Инфразвук и ультразвук. Инфразвук Инфразвук (от лат. infra ниже, под) упругие волны, аналогичные звуковым, но имеющие частоту ниже воспринимаемой человеческим. - презентация

1 Инфразвук и ультразвук

2 Инфразвук Инфразвук (от лат. infra ниже, под) упругие волны, аналогичные звуковым, но имеющие частоту ниже воспринимаемой человеческим ухом. За верхнюю границу частотного диапазона инфразвука обычно принимают 1625 Гц. Природа возникновения инфразвуковых колебаний такая же, как и у слышимого звука, поэтому инфразвук подчиняется тем же закономерностям, и для его описания используется такой же математический аппарат, как и для обычного слышимого звука (кроме понятий, связанных с уровнем звука).лат.

3 Ультразвук Ультразвук упругие звуковые колебания высокой частоты. Человеческое ухо воспринимает распространяющиеся в среде упругие волны частотой приблизительно до к Гц; колебания с более высокой частотой представляют собой ультразвук (за пределом слышимости). Обычно ультразвуковым диапазоном считают полосу частот от до миллиарда Гц. Звуковые колебания с более высокой частотой называют гиперзвуком.звуковые частоты упругие волны к ГцГцгиперзвуком Хотя о существовании ультразвука ученым было известно давно, практическое использование его в науке, технике и промышленности началось сравнительно недавно. Сейчас ультразвук широко применяется в различных физических и технологических методах.

4 Звуковые волны. Инфразвук и Ультразвук ШУМОВОЕ ЗАГРЯЗНЕНИЕ Сильный продолжительный и особенно постоянный шум – скрытый и опасный враг человека и других живых существ. Значительный и продолжительный шум ограничивает продолжительность труда, приводит к преждевременному расстройству и разрушению слухового аппарата, развитию сердечно-сосудистых заболеваний (гипертонии, аритмии), поражению нервной системы, язвенной болезни и другим расстройствам. Наиболее распространённые симптомы шумового влияния – раздражительность, рассеянность и, как следствие, невроз. Шум обостряет хронические заболевания. Любопытно, что во время сна шум оказывает более негативное воздействие, чем в часы бодрствования. Воздействие шума на человека определяется его уровнем (громкостью, интенсивностью) и высотой составляющих его звуков, а также продолжительностью воздействия. Понятия «интенсивность» и «громкость шума» принимаются в быту за синонимы, однако не совсем тождественны: интенсивность – объективная характеристика звука; громкость – характеристика его субъективного восприятия. Установлено, что громкость звука возрастает гораздо медленнее, чем интенсивность. Уровень шума выражается в логарифмической шкале, в децибелах (дБ). 1 дБ – это десятая часть логарифма отношения давления, которое оказывают звуковые волны на барабанную перепонку уха, к предельно низкому, ещё ощущаемому ухом давлению. Минимальная интенсивность звука, воспринимаемая ухом, называется порогом слышимости. Порог слышимости различен для звуковых колебаний разных частот. Органы слуха человека наиболее чувствительны к частоте 1000–3000 Гц. Верхнюю границу интенсивности звука, которую человек ещё способен воспринимать, называют порогом болевого ощущения. Шум 0 дБ создаёт зимний лес в безветренную погоду. Шум 1 дБ еле уловим при исключительно остром слухе. Шум от нормального дыхания оценивается как 10 дБ, и такой уровень принимают за порог слышимости людей с нормальным слухом. Шёпот создаёт шум 20 дБ. Отдых и сон считают полноценным, когда шум не превышает 25–30 дБ, в учреждениях и на предприятиях шум достигает 40–60 дБ. На шумных предприятиях шум достигает 70 дБ. Кратковременно допустим шум 80 дБ. Более сильный шум вреден, болевой порог лежит обычно в пределах 120–130 дБ, за которым возможно повреждение слухового аппарата. Согласно санитарным нормам, уровень шума около зданий днём не должен превышать 55 дБ, а ночью (с 23 до 7 ч) 45 дБ, в квартирах соответственно 40 и 30 дБ.

5

6 Влияние инфразвука на человека В конце 60-х годов французский исследователь Гавра обнаружил, что инфразвук определенных частот может вызвать у человека тревожность и беспокойство. Инфразвук с частотой 7 Гц смертелен для человека. Действие инфразвука может вызвать головные боли, снижение внимания и работоспособности и даже иногда нарушение функции вестибулярного аппарата. Основные источники инфразвуковых волн Развитие промышленного производства и транспорта привело к значительному увеличению источников инфразвука в окружающей среде и возрастанию интенсивности уровня инфразвука. Основные техногенные источники инфразвуковых колебаний в городах приведены в таблице.

7 Инфразвук- причина катастроф Инфразвук – причина катастроф. Дело в том, что в Мировом океане громадные запасы метан гидрата – метанового льда. Это конгломерат воды и газа, состоящий из кластеров из 32 молекул воды и 8 молекул метана. Метангидраты образуются там, где на морском дне через трещины в земной коре выделяется природный газ. Инфразвуковая волна, обладая огромной энергией, разрушает метановый лёд, и газ метан выделяется в воду. Кратеры, выделяющие метан, были обнаружены научно-исследовательским кораблём «Полярная звезда» (ФРГ) в море Лаптевых и у берегов Пакистана в 1987 г. Образующаяся при выделении метана газоводяная смесь имеет очень малую плотность, и корабль, оказавшийся в этой зоне, может внезапно утонуть. Так же и самолёт, пролетающий над таким местом, может неожиданно глубоко «провалиться» в воздушную яму и удариться о поверхность воды. Считается, что многие необъяснённые катастрофы кораблей и самолётов связаны именно с непредсказуемым выделением метана из морских глубин.

8 Генерация ультразвуковых (УЗ) волн Генерация ультразвуковых (УЗ) волн. Ультразвук можно получить от механических, электромагнитных и тепловых источников. В газовой среде УЗ-волны обычно возбуждаются механическими излучателями разного рода – сиренами прерывистого действия. Мощность ультразвука – до нескольких киловатт на частотах до 40 к Гц. УЗ-волны в жидкостях и твёрдых телах обычно возбуждают электроакустическими, магнитострикционными и пьезоэлектрическими преобразователями. Сирена – один из видов механических УЗ- излучателей. Она обладает относительно большой мощностью и применяется в милицейских и пожарных машинах. Все ротационные сирены имеют камеру, закрытую сверху диском (статором) с большим количеством отверстий. Столько же отверстий имеется и на вращающемся внутри камеры диске – роторе. При вращении ротора положение отверстий в нём периодически совпадает с положением отверстий на статоре. В камеру непрерывно подаётся сжатый воздух, который вырывается в те короткие мгновения, когда отверстия на роторе и статоре совпадают. Основная задача при изготовлении сирен – это, во-первых, увеличить число отверстий в роторе и, во-вторых, увеличить скорость его вращения. Однако совместить эти требования очень трудно.

9 Гидролокация Давление в УЗ-волне превосходит давление в волне обычного звука в тысячи раз и легко обнаруживается с помощью микрофонов в воздухе и гидрофонов в воде. Это даёт возможность применения ультразвука для обнаружения косяков рыбы или других подводных объектов. Одна из первых практических УЗ-систем обнаружения подводных лодок появилась в конце Первой мировой войны.

10

11 Физиологическое действие инфразвука Все случаи контакта человека и инфразвука можно поделить на две большие группы. Контакты в пространстве, не ограниченном жесткими стенками и контакте в помещениях, то есть в пространстве, ограниченном жесткими стенками. Таким образом, с точки зрения акустики, это контакты с бегущей волной (в первом случае), и контакты в полости резонатора (во втором случае). В процессе трудовой деятельности большинство контактов человека и инфразвука происходит именно в пространстве, ограниченном жесткими стенками. Их и рассмотрим в данной статье. С физической точки зрения все многообразие помещений может быть сведено к резонаторам двух типов: - резонатору типа Гельмгольца и резонатору типа труба. В эксперименте показано, что даже небольшая, по сравнению с длинной ИЗ волны, комната, может служить четверть волновым резонатором частотой 5,5 Гц. Таким образом, человек, в силу привычки или служебной необходимости находящийся в той или иной части помещения, будет контактировать с различными физическими компонентами распределенной в пространстве помещения акустической волны. Но, с точки зрения биологии, контакт с разными раздражителями должен вызвать разную ответную реакцию органов и систем. Экспериментально показано, что нахождение в разных частях даже небольшого помещения способно вызвать разнонаправленную реакцию органов и систем человека и животных. Выделена зона градиента ИЗ волны, в которой падает работоспособность, уменьшается частота различия звуковых импульсов и световых мельканий, резко активируется активность симпатического звена регуляции сосудистой системы и развивается реакция гиперкоагуляции крови. Это связано с прямым действием ИЗ на стенки кровеносных сосудов В тоже самое время у людей и животных, находящихся в противоположном конце помещения умеренно, но статистически достоверно, растет работоспособность, уменьшается активность свертывающих систем крови и улучшаются показатели реакции на частоту световых мельканий. Зависимость ответной реакции организма на нахождение человека и животных в разных частях одного и того же помещения сохранялась в пределах проверенной интенсивности ИЗ от 80 до 120 дБ и частотах 8, 10 и 12 Гц. Никаких психических реакций на наиболее часто встречающиеся в промышленности уровни ИЗ выявлено не было. Данные опытов указывают, что ИЗ, даже невысокой интенсивности, в зависимости от места нахождения подопытного объекта, может быть небезопасен для здоровья и может, в то же самое время, обладать положительным стимулирующим эффектом. Зональная биологическая активность ИЗ может послужить основой сравнительно простых способов защиты от ИЗ, основанных на выведении рабочего места человека-оператора из биологически вредной зоны.

12 Ультразвук в природе Летучие мыши, использующие при ночном ориентировании эхолокацию, испускают при этом ртом (Кожановы Vesperti+ lianidae) или имеющим форму параболического зеркала носовым отверстием (подковоносы Rhinolophidae) сигналы чрезвычайно высокой интенсивности. На расстоянии 1 5 см от головы животного давление ультразвука достигает 60 амбар, то есть соответствует в слышимой нами частотной области давлению звука, создаваемого отбойным молотком. Эхо своих сигналов летучие мыши способны воспринимать при давлении всего 0,001 амбар, то есть в раз меньше, чем у испускаемых сигналов. При этом летучие мыши могут обходить при полете препятствия даже в том случае, когда на эхолокационные сигналы накладываются ультразвуковые помехи с давлением 20 амбар. Механизм этой высокой помехоустойчивости еще неизвестен. При локализации летучими мышами предметов, например, вертикально натянутых нитей с диаметром всего 0,005 0,008 мм на расстоянии 20 см (половина размаха крыльев), решающую роль играют сдвиг во времени и разница в интенсивности между испускаемым и отраженным сигналами. Подковоносы могут ориентироваться и с помощью только одного уха (моноурально), что существенно облегчается крупными непрерывно движущимися ушными раковинами. Они способны компенсировать даже частотный сдвиг между испускаемыми и отражёнными сигналами, обусловленный эффектом Доплера (при приближении к предмету эхо является более высокочастотным, чем посылаемый сигнал). Понижая во время полёта эхолокационную частоту таким образом, чтобы частота отражённого ультразвука оставалась в области максимальной чувствительности их «слуховых» центров, они могут определить скорость собственного перемещения. Летучие мыши Эхоэффектом Доплера

13 Некоторые меры борьбы с инфразвуком Общественные меры борьбы с шумом начали разрабатываться уже давно. Юлий Цезарь почти 2000 лет назад в Риме запретил езду ночью на грохочущих колесницах. А 400 лет назад королева Англии Елизавета Третья запретила мужьям бить своих жен после 10 часов вечера, "чтобы их крики не беспокоили соседей". Сейчас уже в мировом масштабе принимаются меры борьбы с шумовым загрязнением среды: усовершенствуются двигатели и другие части машин, этот фактор учитывается при проектировании трасс и жилых районов, используются звукоизолирующие материалы и конструкции, экранирующие устройства, зеленые насаждения. Но следует помнить, что и каждый из нас должен быть активным участником этой борьбы с шумом. Упомянем оригинальный глушитель инфразвукового шума компрессоров и других машин, разработанный лабораторией охраны труда Санкт-Петербургского института инженеров железнодорожного транспорта. В коробе этого глушителя одна из стенок сделана податливой, и это позволяет выравнивать низкочастотные переменные давления в потоке воздуха, идущего через глушитель и трубопровод [3, 24]. Площадки виброформовочных машин могут является мощным источником низкочастотного звука. По- видимому, здесь не исключено применение интерференционного метода ослабления излучения путем противофазного наложения колебаний. В системах всасывания и распыления воздуха следует избегать резких изменений сечения, неоднородностей на пути движения потока, чтобы исключить возникновение низкочастотных колебаний [3, 24 ]. Некоторые исследователи разделяют действие инфразвука на четыре градации – от слабой до... смертельной. Классификация – вещь хорошая, но она выглядит довольно беспомощно, если неизвестно, с чем связано проявление каждой градации

14

15 Так является ли инфразвук психотронным оружием? Создатели сверхоружия, основанного на воздействии инфразвука, утверждают, что оно полностью подавляет противника, вызывая у него такие "неотвратимые" последствия, как тошнота и понос. Разработчики вооружения такого вида и исследователи его ужасных последствий "съели" немало денег из госказны. Возможно, однако, что вышеупомянутые неприятности грозят не воображаемому противнику, а вполне реальным генералам - заказчикам подобного оружия - в качестве возмездия за некомпетентность. Юрген Альтман (Jurgen Altmann), исследователь из Германии, на совместной конференции Европейской и Американской акустических ассоциаций (март 1999) заявил, что инфразвуковое оружие не вызывает приписываемых ему эффектов [8, 2 ]. На подобные штуки надеялись в армии и полиции. Блюстители правопорядка полагали, что эти средства более эффектны, чем химические, такие, как например, слезоточивый газ. А пока что, как утверждает Альтман, изучавший влияние на людей и животных инфразвуковых колебаний, звуковое оружие не работает. По его словам, даже при уровне шума 170 децибел что-либо особенное, вроде непроизвольных испражнений, зафиксировать не удалось. (*Вспомнилось, что недавно СМИ отметили успешные испытания инфра-пугалки американского производства. Блеф на благо "изобретателям" и на устрашение воображаемого противника ?) Сид Хил (Sid Heal), работающий на Минобороны США по программе разработки инфразвукового оружия, отмечает, что исследователи изменили постановку задачи. Наряду с попытками создания прототипов оружия они тщательно изучают воздействие инфразвука на человека. Однако же всетаки в настоящее время достаточно в час Х добавить катализатор – и заложенная программа заработает. Начнется разрушение органов, искусственная мутация генов или изменение сознания. Таким толчком может, например, стать массированное облучение о проблеме которой беспокоятся российские ученые и военные.

16