Heli on üks meie elu komponente ja inimene kuuleb seda kõikjal. Selle nähtuse üksikasjalikumaks käsitlemiseks peame kõigepealt mõistma mõistet ennast. Selleks tuleb viidata entsüklopeediale, kus on kirjas, et "heli on elastsed lained, mis levivad mis tahes elastses keskkonnas ja tekitavad selles mehaanilisi vibratsioone". Lihtsamalt öeldes on need kuuldavad vibratsioonid mis tahes keskkonnas. Heli peamised omadused sõltuvad sellest, mis see on. Esiteks erineb levimiskiirus näiteks vees teisest keskkonnast.

Igal helianaloogil on teatud omadused (füüsilised omadused) ja omadused (nende tunnuste peegeldus inimese aistingutes). Näiteks kestus-kestvus, sagedus-kõrgus, kompositsioon-tämber jne.

Heli kiirus vees on palju suurem kui näiteks õhus. Seetõttu levib see kiiremini ja on palju kaugemal kuuldav. See juhtub vesikeskkonna suure molekulaartiheduse tõttu. See on 800 korda tihedam kui õhk ja teras. Sellest järeldub, et heli levik sõltub suuresti keskkonnast. Pöördume poole konkreetsed numbrid. Niisiis, heli kiirus vees on 1430 m/s, õhus - 331,5 m/s.

Madala sagedusega heli, näiteks müra, mida teeb laeva mootor, kostab alati veidi enne laeva vaatevälja sattumist. Selle kiirus sõltub mitmest asjast. Kui vee temperatuur tõuseb, siis loomulikult tõuseb heli kiirus vees. Sama juhtub vee soolsuse ja rõhu suurenemisega, mis suureneb veeruumi sügavuse suurenedes. Sellisel nähtusel nagu termilised kiilud võivad kiirusel olla eriline roll. Need on kohad, kus kohtuvad erineva temperatuuriga veekihid.

Ka sellistes kohtades on see erinev (erinevuse tõttu temperatuuri režiim). Ja kui helilained läbivad selliseid erineva tihedusega kihte, kaotavad nad suurema osa oma tugevusest. Termokliiniga silmitsi seistes peegeldub helilaine osaliselt ja mõnikord täielikult (peegelduse aste sõltub heli langemise nurgast), mille järel moodustub selle koha teisel küljel varjuala. Kui võtta arvesse näidet, kui heliallikas asub veeruumis termokliinist kõrgemal, siis on peaaegu võimatu kuulda midagi veelgi madalamat.

Mis on avaldatud pinna kohal, ei ole kunagi vees endas kuulda. Ja veekihi all olles juhtub vastupidi: selle kohal ei kõla. Selle ilmekaks näiteks on kaasaegsed sukeldujad. Nende kuulmine on oluliselt vähenenud, kuna vesi mõjutab ja heli suur kiirus vees vähendab liikumissuuna määramise kvaliteeti. See tuhmistab stereofoonilist heli tajumise võimet.

Veekihi all sisenevad nad inimkõrva kõige rohkem pea koljuosa luude kaudu, mitte nagu atmosfääris, kuulmekilede kaudu. Selle protsessi tulemuseks on selle tajumine üheaegselt mõlema kõrva poolt. Inimese aju ei suuda praegu eristada kohti, kust signaalid tulevad ja millise intensiivsusega. Tulemuseks on teadvuse tekkimine, et heli veereb justkui igast küljest korraga, kuigi see pole kaugeltki nii.

Lisaks ülaltoodule on helilainetel veeruumis sellised omadused nagu neeldumine, lahknemine ja hajumine. Esimene on see, kui heli tugevus soolases vees järk-järgult kaob veekeskkonna ja selles sisalduvate soolade hõõrdumise tõttu. Lahknevus väljendub heli eemaldamises selle allikast. Tundub, et see lahustub ruumis nagu valgus ja selle tulemusena langeb selle intensiivsus oluliselt. Ja kõikumised kaovad täielikult igasuguste takistuste, keskkonna ebahomogeensuse tõttu.

Kas olete kunagi mõelnud, et heli on üks silmatorkavamaid elu, tegevuse, liikumise ilminguid? Ja ka sellest, et igal helil on oma “nägu”? Ja isegi suletud silmadega, midagi nägemata, saame heli järgi vaid aimata, mis ümberringi toimub. Me suudame eristada tuttavate hääli, kuulda kahinat, möirgamist, haukumist, niitmist jne. Kõik need helid on meile lapsepõlvest tuttavad ja me suudame neid kergesti tuvastada. Veelgi enam, isegi absoluutses vaikuses kuuleme kõiki loetletud helisid oma sisemise kuulmisega. Kujutage ette, nagu see oleks tõeline.

Mis on heli?

Inimkõrva poolt tajutavad helid on üks olulisemaid meid ümbritseva maailma teabeallikaid. Mere- ja tuulekohin, lindude laul, inimeste hääled ja loomade karjed, äikesehääled, liikuvate kõrvade hääled muudavad muutuvate välistingimustega kohanemise lihtsamaks.

Kui näiteks kivi kukkus mägedes ja läheduses polnud kedagi, kes kuulis selle kukkumise häält, siis kas see heli oli olemas või mitte? Küsimusele saab vastata võrdselt nii positiivselt kui ka negatiivselt, kuna sõnal "heli" on kahekordne tähendus. Seetõttu peame kokku leppima. Seetõttu peame kokku leppima, mida peetakse heliks - füüsikaliseks nähtuseks heli levimise kujul. helivibratsioonid õhus või kuulaja tunne. on sisuliselt põhjus, teine ​​on tagajärg, samas kui esimene heli mõiste on objektiivne, teine ​​on subjektiivne.Esimesel juhul on heli tegelikult energiavoog voolab nagu jõe oja.Selline heli võib muuta keskkonda, mida see läbib, ja muutub ka ise. Teisel juhul mõistame heli abil aistinguid, mis tekivad kuulajas, kui helilaine mõjub läbi kuuldeaparaadi aju.Heli kuuldes võib inimene kogeda erinevaid tundeid.Keeruline helide kompleks, mida me nimetame muusikaks, põhjustab väga erinevaid emotsioone Helid moodustavad kõne aluse, mis on inimühiskonnas peamine suhtlusvahend. Lõpuks on olemas selline helivorm nagu müra. Hea analüüs subjektiivse taju seisukohast on keerulisem kui objektiivse hinnanguga.

Kuidas heli luua?

Kõigile helidele on omane see, et neid tekitavad kehad ehk heliallikad võnguvad (kuigi enamasti on need vibratsioonid silmale nähtamatud). Näiteks inimeste ja paljude loomade hääled tekivad nende häälepaelte vibratsiooni, tuulehelina tagajärjel. Muusikariistad, sireeni helin, tuule vile, äikesemürin on tingitud õhumasside kõikumisest.

Joonlaua näitel on sõna otseses mõttes silmadega näha, kuidas heli sünnib. Millise liigutuse teeb joonlaud, kui kinnitame ühe otsa, tõmbame teise tagasi ja vabastame? Märkame, et ta näis värisevat, kõhklevat. Selle põhjal järeldame, et heli tekib mõne objekti lühikese või pika võnkumisel.

Heli allikaks ei saa olla ainult vibreerivad objektid. Kuulide või mürskude vile lennu ajal, tuule ulumine, mürin reaktiivmootor sünnivad õhuvoolu katkestustest, mille käigus toimub ka selle harvendamine ja kokkusurumine.

Samuti saab heli võnkuvaid liigutusi märgata seadme – häälehargi abil. See on kõver metallist varras, paigaldatud resonaatorkarbile jalale. Kui lööd haamriga vastu häälehargi, siis kostab. Hoonihargi okste vibratsioon on märkamatu. Kuid neid saab tuvastada, kui viia niidi otsas riputatud väike kuul kõlavasse häälehargisse. Pall põrkab perioodiliselt, mis näitab Cameroni okste kõikumist.

Heliallika ja ümbritseva õhu vastasmõju tulemusena hakkavad õhuosakesed heliallika liikumistega ajas (või "peaaegu ajas") kokku tõmbuma ja laienema. Seejärel kanduvad õhu kui vedela keskkonna omaduste tõttu vibratsioonid ühelt õhuosakelt teisele.

Helilainete levimise selgituse poole

Selle tulemusel kanduvad vibratsioonid läbi õhu üle vahemaa, st heli või akustiline laine ehk lihtsalt heli levib õhus. Inimkõrva jõudev heli omakorda ergastab oma tundlikes piirkondades vibratsioone, mida me tajume kõne, muusika, müra jne kujul (olenevalt heli omadustest, mille dikteerib selle allika olemus ).

Helilainete levik

Kas on võimalik näha, kuidas heli "jookseb"? Läbipaistvas õhus või vees on osakeste endi võnkumised märkamatud. Kuid on lihtne leida näide, mis ütleb teile, mis juhtub heli levimisel.

Helilainete levimise vajalik tingimus on materiaalse keskkonna olemasolu.

Vaakumis helilained ei levi, kuna puuduvad vibratsiooniallikast vastasmõju edastavad osakesed.

Seetõttu valitseb Kuul atmosfääri puudumise tõttu täielik vaikus. Isegi meteoriidi kukkumine selle pinnale pole vaatlejale kuuldav.

Helilainete levimiskiiruse määrab osakeste vahelise interaktsiooni ülekandekiirus.

Heli kiirus on helilainete levimise kiirus keskkonnas. Gaasi puhul osutub heli kiirus molekulide termilise kiiruse suurusjärgus (täpsemalt mõnevõrra väiksemaks) ja seetõttu suureneb gaasi temperatuuri tõustes. Mida suurem on aine molekulide interaktsiooni potentsiaalne energia, seda suurem on heli kiirus, seega ka heli kiirus vedelikus, mis omakorda ületab heli kiirust gaasis. Näiteks merevees on heli kiirus 1513 m/s. Terases, kus põik- ja pikilained võivad levida, on nende levimiskiirus erinev. Ristlained levivad kiirusega 3300 m/s, pikisuunalised aga kiirusega 6600 m/s.

Heli kiirus mis tahes keskkonnas arvutatakse järgmise valemiga:

kus β on söötme adiabaatiline kokkusurutavus; ρ - tihedus.

Helilainete levimise seadused

Heli levimise põhiseaduste hulka kuuluvad selle peegelduse ja murdumise seadused erinevate meediumite piiridel, samuti heli difraktsioon ja hajumine takistuste ja ebahomogeensuse olemasolul keskkonnas ja meediumite vahelistel liidestel.

Heli levimiskaugust mõjutab helineeldumistegur, st helilaine energia pöördumatu ülekandumine muudesse energialiikidesse, eriti soojusesse. Oluline tegur on ka kiirguse suund ja heli levimise kiirus, mis sõltub keskkonnast ja selle spetsiifilisest olekust.

Akustilised lained levivad heliallikast igas suunas. Kui helilaine läbib suhteliselt väikese augu, siis see levib igas suunas, mitte ei lähe suunatud kiiresse. Näiteks tänavahelid, mis läbi avatud akna tuppa tungivad, kostuvad selle kõigis punktides, mitte ainult vastu akent.

Helilainete levimise iseloom takistusel sõltub takistuse mõõtmete ja lainepikkuse suhtest. Kui takistuse mõõtmed on lainepikkusega võrreldes väikesed, siis laine voolab ümber selle takistuse, levides igas suunas.

Helilained, mis tungivad ühest keskkonnast teise, kalduvad oma algsest suunast kõrvale, see tähendab, et nad murduvad. Murdumisnurk võib olla langemisnurgast suurem või väiksem. See sõltub meediumist, millest heli tungib. Kui heli kiirus teises keskkonnas on suurem, on murdumisnurk suurem kui langemisnurk ja vastupidi.

Kohtades oma teel takistust, peegelduvad helilained sellelt rangelt teatud reegel- peegeldusnurk võrdub langemisnurgaga - sellega seostub kaja mõiste. Kui heli peegeldub mitmelt pinnalt erinevatel kaugustel, tekib mitu kaja.

Heli levib lahkneva sfäärilise laine kujul, mis täidab üha suurema helitugevuse. Vahemaa suurenedes nõrgenevad keskkonna osakeste võnkumised ja heli hajub. Teatavasti tuleb edastuskauguse suurendamiseks heli koondada etteantud suunas. Kui tahame, et meid näiteks kuuldakse, paneme käed suu juurde või kasutame huulikut.

Difraktsioonil ehk helikiirte paindumisel on suur mõju heli leviku ulatusele. Mida heterogeensem on meedium, seda rohkem on helikiir painutatud ja vastavalt sellele lühem on heli levimiskaugus.

Heli omadused ja omadused

Heli peamised füüsikalised omadused on vibratsiooni sagedus ja intensiivsus. Need mõjutavad ka inimeste kuulmisvõimet.

Võnkeperiood on aeg, mille jooksul toimub üks täielik võnkumine. Näitena võib tuua õõtsuva pendli, kui see liigub vasakpoolsest äärmisest asendist äärmisse parempoolsesse asendisse ja naaseb algsesse asendisse.

Võnkesagedus on täielike võnkumiste (perioodide) arv ühes sekundis. Seda ühikut nimetatakse hertsiks (Hz). Mida kõrgem on võnkesagedus, seda kõrgemat heli kuuleme ehk helil on kõrgem toon. Vastavalt aktsepteeritud rahvusvaheline süsteemühikut, 1000 Hz nimetatakse kilohertsiks (kHz) ja 1 000 000 nimetatakse megahertsiks (MHz).

Sagedusjaotus: kuuldavad helid - vahemikus 15Hz-20kHz, infrahelid - alla 15Hz; ultraheli – 1,5 (104–109 Hz; hüperheli – 109–1013 Hz) piires.

Inimkõrv on kõige tundlikum helide suhtes, mille sagedus on 2000–5000 kHz. Suurimat kuulmistravust täheldatakse vanuses 15-20 aastat. Kuulmine halveneb vanusega.

Lainepikkuse mõiste on seotud võnkumiste perioodi ja sagedusega. Helilaine pikkus on kaugus keskkonna kahe järjestikuse kontsentratsiooni või harulduse vahel. Veepinnal levivate lainete näitel on see kahe harja vaheline kaugus.

Helid erinevad ka tämbri poolest. Heli põhitooni saadavad sekundaarsed toonid, mis on alati kõrgema sagedusega (ületoonid). Tämber on heli kvalitatiivne omadus. Mida rohkem ülemtoone põhitoonile peale kantakse, seda "mahlasem" kõlab muusikaliselt.

Teine põhitunnus on võnkumiste amplituud. See on harmooniliste vibratsioonide suurim kõrvalekalle tasakaaluasendist. Pendli näitel - selle maksimaalne kõrvalekalle vasakpoolsesse äärmisse asendisse või äärmisse parempoolsesse asendisse. Võnkumiste amplituud määrab heli intensiivsuse (tugevuse).

Heli tugevuse ehk selle intensiivsuse määrab akustilise energia hulk, mis voolab ühes sekundis läbi ühe ruutsentimeetri suuruse ala. Järelikult sõltub akustiliste lainete intensiivsus allika poolt keskkonnas tekitatava akustilise rõhu suurusest.

Helitugevus on omakorda seotud heli intensiivsusega. Mida suurem on heli intensiivsus, seda valjem see on. Need mõisted ei ole aga samaväärsed. Helitugevus on heli tekitatud kuulmisaistingu tugevuse mõõt. Sama intensiivsusega heli võib tekitada erinevates inimestes erinevaid kuulmistunnetusi. Igal inimesel on oma kuulmislävi.

Inimene ei kuule enam väga tugevaid helisid ja tajub neid kui survet ja isegi valu. Seda heli tugevust nimetatakse valuläveks.

Heli mõju inimese kõrvale

Inimese kuulmisorganid on võimelised tajuma vibratsioone sagedusega 15-20 hertsi kuni 16-20 tuhat hertsi. Näidatud sagedustega mehaanilisi vibratsioone nimetatakse helideks või akustilisteks (akustika - heli uurimine).Inimese kõrv on kõige tundlikum helide suhtes, mille sagedus on 1000 kuni 3000 Hz. Suurimat kuulmisteravust täheldatakse vanuses 15-20 aastat. Kuulmine halveneb vanusega. Alla 40-aastasel inimesel on suurim tundlikkus 3000 Hz, 40-60-aastastel - 2000 Hz, üle 60-aastastel - 1000 Hz. Vahemikus kuni 500 Hz suudame eristada sageduse vähenemist või suurenemist isegi 1 Hz. Kõrgematel sagedustel muutub meie kuuldeaparaat selle väikese sageduse muutuse suhtes vähem vastuvõtlikuks. Seega saame pärast 2000 Hz üht heli teisest eristada ainult siis, kui sageduste erinevus on vähemalt 5 Hz. Väiksema erinevusega tunduvad helid meile samad. Siiski pole peaaegu mingeid reegleid ilma eranditeta. On inimesi, kellel on ebatavaliselt hea kuulmine. Andekas muusik suudab heli muutust tuvastada vaid murdosa vibratsioonist.

Väliskõrv koosneb auriklist ja kuulmekäigust, mis ühendavad selle kuulmekilega. Väliskõrva põhiülesanne on määrata heliallika suund. Kõrvakäik, mis on kahe sentimeetri pikkune sissepoole kitsenev toru, kaitseb kõrva sisemisi osi ja toimib resonaatorina. Kuulmekäik lõpeb kuulmekile – membraaniga, mis vibreerib helilainete toimel. Just siin, keskkõrva välispiiril, toimub objektiivse heli muutumine subjektiivseks. Kuulmekile taga on kolm väikest omavahel ühendatud luu: vasar, alasi ja jalus, mille kaudu edastatakse vibratsioon sisekõrva.

Seal, kuulmisnärvis, muundatakse need elektrilisteks signaalideks. Väike õõnsus, kus asuvad haamer, alasi ja jalus, on täidetud õhuga ja on Eustachia toru kaudu ühendatud suuõõnega. Tänu viimasele säilib sama rõhk kuulmekile sise- ja välisküljel. Tavaliselt on Eustachia toru suletud ja avaneb ainult järsu rõhumuutuse korral (haigutamisel, neelamisel), et seda võrdsustada. Kui inimesel on Eustachia toru suletud näiteks külmetuse tõttu, siis rõhk ei ühtlustu ning inimene tunneb kõrvades valu. Edasi kanduvad vibratsioonid trummikilelt ovaalsesse aknasse, mis on sisekõrva algus. Trummi membraanile mõjuv jõud on võrdne rõhu ja trummikile pindala korrutisega. Kuid tõelised kuulmise saladused saavad alguse ovaalsest aknast. Helilained levivad vedelikus (perilümfis), mis täidab kochlea. See sisekõrva sisekõrva elund, mis on kujundatud kõrvuni, on kolm sentimeetrit pikk ja on kogu pikkuses vaheseinaga jagatud kaheks osaks. Helilained jõuavad vaheseinani, lähevad selle ümber ja levivad seejärel peaaegu samasse kohta, kus nad esimest korda vaheseina puudutasid, kuid teiselt poolt. Sisekõrva vahesein koosneb basaalmembraanist, mis on väga paks ja pingul. Helivõnked tekitavad selle pinnal lainelisi lainetusi, samal ajal kui erinevate sageduste ribid asuvad membraani täielikult määratletud osades. Mehaanilised vibratsioonid muudetakse elektrilisteks vibratsioonideks spetsiaalses organis (Corti organ), mis asub põhimembraani ülemise osa kohal. Tektorimembraan asub Corti elundi kohal. Mõlemad elundid on sukeldatud vedelikku – endolümfi – ja eraldatakse ülejäänud sisekõrvast Reissneri membraaniga. Elundist Corti kasvavad karvad tungivad peaaegu läbi tektoriaalse membraani ja kui heli tekib, siis nad puudutavad - heli muundub, nüüd kodeeritakse see elektriliste signaalide kujul. Olulist rolli meie helide tajumise võime tugevdamisel mängivad head juhtivuse tõttu kolju nahk ja luud. Näiteks kui paned oma kõrva rööpa külge, siis saab läheneva rongi liikumist tuvastada ammu enne selle ilmumist.

Heli mõju inimkehale

Viimastel aastakümnetel on nende arv järsult kasvanud erinevat tüüpi autod ja muud müraallikad, sageli suure helitugevusega sisse lülitatud kaasaskantavate raadiote ja magnetofonide levik ning kirg valju populaarse muusika vastu. Märgitakse, et linnades tõuseb müratase iga 5-10 aasta järel 5 dB (detsibelli) võrra. Tuleb meeles pidada, et inimese kaugete esivanemate jaoks oli müra häiresignaal, mis viitas ohu võimalusele. Samal ajal muutusid kiiresti sümpaatiline-neerupealiste ja kardiovaskulaarsüsteem, gaasivahetus ja muud tüüpi ainevahetus (veresuhkru ja kolesterooli tase tõusis), valmistades keha ette võitluseks või põgenemiseks. Kuigi tänapäeva inimeses on see kuulmise funktsioon kaotanud sellise praktilise tähtsuse, on säilinud "olelusvõitluse vegetatiivsed reaktsioonid". Niisiis, isegi lühiajaline müra 60-90 dB põhjustab hüpofüüsi hormoonide sekretsiooni suurenemist, mis stimuleerivad paljude teiste hormoonide, eriti katehhoolamiinide (adrenaliin ja noradrenaliin) tootmist, südame töö, veresooned suurenevad. kitsas ja arteriaalne rõhk(PÕRGUS). Samal ajal märgiti, et kõige tugevamat vererõhu tõusu täheldatakse hüpertensiooniga patsientidel ja inimestel, kellel on selle pärilik eelsoodumus. Müra mõjul on ajutegevus häiritud: muutub elektroentsefalogrammi iseloom, väheneb taju teravus ja vaimne jõudlus. Toimus seedimise halvenemine. On teada, et pikaajaline kokkupuude mürarikka keskkonnaga põhjustab kuulmislangust. Olenevalt individuaalsest tundlikkusest hindavad inimesed erinevalt müra ebameeldivaks ja häirivaks. Samas saab kuulajat huvitavat muusikat ja kõnet isegi 40-80 dB juures suhteliselt lihtsalt üle kanda. Tavaliselt tajub kuulmine kõikumisi vahemikus 16-20000 Hz (võnkumisi sekundis). Oluline on seda rõhutada tagasilöök ei põhjusta mitte ainult liigset müra kuuldavas võnkevahemikus: ultra- ja infraheli inimese kuulmisega mittetajutavates vahemikes (üle 20 tuhande Hz ja alla 16 Hz) põhjustab ka närvipinget, halb enesetunne, pearinglus, muutused siseorganite aktiivsuses. , eriti närvi- ja kardiovaskulaarsüsteem. On kindlaks tehtud, et suurte rahvusvaheliste lennujaamade läheduses asuvate piirkondade elanikel on hüpertensiooni esinemissagedus selgelt suurem kui sama linna vaiksemas piirkonnas. Liigne müra (üle 80 dB) ei mõjuta mitte ainult kuulmisorganeid, vaid ka teisi organeid ja süsteeme (vereringe, seedetrakt, närvisüsteem jne), elutähtsad protsessid on häiritud, energiavahetus hakkab plastikust üle domineerima, mis toob kaasa kuulmisorganite enneaegse vananemise. keha .

Nende tähelepanekute-avastustega hakkasid ilmnema meetodid inimese sihipäraseks mõjutamiseks. Inimese meelt ja käitumist saate mõjutada mitmel viisil, millest üks nõuab spetsiaalset varustust (tehnotroonilised tehnikad, zombistamine.).

Heliisolatsioon

Ehitiste mürakaitse aste määratakse eelkõige selle otstarbega ruumide lubatud müra normidega. Püsimüra normaliseeritud parameetriteks arvutuspunktides on helirõhutasemed L, dB, oktaavi sagedusribades, mille geomeetrilised keskmised sagedused on 63, 125, 250, 500, 1000, 2000, 4000, 8000 Hz. Ligikaudsete arvutuste tegemiseks on lubatud kasutada helitasemeid LA, dBA. Katkendliku müra normaliseeritud parameetrid projekteerimispunktides on ekvivalentsed helitasemed LA eq, dBA ja maksimaalsed helitasemed LA max, dBA.

Lubatud helirõhutasemed (võrdväärsed helirõhutasemed) on standarditud SNiP II-12-77 "Mürakaitsega".

Tuleb meeles pidada, et ruumide välistest allikatest lähtuva müra lubatud tasemed kehtestatakse ruumide normatiivse ventilatsiooni tagamisel (eluruumide, palatite, klasside jaoks - avatud akende, ahtritega, kitsaste aknatiibadega).

Õhumürast eraldamine on helienergia sumbumine, kui see edastatakse läbi aia.

Elamute ja ühiskondlike hoonete, samuti abihoonete ja tööstusettevõtete ruumide heliisolatsiooni standarditud parameetrid on piirdekonstruktsiooni õhuheliisolatsiooni indeks Rw, dB ja laealuse löögimüra taseme indeks.

Müra. Muusika. Kõne.

Kuulmisorganite poolt helide tajumise seisukohalt võib need jagada peamiselt kolme kategooriasse: müra, muusika ja kõne. Need on erinevad helinähtuste valdkonnad, millel on inimesele omane info.

Müra on ebasüstemaatiline kombinatsioon suur hulk helid ehk kõigi nende helide sulandumine üheks ebakõlaks hääleks. Arvatakse, et müra on helide kategooria, mis inimest häirib või häirib.

Inimene suudab taluda vaid teatud müra. Aga kui möödub tund - teine ​​ja müra ei lõpe, siis on pinge, närvilisus ja isegi valu.

Heli võib inimese tappa. Keskajal oli isegi selline hukkamine, kui inimene pandi kella alla ja teda hakati peksma. Järk-järgult tappis kellahelin inimese. Aga see oli keskajal. Meie ajal on ilmunud ülehelikiirusega lennukid. Kui selline lennuk lendab üle linna 1000-1500 meetri kõrgusel, siis lähevad majadel aknad lõhki.

Muusika on helide maailmas eriline nähtus, kuid erinevalt kõnest ei anna see edasi täpseid semantilisi ega keelelisi tähendusi. Emotsionaalne küllastumine ja meeldivad muusikalised assotsiatsioonid saavad alguse juba varases lapsepõlves, mil lapsel on veel verbaalne suhtlus. Rütmid ja laulud ühendavad teda emaga ning laulmine ja tants on mängudes suhtlemise element. Muusika roll inimese elus on nii suur, et viimastel aastatel on meditsiin omistanud sellele raviomadusi. Muusika abil saate normaliseerida biorütme, tagada südame-veresoonkonna süsteemi optimaalne aktiivsus. Kuid tuleb vaid meeles pidada, kuidas sõdurid lahingusse lähevad. Laul on aegade algusest olnud sõduri marsi asendamatu atribuut.

Infraheli ja ultraheli

Kas heliks on võimalik nimetada seda, mida me üldse ei kuule? Mis siis, kui me ei kuule? Kas need helid pole enam kellelegi ega millelegi kättesaadavad?

Näiteks helisid, mille sagedus on alla 16 hertsi, nimetatakse infraheliks.

Infraheli – elastsed vibratsioonid ja lained, mille sagedus jääb allapoole inimesele kuuldavat sagedusvahemikku. Tavaliselt võetakse infrahelivahemiku ülempiiriks 15-4 Hz; selline definitsioon on tinglik, kuna piisava intensiivsusega tekib kuulmistaju ka mõne Hz sagedustel, kuigi sel juhul kaob aistingu tonaalne iseloom ja eristuvad vaid üksikud võnketsüklid. Infraheli alumine sageduspiir on ebakindel. Praegu ulatub selle uurimisvaldkond umbes 0,001 Hz-ni. Seega hõlmab infraheli sageduste ulatus umbes 15 oktaavi.

Infrahelilained levivad nii õhus ja vees kui ka sees maakoor. Infraheli alla kuuluvad ka suurte ehitiste, eelkõige sõidukite, hoonete madalsageduslikud vibratsioonid.

Ja kuigi meie kõrvad ei "püüa" selliseid vibratsioone, siis mingil moel inimene siiski tajub neid. Sel juhul kogeme ebameeldivaid ja mõnikord ka häirivaid aistinguid.

Juba ammu on täheldatud, et mõned loomad on palju enne meest tunda ohutunnet. Nad reageerivad eelnevalt kaugele orkaanile või eelseisvale maavärinale. Teisalt on teadlased avastanud, et looduses toimuvate katastroofiliste sündmuste ajal tekib infraheli – madalsageduslikud vibratsioonid õhus. See tekitas hüpoteese, et loomad tajuvad tänu oma teravatele meeltele selliseid signaale varem kui inimesed.

Kahjuks toodavad infraheli paljud masinad ja tööstusettevõtted. Kui see juhtub näiteks autos või lennukis, siis mõne aja pärast on piloodid või juhid ärevil, väsivad kiiremini ja see võib põhjustada õnnetuse.

Need teevad infrahelimasinates müra ja siis on nendega raskem töötada. Ja kõigil teie ümber on raske. Pole parem, kui see elumajas infraheli ventilatsiooniga “ümiseb”. Tundub, et see on kuuldamatu, kuid inimesed ärrituvad ja võivad isegi haigeks jääda. Infraheliraskustest vabanemine võimaldab spetsiaalse "testi", mille iga seade peab läbima. Kui see "helib" infraheli tsoonis, ei saa see inimestele juurdepääsu.

Kuidas nimetatakse väga kõrget helikõrgust? Selline kriuks, mis on meie kõrva jaoks kättesaamatu? See on ultraheli. Ultraheli – elastsed lained sagedustega ligikaudu (1,5–2) (104 Hz (15–20 kHz) kuni 109 Hz (1 GHz); sageduslainete piirkonda 109–1012–1013 Hz nimetatakse tavaliselt hüperheliks. ultraheli on mugavalt jagatud 3 vahemikku: madala sagedusega ultraheli (1,5 (104 - 105 Hz), keskmise sagedusega ultraheli (105 - 107 Hz), kõrgsagedusega ultraheli (107 - 109 Hz). Kõiki neid vahemikke iseloomustab oma spetsiifiline genereerimise, vastuvõtmise, levitamise ja rakendamise omadused.

Füüsikaliselt on ultraheli elastsed lained ja selles ei erine see helist, seetõttu on heli ja ultraheli lainete sageduspiir tingimuslik. Kõrgemate sageduste ja sellest tulenevalt lühikeste lainepikkuste tõttu on aga ultraheli levimisel mitmeid iseärasusi.

Ultraheli lühikese lainepikkuse tõttu määrab selle olemuse eelkõige keskkonna molekulaarstruktuur. Ultraheli gaasis ja eriti õhus levib suure sumbumisega. Vedelikud ja tahked ained on reeglina head ultrahelijuhid - nende sumbumine on palju väiksem.

Inimese kõrv ei ole võimeline ultrahelilaineid tajuma. Paljud loomad tajuvad seda aga vabalt. Need on muu hulgas koerad, keda me nii hästi tunneme. Kuid kahjuks ei saa koerad ultraheliga "haukuda". Aga nahkhiired ja delfiinidel on hämmastav võime nii ultraheli kiirata kui ka vastu võtta.

Hüperheli on elastsed lained sagedustega 109–1012–1013 Hz. Füüsilise olemuse poolest ei erine hüperheli heli- ja ultrahelilainetest. Kõrgemate sageduste ja sellest tulenevalt lühemate lainepikkuste tõttu kui ultraheli valdkonnas muutuvad hüperheli interaktsioonid keskkonnas olevate kvaasiosakestega palju olulisemaks - juhtivuselektronide, termiliste foononitega jne. Hüperheli kujutatakse sageli ka kvaasiosakeste voona. - fonoonid.

Hüperheli sagedusvahemik vastab detsimeetri, sentimeetri ja millimeetri vahemike elektromagnetiliste võnkumiste sagedustele (nn ülikõrged sagedused). Sagedus 109 Hz õhus tavaolukorras atmosfääri rõhk ja toatemperatuur peaks olema samas suurusjärgus kui molekulide keskmine vaba tee samadel tingimustel õhus. Kuid elastsed lained saavad keskkonnas levida ainult siis, kui nende lainepikkus on märgatavalt suurem kui osakeste vaba tee gaasides või suurem kui aatomitevahelised kaugused vedelikes ja tahketes ainetes. Seetõttu ei saa hüperheli lained normaalsel atmosfäärirõhul gaasides (eriti õhus) levida. Vedelikes on hüperheli sumbumine väga suur ja levimisulatus lühike. Hüperheli levib suhteliselt hästi tahketes ainetes – üksikkristallides, eriti madalatel temperatuuridel. Kuid isegi sellistes tingimustes on hüperheli võimeline katma vaid 1, maksimaalselt 15 sentimeetrit.

Heli on kuulmisorganite poolt tajutav elastses keskkonnas – gaasides, vedelikes ja tahketes ainetes – leviv mehaaniline vibratsioon.

Spetsiaalsete instrumentide abil saab näha helilainete levikut.

Helilained võivad kahjustada inimeste tervist ja vastupidi, aidata ravida vaevusi, oleneb heli tüübist.

Selgub, et on helisid, mida inimkõrv ei taju.

Bibliograafia

Perõškin A. V., Gutnik E. M. Füüsika 9. klass

Kasjanov V. A. Füüsika 10. klass

Leonov A. A "Ma tunnen maailma" Det. entsüklopeedia. Füüsika

Peatükk 2. Akustiline müra ja selle mõju inimesele

Eesmärk: uurida akustilise müra mõju inimkehale.

Sissejuhatus

Maailm meie ümber on ilus helide maailm. Meie ümber on inimeste ja loomade hääled, muusika ja tuulekohin, lindude laul. Inimesed edastavad infot kõne kaudu ja kuulmise abil tajutakse seda. Loomade jaoks pole heli vähem oluline ja mõnes mõttes olulisem, sest nende kuulmine on rohkem arenenud.

Füüsika seisukohalt on heli mehaanilised võnked, mis levivad elastses keskkonnas: vees, õhus, tahkes kehas jne. Inimese võime helivõnke tajuda, neid kuulata kajastub helivõnke nimetuses. heliõpetus – akustika (kreeka keelest akustikos – kuuldav, kuuldav). Helitunne meie kuulmisorganites tekib perioodiliste õhurõhu muutustega. Suure helirõhu muutuse amplituudiga helilaineid tajub inimkõrv valju helina, helirõhu muutumise väikese amplituudiga - nagu vaiksed helid. Heli tugevus sõltub vibratsiooni amplituudist. Heli tugevus sõltub ka selle kestusest ja sellest individuaalsed omadused kuulaja.

Kõrgsageduslikke helivibratsioone nimetatakse kõrgeteks helideks ja madala sagedusega helivibratsioone madalateks helideks.

Inimese kuulmisorganid on võimelised tajuma helisid sagedusega ligikaudu 20 Hz kuni 20 000 Hz. Pikisuunalisi laineid keskkonnas rõhumuutuse sagedusega alla 20 Hz nimetatakse infraheliks, sagedusega üle 20 000 Hz - ultraheliks. Inimese kõrv infraheli ja ultraheli ei taju, s.t ei kuule. Tuleb märkida, et helivahemiku näidatud piirid on meelevaldsed, kuna need sõltuvad inimeste vanusest ja nende heliaparaadi individuaalsetest omadustest. Tavaliselt väheneb vanuse kasvades tajutavate helide sageduse ülemine piir oluliselt – mõned vanemad inimesed kuulevad helisid, mille sagedus ei ületa 6000 Hz. Lapsed, vastupidi, tajuvad helisid, mille sagedus on veidi üle 20 000 Hz.

Mõned loomad kuulevad võnkumisi, mille sagedus on suurem kui 20 000 Hz või alla 20 Hz.

Füsioloogilise akustika uurimisobjektiks on kuulmisorgan ise, selle struktuur ja tegevus. Arhitektuurne akustika uurib heli levimist ruumides, suuruste ja kujundite mõju helile, seinu ja lagesid katvate materjalide omadusi. See viitab heli kuuldavale tajule.

Samuti on muusikaline akustika, mis uurib muusikariistu ja nende parima kõla tingimusi. Füüsiline akustika tegeleb helivibratsioonide enda ja muuga viimastel aegadel omaks võetud ja kuuldavuse piiridest väljapoole jäävad kõikumised (ultraakustika). See kasutab laialdaselt mitmesuguseid meetodeid mehaaniliste vibratsioonide muundamiseks elektrilisteks vibratsioonideks ja vastupidi (elektroakustika).

Ajaloo viide

Helisid hakati uurima antiikajal, kuna inimest iseloomustab huvi kõige uue vastu. Esimesed akustilised vaatlused tehti 6. sajandil eKr. Pythagoras lõi seose helikõrguse ja häält tekitava pika keele või trompeti vahel.

4. sajandil eKr sai Aristoteles esimesena õigesti aru, kuidas heli õhus levib. Ta ütles, et kõlav keha põhjustab õhu kokkusurumist ja hõrenemist, kaja seletati heli peegeldumisega takistustelt.

15. sajandil sõnastas Leonardo da Vinci põhimõtte helilainete sõltumatuse kohta erinevatest allikatest.

1660. aastal tõestati Robert Boyle'i katsetes, et õhk on helijuht (heli ei levi vaakumis).

Aastatel 1700-1707. Joseph Saveuri memuaarid akustika kohta avaldas Pariisi Teaduste Akadeemia. Nendes memuaarides käsitleb Saver orelidisaineritele hästi tuntud nähtust: kui kaks orelipilli toovad korraga välja kaks heli, mille kõrgus on vaid veidi erinev, siis kõlavad perioodilised helivõimendused, sarnased trummipõrinaga. Saver selgitas seda nähtust mõlema heli võnkumiste perioodilise kokkulangemisega. Kui näiteks üks kahest helist vastab 32 vibratsioonile sekundis ja teine ​​40 vibratsioonile, siis esimese heli neljanda vibratsiooni lõpp langeb kokku teise heli viienda vibratsiooni lõpuga ja seega heli võimendub. Orelipillide juurest liikus Saver edasi eksperimentaalsele keelpillivõngete uurimisele, vaadeldes vibratsioonisõlmesid ja antinoodi (need teaduses siiani eksisteerivad nimetused võttis ta kasutusele) ning märkas ka seda, et kui keel on ergastatud, siis koos põhinoot, muud noodid, mille pikkus on ½, 1/3, ¼,. peamisest. Ta nimetas neid noote kõrgeimateks harmoonilisteks toonideks ja see nimi oli määratud teadusesse jääma. Lõpuks püüdis Saver esimesena määrata vibratsiooni helina tajumise piiri: madalate helide puhul märkis ta piiriks 25 vibratsiooni sekundis ja kõrgete puhul - 12 800. Seejärel Newton nende põhjal. eksperimentaalne töö Saveur tegi esimese arvutuse heli lainepikkuse kohta ja jõudis nüüdseks füüsikas hästi tuntud järeldusele, et mis tahes avatud toru puhul on väljastatava heli lainepikkus võrdne toru kahekordse pikkusega.

Heliallikad ja nende olemus

Kõigile helidele on omane see, et neid tekitavad kehad ehk heliallikad võnguvad. Kõigile on tuttavad helid, mis tekivad, kui trummi kohale venitatud nahk liigub, mere lained, tuules õõtsuvad oksad. Kõik need erinevad üksteisest. Iga üksiku heli "värv" sõltub rangelt liikumisest, mille tõttu see tekib. Nii et kui võnkuv liikumine on ülikiire, sisaldab heli kõrgsageduslikke vibratsioone. Aeglasem võnkuv liikumine tekitab madalama sagedusega heli. Erinevad katsed näitavad, et igasugune heliallikas tingimata võngub (kuigi enamasti pole need võnked silmaga märgatavad). Näiteks inimeste ja paljude loomade hääled tekivad nende häälepaelte vibratsiooni, puhkpillide heli, sireeni heli, tuule vile ja äikese tõttu. õhumasside kõikumiste tõttu.

Kuid mitte iga võnkuv keha pole heliallikas. Näiteks keermele või vedrule riputatud vibreeriv raskus ei tee häält.

Võnkumiste kordumise sagedust mõõdetakse hertsides (või tsüklites sekundis); 1 Hz on sellise perioodilise võnke sagedus, periood on 1 s. Pange tähele, et just sagedus on omadus, mis võimaldab meil üht heli teisest eristada.

Uuringud on näidanud, et inimkõrv suudab helina tajuda kehade mehaanilisi vibratsioone, mis tekivad sagedusel 20 Hz kuni 20 000 Hz. Väga kiire, üle 20 000 Hz või väga aeglase, alla 20 Hz helivibratsiooniga me ei kuule. Seetõttu vajame spetsiaalseid seadmeid, et registreerida helisid, mis jäävad väljaspool inimkõrva tajutavat sageduspiiri.

Kui võnkeliikumise kiirus määrab heli sageduse, siis selle suurus (ruumi suurus) on valjus. Kui sellist ratast pöörata suurel kiirusel, tekib kõrge sagedusega toon, aeglasem pöörlemine tekitab madalama sagedusega tooni. Veelgi enam, mida väiksemad on ratta hambad (nagu on näidatud punktiirjoonega), seda nõrgem on heli ja mida suuremad on hambad, st mida rohkem need põhjustavad plaadi kõrvalekaldumist, seda valjem on heli. Seega võime märkida veel üht heli omadust - selle valjust (intensiivsust).

Ei saa mainimata jätta sellist heli omadust nagu kvaliteet. Kvaliteet on tihedalt seotud struktuuriga, mis võib muutuda liiga keerulisest äärmiselt lihtsaks. Resonaatori toetatud häälestushargi toon on väga lihtsa ülesehitusega, kuna sisaldab ainult ühte sagedust, mille väärtus sõltub ainult häälekahvli konstruktsioonist. Sel juhul võib hääletuskahvli heli olla nii tugev kui nõrk.

Saate luua keerulisi helisid, nii et näiteks paljud sagedused sisaldavad oreli akordi heli. Isegi mandoliini keele kõla on üsna keeruline. See on tingitud asjaolust, et venitatud string võngub mitte ainult põhisagedusega (nagu häälehark), vaid ka teiste sagedustega. Need genereerivad lisatoone (harmoonikuid), mille sagedused on põhitooni sagedusest terve arv kordi suuremad.

Sageduse mõistet on müra suhtes ebaseaduslik kohaldada, kuigi saame rääkida mõnest selle sagedusalast, kuna just need eristavad üht müra teisest. Müraspektrit ei saa enam esitada ühe või mitme joonega, nagu monokromaatilise signaali või paljusid harmoonilisi sisaldava perioodilise laine puhul. Seda on kujutatud terve reana

Mõnede helide, eriti muusikaliste helide sagedusstruktuur on selline, et kõik ülemtoonid on põhitooni suhtes harmoonilised; sellistel juhtudel öeldakse, et helidel on kõrgus (määratud helikõrguse sagedusega). Enamik helisid ei ole nii meloodilised, neil puudub muusikalistele helidele omane sagedustevaheline terviklik suhe. Need helid on oma struktuurilt sarnased müraga. Seetõttu võib öeldut kokku võttes öelda, et heli iseloomustavad valjus, kvaliteet ja kõrgus.

Mis juhtub heliga pärast selle loomist? Kuidas see näiteks meie kõrva jõuab? Kuidas see levib?

Me tajume heli oma kõrvadega. Heliseva keha (heliallika) ja kõrva (helivastuvõtja) vahel on aine, mis edastab helivibratsiooni heliallikast vastuvõtjasse. Enamasti on see aine õhk. Heli ei saa õhuta ruumis levida. Kuna lained ei saa eksisteerida ilma veeta. Eksperimendid toetavad seda järeldust. Vaatleme ühte neist. Kella all õhupump helistage ja lülitage see sisse. Seejärel hakkavad nad õhku pumbaga välja pumbama. Kui õhk muutub harvemaks, muutub heli kuuldavaks üha nõrgemaks ja lõpuks kaob peaaegu täielikult. Kui hakkan kella alt uuesti õhku sisse laskma, hakkab kellahelin jälle kuuldavaks.

Muidugi ei levi heli mitte ainult õhus, vaid ka teistes kehades. Seda saab ka katseliselt testida. Isegi selline vaikne heli nagu ühes laua otsas lebava taskukella tiksumine on selgelt kuulda, kui asetada kõrv laua teise otsa.

On hästi teada, et heli edastatakse maapinnal pikkade vahemaade tagant ja eriti raudteel. Kui asetate kõrva rööpale või maapinnale, võite kuulda kaugele ulatuva rongi häält või kappava hobuse trampimist.

Kui me, olles vee all, lööme kivi vastu kivi, kuuleme selgelt löögi häält. Seetõttu levib heli ka vees. Kalad kuulevad kaldal samme ja inimeste hääli, see on õngitsejatele hästi teada.

Katsed näitavad, et erinevad tahked kehad juhivad heli erinevalt. Elastsed kehad on head helijuhid. Enamik metalle, puitu, gaase ja vedelikke on elastsed kehad ja juhivad seetõttu hästi heli.

Pehmed ja poorsed kehad on halvad helijuhid. Kui näiteks kell on taskus, on see ümbritsetud pehme lapiga ja me ei kuule selle tiksumist.

Muide, see, et katse korgi alla pandud kellaga ei tundunud pikka aega kuigi veenev, on seotud heli levimisega tahketes kehades. Fakt on see, et katsetajad ei isoleerinud kella piisavalt hästi ja heli oli kuulda isegi siis, kui korgi all polnud õhku, kuna vibratsioonid edastati paigalduse erinevate ühenduste kaudu.

1650. aastal jõudsid Athanasius Kirch'er ja Otto Gücke kellakatse põhjal järeldusele, et heli levimiseks pole õhku vaja. Ja alles kümme aastat hiljem tõestas Robert Boyle veenvalt vastupidist. Näiteks õhus olev heli edastatakse pikisuunaliste lainete kaudu, st heliallikast tuleva õhu vahelduvate kondenseerumiste ja harulduste kaudu. Kuid kuna meid ümbritsev ruum, erinevalt kahemõõtmelisest veepinnast, on kolmemõõtmeline, levivad helilained mitte kahes, vaid kolmes suunas - lahknevate sfääride kujul.

Helilained, nagu kõik teised mehaanilised lained, ei levi ruumis koheselt, vaid teatud kiirusega. Kõige lihtsamad tähelepanekud võimaldavad seda kontrollida. Näiteks äikese ajal näeme esmalt välku ja alles mõne aja pärast kuuleme äikest, kuigi meie poolt helina tajutavad õhuvõnked tekivad samaaegselt välgusähvatusega. Fakt on see, et valguse kiirus on väga suur (300 000 km / s), seega võime eeldada, et näeme välku selle esinemise ajal. Ja äikesehelil, mis tekkis samaaegselt välguga, kulub meil üsna käegakatsutavalt aega, et läbida vahemaa selle esinemiskohast maas seisva vaatlejani. Näiteks kui kuuleme äikest rohkem kui 5 sekundit pärast välgu nägemist, võime järeldada, et äike on meist vähemalt 1,5 km kaugusel. Heli kiirus sõltub heli levimise keskkonna omadustest. Teadlased on välja töötanud erinevaid viise heli kiiruse määramine mis tahes keskkonnas.

Heli kiirus ja selle sagedus määravad lainepikkuse. Tiigis laineid jälgides märkame, et lahknevad ringid on vahel väiksemad ja vahel suuremad ehk teisisõnu võib laineharjade või laineõõnte vaheline kaugus olla erinev olenevalt objekti suurusest, mille tõttu need tekkisid. Hoides kätt piisavalt madalal veepinnast kõrgemal, tunneme iga pritsme, mis meist möödub. Mida suurem on järjestikuste lainete vaheline kaugus, seda harvemini puudutavad nende harjad meie sõrmi. Selline lihtne katse võimaldab järeldada, et lainete korral veepinnal antud laine levimiskiiruse korral vastab kõrgem sagedus väiksemale laineharjade vahekaugusele ehk lühematele lainetele ja vastupidi madalam sagedus, pikemad lained.

Sama kehtib ka helilainete kohta. Seda, et helilaine läbib teatud ruumipunkti, saab hinnata rõhu muutuse järgi antud punktis. See muutus kordab täielikult heliallika membraani võnkumist. Inimene kuuleb heli, kuna helilaine avaldab tema kõrva trummikile erinevat survet. Niipea, kui helilaine hari (või kõrgrõhuala) jõuab meie kõrva. Tunneme survet. Kui helilaine kõrgendatud rõhuga piirkonnad järgnevad üksteisele piisavalt kiiresti, siis meie kõrva trummikile vibreerib kiiresti. Kui helilaine harjad on üksteisest kaugel, vibreerib kuulmekile palju aeglasemalt.

Heli kiirus õhus on üllatavalt konstantne. Oleme juba näinud, et heli sagedus on otseses seoses helilaine harude vahelise kaugusega, see tähendab, et heli sageduse ja lainepikkuse vahel on teatav seos. Seda seost saame väljendada järgmiselt: lainepikkus võrdub kiirusega jagatuna sagedusega. Võib öelda ka teisiti: lainepikkus on pöördvõrdeline sagedusega proportsionaalsusteguriga, mis on võrdne heli kiirusega.

Kuidas heli kuuldavaks muutub? Kui helilained sisenevad kuulmekäiku, põhjustavad nad trummikile, kesk- ja sisekõrva vibratsiooni. Kui õhulained on sattunud sisekõrva täitvasse vedelikku, mõjuvad need Corti organi sees olevatele karvarakkudele. Kuulmisnärv edastab need impulsid ajju, kus need muudetakse helideks.

Müra mõõtmine

Müra on ebameeldiv või soovimatu heli või helide kogum, mis segab kasulike signaalide tajumist, rikub vaikust, avaldab inimkehale kahjulikku või ärritavat mõju ja vähendab selle jõudlust.

Mürarikastes piirkondades tekivad paljudel inimestel mürahaiguse sümptomid: suurenenud närviline erutuvus, väsimus, kõrge vererõhk.

Mürataset mõõdetakse ühikutes,

Rõhu helide astme väljendamine, - detsibellid. Seda survet ei tajuta lõputult. Müratase 20-30 dB on inimesele praktiliselt kahjutu – see on loomulik müratase. Mis puudutab valju heli, siis siin on lubatud piir umbes 80 dB. 130 dB heli tekitab inimeses juba valuliku tunde ja 150 muutub tema jaoks väljakannatamatuks.

Akustiline müra – erineva kaootiline helivibratsioon füüsiline olemus, mida iseloomustab juhuslik muutus amplituudis, sageduses.

Kondenseerumisest ja õhu harvaesinemisest koosneva helilaine levimisel muutub rõhk kuulmekile. Rõhu mõõtühik on 1 N/m2 ja helivõimsuse mõõtühik 1 W/m2.

Kuulmislävi on minimaalne helitugevus, mida inimene tajub. See on erinevatel inimestel erinev ja seetõttu peetakse seda kuulmisläve puhul tavapäraselt helirõhuks, mis on võrdne 2x10 "5 N / m2 sagedusel 1000 Hz, mis vastab võimsusele 10"12 W / m2. Nende suurustega võrreldakse mõõdetud heli.

Näiteks mootorite helivõimsus reaktiivlennuki õhkutõusmisel on 10 W/m2 ehk ületab läve 1013 korda. Nii suurte numbritega on ebamugav opereerida. Erineva tugevusega helide kohta öeldakse, et üks on teisest mitte nii mitu korda, vaid nii palju ühikuid valjem. Helitugevuse ühikut nimetatakse Bel - telefoni leiutaja A. Beli (1847-1922) järgi. Helitugevust mõõdetakse detsibellides: 1 dB = 0,1 B (Bel). Visuaalne esitus sellest, kuidas heli intensiivsus, helirõhk ja helitugevus on seotud.

Heli tajumine ei sõltu ainult selle kvantitatiivsetest omadustest (rõhk ja võimsus), vaid ka selle kvaliteedist - sagedusest.

Sama heli erinevatel sagedustel erineb valjuselt.

Mõned inimesed ei kuule kõrgsageduslikke helisid. Nii langeb vanematel inimestel heli tajumise ülempiir 6000 Hz-ni. Nad ei kuule näiteks sääse kriuksumist ja kriketi trillis, mis teevad helisid sagedusega umbes 20 000 Hz.

Kuulus inglise füüsik D. Tyndall kirjeldab üht oma jalutuskäiku sõbraga järgmiselt: „Mõlemal pool teed niidud kubisesid putukatest, kes täitsid õhu oma terava suminaga minu kõrvadeni, kuid sõber ei kuulnud. kõike seda – putukate muusika lendas üle tema kuulmispiiride” !

Müratasemed

Helitugevust – heli energiataset – mõõdetakse detsibellides. Sosin võrdub ligikaudu 15 dB-ga, häälte sahin õpilaste auditooriumis ulatub ligikaudu 50 dB-ni ja tänavamüra tihedas liikluses ligikaudu 90 dB-ni. Üle 100 dB müra võib olla inimkõrvale talumatu. Müra suurusjärgus 140 dB (näiteks reaktiivlennuki õhkutõusmise heli) võib olla kõrva jaoks valus ja kahjustada kuulmekile.

Enamiku inimeste jaoks muutub kuulmine vanusega tuhmiks. Selle põhjuseks on asjaolu, et kõrva luud kaotavad oma esialgse liikuvuse ja seetõttu ei kandu vibratsioonid üle sisekõrva. Lisaks võivad kuulmisorganite infektsioonid kahjustada kuulmekile ja mõjutada negatiivselt luude talitlust. Kui teil on kuulmisprobleeme, peate viivitamatult konsulteerima arstiga. Teatud tüüpi kurtus on põhjustatud sisekõrva või kuulmisnärvi kahjustusest. Kuulmislangust võivad põhjustada ka pidev kokkupuude müraga (näiteks tehase põrandal) või äkilised ja väga valjud helipursked. Isiklike stereopleierite kasutamisel peate olema väga ettevaatlik, kuna liigne helitugevus võib põhjustada ka kurtust.

Lubatud siseruumide müra

Müratasemega seoses tuleb märkida, et selline kontseptsioon ei ole õigusloome seisukohast lühiajaline ja ebamäärane. Niisiis kehtivad Ukrainas tänaseni NSV Liidu ajal vastu võetud sanitaarnormid lubatud müra kohta elamute ja ühiskondlike hoonete ruumides ning elamuehituse territooriumil. Selle dokumendi kohaselt peab eluruumides olema tagatud müratase, mis ei ületa päeval 40 dB ja öösel (kell 22.00-08.00) 30 dB.

Üsna sageli kannab müra olulist teavet. Auto- või motosportlane kuulab tähelepanelikult hääli, mida mootor, šassii ja muud liikuva sõiduki osad teevad, sest igasugune kõrvaline müra võib olla õnnetuse eelkuulutaja. Müral on oluline roll akustikas, optikas, arvutitehnoloogias ja meditsiinis.

Mis on müra? Selle all mõistetakse erineva füüsilise iseloomuga kaootilisi kompleksvibratsioone.

Müraprobleem on olnud juba väga pikka aega. Juba iidsetel aegadel põhjustas munakivisillutise rataste kohin paljudes unetust.

Või tekkis probleem veelgi varem, kui koopanaabrid hakkasid tülli minema, sest üks neist koputas kivinoa või -kirvest tehes liiga kõvasti?

Mürasaaste kasvab kogu aeg. Kui 1948. aastal vastas suurlinnade elanike küsitluse käigus küsimusele, kas nad on mures korteri müra pärast, jaatavalt 23% küsitletutest, siis 1961. aastal - juba 50%. Viimasel kümnendil on müratase linnades tõusnud 10-15 korda.

Müra on teatud tüüpi heli, kuigi seda nimetatakse sageli "soovimatuks heliks". Samal ajal hinnatakse ekspertide hinnangul trammi müra tasemele 85-88 dB, trollibussi - 71 dB, bussi, mille mootori võimsus on üle 220 hj. Koos. - 92 dB, vähem kui 220 hj Koos. - 80-85 dB.

Teadlased alates Riiklik Ülikool Ohio jõudis järeldusele, et inimestel, kes puutuvad regulaarselt valju müraga kokku, on teistest 1,5 korda suurem tõenäosus akustilise neuroomi tekkeks.

Akustiline neuroom on healoomuline kasvaja, mis põhjustab kuulmislangust. Teadlased uurisid 146 akustilise neuroomiga patsienti ja 564 tervet inimest. Neile kõigile esitati küsimusi selle kohta, kui sageli nad pidid kokku puutuma valjude helidega, mis ei olnud nõrgemad kui 80 detsibelli (liiklusmüra). Ankeetküsitluses võeti arvesse pillide, mootorite, muusika müra, laste karjeid, müra spordiüritustel, baarides ja restoranides. Uuringus osalejatelt küsiti ka, kas nad kasutasid kuulmiskaitset. Neil, kes kuulasid regulaarselt valju muusikat, oli akustilise neuroomi risk 2,5 korda suurem.

Neile, kes puutusid kokku tehnilise müraga - 1,8 korda. Inimestel, kes kuulavad regulaarselt lapse nuttu, on müra staadionidel, restoranides või baarides 1,4 korda suurem. Kuulmiskaitsevahendite kasutamisel ei ole akustilise neuroomi oht suurem kui inimestel, kes ei puutu üldse müraga kokku.

Akustilise müra mõju inimestele

Akustilise müra mõju inimesele on erinev:

A. Kahjulik

Müra põhjustab healoomulist kasvajat

Pikaajaline müra kahjustab kuulmisorganit, venitab kuulmekile, vähendades seeläbi helitundlikkust. See põhjustab südame, maksa aktiivsuse häireid, kurnatust ja ülekoormust. närvirakud. Suure võimsusega helid ja mürad mõjutavad kuuldeaparaati, närvikeskusi, võivad põhjustada valu ja šokki. Nii toimib mürasaaste.

Mürad on kunstlikud, tehnogeensed. Neil on negatiivne mõju närvisüsteem isik. Üks hullemaid linnamüra on maanteetranspordi müra suurtel maanteedel. See ärritab närvisüsteemi, mistõttu inimest piinab ärevus, ta tunneb väsimust.

B. Soodne

Kasulikud helid hõlmavad lehestiku müra. Lainete loksumine mõjub meie psüühikale rahustavalt. Vaikne lehtede kohin, oja kohin, kerge veeprits ja surfihelin on inimesele alati meeldivad. Nad rahustavad teda, leevendavad stressi.

C. Meditsiiniline

Terapeutiline toime inimesele loodushäälte abil sai alguse kahekümnenda sajandi 80. aastate alguses astronautidega tegelenud arstidelt ja biofüüsikutelt. Psühhoterapeutilises praktikas kasutatakse looduslikke müra erinevate haiguste ravis abivahendina. Psühhoterapeudid kasutavad ka nn valget müra. See on omamoodi kahin, mis ähmaselt meenutab lainete häält ilma vett pritsimata. Arstid usuvad, et "valge müra" rahustab ja uinutab.

Müra mõju inimkehale

Kuid kas müra all kannatavad ainult kuulmisorganid?

Õpilastel soovitatakse seda teada saada, lugedes järgmisi väiteid.

1. Müra põhjustab enneaegset vananemist. Kolmekümnel juhul sajast vähendab müra suurlinnade inimeste eluiga 8-12 aasta võrra.

2. Iga kolmas naine ja iga neljas mees kannatavad suurenenud müratasemest tingitud neurooside all.

3. Selliseid haigusi nagu gastriit, mao- ja soolehaavandid avastatakse kõige sagedamini inimestel, kes elavad ja töötavad mürarikkas keskkonnas. Varietee muusikutel on maohaavand – kutsehaigus.

4. Piisavalt tugev müra 1 minuti pärast võib põhjustada muutusi aju elektrilises aktiivsuses, mis muutub sarnaseks aju elektrilise aktiivsusega epilepsiahaigetel.

5. Müra surub närvisüsteemi alla, eriti korduva tegevuse korral.

6. Müra mõjul toimub pidev hingamissageduse ja -sügavuse langus. Mõnikord on südame rütmihäired, hüpertensioon.

7. Müra mõjul muutub süsivesikute, rasvade, valkude, soolade ainevahetus, mis väljendub vere biokeemilise koostise muutumises (suhkru tase veres langeb).

Liigne müra (üle 80 dB) ei mõjuta mitte ainult kuulmisorganeid, vaid ka teisi organeid ja süsteeme (vereringe, seedetrakt, närvisüsteem jne), elutähtsad protsessid on häiritud, energiavahetus hakkab plastikust üle domineerima, mis toob kaasa kuulmisorganite enneaegse vananemise. keha .

MÜRAPROBLEEM

Suurlinna saadab alati liiklusmüra. Viimase 25-30 aasta jooksul on müra maailma suurlinnades kasvanud 12-15 dB (s.t. müra maht on kasvanud 3-4 korda). Kui lennujaam asub linnas, nagu see on Moskvas, Washingtonis, Omskis ja paljudes teistes linnades, põhjustab see helistiimulite maksimaalse lubatud taseme mitmekordse ületamise.

Ja ikkagi autotransportüks peamisi müraallikaid linnas. Just tema tekitab linnade peatänavatel müra kuni 95 dB müramõõturi skaalal. Müra tase sisse elutoad kinniste akendega maantee poole, ainult 10-15 dB madalam kui tänaval.

Autode müra sõltub paljudest teguritest: auto margist, selle hooldatavusest, kiirusest, teekatte kvaliteedist, mootori võimsusest jne. Mootori müra suureneb järsult selle käivitamise ja soojenemise ajal. Kui auto liigub esimesel kiirusel (kuni 40 km/h), on mootori müra 2 korda suurem kui teisel kiirusel tekitatav müra. Kui auto pidurdab tugevalt, suureneb oluliselt ka müra.

Selgunud on inimkeha seisundi sõltuvus keskkonnamüra tasemest. Täheldati teatud mürast tingitud muutusi kesknärvi- ja kardiovaskulaarsüsteemi funktsionaalses seisundis. Südame isheemiatõbi, hüpertensioon, kõrgenenud kolesteroolitase veres esinevad sagedamini mürarikastes piirkondades elavatel inimestel. Müra häirib tugevalt und, vähendab selle kestust ja sügavust. Uinumisperiood pikeneb tund või rohkemgi ning pärast ärkamist tunnevad inimesed väsimust ja peavalu. Kõik see muutub lõpuks krooniliseks ületöötamiseks, nõrgestab immuunsüsteemi, aitab kaasa haiguste tekkele ja vähendab efektiivsust.

Nüüd arvatakse, et müra võib lühendada inimese eluiga ligi 10 aasta võrra. Samuti on psüühiliselt haigeid rohkem helistiimulite tõttu, eriti mõjutab müra naisi. Üldiselt on kuulmispuudega inimeste arv linnades suurenenud, kuid levinuimaks nähtuseks on kujunenud peavalu ja suurenenud ärrituvus.

MÜRASAASTE

Suure võimsusega heli ja müra mõjutavad kuuldeaparaati, närvikeskusi ning võivad põhjustada valu ja šokki. Nii toimib mürasaaste. Vaikne lehtede sahin, oja kohin, lindude hääled, kerge veeprits ja surfikohin on inimesele alati meeldivad. Nad rahustavad teda, leevendavad stressi. Seda kasutatakse meditsiiniasutustes, psühholoogilise abi ruumides. Looduslikud loodusmürad muutuvad üha haruldasemaks, kaovad täielikult või upuvad tööstus-, transpordi- ja muude müradega.

Pikaajaline müra kahjustab kuulmisorganit, vähendades helitundlikkust. See põhjustab südame, maksa aktiivsuse katkemist, kurnatust ja närvirakkude ülekoormust. Närvisüsteemi nõrgestatud rakud ei suuda oma tööd piisavalt koordineerida erinevaid süsteeme organism. Selle tulemusena häiritakse nende tegevust.

Teame juba, et 150 dB müra on inimestele kahjulik. Mitte asjata ei toimunud keskajal hukkamist kella all. Kellahelina sumin piinas ja aeglaselt tappis.

Iga inimene tajub müra erinevalt. Palju sõltub vanusest, temperamendist, tervislikust seisundist, keskkonnatingimustest. Müral on kuhjuv toime, see tähendab, et kehas akumuleeruvad akustilised stiimulid suruvad üha enam närvisüsteemi alla. Müral on eriti kahjulik mõju organismi neuropsüühilisele aktiivsusele.

Mürad põhjustavad funktsionaalseid häireid südame-veresoonkonna süsteemist; avaldab kahjulikku mõju visuaalsetele ja vestibulaarsetele analüsaatoritele; vähendada refleksi aktiivsust, mis põhjustab sageli õnnetusi ja vigastusi.

Müra on salakaval, selle kahjulik mõju organismile ilmneb nähtamatult, märkamatult ning rikkeid organismis ei tuvastata kohe. Lisaks on inimkeha müra vastu praktiliselt kaitsetu.

Üha enam räägivad arstid mürahaigusest, esmasest kuulmise ja närvisüsteemi kahjustusest. Mürasaaste allikaks võib olla tööstusettevõte või transport. Eriti palju müra tekitavad rasked kallurautod ja trammid. Müra mõjutab inimese närvisüsteemi ja seetõttu rakendatakse linnades ja ettevõtetes mürakaitsemeetmeid. Raudtee- ja trammiliinid ning maanteed, mida mööda kulgeb kaubavedu, tuleb viia linnade keskosadest hajaasustusega piirkondadesse ning luua nende ümber hästi müra neelavad rohealad. Lennukid ei tohiks lennata üle linnade.

HELIPILDUS

Heliisolatsioon aitab oluliselt vältida müra kahjulikke mõjusid.

Müra vähendamine saavutatakse ehitus- ja akustiliste meetmete abil. Välispiirdekonstruktsioonides on akendel ja rõduustel oluliselt väiksem heliisolatsioon kui seinal endal.

Ehitiste mürakaitse aste määratakse eelkõige selle otstarbega ruumide lubatud müra normidega.

VÕITLUS AKUSTILISE MÜRAGA

MNIIP Akustikalabor arendab projekti dokumentatsiooni osana rubriike "Akustiline ökoloogia". Teostatakse ruumide heliisolatsiooni, mürakontrolli, helivõimendussüsteemide arvutuste, akustiliste mõõtmiste projektid. Kuigi sisse tavalised ruumidüha enam soovitakse akustilist mugavust – head mürakaitset, arusaadavat kõnet ja nn. akustilised fantoomid - negatiivsed helipildid, mille moodustavad mõned. Konstruktsioonides, mis on mõeldud täiendavaks võitluseks detsibellidega, vahelduvad vähemalt kaks kihti - "kõva" (kipsplaat, kipskiud). Samuti peaks akustiline disain hõivama oma tagasihoidliku niši sees. Akustilise müra vastu võitlemiseks kasutatakse sagedusfiltreerimist.

LINN JA ROHERUUMID

Kui kaitsete oma kodu puudega müra eest, on kasulik teada, et lehestik ei neela helisid. Vastu tüve tabades murduvad helilained, mis suunduvad alla pinnasesse, mis neeldub. Kuuske peetakse parimaks vaikuse valvuriks. Isegi kõige tihedama liiklusega maanteel saad rahus elada, kui kaitsed oma kodu roheliste puude kõrval. Ja lähedale oleks tore istutada kastaneid. Üks täiskasvanud kastan puhastab kuni 10 m kõrgust, kuni 20 m laiust ja kuni 100 m pikkused autode heitgaasid.Samas, erinevalt paljudest teistest puudest, kastan laguneb mürgised ained gaasid peaaegu ilma nende "tervist" kahjustamata.

Linnatänavate haljastuse istutamise tähtsus on väga tihe - tihedad põõsaste ja metsavööde istutamine kaitseb müra eest, vähendades seda 10-12 dB (detsibelli) võrra, vähendades kahjulike osakeste kontsentratsiooni õhus 100-lt 25% -ni. tuule kiirus 10–2 m/s, vähendage masinatest väljuvate gaaside kontsentratsiooni kuni 15% õhuühiku kohta, muutke õhk niiskemaks, alandage selle temperatuuri, s.t. muutke see hingavamaks.

Rohealad neelavad ka helisid, mida kõrgemad on puud ja mida tihedam on nende istutamine, seda vähem heli kostab.

Rohealad koos muruplatsidega, lillepeenrad mõjuvad soodsalt inimese psüühikale, rahustavad nägemist, närvisüsteemi, on inspiratsiooniallikaks, tõstavad inimeste töövõimet. Suurimad kunsti- ja kirjandusteosed, teadlaste avastused, sündisid looduse kasulikul mõjul. Nii loodi Beethoveni, Tšaikovski, Straussi ja teiste heliloojate suurim muusikalooming, tähelepanuväärsete vene maastikumaalijate Šiškini, Levitani maalid, vene ja nõukogude kirjanike teosed. Pole juhus, et Siberi teaduskeskus rajati Priobski männimetsa roheliste istanduste hulka. Siin, linnamüra varjus, rohelusest ümbritsetuna viivad meie Siberi teadlased edukalt oma uurimistööd läbi.

Roheliste istutamine sellistes linnades nagu Moskva ja Kiiev on kõrge; viimases on näiteks elaniku kohta 200 korda rohkem istutusi kui Tokyos. Jaapani pealinnas hävitati 50 aasta jooksul (1920–1970) umbes pooled "kõigist rohealadest, mis paiknesid" kümne kilomeetri raadiuses keskusest. USA-s on viimase viie aasta jooksul kadunud ligi 10 000 hektarit keskseid linnaparke.

← Müra mõjutab negatiivselt inimeste tervist, halvendab ennekõike kuulmist, närvi- ja kardiovaskulaarsüsteemi seisundit.

← Müra saab mõõta spetsiaalsete seadmete – mürataseme mõõtjate abil.

← Müra kahjulike mõjude vastu on vaja võidelda nii mürataseme kontrollimise kui ka mürataseme vähendamise erimeetmete abil.

Pikkade vahemaade tagant levib helienergia ainult mööda õrnaid kiiri, mis ei puuduta kogu tee ookeani põhja. Sel juhul on heli leviku ulatusele keskkonna poolt seatud piirang selle neeldumine merevees. Peamine neeldumismehhanism on seotud lõõgastusprotsessidega, mis kaasnevad akustilise lainega vees lahustunud ioonide ja soolade molekulide vahelise termodünaamilise tasakaalu rikkumisega. Peab märkima, et põhiroll laias helisagedusvahemikus neeldumisel kuulub magneesiumsulfiidi soolale MgSO4, kuigi selle protsent merevees on üsna väike – ligi 10 korda väiksem kui näiteks kivisoolal NaCl, mis sellegipoolest. ei mängi heli neeldumisel olulist rolli.

Üldiselt neeldumine merevees on seda suurem, mida kõrgem on heli sagedus. Sagedustel 3-5 kuni vähemalt 100 kHz, kus domineerib ülaltoodud mehhanism, on neeldumine võrdeline sagedusega umbes 3/2 võimsuseni. Madalamatel sagedustel aktiveerub uus neeldumismehhanism (võimalik, et boorisoolade olemasolu tõttu vees), mis muutub eriti märgatavaks sadade hertside vahemikus; siin on neeldumistase anomaalselt kõrge ja väheneb sageduse vähenemisega palju aeglasemalt.

Merevees neeldumise kvantitatiivsete omaduste selgemaks ettekujutamiseks märgime, et selle mõju tõttu nõrgeneb heli sagedusega 100 Hz 10 tuhande km pikkusel teel ja sagedusega 10 kHz. - vaid 10 km kaugusel (joonis 2). Seega saab pikamaa veealuse side jaoks, veealuste takistuste kaugtuvastamiseks jms kasutada ainult madala sagedusega helilaineid.

Joonis 2 – Kaugused, mille juures eri sagedusega helid merevees levides sumbuvad 10 korda.

Sagedusvahemiku 20–2000 Hz kuuldavate helide piirkonnas ulatub keskmise intensiivsusega helide levimise ulatus vee all 15–20 km-ni ja ultraheli piirkonnas 3–5 km-ni.

Laboritingimustes väikese veekoguse korral täheldatud helisummutuse väärtuste põhjal võiks eeldada palju suuremaid vahemikke. Looduslikes tingimustes mõjutab aga lisaks vee enda omadustest tingitud summutusele (nn viskoosne sumbumine) ka selle hajumine ja neeldumine keskkonna erinevatest ebahomogeensustest.

Heli murdumine ehk helikiire teekonna kõverus on tingitud vee omaduste heterogeensusest, peamiselt piki vertikaali, ja seda peamiselt kolmel põhjusel: hüdrostaatilise rõhu muutused sügavusega, soolsuse muutused ja temperatuurimuutused, mis on tingitud veemassi ebaühtlasest kuumenemisest päikesekiirte toimel. Nende põhjuste koosmõjul muutub heli levimise kiirus, mis magevee puhul on umbes 1450 m/s ja merevee puhul umbes 1500 m/s, sügavusega ning muutumise seadus sõltub aastaajast. , kellaaeg, reservuaari sügavus ja mitmed muud põhjused . Helikiired, mis väljuvad allikast mingi nurga all horisondi suhtes, painduvad ja painde suund sõltub helikiiruste jaotusest keskkonnas. Suvel, kui ülemised kihid on soojemad kui alumised, kõverduvad kiired allapoole ja peegelduvad enamasti altpoolt, kaotades olulise osa oma energiast. Vastupidi, talvel, kui alumised veekihid hoiavad oma temperatuuri, samas kui ülemised kihid jahtuvad, painduvad kiired ülespoole ja peegelduvad veepinnalt mitmekordselt, mille käigus läheb palju vähem energiat kaotsi. Seetõttu on talvel heli levimiskaugus suurem kui suvel. Murdumise tõttu nn. surnud tsoonid, st allika lähedal asuvad alad, kus puudub kuuldavus.

Murdumise olemasolu võib aga kaasa tuua heli leviku ulatuse suurenemise – see on helide ülipika levimise nähtus vee all. Mingil sügavusel veepinna all on kiht, milles heli levib väikseima kiirusega; sellest sügavusest kõrgemal suureneb heli kiirus temperatuuri tõusu tõttu ja allpool hüdrostaatilise rõhu suurenemise tõttu sügavusega. See kiht on omamoodi veealune helikanal. Kanali teljest üles või alla murdumise tõttu kõrvale kaldunud kiir kipub alati sinna tagasi sattuma. Kui sellesse kihti paigutada heliallikas ja vastuvõtja, saab sadade ja tuhandete kilomeetrite kaugusel salvestada isegi keskmise intensiivsusega helisid (näiteks 1-2 kg väikeste laengute plahvatused). Heli leviku ulatuse olulist suurenemist veealuse helikanali olemasolul võib täheldada siis, kui heliallikas ja vastuvõtja ei asu tingimata kanali telje, vaid näiteks pinna lähedal. Sel juhul tungivad kiired allapoole murdudes sügavatesse kihtidesse, kus kalduvad ülespoole ja väljuvad allikast mitmekümne kilomeetri kaugusel uuesti pinnale. Edasi kordub kiirte levimismuster ja selle tulemusena järjestikused nn. sekundaarsed valgustatud tsoonid, mida tavaliselt jälgitakse mitmesaja km kaugusel.

Kõrgsageduslike helide, eriti ultraheli, levimist, kui lainepikkused on väga väikesed, mõjutavad väikesed ebahomogeensused, mida tavaliselt leidub looduslikes reservuaarides: mikroorganismid, gaasimullid jne. Need ebahomogeensused toimivad kahel viisil: nad neelavad ja hajutavad helilainete energiat. Selle tulemusena väheneb helivibratsioonide sageduse suurenemisega nende levimisulatus. See efekt on eriti märgatav vee pinnakihis, kus esineb kõige rohkem ebaühtlust. Heli hajumine ebahomogeensuste, aga ka veepinna ja põhja ebatasasuste tõttu põhjustab heliimpulsi saatmisega kaasneva veealuse järelkõla nähtuse: ebahomogeensuse ja ühinemise kombinatsioonist peegelduvad helilained pinguldavad heli. heliimpulss, mis jätkub pärast selle lõppu sarnaselt kinnistes ruumides täheldatava järelkõlaga. Veealune järelkõla on üsna märkimisväärne häire mitmete hüdroakustika praktiliste rakenduste jaoks, eriti sonari puhul.

Veealuste helide leviulatuse piire piirab ka nn. meremüra, millel on kaks päritolu. Osa mürast tuleneb lainete mõjust veepinnale, surfist, veerevate kivikeste mürast jne. Teine osa on seotud merefaunaga; see hõlmab kalade ja teiste mereloomade tekitatud helisid.

Heli all mõistetakse elastseid laineid, mis jäävad inimkõrva kuuldavuse piiridesse, võnkevahemikus alates 16. Hz kuni 20 kHz. Võnkumised sagedusega alla 16 Hz nimetatakse infraheliks, üle 20 kHz-ultraheli.

Vesi on õhust tihedam ja vähem kokkusurutav. Sellega seoses on heli kiirus vees neli ja pool korda suurem kui õhus ja on 1440 m/sek. Heli vibratsiooni sagedus (alasti) on seotud lainepikkusega (lambda) seosega: c= lambda-nu. Heli levib vees hajumiseta. Heli kiirus vees varieerub sõltuvalt kahest parameetrist: tihedus ja temperatuur. Temperatuurimuutus 1° võrra toob kaasa vastava helikiiruse muutuse 3,58 võrra m sekundis. Kui jälgida heli levimise kiirust pinnalt põhjani, siis selgub, et algul langeb see temperatuuri languse tõttu kiiresti, saavutades teatud sügavusel miinimumi ja siis hakkab sügavusega tõusma. suureneb kiiresti veesurve tõusu tõttu, mis, nagu teada, suureneb ligikaudu 1 võrra atm iga 10 kohta m sügavused.

Alates umbes 1200 sügavusest m, kus vee temperatuur jääb praktiliselt konstantseks, on helikiiruse muutus tingitud rõhu muutumisest. "Umbes 1200 sügavusel m (Atlandi ookeani puhul) on helikiiruse minimaalne väärtus; peal suured sügavused Rõhku tõstes heli kiirus taas suureneb. Kuna helikiired on alati painutatud keskkonna nende piirkondade poole, kus nende kiirus on kõige väiksem, on nad koondunud minimaalse helikiirusega kihti” (Krasilnikov, 1954). See kiht, mille avastasid Nõukogude füüsikud L.D. Rozenberg ja L.M. Brekhovskikhi nimetatakse "veealuseks helikanaliks". Helikanalisse sisenev heli võib sumbumiseta levida pikkade vahemaade taha. Seda omadust tuleb süvamere kalade akustilise signaalimise kaalumisel silmas pidada.

Heli neeldumine vees on 1000 korda väiksem kui õhus. Heliallikas õhus võimsusega 100 kW vees on kuulda kuni 15 kaugusel km; heliallikas vees 1 kW kuulda 30-40 kaugusel km. Erineva sagedusega helid neelduvad erinevalt: kõrge sagedusega helid neelduvad kõige tugevamalt ja madala sagedusega helid kõige vähem. Vähene heli neeldumine vees võimaldas seda kasutada sonari ja signaalimise jaoks. Veeruumid on täis palju erinevaid helisid. Maailma ookeani veekogude helid, nagu näitas Ameerika hüdroakustik Wenz (Wenz, 1962), tekivad seoses järgmiste teguritega: looded, hoovused, tuul, maavärinad ja tsunamid, tööstuslik inimtegevus ja bioloogiline elu. Erinevate tegurite tekitatud müra iseloom erineb nii helisageduste komplekti kui ka nende intensiivsuse poolest. Joonisel fig. Joonisel 2 on kujutatud Maailmamere helide spektri ja rõhutaseme sõltuvust neid põhjustavatest teguritest.

Maailma ookeani eri osades määravad müra koostise erinevad komponendid. Sel juhul on põhjal ja kaldadel suur mõju helide koostisele.

Seega on müra koostis ja intensiivsus maailma ookeani eri osades äärmiselt mitmekesine. On olemas empiirilised valemid, mis näitavad meremüra intensiivsuse sõltuvust neid põhjustavate tegurite intensiivsusest. Kuid praktilistel eesmärkidel mõõdetakse ookeanimüra tavaliselt empiiriliselt.

Tuleb märkida, et maailmamere helidest on kõige intensiivsemad inimese tekitatud industriaalhelid: laevade, traalide jne müra. Shane'i (1964) järgi on need 10-100 korda intensiivsemad kui teised helid. maailma ookeanist. Kuid nagu näha jooniselt fig. 2 on nende spektraalne koostis mõnevõrra erinev muudest teguritest põhjustatud helide spektraalsest koostisest.

Vees levides võivad helilained peegelduda, murduda, neelduda, hajuda ja segada.

Teel takistusega kokku puutudes võivad helilained sellelt peegelduda juhul, kui nende lainepikkus (lambda) vähem kui takistuse suurus või minna sellest ümber (difraktsioon) juhul, kui nende lainepikkus on takistusest suurem. Sel juhul on takistuse taga toimuvat kuulda ilma allikat otse nägemata. Kukkudes takistusele, võivad helilained ühel juhul peegelduda, teisel juhul võivad nad sellesse tungida (neelduda sellest). Peegeldunud laine energia väärtus oleneb sellest, kui tugevalt erinevad üksteisest nn akustilised impedantsid kandjatel “p1c1” ja “p2c2”, mille liidesele helilained langevad. Meediumi akustilise takistuse all mõeldakse antud keskkonna tiheduse p ja heli levimise kiiruse korrutist Koos temas. Mida suurem on meediumi akustilise impedantsi erinevus, seda suurem osa energiast peegeldub kahe kandja eraldamisel ja vastupidi. Kui näiteks heli langeb õhust, rs mis 41, vette, rs mis on 150 000, kajastub see valemi järgi:

Seoses eelnevaga tungib heli veest palju paremini tahkesse kehasse kui õhust. Õhust vette tungib heli hästi läbi veepinnast kõrgemale ulatuvate põõsaste või pilliroo.

Seoses heli peegeldumisega takistustelt ja selle lainelisusega samade sageduste helirõhkude amplituudide liitmine või lahutamine antud punkt ruumi. Oluline tagajärg selline liitmine (interferents) on seisulainete teke peegeldumisel. Kui viia näiteks häälehark võnkuma, tuues seda seinale lähemale ja kaugemale, on kuulda helitugevuse suurenemist ja vähenemist antisõlmede ja sõlmede ilmumise tõttu heliväljas. Tavaliselt tekivad seisulained kinnistes anumates: akvaariumides, basseinides jne, kusjuures allikas kõlab suhteliselt kaua.

Mere või muu loodusliku veehoidla reaalsetes tingimustes täheldatakse heli levimise ajal arvukalt keerulisi nähtusi, mis tekivad seoses veekeskkonna heterogeensusega. Suurt mõju heli levikule looduslikes veehoidlates avaldavad põhi ja liidesed (vesi-õhk), temperatuur ja soolade heterogeensus, hüdrostaatiline rõhk, õhumullid ja planktoniorganismid. Vee-õhu liides ja põhi, samuti vee heterogeensus põhjustavad murdumise (helikiirte kõverus) või järelkaja (helikiirte mitmekordne peegeldumine) nähtusi.

Veemullid, plankton ja muud heljumid aitavad kaasa heli neeldumisele vees. Nende arvukate tegurite kvantifitseerimist ei ole veel välja töötatud. Akustiliste katsete seadistamisel on vaja nendega arvestada.

Vaatleme nüüd nähtusi, mis tekivad vees heli tekitamisel.

Kujutage ette heliallikat pulseeriva sfäärina lõpmatus ruumis. Sellise allika poolt kiiratav akustiline energia sumbub pöördvõrdeliselt selle keskpunkti kauguse ruuduga.

Tekkivate helilainete energiat saab iseloomustada kolme parameetriga: kiirus, rõhk ja võnkuvate veeosakeste nihkumine. Viimased kaks parameetrit pakuvad kalade kuulmisvõimet silmas pidades erilist huvi, seega käsitleme neid üksikasjalikumalt.

Harrise ja Bergeldzhiki (Harris a. Berglijk, 1962) järgi on rõhulainete levimise ja nihke mõjud lähedal (vähem kui ühe helilainepikkuse kaugusel) ja kaugel (üle ühe lainepikkuse kaugusel) erinevalt. heli) akustiline väli.

Kaugemal akustilisel väljal nõrgeneb rõhk pöördvõrdeliselt heliallika kaugusega. Sel juhul on kauges akustilises väljas nihke amplituudid otseselt võrdelised rõhuamplituudidega ja on omavahel ühendatud valemiga:

kus R - akustiline rõhk sisse dynes/cm2;

d- osakeste nihke väärtus tollides cm.

Lähiakustilises väljas on rõhu ja nihke amplituudide sõltuvus erinev:

kus R- akustiline rõhk sisse dynes/cm2;

d - veeosakeste nihkumine sisse cm;

f - võnkesagedus sisse hz;

rs- vee akustiline takistus on 150 000 g/cm2 sek 2;

lambda on heli lainepikkus sisse m; r - kaugus pulseeriva sfääri keskpunktist;

i= SQL i

Valemist on näha, et nihke amplituud lähiakustilises väljas sõltub lainepikkusest, helist ja kaugusest heliallikast.

Kõnealuse heli lainepikkusest väiksematel kaugustel väheneb nihke amplituud pöördvõrdeliselt kauguse ruuduga:

kus AGA on pulseeriva sfääri raadius;

D- sfääri raadiuse suurenemine pulsatsiooni tõttu; r on kaugus sfääri keskpunktist.

Nagu allpool näidatud, on kaladel kahte erinevat tüüpi vastuvõtjaid. Mõned neist tajuvad survet, teised aga veeosakeste nihkumist. Seetõttu on ülaltoodud võrrandid suur tähtsus kalade reageerimise õigeks hindamiseks veealustele heliallikatele.

Seoses heli emissiooniga märgime veel kahte emitteritega seotud nähtust: emitterite resonantsi ja suunatavuse nähtust.

Heli eraldumine keha poolt toimub seoses selle vibratsiooniga. Igal kehal on oma võnkesagedus, mille määrab keha suurus ja elastsed omadused. Kui viia võnkumisse selline keha, mille sagedus langeb kokku tema enda sagedusega, tekib võnke amplituudi olulise suurenemise nähtus - resonants. Resonantsi mõiste kasutamine võimaldab iseloomustada mõnda akustilised omadused kalade väljastajad ja vastuvõtjad. Helikiirgus vette võib olla suunatud või mittesuunaline. Esimesel juhul levib helienergia valdavalt teatud suunas. Graafi, mis väljendab antud heliallika helienergia ruumilist jaotust, nimetatakse selle suunddiagrammiks. Kiirguse suunatavust täheldatakse juhul, kui emitteri läbimõõt on palju suurem kui väljastatava heli lainepikkus.

Mitmesuunalise kiirguse korral lahkneb helienergia kõikides suundades ühtlaselt. See nähtus ilmneb siis, kui väljastatava heli lainepikkus ületab emitteri läbimõõdu lambda> 2A. Teine juhtum on kõige tüüpilisem madalsageduslike veealuste radiaatorite jaoks. Tavaliselt on madala sagedusega helide lainepikkused palju suuremad kui kasutatavate veealuste emitterite mõõtmed. Sama nähtus on tüüpiline kalade tekitajatele. Nendel juhtudel puuduvad emitterite kiirgusmustrid. Selles peatükis on kalade bioakustikaga seoses märgitud vaid mõningaid heli üldfüüsikalisi omadusi veekeskkonnas. Mõningaid spetsiifilisemaid akustikaküsimusi käsitletakse raamatu vastavates osades.

Kokkuvõtteks vaatleme erinevate autorite kasutatavaid helimõõtmissüsteeme. Heli saab väljendada selle intensiivsuse, rõhu või rõhu tasemega.

Heli intensiivsust absoluutühikutes mõõdetakse kas arvuga erg / sek-cm 2, või W/cm2. Samal ajal 1 erg/sek = 10-7 teisip.

Helirõhku mõõdetakse baarid.

Heli intensiivsuse ja rõhu vahel on seos:

mida saab kasutada nende väärtuste teisendamiseks ühelt teisele.

Mitte harvem, eriti kui arvestada kalade kuulmist, väljendatakse läviväärtuste tohutu ulatuse tõttu helirõhku suhtelistes logaritmilistes detsibellides, db. Kui ühe heli helirõhk R, ja teine ​​R o, siis nad leiavad, et esimene heli on valjem kui teine ​​võrra kdb ja arvutage see järgmise valemi järgi:

Sel juhul võtab enamik teadlasi helirõhu P o nullnäiduks inimese kuulmise läviväärtust 0,0002. baar sagedusele 1000 Hz.

Sellise süsteemi eeliseks on inimese ja kala kuulmise vahetu võrdlemise võimalus, miinuseks kalade heli ja kuulmise järgi saadud tulemuste võrdlemise raskus.

Kalade tekitatud helirõhu tegelikud väärtused on neli kuni kuus suurusjärku kõrgemad kui aktsepteeritud nulltase (0,0002 baar), ja erinevate kalade kuulmise lävi on nii tingimuslikust nullist üle kui ka alla selle.

Seetõttu kasutavad Ameerika autorid (Tavolga ja Wodinsky, 1963 jt) kalade helide ja kuulmise võrdlemise mugavuse huvides teistsugust võrdlusraamistikku.

Helirõhk 1 baar, mis on 74 db kõrgem kui varem aktsepteeritud.

Allpool on mõlema süsteemi ligikaudne suhe.

Ameerika võrdlussüsteemi tegelikud väärtused on tekstis tähistatud tärniga.

Hüdroakustika (kreeka keelest. hüdro- vesi, acusticcoccus- kuuldav) - teadus veekeskkonnas toimuvate nähtuste kohta, mis on seotud akustiliste lainete levimise, emissiooni ja vastuvõtmisega. See hõlmab veekeskkonnas kasutamiseks mõeldud hüdroakustiliste seadmete väljatöötamist ja loomist.

Arengu ajalugu

Esimesed kauguse mõõtmised heli abil tegi vene teadlane akadeemik Ya. D. Zahharov. 30. juunil 1804 lendas ta teaduslikel eesmärkidel õhupalliga ning sellel lennul kasutas ta lennukõrguse määramiseks heli peegeldust maapinnalt. Pallikorvis olles karjus ta valjult allapoole suunatud sarve. 10 sekundi pärast tuli selgelt kuuldav kaja. Sellest järeldas Zahharov, et kuuli kõrgus maapinnast oli ligikaudu 5 x 334 = 1670 m. See meetod oli raadio ja sonari aluseks.

Koos teoreetiliste küsimuste arenguga Venemaal viidi läbi praktilisi uuringuid helide leviku nähtuste kohta meres. Admiral S. O. Makarov aastatel 1881-1882 tegi ettepaneku kasutada veealuse voolu kiiruse kohta teabe edastamiseks seadet, mida nimetatakse fluktomeetriks. Sellega sai alguse uue teaduse ja tehnoloogia haru – hüdroakustiline telemeetria.

Balti Tehase hüdrofooniajaama skeem, mudel 1907: 1 - veepump; 2 - torujuhe; 3 - rõhuregulaator; 4 - elektromagnetiline hüdrauliline katik (telegraafi ventiil); 5 - telegraafi võti; 6 - hüdrauliline membraani emitter; 7 - laeva pardal; 8 - paak veega; 9 - suletud mikrofon

1890. aastatel Balti Laevatehases algas kapten 2. järgu M.N.Beklemiševi eestvõttel töö hüdroakustiliste sideseadmete väljatöötamisega. Esimesed veealuse side hüdroakustilise saatja katsetused viidi läbi 19. sajandi lõpus. Peterburis Galernaja sadama katsebasseinis. Selle tekitatud vibratsioonid olid Nevski ujuval tuletornil hästi kuuldavad 7 miili ulatuses. Uurimistöö tulemusena 1905. a. lõi esimese hüdroakustilise sideseadme, milles saatja rolli täitis spetsiaalne telegraafiklahviga juhitav veealune sireen ning signaali vastuvõtjaks oli seestpoolt laeva kerele kinnitatud süsinikmikrofon. Signaalid salvestati Morse aparaadi ja kõrvaga. Hiljem asendati sireen membraani tüüpi emitteriga. Seadme efektiivsus, mida nimetatakse hüdrofooniliseks jaamaks, on oluliselt suurenenud. Uue jaama merekatsetused toimusid 1908. aasta märtsis. Mustal merel, kus usaldusväärse signaali vastuvõtu ulatus ületas 10 km.

Esimesed Balti Laevatehase projekteeritud veealuse heliside jadajaamad aastatel 1909-1910. paigaldatud allveelaevadele "Karpkala", "Gudgeon", "Sterlet", « Makrell" ja " Ahven» . Allveelaevadele jaamade paigaldamisel asus vastuvõtja häirete vähendamiseks spetsiaalses kattes, mida veeti kaabel-kaablil tagasi. Britid jõudsid sarnasele otsusele alles Esimese maailmasõja ajal. Siis see idee ununes ja alles 1950. aastate lõpus hakati seda uuesti kasutama erinevad riigid mürakindlate sonari laevajaamade loomisel.

Hüdroakustika arengu tõukejõuks oli Esimene maailmasõda. Sõja ajal kandsid Antanti riigid Saksa allveelaevade tegevuse tõttu suuri kaotusi kauba- ja mereväes. Nende vastu võitlemiseks oli vaja leida vahendeid. Need leiti peagi. Sukeldatud asendis allveelaev on kuulda propellerite ja töömehhanismide tekitatud mürast. Seadet, mis tuvastab mürarikkaid objekte ja määrab nende asukoha, nimetati müra suunaotsijaks. Prantsuse füüsik P. Langevin soovitas 1915. aastal kasutada esimese müra suuna leidmise jaama jaoks tundlikku Rochelle'i soolast valmistatud vastuvõtjat.

Hüdroakustika alused

Akustiliste lainete levimise tunnused vees

Kaja esinemise sündmuse komponendid.

Põhjalike ja põhjapanevate uuringute algus akustiliste lainete leviku kohta vees sai alguse Teise maailmasõja ajal, mille tingis vajadus lahendada mereväe ja ennekõike allveelaevade praktilised probleemid. Eksperimentaalset ja teoreetilist tööd jätkati ka sõjajärgsetel aastatel ning see võeti kokku mitmetes monograafiates. Nende tööde tulemusena tehti kindlaks ja täpsustati mõningaid akustiliste lainete levimise tunnuseid vees: neeldumine, sumbumine, peegeldumine ja murdumine.

Akustilise laineenergia neeldumist merevees põhjustavad kaks protsessi: keskkonna sisehõõrdumine ja selles lahustunud soolade dissotsiatsioon. Esimene protsess muudab akustilise laine energia soojusenergiaks ja teine ​​protsess, muundudes keemiliseks energiaks, viib molekulid tasakaalust välja ja need lagunevad ioonideks. Seda tüüpi neeldumine suureneb järsult koos akustilise vibratsiooni sageduse suurenemisega. Akustilise laine nõrgenemist vees põhjustab ka hõljuvate osakeste, mikroorganismide ja temperatuurianomaaliate esinemine vees. Reeglina on need kaod väikesed ja need sisalduvad kogu neeldumises, kuid mõnikord, nagu näiteks laeva kiiluveest hajumise korral, võivad need kaod ulatuda kuni 90%. Temperatuuri anomaaliate olemasolu toob kaasa asjaolu, et akustiline laine siseneb akustilise varju tsoonidesse, kus see võib läbida mitu peegeldust.

Vee-õhu ja veepõhja liideste olemasolu viib akustilise laine peegeldumiseni neilt ja kui esimesel juhul peegeldub akustiline laine täielikult, siis teisel juhul sõltub peegelduskoefitsient põhja materjalist: see peegeldab halvasti mudast põhja, hästi liivane ja kivine . Madalatel sügavustel tekib akustilise laine korduva peegelduse tõttu põhja ja pinna vahel veealune helikanal, milles akustiline laine võib levida pikkade vahemaade taha. Heli kiiruse väärtuse muutmine erinevatel sügavustel toob kaasa heli "kiirte" kõveruse - murdumise.

Heli murdumine (helikiire tee kõverus)

Heli hajumine ja neeldumine keskkonna ebahomogeensuse tõttu.

Helilainete levimiskaugus

Helilainete levimisulatus on keeruline funktsioon kiirgussagedus, mis on üheselt seotud akustilise signaali lainepikkusega. Nagu teada, nõrgenevad kõrgsageduslikud akustilised signaalid kiiresti veekeskkonna tugeva neeldumise tõttu. Madala sagedusega signaalid, vastupidi, on võimelised levima veekeskkonnas pikkade vahemaade taha. Seega on 50 Hz sagedusega akustiline signaal võimeline levima ookeanis tuhandete kilomeetrite kaugusele, samas kui külgskaneerimise sonarile omase sagedusega 100 kHz signaali levimisulatus on vaid 1-2 km. Erineva akustilise signaali sagedusega (lainepikkusega) kaasaegsete kajaloodide ligikaudsed vahemikud on toodud tabelis:

Kasutusvaldkonnad.

Hüdroakustika sai laialt praktiline kasutamine, kuna tõhusat ülekandesüsteemi pole veel loodud elektromagnetlained vee all mis tahes märkimisväärsel kaugusel ja heli on seetõttu ainuvõimalik veealune sidevahend. Nendel eesmärkidel kasutatakse helisagedusi vahemikus 300 kuni 10 000 Hz ja ultraheli alates 10 000 Hz. Helipiirkonnas emitterite ja vastuvõtjatena kasutatakse elektrodünaamilisi ja piesoelektrilisi emittereid ja hüdrofone ning ultraheli piirkonnas piesoelektrilisi ja magnetostriktiivseid.

Hüdroakustika kõige olulisemad rakendused on:

• sõjaliste probleemide lahendamiseks;
• merenavigatsioon;
• Heli veealune side;
• Kalaotsingu luure;
• Okeanoloogilised uuringud;
• Tegevusalad ookeanide põhja rikkuste arendamiseks;
• Akustika kasutamine basseinis (kodus või sünkroonujumise treeningkeskuses)
• Mereloomade koolitus.

Märkmed

Kirjandus ja teabeallikad

KIRJANDUS:

• V.V. Šuleikin Mere füüsika. - Moskva: "Nauka", 1968. - 1090 lk.
• I.A. rumeenlane Hüdroakustika alused. - Moskva: "Laevaehitus", 1979. - 105 lk.
• Yu.A. Koryakin Hüdroakustilised süsteemid. - Peterburi: "Peterburi teadus ja Venemaa merevägi", 2002. - 416 lk.