почуття. Найрізноманітніші емоції викликає у нас той складний комплекс звуків, який ми називаємо музикою. Звуки складають основу мови, яка служить головним засобом спілкування в людському суспільстві. І, нарешті, існує така форма звуку, як шум. Аналіз звуку з позицій суб'єктивного сприйняття більш складний, ніж при об'єктивній оцінці.
Поширення звуку в просторі і його вплив на органи слуху людини.
При досягненні звуковою хвилею будь-якої точки простору, частки речовини, до того не здійснювали впорядкованих рухів, починають коливатися. Будь-яке рухоме тіло, в тому числі і нестійке, здатне здійснювати роботу, тобто воно має енергію. Отже, поширення звукової хвилі супроводжується поширенням енергії. Джерелом цієї енергії є нестійке тіло, яке і випромінює в навколишній простір (речовина) енергію.
Органи слуху людини здатні сприймати коливання з частотою від 15-20 герц до 16-20 тисяч герц. Механічні коливання з зазначеними частотами називаються звуковими чи акустичними (акустика - вчення про звук)
Отже, звук - це хвильової коливальний процес, що відбувається в пружному середовищі і викликає слухове відчуття. Однак сприйнятливість людини до звуків вибіркова, тому ми говоримо про чутних і нечутні звуки. Сукупність тих і інших в загальному нагадує спектр сонячних променів, в якому є видима область - від червоного до фіолетового кольору і дві невидимі - інфрачервона та ультрафіолетова. За аналогією з сонячним спектром звуки, які не сприймаються людським вухом, називаються інфразвук, ультразвук і гіперзвуку.
Що ж відбувається в органах слуху з різними системами і процесами перетворення слуху? Розглянемо будову слухового апарату людини.
Зовнішнє вухо складається з вушної раковини і слухового проходу, що з'єднують її з барабанною перетинкою. Основна функція зовнішнього вуха - визначення напрямку на джерело звуку. Слуховий прохід представляє звужується всередину трубку довжиною в два сантиметри, оберігає внутрішні частини вуха і грає роль резонатора. Слуховий прохід закінчується барабанною перетинкою - мембраною, що коливається під дією звукових хвиль. Саме тут, на зовнішній межі середнього вуха, і відбувається перетворення об'єктивного звуку в суб'єктивний. За барабанною перетинкою розташовані три маленьких з'єднаних між собою кісточки: молоточок, ковадло та стремено, за допомогою яких коливання передаються внутрішнього вуха.
Там, у слуховому нерві, вони перетворюються в електричні сигнали. Мала порожнину, де знаходиться молоточок, ковадло та стремено, наповнена повітрям і сполучена з порожниною рота євстахієвої трубою. Завдяки останній підтримується однаковий тиск на внутрішню і зовнішню сторону барабанної перетинки. Зазвичай евстахиева труба закрита, а відкривається лише при раптовому зміні тиску (при позіхань, ковтанні) для вирівнювання його. Якщо у людини евстахиева труба закрита, наприклад, у зв'язку з простудним захворюванням, то тиск не вирівнюється, і людина відчуває біль у вухах.
Далі коливання передаються від барабанної перетинки до овального вікна, яке є початком внутрішнього вуха.
Сила, що діє на барабанну перетинку, дорівнює добутку тиску на площу барабанної перетинки.
Але справжні таїнства слуху починаються з овального вікна. Звукові хвилі поширюються в рідині (перилімфі), якою наповнена равлик. Цей орган внутрішнього вуха, що формою нагадує равлика, має довжину три сантиметри і по всій довжині розділений перегородкою на дві частини. Звукові хвилі доходять до перегородки, оминають її і надалі поширюються в напрямку майже до того самого місця, де вони вперше торкнулися перегородки, але вже з іншого боку.
Перегородка равлики складається з основної мембрани, дуже товстою і тугий. Звукові коливання створюють на її поверхні хвилеподібну брижі, при цьому гребені для різної частоти лежать в цілком певних ділянках мембрани.
Механічні коливання перетворюються в електричні в спеціальному органі (органі Корті), розміщеному над верхньою частиною основної мембрани.
Над органом Корті розташована текторіальная мембрана. Обидва ці органи занурені в рідину - ендолімфа і відділені від решти частини равлики мембраною Рейснера. Волоски, що ростуть з органу Корті майже пронизують текторіальную мембрану, і при виникненні звуку вони стикаються - відбувається перетворення звуку, тепер він закодований у вигляді електричних сигналів.
Помітну роль у посиленні нашої здатності до сприйняття звуків грає шкірний покрив і кістки черепа, що зумовлено їх хорошою провідністю. Наприклад, якщо прикласти вухо до рейки, то рух поїзда, що наближається можна виявити задовго до його появи.
Властивості звуку і його характеристики.
Основні фізичні характеристики звуку - частота і інтенсивність коливань. Вони і впливають на слухове сприйняття людей.
Періодом коливання називається час, протягом якого відбувається одне повне коливання. Можна навести як приклад хитний маятник, коли він з крайнього лівого положення переміщається в крайнє праве і повертається назад у вихідне положення.
Частота коливань - це число повних коливань (періодів) за одну секунду. Цю одиницю називають герц (Гц). Чим більше частота коливань, тим вищий звук ми чуємо, тобто звук має більш високий тон. Відповідно до прийнятої міжнародної системи одиниць, 1000 Гц називається кілогерц (кГц), а 1.000.000 - мегагерцом (МГц).
Розподіл по частотах: чутні звуки - в межах 15Гц-20кГц, інфразвуки - нижче 15Гц; ультразвуки - в межах 1,5 · 10 4 - 10 9 Гц; гіперзвуку - в межах 10 9 - 10 13 Гц.
Вухо людини найбільш чутливо до звуків з частотою від 2000 до 5000 кГц. Найбільша гострота слуху спостерігається у вік 15-20 років. З віком слух погіршується.
З періодом і частотою коливань пов'язане поняття про довжину хвилі. Довжиною звукової хвилі називається відстань між двома послідовними згущення або розрідження середовища. На прикладі хвиль, які поширюються на поверхні води, - це відстань між двома гребенями.
Звуки розрізняються також за тембром. Основний тон звуку супроводжується другорядними тонами, які завжди вище за частотою (обертони). Тембр - це якісна характеристика звуку. Чим більше обертонів накладається на основний тон, тим «соковитіше» звук у музичному відношенні.
Друга основна характеристика - амплітуда коливань. Це найбільше відхилення від положення рівноваги при гармонічних коливаннях. На прикладі з маятником - максимальне відхилення його в крайнє ліве положення, або в крайнє праве положення. Амплітуда коливань визначає інтенсивність (силу) звуку.
Сила звуку, або його інтенсивність, визначається кількістю акустичної енергії, що протікає за одну секунду через площу в один квадратний сантиметр. Отже, інтенсивність акустичних хвиль залежить від величини акустичного тиску, створюваного джерелом в середовищі.
З інтенсивністю звуку в свою чергу пов'язана гучність. Чим більше інтенсивність звуку, тим він голосніше. Однак ці поняття не рівнозначні. Гучність - це міра сили слухового відчуття, що викликається звуком. Звук однакової інтенсивності може створювати у різних людей неоднакове по своїй гучності слухове сприйняття. Кожна людина володіє своїм порогом чутності.
Звуки дуже великої інтенсивності людина перестає чути і сприймає їх як відчуття тиску і навіть болю. Таку силу звуку називають порогом больового відчуття.
Шум. Музика. Йдеться.
З точки зору сприйняття органами слуху звуків, їх можна розділити в основному на три категорії: шум, музика і мова. Це різні області звукових явищ, що володіють специфічною для людини інформацією.
Шум - це безсистемне поєднання великої кількості звуків, тобто злиття всіх цих звуків в один нестрункий голос. Вважається, що шум - це категорія звуків, яка заважає людині або дратує.
Люди витримують лише певну дозу шуму. Але якщо проходить година - інший, і шум не припиняється, то з'являється напруга, нервозність і навіть біль.
Звуком можна вбити людину. У середні століття існувала навіть така кара, коли людину саджали під дзвін і починали у нього бити. Поступово дзвін вбивав людину. Але це було в середні століття. У наш час з'явилися надзвукові літаки. Якщо такий літак пролетить над містом на висоті 1000-1500 метрів, то в будинках лопнуть скла.
Музика - це особливе явище у світі звуків, але, на відміну від промови, вона не передає точних смислових або лінгвістичних значень. Емоційне насичення і приємні музичні асоціації починаються в ранньому дитинстві, коли у дитини ще словесного спілкування. Ритми й наспіви пов'язують його з матір'ю, а спів і танці є елементом спілкування в іграх. Роль музики в житті людини настільки велика, що в останні роки медицина приписує їй цілющі властивості.
За допомогою музики можна нормалізувати біоритми, забезпечити оптимальний рівень діяльності серцево-судинної системи.
Адже варто лише згадати, як солдати йдуть у бій. Споконвіку пісня була неодмінним атрибутом солдатського маршу.
Мова - найважливіший засіб мислення та спілкування людей. Мова складається з більш-менш тривалих шумів і тонів, складових групи. Оволодіння мовою відбувається ще в дитячому віці, коли дитина ще тільки слухає і намагається відтворити лише найпростіші і легко вимовлені слова: «мама» і «тато».
Закони поширення звуку.
До основних законів поширення звуку відносяться закони його відображення і заломлення на кордонах різних середовищ, а також дифракція звуку і його розсіювання при наявності перешкод та неоднорідностей у середовищі і на межах розділу середовищ.
На дальність розповсюдження звуку впливає фактор поглинання звуку, тобто незворотний перехід енергії звукової хвилі в інші види енергії, зокрема, в тепло. Важливим фактором є також спрямованість випромінювання і швидкість поширення звуку, яка залежить від середовища і її специфічного стану.
Від джерела звуку акустичні хвилі поширюються в усі сторони. Якщо звукова хвиля проходить через порівняно невеликий отвір, то вона поширюється в усі сторони, а не йде спрямованим пучком. Наприклад, вуличні звуки, що проникають через відкриту кватирку до кімнати, чути у всіх її точках, а не тільки проти вікна.
Характер поширення звукових хвиль у перешкоди залежить від співвідношення між розмірами перешкоди і довжиною хвилі. Якщо розміри перешкоди малі порівняно з довжиною хвилі, то хвиля обтікає цю перешкоду, поширюючись на всі боки.
Звукові хвилі, проникаючи з одного середовища в іншу, відхиляються від свого первісного напрямку, тобто заломлюються. Кут заломлення може бути більше або менше кута падіння. Це залежить від того, з якої середовища в яку проникає звук. Якщо швидкість звуку у другій середовищі більше, то кут заломлення буде більше кута падіння, і навпаки.
Зустрічаючи на своєму шляху перешкоду, звукові хвилі відбиваються від нього за строго певним правилом - кут відбиття дорівнює куту падіння - з цим пов'язане поняття відлуння. Якщо звук відбивається від декількох поверхонь, що знаходяться на різних відстанях, виникає багаторазове луна.
Звук поширюється у вигляді розбіжної сферичної хвилі, яка заповнює все більший об'єм. Зі збільшенням відстані, коливання частинок середовища слабшають, і звук розсіюється. Відомо, що для збільшення дальності передачі звук необхідно концентрувати в заданому напрямку. Коли ми хочемо, наприклад, щоб нас почули, ми прикладаємо долоні до рота або користуємося рупором.
Великий вплив на дальність розповсюдження звуку надає дифракція, тобто викривлення звукових променів. Чим різнорідні середовище, тим більше викривляється звуковий промінь і, відповідно, тим менше дальність поширення звуку.
Інфразвук, ультразвук, гіперзвук.
Інфразвук - пружні коливання і хвилі з частотами, що лежать нижче області чутних людиною частот. Зазвичай за верхню межу інфразвукового діапазону беруть 15-4 - Гц; таке визначення умовно, оскільки при достатній інтенсивності слухове сприйняття виникає і на частотах в одиниці Гц, хоча при цьому зникає тональний характер відчуття, і робляться помітними лише окремі цикли коливань. Нижня частотна межа інфразвуку невизначена. В даний час область його вивчення простягається вниз приблизно до 0,001 Гц. Таким чином діапазон інфразвукових частот охоплює близько 15-ти октав.
Інфразвукові хвилі поширюються в повітряному і водному середовищі, а також в земній корі (в цьому випадку їх називають сейсмічними і їх вивчає сейсмологія). До інфразвуку відносяться також низькочастотні коливання великогабаритних конструкцій, зокрема транспортних засобів, будівель.
Основна особливість інфразвуку, обумовлена його низькою частотою, - це мале поглинання. При поширенні в глибокому морі і в атмосфері на рівні землі інфразвукові хвилі частоти 10-20 Гц затухають на відстані 1000 км не більше ніж на кілька Дб (децибел). Через велику довжину хвилі на інфразвукових частотах мало і розсіювання звуку в природних середовищах; помітне розсіювання створюють лише дуже великі об'єкти - пагорби, гори, великі будинки і ін. Унаслідок малого поглинання і розсіяння інфразвук може поширюватися на дуже великі відстані. Відомо, що звуки виверження вулканів, атомних вибухів можуть багаторазово обходити навколо земної кулі, сейсмічні хвилі можуть перетинати всю товщу Землі. З цих же причин інфразвук майже неможливо ізолювати, і всі звукопоглинальні матеріали втрачають свою ефективність на інфразвукових частотах.
Джерелами інфразвуку, пов'язаними з людською діяльністю, є вибухи, гарматні постріли, ударні хвилі від надзвукових літаків, акустичне випромінювання реактивних двигунів і ін. Всякий дуже гучний звук несе з собою, як правило, і інфразвукового енергію. Характерно, що випромінюванням інфразвуку супроводжується процес мовотворення. Істотний внесок у інфразвукове забруднення середу дають транспортні шуми як аеродинамічного, так і вібраційного походження.
Встановлено, що інфразвук з високим рівнем інтенсивності (120дБ і більше) надає шкідливий вплив на людський організм. Ще більш шкідливими є інфразвукові вібрації, оскільки при їх дії можуть виникати небезпечні резонансні явища окремих органів. Потужний інфразвук може викликати руйнування та пошкодження конструкцій, обладнання. Разом з тим інфразвук внаслідок великої дальності поширення знаходить корисне практичне застосування при дослідженні океанічного середовища, верхніх шарів атмосфери, при визначенні місця виверження або вибуху. Інфразвукові хвилі, випромінювані при підводних виверженнях, дозволяють передбачити виникнення цунамі.
Ультразвук - пружні хвилі з частотами приблизно від (1,5 - 2) · 10 4 Гц (15 - 20 кГц) до 10 9 Гц (1 ГГц); область частотних хвиль від 10 9 до 10 12 - 10 13 Гц прийнято називати гіперзвуку. За частотою ультразвук зручно поділяти на 3 діапазони: ультразвук низьких частот (1,5 · 10 4 - 10 5 Гц), ультразвук середніх частот (10 5 - 10 7 Гц), область високих частот ультразвуку (10 липня - 10 9 Гц). Кожен з цих діапазонів характеризується своїми специфічними особливостями генерації, прийому, розповсюдження і застосування.
За фізичну природу ультразвук представляє собою пружні хвилі, і в цьому він не відрізняється від звуку, тому частотна межа між звуковими та ультразвуковими хвилями умовна. Однак завдяки більш високим частотам і, отже, малим довжинах хвиль, має місце ряд особливостей поширення ультразвуку.
Через малої довжини хвилі ультразвуку, характер його визначається насамперед молекулярною структурою середовища. Ультразвук в газі, і зокрема в повітрі, розповсюджується з великою загасанням. Рідини і тверді тіла представляють собою, як правило, гарні провідники ультразвуку, - загасання в них значно менше. Тому галузі використання ультразвуку середніх і високих частот ставляться майже виключно до рідин і твердих тіл, а в повітрі і в газах застосовують ультразвук тільки низьких частот.
Ультразвуковим хвилям було знайдено найбільше застосування в багатьох областях людської діяльності: в промисловості, в медицині, в побуті, ультразвук використовували для буріння нафтових свердловин і т.д. Від штучних джерел можна отримати ультразвук інтенсивністю в декілька сотень Вт / см 2.
Ультразвуки можуть видавати і сприймати такі тварини, як собаки, кішки, дельфіни, мурахи, летючі миші та ін Летючі миші під час польоту видають короткі звуки високого тону. У своєму польоті вони керуються відображеннями цих звуків від предметів, що зустрічаються на шляху; вони можуть навіть ловити комах, керуючись тільки відлунням від своєї дрібної здобичі. Кішки і собаки можуть чути дуже високі свистячі звуки (ультразвуки).
Гіперзвук - це пружні хвилі з частотами від 10 9 до 10 12 - 10 13 Гц. За фізичну природу гіперзвук нічим не відрізняється від звукових та ультразвукових хвиль. Завдяки більш високим частотам і, отже, меншою, ніж в області ультразвуку, довжинам хвиль значно більш істотними стають взаємодії гіперзвуку з квазічастинками в середовищі - з електронами провідності, тепловими фононами і ін. Гіперзвук також часто представляють як потік квазічастинок - фононів.
Область частот гіперзвуку відповідає частотам електромагнітних коливань дециметрового, сантиметрового і міліметрового діапазонів (так звані надвисокі частоти). Частота 10 вересня Гц в повітрі при нормальному атмосферному тиску і кімнатній температурі повинна бути одного порядку з довжиною вільного пробігу молекул в повітрі при цих же умовах. Однак пружні хвилі можуть поширюватися в середовищі тільки за умови, що їх довжина хвилі помітно більше довжини вільного пробігу частинок у газах або більше міжатомних відстаней у рідинах та твердих тілах. Тому в газах (зокрема в повітрі) при нормальному атмосферному тиску гіперзвукові хвилі поширюватися не можуть. У рідинах загасання гіперзвуку дуже велика і дальність розповсюдження мала. Порівняно добре гіперзвук поширюється у твердих тілах - монокристалах, особливо при низькій температурі. Але навіть в таких умовах гіперзвук здатний пройти відстань лише в 1, максимум 15 сантиметрів.
План.
1. Поширення звуку в просторі і його вплив на органи слуху людини.
2. Властивості звуку і його характеристики.
3. Шум. Музика. Йдеться.
4. Закони поширення звуку.
5. Інфразвук, ультразвук, гіперзвук.
Список використаної літератури.
1.Хорбенко Іван Григорович: «За межами чутного»; 2-е видання, 1986р ..
2.Клюкін Ігор Іванович: «Дивний світ звуку»; 2-е видання, 1986р ..
3. Кошкін М. І., Ширкевич М.Г.: «Довідник з елементарної фізики»; 10-е вид., 1988р.
4. Інтернет: онлайн-бібліотека Мошкова (www. Lib. Ru). Науково-популярна література, Фізика - онлайн-енциклопедія в 5 томах, «З», ультразвук, інфразвук, гіперзвук. http://www.physicum.narod.r u
5. Малюнок - інтернет:
http://www.melfon.ru/TOMSK/kvz.htm
Міністерство Культури Російської Федерації
Санкт-Петербурзький Державний Університет Кіно і Телебачення
Вечірнє відділення.
Контрольна робота
з дисципліни Вступ до спеціальностіна тему:
«Дослідження звуку. Основні властивості слуху
людини ».
Виконала студентка групи № 7252:
...
Прийняв декан вечірнього відділення, доцент:
Тарасов Б.М.
Санкт-Петербург 2002р.