Сприйняття звуку людським вухом
Людина сприймає звук за допомогою вуха (рис.).
Зовні розташована раковина зовнішнього вуха. переходить в слуховий канал діаметром D1 = 5 мм і довжиною 3 см.
Далі розташована барабанна перетинка, яка вібрує під дією звукової хвилі (резонує). Перетинка приєднана до кісток середнього вуха. передавальним вібрацію інший перетинки і далі у внутрішнє вухо.
Внутрішнє вухо має вигляд закрученої трубки ( "равлики") з рідиною. Діаметр цієї трубки D2 = 0,2 мм довжина 3 - 4 см довжиною.
Оскільки коливання повітря в звуковій хвилі слабкі, щоб безпосередньо порушити рідина в равлику, то система середнього і внутрішньо вуха спільно з їх перетинками грають роль гідравлічного підсилювача. Площа барабанної перетинки внутрішнього вуха менше площі перетинки середнього вуха. Тиск, який чиниться звуком на перетинки, обернено пропорційно площі:
Тому тиск на внутрішнє істотно вухо зростає:
.
У внутрішньому вусі по всій його довжині натягнута ще одна мембрана (поздовжня), жорстка на початку вуха і м'яка в кінці. Кожна ділянка цієї поздовжньої мембрани може коливатися з власною частотою. У жорсткому ділянці порушуються коливання високої частоти, а в м'якому - низькою. Уздовж цієї мембрани розташований преддверноулітковий нерв, який сприймають коливання і передає їх в мозок.
Найнижча частота коливань джерела звуку 16-20 Гц сприймається вухом як низький басовий звук. Область найбільшою чутливості слуху захоплює частину среднечастотного і частина високочастотного поддиапазонов і відповідає інтервалу частот від 500 Гц до 4-5 кГц. Людський голос і звуки, що видаються більшістю важливих нам процесів в природі, мають частоту в цьому ж інтервалі. При цьому звуки частотою від 2 кГц до 5 кГц уловлюються вухом як дзвін або свист. Інакше кажучи, найважливіша інформація передається на звукових частотах приблизно аж до 4-5 кГц.
Підсвідомо людина розділяє звуки на "позитивні", "негативні" і "нейтральні".
До негативних відносяться звуки, які колись були не знайомі, дивні та незрозумілі. Вони викликають страх і занепокоєння. До них також відносяться низькочастотні звуки, наприклад, низький барабанний стукіт або виття вовка, т. К. Збуджують страх. Крім того, страх і жах збуджують нечутні низькочастотні звук (інфразвук). Приклади.
У 30-і роки 20 століття в одному з лондонських театрів в якості сценічного ефекту застосували величезну органну трубу. Від інфразвуку цієї труби всю будівлю затремтіло, а в людях оселився жах.
Співробітники національної лабораторії фізики в Англії провели експеримент, додавши до звучання звичайних акустичних інструментів класичної музики наднизькі (інфразвукові) частоти. Слухачі відчули занепад настрою і випробували відчуття страху.
На кафедрі акустики МГУ проводилися дослідження вплив рока і поп музики не людський організм. Виявилося, що частота основного ритму композиції «Діп Пёпл» викликає неконтрольоване порушення, втрату контролю над собою, агресивність до оточуючих або негативні емоції до себе. Композиція «The Beatles», на перший погляд милозвучна, виявилася шкідливою і навіть небезпечною, т. К. Має основний ритм близько 6,4 Гц. Ця частота резонує з частотами грудної клітки, черевної порожнини і близька до власної частоти головного мозку (7 Гц.). Тому при прослуховуванні цієї композиції тканини живота і грудей починають хворіти і поступово руйнуватися.
Інфразвук викликає в організмі людини коливання різних систем, зокрема, серцево-судинної. Це справляє негативний вплив і може привести, наприклад, до гіпертонічної хвороби. Коливання на частоті 12 Гц можуть, якщо їх інтенсивність перевищить критичний поріг, викликати загибель вищих організмів, в т. Ч. Людей. Ця та інші інфразвукові частоти присутні в виробничих шуми, шуми автострад та ін. Джерел.
Зауваження. У тварин резонанс музичних частот і власних може привести до розпаду функції мозку. При звучанні "металевого року" корови перестають давати молоко, а ось свині, навпаки, люблять металевий рок.
Позитивними є звуки струмка, припливу моря або співу птахів; вони викликають заспокоєння.
Крім того, і рок не завжди поганий. Наприклад, музика типу «кантрі», що виконується на банджо, допомагає одужувати, хоча погано впливає на здоров'я в самому початковому етапі захворювання.
До позитивних можуть бути звукові класичні мелодії. Наприклад, американські вчені поміщали грудних недоношених немовлят в бокси для прослуховування музики Баха, Моцарта, і діти швидко набирали вагу, набирали вагу.
Сприятливо впливає на здоров'я людини дзвін.
Будь-ефект звуку посилюється в напівтемряві і темряві, оскільки зменшується частка інформації, що надходить з допомогу зору
Поглинання звуку в повітрі і огороджувальними поверхнями
Поглинання звуку в повітрі
У кожен момент часу в будь-якій точці приміщення інтенсивність звуку дорівнює сумі інтенсивності прямого звуку, безпосередньо виходить від джерела, і інтенсивності звуку, відбитого від огороджувальних поверхонь приміщення:
При поширенні звуку в атмосферному повітрі і в будь-який інший середовищі виникають втрати інтенсивності. Ці втрати обумовлені поглинанням звуковий енергії в повітрі і огороджувальними поверхнями. Розглянемо поглинання звуку за допомогою хвильової теорії.
Поглощеніезвука - це явище незворотного перетворення енергії звукової хвилі в інший вид енергії, перш за все в енергію теплового руху частинок середовища. Поглинання звуку відбувається і в повітрі, і при відображенні звуку від огороджувальних поверхонь.
Поглинання звуку в повітрі супроводжується зменшенням звукового тиску. Нехай звук поширюється вздовж напрямку r від джерела. Тоді в залежності від відстані r щодо джерела звуку амплітуда звукового тиску зменшується за експоненціальним законом:
де p0 - початкове звуковий тиск при r = 0
- коефіцієнт поглинання звуку. Формула (63) виражає закон поглинання звуку.
Фізичний сенс коефіцієнта полягає в тому, що коефіцієнт поглинання чисельно дорівнює величині, зворотній відстані, на якому звуковий тиск зменшується в e = 2,71 раз:
.
Одиниця виміру в СІ:
Оскільки сила звуку (інтенсивність) пропорційна квадрату звукового тиску, то цей же закон поглинання звуку можна записати у вигляді:
де I0 - сила звуку (інтенсивність) поблизу джерела звуку, т. е. при r = 0:
.
Отже, одиниця виміру коефіцієнта поглинання в СІ: Непер на метр
крім того, можна обчислювати в белах на метр (Б / м) або децибелах на метр (дБ / м).
Зауваження. Поглинання звуку можна характеризувати коефіцієнтом втрат. який дорівнює
де - довжина звукової хвилі, твір - логарифмический коефіцієнт загасання звуку. Величину, рівну зворотній величині коефіцієнта втрат
Повної теорії поглинанні звуку в повітрі (атмосфері) поки немає. Численні емпіричні оцінки дають різні значення коефіцієнта поглинання.
Перша (класична) теорія поглинання звуку була створена Стоксом і заснована на обліку впливу в'язкості (внутрішнього тертя між шарами середовища) і теплопровідності (вирівнювання температури між шарами середовища). Спрощена формула Стокса має вигляд:
де - в'язкість повітря, - коефіцієнт Пуассона, 0- щільність повітря при 0 0 С, - швидкість звуку в повітрі. Для звичайних умов ця формула набуде вигляду:
Однак формула Стокса (63) або (63 *) справедлива лише для одноатомних газів, атоми яких мають три поступальні ступені свободи, т. Е. При = 1,67.
Для газів з 2, 3 або багатоатомних молекул значення істотно більше, т. К. Звук збуджує обертальні і коливальні ступені свободи молекул. Для таких газів (в т. Ч. Для повітря) більш точною є формула
де Tн = 273,15 К - абсолютна температура танення льоду ( "потрійна точка"), pн = 1,013.105Па - нормальний атмосферний тиск, T і p - реальні (вимірювані) температура і атмосферний тиск повітря, = 1,33 для двохатомних газів , = 1,33 для трьох- і багатоатомних газів.
Поглинання звуку огороджувальними поверхносятмі
Поглинання звуку огороджувальними поверхнями відбувається при відображенні від них звуку. При цьому частина енергії звукової хвилі відбивається і обумовлює виникнення стоячих звукових хвиль, а інша енергії перетворюється в енергію теплового руху частинок перепони. Ці процеси характеризують коефіцієнтом відображення і коефіцієнтом поглинання захисної конструкції.
Коефіцієнт відбиття звуку від перешкоди - це безрозмірна величина, що дорівнює відношенню частини енергії волниWотр. відображеної від перешкоди, до всієї енергії волниWпад. падаючої на перешкоду
Поглинання звуку перешкодою характеризують коефіцієнтом поглинання - безрозмірною величиною, рівною відношенню частини енергії волниWпогл. поглиненої перешкодою (і перейшла у внутрішню енергію речовини перепони), до всієї енергії волниWпад. падаючої на перешкоду
Середній коефіцієнт поглинання звуку усіма огороджувальними поверхнями дорівнює
де i- коефіцієнт поглинання звуку матеріалом i -й перепони, Si - площа i -й перепони, S - загальна площа перешкод, n - кількість різних перешкод.
З цього виразу можна зробити висновок, що середній коефіцієнт поглинання відповідає єдиному матеріалу, яким можна було б покрити всі поверхні перешкод приміщення зі збереженням загального звукопоглинання (А), рівного
Фізичний сенс загального звукопоглинання (А). воно чисельно дорівнює коефіцієнту поглинання звуку відкритим прорізом площею 1 м 2.
.
Одиниця виміру звукопоглинання називається Себін:
.