Студопедия

КАТЕГОРИИ:

АстрономияБиологияГеографияДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника


Звукові хвилі




Звук - це механічні хвилі, що поширюються в газах, рідинах, твердих тілах.

Поперечна хвиля
Поздовжня хвиля
За одиницю гучності звуку прийнятий 1 Бел (на честь Олександра Грехема Белла, винахідника телефону. На практиці гучність вимірюють у децибелах (дБ). 1 дБ = 0,1Б.

Звук – це поздовжні хвилі.

 

 

Звук утворюеться механічно. Мембрана динаміка або голосові

зв’язки штовхають повітря. Хвиля, що проходить у повітрі,

щтовхає барабанну перетинку вуха людини.

Волокнисті матеріали добре поглинають звук, тому що звук відбивається від межі двох середовищ і чим більше таких меж – тим більше звук втрачає енергії. Тверді тіла краще проводять звук, тому, приклавши чашку до стіни, можна почути розмову сусідів. Чим густіше середовище, тим швидше в ньому розповсюджується звук.
Речовина 𝓿 (м/с)
Повітря 331-343
Бензин
Вода
Алмаз 12000-18350
Бетон 4250-5250
Чавун
   

Ефект Доплера.

 


Якщо джерело звуку наближається до спостерігача, то довжина хвилі буде сприйматися спостерігачем меншою, ніж реальна (звук буде здаватися вищим). І навпаки – при віддаленні джерела звуку, спостерігач буде сприймати довжину хвилі більшою (звук буде здаватися нижчим).

Резонанс – збільшення амплітуди результуючих коливань при збігу фаз і частот двох хвиль.

При накладанні двох когерентних хвиль в одній фазі відбувається резонанс – збільшення результуючої амплітуди коливань.
Щоб відбувся резонанс, зовнішня частота впливу повинна співпадати з власною. Власна частота є у кожного тіла, навіть у того, що в даний момент не коливається. На мосту не можна марширувати, бо власна частота мосту може співпасти з частотою кроків, і резонанс його зруйнує. Якщо друга хвиля – відбита і рухається назустріч першій, то резонанс теж наступає, але утворюються стоячі хвилі



Фізичні характеристики звуку – частота, довжина хвилі, амплітуда, період коливань, тембр.

Частота 𝛎 [Гц] Довжина хвилі λ[м] Амплітуда [м] Інтенсивність І [Вт/м²] Тембр звуку
Це - кількість коливань за 1 секунду Це - відстань між двома точками середовища з однаковими фазами. Максимальне відхилення частки пружної речовини. Це – потужність звуку Р, що припадає на одиницю площі S. Це - обертони та призвуки, що входять в спектр звуку. У голосі людини великий набір частот, але тембр обумовлений тими частотами, які резонують.  
Щвидкість хвилі – це відстань, яку проходить хвиля за 1 с. У цю відстань міститься 𝛎 довжин хвиль λ.
Частота і довжина хвилі -взаємопов’язані. Чим менша λ довжина хвилі - тим більша частота 𝛎 . Частота відповідає за висоту звуку. Чим більша частота звуку, тим він - вище. Чим більша амплітуда коливань, тим звук - гучнійший. Інтенсивність –зведений та більш ємкісний параметр звуку, тому саме він використовується, як основний.
 
Довжина хвилі λ
– амплітуда, максимальне відхилення  

 


Когерентні хвилі – це хвилі з однаковими частотами.

Характеристика слухового відчуття

Інтенсивність звуку–основна характеристика для слухового відчуття

Для зручності інтенсивність виражають у децибелах.

Децибел –це число,яке показує - скількиразів еталонну величину необхідно помножити на 10, щоб отримати величину, яка вимірюється. У децибелах можна виміряти що завгодно, тоб-то порівняти вимірювану величину з її вибраним еталонним значенням).

Еталон інтенсивності звука -

(найнижче порогове значення на частоті 1000 Гц, при тиску Па). Дорівнює 10 ДБ.

Математично – це виражається як логарифм.

,

де I - інтенсивність даного звуку, – еталон.

( – це ступінь, в яку необхідно звести число 10, щоб отримати аргумент цієї функції )

(Десятка, що стоїть перед логарифмом – це не основа десятичного логарифму, а множник для переводу бел в децибел)

Наприклад, шум літака в 10 000 000 000 000 (або в ) разів перевищує наш еталон, тобто цей еталон необхідно 13 разів помножити на 10. Шум літака – 130 ДБ. (У стоячій хвилі I = 0)

Не слід забувати, що децибели - не є одиницею виміру в тому сенсі слова, як, наприклад, метри, і що відповідно з ними доводиться поводитися інакше. Якщо до 5 метрів додати 7 метрів, то вийде – 12 метрів. . А що вийде, якщо до шуму в 80 дБ додати ще шум в 80 дБ? Шум загальною інтенсивністю в 160 дБ? Ні - адже при подвоєнні числа його логарифм зростає на 0,3 (з точністю до двох десяткових знаків). Тоді при подвоєнні інтенсивності звуку рівень інтенсивності збільшується на 0,3 бела, тобто на 3 дБ. Це справедливо для будь-якого рівня інтенсивності: подвоєння інтенсивності звуку призводить до збільшення рівня інтенсивності на 3 дБ

 

Чому для оцінки слуху людини використовують інтенсивність, а не просто гучність (амплітуду)?

 

 

З першого графіку видно, що хвилі однакової амплітуди (гучності)людина сприймає, як менш гучні, на високих та низьких частотах. З другого графіку – висновки такі: чим нижче частоти, тим необхідна більша інтенсивність, щоб людина сприймала однакову гучність, людське вухо більш чутливе до частоти 4000 Гц. Також, вухо добре чує частоту 1600 Гц. Нажаль, це саме та частота, на якій пищить комар.

Інтенсивність - це узагальнена характеристика звуку, на яку впливають водночас багато параметрів: р[Па] – тиск, який діє на вухо, [м/с] – швидкість частинки речовини, в якій поширюється звук, с[м/с] – швидкість самого звуку, ρ[кг/ м³] – густина пружного середовища, 𝛎 [Гц]- частота.

; ; ; ; ; ;

 

Аудіометрія.

Аудіометрія – це вимірювання гостроти слуху, визначення слухової чутливості до звукових хвиль різної частоти. Дослідження проводить лікар сурдолог.

 

Фізичні основи слуху

Завдяки слуховим відчуттям людина отримує до 10 % інформації. Слуховий аналізатор складається з вуха, слухового нерва, складної системи нервових зв'язків і мозкових центрів людини.

1. Зовнішній слуховий прохід – має коротке волосся (захист від пилу), сальні і потові залози які виділяють вушну сірку (репелент для комах, пригнічує ріст мікроорганізмів).

2. Барабанна перетинка - тонка прозора мембрана, яка коливається під впливом звукових хвиль.

3. Барабанна порожнина –містить 3 кістки: молоточок, коваделко, стремінце. Вони діють як важелі і розгойдують перетинку овального вікна внутрішнього вуха. Оскільки площа цієї перетинки у 20-22 рази менша за барабанну, то амплітуда коливань зростає, тобто відбувається підсилення сигналу.

4. Євстахієва (слухова) труба служить для доступу повітря з глотки в барабанну порожнину, чим підтримується рівновага тисків.

5. Присінок і півколові канали - органи відчуття рівноваги. Півколові канали розташовані в трьох взаємно перпендикулярних площинах, при найменшому переміщенні тіла в просторі рідина в цих каналах зміщується, натискаючи на волоски і породжуючи імпульси в закінченнях вестибулярного (присінкового) нерва - у мозок миттєво надходить інформація про зміну положення тіла.

6. Завитка і завитковий нерв – ідентифікують звуки різної частоти.

 

Характеристика слухового відчуття

Людина здатна сприймати частоту, інтенсивність та напрям надходження звукової хвилі

Сприйняття частоти звуку - хвилі різної частоти сприймаються в залежності від того, в якій саме частині завитки вони викликають збудження волоскових клітин. Отже якщо до мозку надходять нервові імпульси від волоскових клітин нижньої частини завитки, він інтерпретує їх як низький звук, із верхньої — як високий.

Сприйняття інтенсивності звуку. Гучніший звук викликає коливання барабанної перетинки, слухових кісточок, овального вікна та перилімфи із більшою амплітудою. Мозок інтерпретує це як більшу гучність.

 

Сприйняття напрямку звуку. Відчуття напрямку звуку здійснюється на основі порівняння інтенсивності та часу надходження звукових сигналів до кожного із двох вух. Те вухо, що розташоване далі від джерела звуку, сприймає звук із запізненням (із зміщенням фази) і з меньшою амплітудою (меньш гучним). У визначенні напрямку звуку беруть участь ядра стовбура головного мозку.

Для оцінки якості сигналу його мінімальна тривалістьмає бути 20.-50 мс, при меншій - звук сприймається як клацання, тобто не розрізняється ані висота тону, ані його гучність.

Суб'єктивні методи оцінки стану слухового відчуття
Дослідження промовою Хворі з ураженням звукопровідного апарату особливо погано чують «басові» слова, і, навпаки «дискантні » слова погано розрізняються при глухуватості з ураженням апарату звукосприйняття
Дослідження слуху камертонами Дослідження Рінне Дослідження Вебера Дослідження Швабаха Дослідження Желлє  
Аудіометрія мовна аудіометрія (у запису) повітряна звукопровідність кісткова звукопровідність замаскований шум над порогові тести (приріст інтенсивності, тест дискомфорта., тест распаду тона, тест на модуляції)

 


 

кісткова звукопровідність

Проведення або передача коливань через кістки черепа. Тести кісткового звукопроведення дозволяють визначити, чи проводиться звук без участі кісточок середнього вуха. Це дає можливість

аудіологу визначити, чи є втрата слуху результатом порушення проведення в зовнішньому або середньому вусі або пошкодження нерва у внутрішньому усі. Бетховен використовував кісткове звукопроведеніе для того, щоб чути музику: він затискав в зубах паличку і прикладав її до деки рояля.

Звукові методі діагностики

Робота серця, легенів та других органів супроводжується звуковими явищами. Прослуховування цих звуків використовують у медицині для діагностики захворювань та для визначення меж розташування того чи іншого органу. Так прослуховують звуки, що вінікають під час роботи серця, легенів; дихання; у суглобах, під час руху кісток, руху газів та рідін по кишківнику. Знаючи, Якими повінні буті ці звуки при нормальному функціонуванні органів и тканин, можна визначіті характер захворювання або пошкодження органу при тому чи інщому захворюванні.

Аускультація - прослуховування і аналіз тонів та шумів, что винікають під час функціонування внутрішніх органів
Перкусія - це аналіз перкуторних звуків, що виникають при постукуванні молоточком по плесиметру, або пальцями, що прикладають до певної ділянки тіла хворого. Молоточки. Плесиметр.
Фонокардіографія - дослідження звуків роботи серця,.за результатами амплітудно - частотного аналізу.

 

 

Утворення голосу людини

Якби повітря проходило через наші органи дихання безперешкодно, то ми б не вимовляли ніяких звуків. Але в нашій дихальній системі є такі перешкоди. Сукупність органів, які беруть участь в утворенні голосу, називають голосовим апаратом. Струмінь повітря, виштовхується з легких, проходить через голосові зв'язки, розташовані в гортані людини. Голосові зв'язки - це невеликого розміру м'язові складки, схожі на клапті шкіри, які кріпляться до внутрішньої сторони гортані. Голосові зв'язки досить гнучкі і можуть регулювати відстань між своїми краями. При диханні вони розведені в сторони, щоб не загороджувати шлях повітряного струменя.

Висоту голосу визначає загальна маса голосових зв'язок - довжина, ширина і товщина. Їх вага у володаря баса вище в 4 рази, ніж у сопрано. А жіночі зв'язки в 2 рази легше, ніж чоловічі. Голос тим нижче, чим нижче розташована гортань і чим довше надставна труба.

Артикуляція (від лат. Articulo - "розчленовую") - це робота органів мови при утворенні звуків. Артикуляційний апарат служить для утворення звуків членороздільної мови . Крім голосових складок до артикуляційного апарату відносять язик, губи, піднебіння, глотка, зуби.

Резонатори - це порожнини, резонуючі на що виникає в голосової щілини звук і додають йому силу і забарвлення (тембр).

Розрізняють головний і грудної резонатори. За рахунок верхніх резонаторів голос набуває дзвінкість, а за рахунок нижніх - силу, м'якість, повноту звуку. Головне резонування відчувається як вібрація в голові (зуби, тім'я). Грудне резонування відчувається як вібрація в грудях (трахея, бронхи).


 

 

Шкала звукових хвиль Ультразвук та інфразвук. Джерела та уловлювачі ультразвуку й інфразвуку. Особливості та дія ультразвуку й інфразвуку на біологічні тканини

Вид звукової хвилі (Кіло - , мега - ) Властивості звуку Вплив на людину
Низькочастотні (НЧ) – інфразвук До 20 Гц Розповсюджується на великі відстані, бо мало поглинається перешкодами. Джерела: вихрові переміщення повітря, зсуви тетанічних плит перед землетрусом, грім, слони, кити, жирафи, коливання будівель, станки, підводні вибухи, басовий барабан, орган. Приймачі: медузи, слони, кити. У залежності від частоти може викликати острах чи сонливість. При резонансних явищах - дуже шкідливий. Середня власна частота коливань тіла людини – 6 Гц, грудна клітина – 6-8 Гц, голова – 20-30 Гц. При зовнішній частоті 4-8 Гц людина відчуває переміщення внутрішніх органів, при 12 Гц – симптоми морської хвороби, психічні розлади.
Звукові частоти (ЗЧ) 20 Гц – 20 кГц Діапазони частот звукосприйняття деяких живих істот
Метелик 8 000 - 160 000 Гц
Дельфин 40 - 200 000 Гц
Кішка 250 - 100 000 Гц
Кажан 2 000 - 150 000 Гц
Ведмідь 300 - 70 000 Гц
Папуга 300 - 15 000 Гц
Собака 200 - 50 000 Гц
Людина 16 - 20 000 Гц

 

Людське вухо створено для сприйняття чутного діапазону звуку. Шкідливим може бути дуже голосний звук – 75 дБ. Смертельний рівень звуку – 180 дБ. Чим людина старша, тим гірше вона сприймає високі частоти, близькі до ультразвуку. Найнижчий звук, що чує людина – гудок океанського судна на відстані 5 км від берега. Найвищий звук – писк комара.
Ультразвукові (УЗЧ) або надтональні. 20 к Гц - 200 к Гц     Середня швидкість проходження ультразвуку крізь м'які тканини - 1540 м / с; крізь кістку - близько 4000 м / с; крізь повітря - 300 м / с. Відбивається від межі між двома середовищами. Відлякує гризунів, комах. Інактивує віруси поліомієліту, енцефаліту, стрептокока. Термічна дія внаслідок перетворення енергії ультразвуку в тепло; при тривалому впливі порушує слух та зір. Використовується не тільки для УЗІ діагностики, а і для масажу, прогрівання. Деяку частину діапазону ультразвуку людина може сприймати не вухом, а кістками черепу.
Високочастотні (ВЧ) 200 к Гц - 30 мГц   Тіла не пропускають високі частоти. Такі частоти можуть поширюватися тільки у ідеальних кристалах. Ходили чутки, що високочастотні звуки, які несуть певну інформацію, можуть викликати ефект «голосів у голові». Так, можна викликати такий ефект, але тільки при безпосередньому контакті випромінювача з тілом людини. На щастя високочастотні звуки у повітрі не розповсюджуються. Високочастотні звуки руйнують ДНК клітини.
Ультрависокі (УВЧ) 30 мГц - 300 мГц  
Надвисокі (НВЧ) Вище 300 мГц

Використання ультразвуку в медицині.

Ехографія
пацієнт
монітор

Медична ультразвукова ехографія створює ехограми внутрішніх органів за допомогою ультразвукових хвиль,які відбиваються від межі двох середовищ з різними акустичними опорами. У діагностиці застосовують хвилю не постійну, а вигляді коротких імпульсів (імпульсна хвиля). ℓ - протяжність імпульсу у просторі (повинна бути меншою, ніж досліджуваний орган.); - швидкість ультразвуку у органі (див табл.нижче); - тривалість імпульсу. Для деталізації УЗД зменшують ℓ - протяжність імпульсу.Для цього - або підвищують частоту 𝛎, тим самим зменшуючи довжину хвилі λ, або зменшують кількість коливань в одному імпульсі (швидкість 𝓿 проходження ультразвуку в органі – величина незмінна).
Пренатальні дослідження Пренатальний скринінг - комплекс медичних досліджень (лабораторних, ультразвукових), спрямований на виявлення групи ризику по розвитку вад плоду під час вагітності. Слово «пренатальний» означає «дородовий», а слово «скринінг» - «просівання». У медицині під скринінгом розуміють прості, безпечні масові (великій групі населення) дослідження з метою виділення груп підвищеного ризику.
УЗД черевної порожнини. Печінка, жовчний, підшлункова залоза,селезінка, сосуди. Гінекологія. УЗД внутрішніх органів. Почки, січовий міхур, передміхурова залоза, насінні бульбашки, статеві органи. УЗИ в ендокринологіи. Наднирники, щитовидна залоза  
УЗД в кардіології. Ультразвукове дослідження серця (ехокардіографія) - дозволяє оцінити клапанний апарат серця, порожнини серця (правий і лівий шлуночки, праве і ліве передсердя), скоротливу активність міокарда лівого шлуночка. Виявляє: пороки серця (вроджені та набуті), пролапс клапанів, кардіоміопатії, міокардити, ендокардити, перикардити, гіпертрофію міокарда шлуночків, порушення локальної скоротливості міокарда лівого шлуночка, ускладнення інфарктів міокарда, додаткові утворення (пухлини, тромби), легеневу гіпертензію.
Доплерографія
Використовується ефект Доплера (зміна частоти, що здається, викликана рухом джерела хвиль або луна). Цей метод дозволяє відобразити рух, наприклад перебіг крові по кровоносних судинах. Сутність ефекту полягає в тому, що від рухомих об'єктів ультразвукові хвилі відбиваються зі зміненою частотою. Цей зсув частоти пропорційний швидкості руху лоціруємих структур - якщо рух направлено в сторону датчика, то частота збільшується, якщо від датчика - зменшується. Може виявляти варі кози, аневризми, тромби тобто, - все, що пов’язано з роботою сосудів та кровообігом.
Літотріпсія - дроблення каменів ультразвуком у нирках, сечоводах. Також – знятя зубного каменю – професійна чистка зубів.
Хірургія за допомогою фокусуючого ультразвука Можливість використання фокусуючого ультразвука для створення зон ураження в глибині органу без руйнування вище розміщених тканин. Застосовують в основному в операціях на мозку. Інші органи: печінка, спинний мозок, нирки, око. Інструментальна ультразвукова хірургія. Ультразвуковий скальпель призначено для перетину і коагуляції тканин. Дозволяє виробляти атравматичну діссекцію тканин і здійснювати гемостаз.

 

апарат ультразвукової діагностики

стандартний апарат ультразвукової діагностики (або ультразвуковий сканер) складається з наступних частин:

Ультразвуковий датчик детектор (перетворювач), який отримує і передає звукові хвилі
Центральний процесор (CPU) комп'ютер, який виробляє всі розрахунки.
Імпульсний датчик управління змінює амплітуду, частоту і тривалість імпульсів.
Дисплей відображає зображення, сформоване центральним процесором.
Клавіатура і курсор служать для введення та обробки даних
Дискове сховище (DVD) служить для зберігання отриманих зображень
Принтер використовується для друку зображень

Ультразвуковий датчик є основною частиною будь-якого УЗД апарату. Він генерує і сприймає звукові хвилі, використовуючи принцип п'єзоелектричного ефекту, який був відкритий П'єром і Жаком Кюрі в далекому 1880 році. Датчик перетворювача містить один або кілька кварцових кристалів, які також називаються п'єзоелектричними кристалами. Під дією електричного струму ці кристали швидко змінюють свою форму і починають вібрувати, що призводить до виникнення і розповсюдження назовні звукової хвилі. І навпаки, коли відбита звукова хвиля досягає кварцового кристалу, той, деформуючись утворює електричний струм. Таким чином, одні й ті ж кристали використовуються для прийому і передачі звукових хвиль.

 

Прямий п’єзоефект – утворення електрики в наслідок механічної деформації речовини (п’єзоелектрика). Зворотній п’єзоефект - механічна деформація речовини (п’єзоелектрика) під дією зовнішньої напруги. При швидкій зміні напруги – п’єзокристал швидко змінюється у розмірах, начебто «тремтить» з частотою ультразвуку.
У природі властивості п’єзоелектрика має кристал кварцу. Штучно виготовляють керамічні п’єзоелементи. (Наприклад титанат барію ВаТi , ВаТi , РbТi , LiNb ). Особливо широко використовуються як п’езоелектрики на основі цирконата-титанату свинцю (ЦТС або PZT) PbTi - PbZr .

 

Вібрації.

Звуки - це вібрації. Ми сприймаємо вібрації не тільки вухом, а й усім тілом, і організм, так чи інакше, реагує на них. Всім добре відомо неприємне почуття, яке викликається скреготом ножа по склу. А чому воно неприємно? Вчені з'ясували, що по спектру коливань цей звук аналогічний крику мавп, що попереджає про небезпеку. Десь глибоко в підкірці цей сигнал у нас відображений і передається з покоління в покоління.


Поделиться:

Дата добавления: 2015-02-09; просмотров: 690; Мы поможем в написании вашей работы!; Нарушение авторских прав





lektsii.com - Лекции.Ком - 2014-2024 год. (0.007 сек.) Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав
Главная страница Случайная страница Контакты