Звуковые волны. Ультразвук и его использование в технике и медицине

Колебания мембран, металлических деталей, голосовых связок, происходящие в воздухе с частотой от 20 до 20000 Гц, приводят к смещению около них молекул воздуха и созданию зон повышенной и пониженной концентрации этих молекул (а значит, и зон повышенного и пониженного давления воздуха). Распространение чередующихся зон повышенного и пониженного давления или продольных колебаний молекул упругой среды в указанном частотном диапазоне человек воспринимает как звук.

Звуковая волна способна вызывать вынужденные колебания барабанной перепонки человеческого уха, которые в конечном итоге регистрируются мозгом.

Длиной волны l можно считать расстояние между 2 зонами максимального разрежения или сжатия, однако определение длины волны, данное ранее, для любых волн остается в силе. Справедливо и соотношение между скоростью звука, длиной волны и частотой: = . Скорость звука меняется от среды к среде и при нормальных условиях составляет

около 340 м/c в воздухе,

около 1500 м/с в воде

около 5500 м/с в стали.

Диапазон длин звуковых волн в воздухе составляет от 1,7 см до 17 м.

Высота тона звука – субъективное слуховое ощущение, зависящее, главным образом, от частоты звука и позволяющее расположить все звуки по шкале от низких до высоких. Чем выше частота колебаний в звуковой волне (чем меньше длина волны), тем выше звук. Звук определенной частоты (рис. 5, а) излучается только с помощью динамика, присоединенного к электрическому генератору. В реальном случае форма колебаний сигнала источника звука, а значит, и форма графика колебаний частиц среды, существенно отличается от синусоиды (рис. 5, б). Поэтому музыкальные установки содержат несколько динамиков, которые испускают низкие звуки тяжелыми мембранами.

Громкость звука в основном связана с амплитудой колебаний частиц среды, связанной с энергией, которую переносит механическая волна. Однако в реальности субъективное восприятие громкости звуков разных частот и одинаковой амплитуды оказывается различным. Человек способен воспринимать звуковые волны, различающиеся по переносимой ими энергии в миллионы раз, поэтому громкость звука выражают в децибелах (дб), т.е. в логарифмической шкале.

Продольные волны с частотами от 20 кГц до 1 ГГц, распространяющиеся в воздухе, жидкостях и твердых телах, называют ультразвуком. Человеческое ухо такие частоты не воспринимает. Однако некоторые животные, например летучие мыши и дельфины, способны излучать и улавливать ультразвук. Благодаря этому дельфины уверенно ориентируются в мутной воде, а летучие мыши способны летать в полной темноте, не натыкаясь на преграды. В последнее время ультразвук получил широкое распространение в медицине.

Поиск по сайту: