Der Einsatz von Ultraschall und Infraschall im Alltag. Schall, Ultraschall, Infraschall und ihre Verwendung
Nun berücksichtigt die Akustik als Teilgebiet der Physik einen größeren Bereich elastischer Schwingungen – von den niedrigsten bis zu den extrem hohen, bis hin zu 1012 – 1013 Hz. Schallwellen mit Frequenzen unter 16 Hz, die für den Menschen nicht hörbar sind, werden Infraschall genannt, Schallwellen mit Frequenzen von 20.000 Hz bis 109 Hz werden Ultraschall genannt und Schwingungen mit Frequenzen über 109 Hz werden Hyperschall genannt.
Diese unhörbaren Geräusche haben viele Verwendungsmöglichkeiten gefunden.
Ultraschall und Infraschall spielen in der lebenden Welt eine sehr wichtige Rolle. Fische und andere Meerestiere nehmen beispielsweise Infraschallwellen, die durch Sturmwellen entstehen, empfindlich wahr. So spüren sie das Herannahen eines Sturms oder Zyklons im Voraus und schwimmen an einen sichereren Ort. Infraschall ist ein Bestandteil der Geräusche des Waldes, des Meeres und der Atmosphäre.
Ultraschall kann von Tieren wie Hunden, Katzen, Delfinen, Ameisen, Fledermäusen usw. erzeugt und wahrgenommen werden. Fledermäuse machen beim Flug kurze, hohe Töne. Auf ihrem Flug lassen sie sich von den Reflexionen dieser Geräusche von Objekten leiten, denen sie unterwegs begegnen. Sie können sogar Insekten fangen, indem sie sich nur an den Echos ihrer kleinen Beute orientieren. Katzen und Hunde können sehr hohe Pfeiftöne (Ultraschall) hören.
INFRASCHALL (von lateinisch infra – unten, unter), elastische Wellen niedriger Frequenz (weniger als 16 Hz), die für das menschliche Ohr nicht hörbar sind. Bei großen Amplituden wird Infraschall als Schmerz im Ohr empfunden. Tritt bei Erdbeben, Unterwasser- und Untergrundexplosionen, bei Stürmen und Hurrikanen, bei Tsunamiwellen usw. auf. Da Infraschall schlecht absorbiert wird, breitet er sich über große Entfernungen aus und kann als Vorbote von Stürmen, Hurrikanen und Tsunamis dienen.
In der Erdkruste werden Erschütterungen und Vibrationen von Infraschallfrequenzen aus verschiedensten Quellen beobachtet, unter anderem durch Steinschlagexplosionen und den Transport von Krankheitserregern.
Infraschall zeichnet sich durch eine geringe Absorption in verschiedenen Medien aus, wodurch sich Infraschallwellen in Luft, Wasser und in der Erdkruste über sehr große Entfernungen ausbreiten können. Dieses Phänomen findet praktische Anwendung bei der Bestimmung des Ortes großer Explosionen oder der Position einer Schusswaffe. Die Ausbreitung von Infraschall über große Entfernungen im Meer ermöglicht die Vorhersage einer Naturkatastrophe – eines Tsunamis. Die Geräusche von Explosionen, die eine große Anzahl von Infraschallfrequenzen enthalten, werden zur Untersuchung der oberen Schichten der Atmosphäre und der Eigenschaften der aquatischen Umwelt verwendet.
Der Mensch hört Infraschall nicht, sondern fühlt ihn; es hat eine zerstörerische Wirkung auf den menschlichen Körper. Ein hoher Infraschallpegel führt zu Funktionsstörungen des Vestibularapparates und führt zu Schwindel und Kopfschmerzen. Aufmerksamkeit und Leistung nehmen ab. Es besteht ein Gefühl von Angst und allgemeinem Unwohlsein. Es gibt die Meinung, dass Infraschall einen großen Einfluss auf die menschliche Psyche hat. Alle Mechanismen, die mit Rotationsgeschwindigkeiten von weniger als 20 U/s arbeiten, senden Infraschall aus. Wenn sich ein Auto mit einer Geschwindigkeit von mehr als 100 km/h bewegt, ist es eine Quelle von Infraschall, der durch die Störung des Luftstroms von seiner Oberfläche entsteht. Im Maschinenbau entsteht Infraschall beim Betrieb von Ventilatoren, Kompressoren von Verbrennungsmotoren und Dieselmotoren. Laut aktueller Regulierungsdokumente sollte der Schalldruckpegel in Oktavbändern mit den geometrischen Mittelfrequenzen 2, 4, 8, 16 Hz nicht mehr als 105 dB und für Bänder mit einer Frequenz von 32 Hz nicht mehr als 102 dB betragen. Aufgrund seiner großen Länge breitet sich Infraschall über große Entfernungen in der Atmosphäre aus. Es ist nahezu unmöglich, den Infraschall durch den Bau von Bauwerken entlang seines Ausbreitungsweges zu stoppen. Auch persönliche Schutzausrüstung ist wirkungslos. Ein wirksames Mittel zum Schutz besteht darin, den Infraschallpegel an der Quelle seiner Entstehung zu reduzieren. Unter solchen Maßnahmen können folgende unterschieden werden: - Erhöhung der Wellenrotationsgeschwindigkeiten auf 20 oder mehr Umdrehungen pro Sekunde; - Erhöhung der Steifigkeit großer oszillierender Strukturen; - Beseitigung niederfrequenter Schwingungen: - Konstruktionsänderungen in der Struktur der Quellen, die den Übergang vom Bereich der Infraschallschwingungen in den Bereich der Schallschwingungen ermöglichen; in diesem Fall kann ihre Reduzierung durch den Einsatz von Schalldämmung und Schallabsorption erreicht werden.
Hauptquellen von Infraschallwellen
Die Entwicklung der industriellen Produktion und des Transports hat zu einem deutlichen Anstieg der Infraschallquellen in der Umwelt und einer Erhöhung der Intensität des Infraschallpegels geführt.
Die wichtigsten vom Menschen verursachten Quellen von Infraschallschwingungen in Städten sind in der Tabelle aufgeführt.
Infraschallquelle. Charakteristische Frequenz
Infraschallbereich Infraschallpegel
Straßentransport Das gesamte Spektrum des Infraschallbereichs Außen 70-90 dB, innen bis 120 dB
Schienenverkehr und Straßenbahnen 10–16 Hz Innen und außen 85 bis 120 dB
Industrieanlagen mit aerodynamischer Wirkung und Aufprallwirkung 8–12 Hz bis 90–105 dB
Belüftung von Industrieanlagen und Räumlichkeiten, ebenso in der U-Bahn 3-20 Hz bis 75-95 dB
Düsenflugzeuge ca. 20 Hz Im Freien bis zu 130 dB
Ultraschall sind hochfrequente elastische Wellen, denen spezielle Bereiche der Wissenschaft und Technik gewidmet sind. Typischerweise wird als Ultraschallbereich ein Frequenzbereich von 20.000 bis mehreren Milliarden Hertz angesehen. Obwohl die Existenz von Ultraschall den Wissenschaftlern schon seit langem bekannt ist, begann der praktische Einsatz in Wissenschaft, Technik und Industrie erst vor relativ kurzer Zeit.
Das menschliche Ohr kann Ultraschall nicht wahrnehmen, einige Tiere, wie zum Beispiel Fledermäuse, können jedoch Ultraschall wahrnehmen und erzeugen. Nagetiere, Katzen, Hunde, Wale und Delfine nehmen Ultraschall teilweise wahr. Beim Betrieb von Automotoren, Werkzeugmaschinen und Raketentriebwerken treten Ultraschallschwingungen auf. In der Praxis werden zur Erzeugung von Ultraschall meist elektromechanische Ultraschallgeneratoren eingesetzt, deren Wirkung auf der Fähigkeit bestimmter Materialien beruht, unter dem Einfluss eines magnetischen (magnetostriktiven Generators) oder elektrischen Feldes (piezoelektrische Generatoren) während der Emission ihre Abmessungen zu ändern hochfrequente Töne. Aufgrund seiner hohen Frequenz (kurze Wellenlänge) verfügt Ultraschall über besondere Eigenschaften.
Es wird stark von Gasen und schwach von Flüssigkeiten absorbiert. In einer Flüssigkeit bilden sich unter dem Einfluss von Ultraschall Hohlräume in Form winziger Bläschen mit einem kurzfristigen Druckanstieg in ihnen. Darüber hinaus beschleunigen Ultraschallwellen die Prozesse der Diffusion (Durchdringung zweier Medien ineinander). beeinflussen die Löslichkeit des Stoffes und allgemein den Verlauf chemischer Reaktionen erheblich. Diese Eigenschaften des Ultraschalls und die Besonderheiten seiner Wechselwirkung mit der Umgebung bestimmen seinen breiten technischen und medizinischen Einsatz.
Die Idee zum praktischen Einsatz von Ultraschall entstand bekanntlich erstmals in der ersten Hälfte des letzten Jahrhunderts im Zusammenhang mit der Entwicklung von Methoden und Instrumenten zur Erkennung verschiedener Objekte in den Tiefen des Meeres : U-Boote, Riffe, Unterwasserteile von Eisbergen usw. Ursächlich dafür waren vor allem der Untergang der Titanic im Jahr 1912 und die beginnende Beteiligung von U-Booten an Militäroperationen im Ersten Weltkrieg.
Niederfrequente Ultraschallschwingungen breiten sich gut in der Luft aus. Die biologische Wirkung ihrer Wirkung auf den Körper hängt von der Intensität, Dauer der Einwirkung und der Größe der dem Ultraschall ausgesetzten Körperoberfläche ab. Langfristiger systematischer Einfluss von Ultraschall, der sich in der Luft ausbreitet, führt zu Funktionsstörungen des Nerven-, Herz-Kreislauf- und Hormonsystems sowie der Hör- und Vestibularanalysatoren. Bei Personen, die an Ultraschallgeräten arbeiten, werden schwere Asthenie, vaskuläre Hypotonie und eine Abnahme der elektrischen Aktivität von Herz und Gehirn festgestellt. Veränderungen im Zentralnervensystem in der Anfangsphase äußern sich in einer Verletzung der Reflexfunktionen des Gehirns (Angstgefühl im Dunkeln, auf engstem Raum, plötzliche Anfälle mit erhöhter Herzfrequenz, übermäßiges Schwitzen, Magenkrämpfe). , Darm, Gallenblase). Die typischsten Symptome sind eine vegetativ-vaskuläre Dystonie mit Beschwerden über starke Müdigkeit, Kopfschmerzen und Druckgefühl im Kopf, Konzentrationsschwierigkeiten, Denkhemmung und Schlaflosigkeit.
Die Kontaktwirkung von hochfrequentem Ultraschall auf die Hände führt zu einer Störung der kapillaren Blutzirkulation in den Händen, einer Abnahme der Schmerzempfindlichkeit, d. h. es entstehen periphere neurologische Störungen. Es wurde festgestellt, dass Ultraschallschwingungen zu Veränderungen der Knochenstruktur mit einer Abnahme der Knochendichte führen können.
Industrielle Vibration.
Grundlegende Konzepte und Definitionen. Die Wirkung von Vibrationen auf den menschlichen Körper. Prinzipien der Schwingungsregulierung in der Produktion
2.1 Geltungsbereich und allgemeine Bestimmungen Vibration
Die Messung und hygienische Beurteilung von Schwingungen sowie vorbeugende Maßnahmen müssen gemäß der Richtlinie 2.2.4/2.1.8-96 „Hygienische Beurteilung physikalischer Produktions- und Umweltfaktoren“ (in Genehmigung) durchgeführt werden.
Mit der Genehmigung dieser Hygienenormen, „Hygienenormen und Regeln für die Arbeit mit Maschinen und Geräten, die lokale Vibrationen erzeugen, die auf die Hände der Arbeitnehmer übertragen werden“ Nr. 3041-84, „Hygienenormen für Vibrationen an Arbeitsplätzen“ Nr. 3044-84, „Hygienenormen für zulässige Vibrationen“ verlieren in Wohngebäuden ihre Gültigkeit“ Nr. 1304-75.
2.2 Begriffe und Definitionen
Der maximal zulässige Vibrationspegel (MAL) ist der Wert eines Faktors, der bei täglicher Arbeit (außer am Wochenende), jedoch nicht mehr als 40 Stunden pro Woche während der gesamten Arbeitszeit, keine durch moderne Forschung festgestellten Krankheiten oder Gesundheitsprobleme verursachen darf Methoden im Arbeitsprozess oder langfristig im Leben der gegenwärtigen und nachfolgenden Generationen. Die Einhaltung der Vibrationsgrenzwerte schließt gesundheitliche Probleme bei überempfindlichen Personen nicht aus.
Das zulässige Vibrationsniveau in Wohngebäuden und öffentlichen Gebäuden ist das Niveau des Faktors, der beim Menschen keine nennenswerten Bedenken hervorruft und keine wesentlichen Änderungen der Indikatoren für den Funktionszustand vibrationsempfindlicher Systeme und Analysatoren verursacht.
Der korrigierte Schwingungspegel ist eine einstellige Schwingungscharakteristik, die als Ergebnis der Energiesummierung der Schwingungspegel in Oktavfrequenzbändern unter Berücksichtigung von Oktavkorrekturen ermittelt wird.
Ein äquivalentes (energie-)korrigiertes Niveau einer zeitlich veränderlichen Vibration ist ein angepasstes Niveau einer zeitkonstanten Vibration, das während eines bestimmten Zeitintervalls den gleichen RMS-angepassten Wert der Vibrationsbeschleunigung und/oder Vibrationsgeschwindigkeit aufweist wie die gegebene nicht konstante Vibration.
2.3 Klassifizierung von Schwingungen, die auf den Menschen einwirken
Nach der Art der Übertragung auf den Menschen werden unterschieden:
Allgemeine Vibration, die über Auflageflächen auf den Körper einer sitzenden oder stehenden Person übertragen wird;
Lokale Vibration, die durch menschliche Hände übertragen wird.
Notiz. Vibrationen, die auf die Beine einer sitzenden Person und auf die Unterarme bei Kontakt mit vibrierenden Oberflächen von Arbeitstischen übertragen werden, werden als lokale Vibrationen bezeichnet.
Je nach Schwingungsquelle werden unterschieden:
Lokale Vibrationen, die von handgeführten Elektrowerkzeugen (mit Motoren), manuellen Steuerungen von Maschinen und Geräten auf eine Person übertragen werden;
Lokale Vibrationen, die von handgeführten, nicht mechanisierten Werkzeugen (ohne Motoren) auf eine Person übertragen werden, beispielsweise Richthämmer verschiedener Modelle und Werkstücke;
Allgemeine Vibration der Kategorie 1 – Transportvibrationen, die auf eine Person am Arbeitsplatz von selbstfahrenden und gezogenen Maschinen, Fahrzeugen bei der Bewegung über Gelände, landwirtschaftliche Hintergründe und Straßen (einschließlich während deren Bau) einwirken. Zu den Quellen von Transportvibrationen gehören: landwirtschaftliche und industrielle Traktoren, selbstfahrende landwirtschaftliche Maschinen (einschließlich Mähdrescher); Lastkraftwagen (einschließlich Traktoren, Scraper, Grader, Walzen usw.); Schneepflüge, selbstfahrender Bergbau-Schienentransport;
Allgemeine Vibrationen der Kategorie 2 – Transport- und Technologievibrationen, die auf eine Person am Arbeitsplatz von Maschinen einwirken, die sich auf speziell vorbereiteten Oberflächen von Produktionsstätten, Industriestandorten und Bergwerken bewegen. Zu den Transport- und Technologieschwingungsquellen zählen: Bagger (einschließlich Drehbagger), Industrie- und Baukräne, Maschinen zum Beladen (Beladen) von Herdöfen in der metallurgischen Produktion; Bergbaumähdrescher, Minenlademaschinen, selbstfahrende Bohrwagen; Raupenmaschinen, Betonfertiger, bodenmontierte Produktionsfahrzeuge;
Allgemeine Schwingungen der Kategorie 3 – technologische Schwingungen, die an Arbeitsplätzen stationärer Maschinen auf Menschen einwirken oder auf Arbeitsplätze übertragen werden, die keine Schwingungsquellen haben. Zu den Quellen technologischer Schwingungen gehören: Metall- und Holzbearbeitungsmaschinen, Schmiede- und Pressgeräte, Gießereimaschinen, elektrische Maschinen, stationäre Elektroanlagen, Pumpeinheiten und Ventilatoren, Geräte zum Bohren von Brunnen, Bohrinseln, Maschinen für die Viehwirtschaft, Getreidereinigung und -sortierung (in einschließlich Trocknern), Ausrüstungen für die Baustoffindustrie (ausgenommen Betonpflastersteine), Anlagen für die chemische und petrochemische Industrie usw.
a) an ständigen Arbeitsplätzen in Industrieanlagen von Unternehmen;
b) an Arbeitsplätzen in Lagerhallen, Kantinen, Wirtschaftsräumen, Diensträumen und anderen Industrieräumen, in denen keine Maschinen vorhanden sind, die Vibrationen erzeugen;
c) an Arbeitsplätzen in Werksverwaltungsräumen, Konstruktionsbüros, Labors, Schulungszentren, Rechenzentren, Gesundheitszentren, Büroräumen, Arbeitsräumen und anderen Räumlichkeiten für Geistesarbeiter;
Allgemeine Vibrationen in Wohngebäuden und öffentlichen Gebäuden von externen Quellen: städtischer Schienenverkehr (flache und offene U-Bahnlinien, Straßenbahnen, Schienenverkehr) und Fahrzeuge; Industriebetriebe und mobile Industrieanlagen (beim Betrieb von hydraulischen und mechanischen Pressen, Hobel-, Schneid- und anderen Metallbearbeitungsmechanismen, Kolbenkompressoren, Betonmischern, Brechern, Baumaschinen usw.);
Allgemeine Vibrationen in Wohngebäuden und öffentlichen Gebäuden aus internen Quellen: technische und technische Ausrüstung von Gebäuden und Haushaltsgeräten (Aufzüge, Lüftungsanlagen, Pumpen, Staubsauger, Kühlschränke, Waschmaschinen usw.) sowie eingebaute Einzelhandelsgeschäfte ( Kühlanlagen), Versorgungsunternehmen, Kesselhäuser usw.
Aufgrund der Art des Schwingungsspektrums werden unterschieden:
Schmalbandschwingungen, bei denen die gesteuerten Parameter in einem Terzfrequenzband um mehr als 15 dB höher sind als die Werte in den angrenzenden Terzbändern;
Breitbandige Schwingungen – mit einem kontinuierlichen Spektrum von mehr als einer Oktave Breite.
Basierend auf der Frequenzzusammensetzung der Schwingungen werden sie unterteilt in:
Niederfrequente Schwingungen (wobei maximale Pegel in Oktavfrequenzbändern von 1–4 Hz für allgemeine Schwingungen, 8–16 Hz für lokale Schwingungen vorherrschen);
Mittelfrequente Vibrationen (8–16 Hz – für allgemeine Vibrationen, 31,5–63 Hz – für lokale Vibrationen);
Hochfrequente Vibrationen (31,5–63 Hz – für allgemeine Vibrationen, 125–1000 Hz – für lokale Vibrationen).
Nach dem zeitlichen Verlauf der Schwingungen werden sie unterteilt in:
Konstante Vibrationen, bei denen sich der Wert der normierten Parameter während des Beobachtungszeitraums nicht mehr als zweimal (um 6 dB) ändert;
Nicht konstante Schwingungen, bei denen sich der Wert der genormten Parameter während einer Beobachtungszeit von mindestens 10 Minuten um mindestens das Zweifache (um 6 dB) ändert, wenn sie mit einer Zeitkonstante von 1 s gemessen werden, einschließlich:
a) zeitlich schwankende Schwingungen, bei denen sich der Wert der normierten Parameter im Laufe der Zeit kontinuierlich ändert;
b) intermittierende Vibrationen, wenn der menschliche Kontakt mit Vibrationen unterbrochen wird und die Dauer der Intervalle, in denen der Kontakt auftritt, mehr als 1 s beträgt;
c) Impulsschwingungen, bestehend aus einem oder mehreren Vibrationsstößen (z. B. Stößen), die jeweils weniger als 1 s dauern.
2.4 Maximal zulässige Werte standardisierter Parameter
Die maximal zulässigen Werte der genormten Parameter industrieller lokaler Vibrationen bei einer Vibrationseinwirkungsdauer von 480 Minuten (8 Stunden) sind in der Tabelle angegeben. 1.
Tabelle 1
*Maximal zulässige Werte an den Achsen
Geometrische Mittelfrequenzen von Oktavbändern, Hz Schwingbeschleunigung Schwinggeschwindigkeit
m/s dB m/s 10 dB
8 1,4 123 2,8 115
16 1,4 123 1,4 109
31,5 2,8 129 1,4 109
63 5,6 135 1,4 109
125 11,0 141 1,4 109
250 22,0 147 1,4 109
500 45,0 153 1,4 109
1000 89,0 159 1,4 109
Bereinigte und äquivalente angepasste Werte und ihre Niveaus 2,0 126 2,0 112
* Das Arbeiten unter Vibrationsbedingungen, deren Pegel diese Hygienestandards gemäß der Gesamtbewertung um mehr als 12 dB (4-fach) überschreiten, oder in einem Oktavband ist nicht zulässig.
Elektrische Sicherheit.
Die Wirkung von Strom auf den menschlichen Körper. Elektrische Verletzungen und ihre Klassifizierung.
Arten von Stromschlägen.
Durchgang durch einen lebenden Organismus. Strom erzeugt den Effekt:
1. Thermisch – bei Verbrennungen bestimmter Bereiche, Erwärmung von Blutgefäßen, Blut, Nerven.
2. Elektrolytisch – Zersetzung von Blut und anderen organischen Flüssigkeiten.
3. Biologisch – Reizung und Erregung lebender Gewebe des Körpers, die mit unwillkürlichen krampfartigen Kontraktionen der Muskeln, einschließlich der Herz- und Lungenmuskulatur, einhergeht.
Als Folge davon kann es zu verschiedenen Störungen im Körper kommen, bis hin zum völligen Stillstand von Herz und Lunge.
All dies führt zu zwei Niederlagen: elektrische Verletzungen und Stromschläge.
Eine elektrische Verletzung ist eine klar definierte lokale Schädigung des Körpergewebes, die durch die Einwirkung von Elektrizität verursacht wird. Strom oder Lichtbogen. Betroffen sind meist Haut, Bänder und Knochen. In den meisten Fällen per E-Mail. Verletzungen werden ganz oder teilweise geheilt. In einigen Fällen kann der Tod eintreten.
Folgende E-Mails werden unterschieden: Verletzungen: el. brennen, el. Flecken, Metallisierung der Haut und mechanische Beschädigungen.
Email Verbrennungen sind die häufigste elektrische Erkrankung Verletzung.
Es gibt zwei Arten von Verbrennungen: Strom- und Lichtbogenverbrennungen.
Elektrische Verbrennungen treten auf, wenn Strom durch den Körper fließt und Verbrennungen beobachtet werden.
Eine Lichtbogenverbrennung entsteht durch die Einwirkung von Elektrizität auf den Körper. Lichtbogen werden hier hohe Temperaturen beobachtet - bis zu 3500.
Email Zeichen – Markierungen auf dem Körper von grauer Farbe – während des Stromdurchgangs. aktuell
Metallisierung der Haut – Eindringen kleiner Metallpartikel, geschmolzener Elektrizität in die Haut. Bogen.
Email Schock ist die Erregung lebenden Gewebes beim Durchgang von Elektrizität. aktuell Je nach Schweregrad gibt es vier davon:
Der klinische (imaginäre) Tod ist eine Übergangsphase vom Leben zum Tod, die ab dem Moment eintritt, in dem Herz und Lunge nicht mehr funktionieren. Einem Menschen im Zustand des klinischen Todes fehlen jegliche Lebenszeichen. Der Körper ist jedoch noch nicht abgestorben, die Stoffwechselprozesse laufen weiter.
Todesursache durch Strom Strom - Einstellung der Arbeit von Herz, Lunge, Elektrizität. Schock.
Flimmern ist eine chaotische, schnelle Herzkontraktion.
Abhängig von den auftretenden Folgen werden Stromschläge in vier Grade eingeteilt:
I – krampfartige Muskelkontraktion ohne Bewusstlosigkeit;
II – krampfartige Muskelkontraktion mit Bewusstlosigkeit, aber erhaltener Atmung und Herzfunktion;
III – Bewusstlosigkeit und Störung der Herztätigkeit oder Atmung (oder beides);
IV – Zustand des klinischen Todes.
Die Hauptfaktoren, die das Ergebnis eines Stromschlags beeinflussen.
Die Stromstärke, die durch eine Person fließt, ist der Hauptfaktor, der den Ausgang der Verletzung bestimmt. Eine Person beginnt, den Durchgang eines Wechselstroms mit Industriefrequenz (50 Hz) von 0,6–1,5 mA und eines Gleichstroms von 5–7 mA zu spüren – dies sind die sogenannten Stromempfindungsschwellen. Große Strömungen verursachen beim Menschen Krämpfe.
Bei 10-15 mA werden die Schmerzen kaum noch erträglich und die Krämpfe sind so groß, dass eine Person sie nicht überwinden kann.
Der Ausgang der Verletzung wird maßgeblich vom Widerstand des menschlichen Körpers beeinflusst. Den höchsten Widerstand (3...20 kOhm) findet man in der oberen Hautschicht (0,2 mm), bestehend aus abgestorbenen verhornten Zellen, während der Widerstand der Liquor cerebrospinalis 0,5...0,6 Ohm beträgt. Der Gesamtwiderstand des Körpers aufgrund des Widerstands der oberen Hautschicht ist recht hoch, sobald diese Schicht jedoch beschädigt wird, nimmt ihr Wert stark ab.
Bei Berechnungen zur elektrischen Sicherheit wird der Widerstand des menschlichen Körpers mit 1 kOhm angenommen.
Die Dauer des Stromdurchgangs durch den menschlichen Körper beeinflusst den Ausgang der Verletzung: Je länger der Strom, desto größer die Wahrscheinlichkeit einer schweren tödlichen Verletzung.
Der Stromverlauf im Körper des Opfers spielt eine wesentliche Rolle für den Ausgang der Verletzung. Wenn sich also lebenswichtige Organe im Strompfad befinden – Herz, Lunge, Gehirn –, ist die Gefahr einer Schädigung sehr hoch.
Stromart und Frequenz Gleichstrom ist etwa viermal weniger gefährlich als Wechselstrom, dies gilt jedoch bis zu 250-300 V. Mit zunehmender Häufigkeit erhöht sich die Gefahr.
Der gefährlichste Strom ist der Stromdurchgang durch Herz, Lunge und Gehirn.
Der Schadensgrad hängt auch von der Art und Frequenz des Stroms ab. Am gefährlichsten ist Wechselstrom mit einer Frequenz von 20...1000 Hz. Wechselstrom ist bei Spannungen bis 300 V gefährlicher als Gleichstrom. Bei höheren Spannungen - Gleichstrom.
Elektrische Sicherheit.
Infraschall sind niederfrequente Schallwellen, die der Mensch nicht hören kann. Da das menschliche Gehör Töne im Frequenzbereich von 16.000 bis 20.000 wahrnehmen kann, gilt 16 Hz als die obere Ebene der Infraschallfrequenzen. Der niedrigste Pegel dieses Bereichs liegt bei 0,001 Hz. In der Praxis sind jedoch Schwingungen von einem Zehntel oder Hundertstel Hertz von Interesse.
Was ist das
Infraschallwellen stellen niederfrequente mechanische Schwingungen von weniger als 16 Hz dar. Seine Quellen können natürliche Objekte in Form von Blitzentladungen oder Erdbeben sein, aber auch künstliche Objekte in Form von Werkzeugmaschinen, Autos, Explosionen oder Spezialgeräten. Auch beim Betrieb von Transport- und Industrieanlagen können Wellen den Lärm begleiten. Ein typisches Beispiel für solche niederfrequenten Schwingungen sind Vibrationen.
Da Infraschallschwingungen von verschiedenen Medien nur schwach absorbiert werden, können sie sehr weite Strecken über die Erd-, Wasser- und Luftoberfläche zurücklegen. Dank dieser Eigenschaft ist es möglich, den Ort des Epizentrums eines Erdbebens, einer starken Explosion oder einer Kanonenfeuerung zu bestimmen. Da sich die Schwingungen im Meer über weite Distanzen ausbreiten, können Aufzeichnungsgeräte über einen bestimmten Zeitraum hinweg Daten über das Auftreten einer Naturkatastrophe, beispielsweise eines Tsunamis, gewinnen.
Die Art des Auftretens von Infraschallschwingungen ähnelt dem hörbaren Schall, weshalb sie durch dieselben physikalischen Prinzipien wie gewöhnlicher Schall gekennzeichnet sind. Infraschall hat eine relativ große Wellenlänge und weist daher eine ausgeprägte Beugung auf. Im Allgemeinen ist die Reichweite eine wichtige Eigenschaft von Ultra-Low-Sound. Aufgrund ihres Reflexionsvermögens und ihrer Reichweite werden Infraschallwellen in den unterschiedlichsten Bereichen der Wissenschaft und Technik häufig eingesetzt.
Funktionsprinzip
Infraschall kann jeden Körper erzeugen, der eine bestimmte Schwingungsbewegung ausführt. Da die Frequenz der Eigenschwingungen mit zunehmender Objektgröße abnimmt, treten Infraschallwellen in den meisten Fällen bei Vibrationen oder schnellen Bewegungen auf. Zu Hause können sie beispielsweise durch einen Schlag auf einen gespannten Stoff oder ein abruptes Schließen einer Tür usw. verursacht werden. Auch Naturphänomene können als Quellen solcher Schwankungen dienen: Gewitter, Erdbeben und dergleichen.
Dauerstrichgeneratoren sind Geräte, die Pfeifen ähneln. Wenn das Rohr ein geschlossenes Ende hat, entspricht die Wellenlänge 1/4 der stehenden Welle. Da die Wellenlänge groß ist, sollte ein großes Rohr genommen werden. Mit Hilfe von Pfeifen können Sie sehr viel Kraft gewinnen. Beispielsweise hatte die vom französischen Wissenschaftler Gavreau entwickelte Infraschall-„Pfeife“ die höchste Leistung von 2 kW und einen Durchmesser von 1,5 m. Bei der Verwendung traten Wellen auf, die zum Auftreten von Rissen an den Wänden führten. Bei voller Leistung könnten die Wellen ein ganzes Gebäude zerstören.
Infraschallwellen dringen wesentlich besser in Räume ein als Schallwellen. Darüber hinaus wirken sie sich negativ auf den Menschen aus. Bei längerer Exposition kommt es zu Reizungen, Kopfschmerzen und Müdigkeit. Die Wirkung von Wellen auf den Menschen erklärt sich aus ihrer resonanten Natur. Wenn sich die Frequenzen der Körperschwingungen den Frequenzen der externen Infraschallwelle annähern, wird ein Resonanzeffekt beobachtet.
Liegt ein Mensch, beträgt seine Körperfrequenz 4 Hz, im Stehen liegt sie zwischen 5 und 12 Hz. Darüber hinaus hat jedes menschliche Organ seine eigene Schwingungsfrequenz. Für die Bauchhöhle beträgt die Frequenz 3–4 Hz, für die Brust 6–8 Hz und so weiter. Wenn Wellen mit diesen Frequenzen zusammenfallen, entsteht eine Resonanz, die unangenehme Empfindungen hervorruft und in einigen Fällen sehr schwerwiegende Folgen hat. Aus diesem Grund ergreifen Industrie, Verkehr und Haushalte Maßnahmen, um ihre Belastung durch Infraschallschwingungen zu verringern.
Wenn Resonanz auftritt, scheint es für einen Menschen, dass seine inneren Organe zu vibrieren beginnen. Infraschall kann ab einer bestimmten Frequenz sogar zu Störungen des Gehirns, zur Erblindung und sogar zum Tod führen. Nach dem gleichen Prinzip wirken Infraschallwellen auf andere Objekte. In der Geschichte ist beispielsweise ein Fall bekannt, bei dem eine Abteilung Soldaten über eine Steinbrücke marschierte und ihre Schritte markierte. Dadurch entstanden Schwingungen, die mit der Innenfrequenz der Brücke übereinstimmten. Es kam zu einer Resonanz, die zur Zerstörung der Brücke führte.
Anwendung
Infraschall ist nicht nur ein unerwünschtes und gefährliches Phänomen, er wird auch oft für nützliche Zwecke genutzt. Daher werden Infraschallschwingungen zur Untersuchung der Ozeane und der Atmosphäre verwendet, einschließlich der Suche nach Orten, an denen Explosionen oder Vulkanausbrüche auftreten. Sie werden zur Vorhersage von Tsunamis und zur Überwachung unterirdischer Atomexplosionen eingesetzt. Zur Aufzeichnung von Infraschallwellen werden Geophone, Hydrophone oder Mikrofone eingesetzt.
Heutzutage werden Infraschallwellen langsam, aber erfolgreich für medizinische Zwecke eingesetzt. Sie werden hauptsächlich zur Entfernung von Tumoren bei der Krebsbehandlung, der Behandlung von Hornhauterkrankungen sowie in einer Reihe anderer Bereiche eingesetzt. In unserem Land wurden zum ersten Mal in einem Kinderkrankenhaus Infraschallvibrationen zur Behandlung der Hornhaut eingesetzt. Zu diesem Zweck wurde die Infraschall-Phonophorese entwickelt und eingesetzt.
Mit diesem Gerät und den von ihm erzeugten Infraschallwellen wurden der Hornhaut medizinische Substanzen zugeführt, die die Genesung beschleunigten und zur Resorption von Trübungen in der Hornhaut führten.
Derzeit werden verschiedene physiotherapeutische Technologien entwickelt, die Infraschallwellen nutzen. Eine solche Behandlung wird jedoch nur von bestimmten Spezialisten und in begrenztem Umfang angewendet. Bei der Behandlung von Krebs kommen nur bestimmte Arten von Geräten zum Einsatz, die mit Infraschallschwingungen arbeiten. Sie haben große Aussichten, doch die Entwicklung solcher Methoden stoppt die schädlichen Auswirkungen, die Infraschallwellen auf einen lebenden Organismus haben. Diese Probleme müssen jedoch in Zukunft gelöst werden.
Militärische Anwendungen
Heute entwickeln amerikanische, russische und andere ausländische Spezialisten Infraschallwaffen. Jedes Land möchte in dieser Angelegenheit Erfolg haben, weil es dadurch an ein kostengünstiges, aber wirksames Mittel gelangen kann, das bei vielen Menschen heimlich Wirkung entfalten kann. Abhängig von der auf dem Schlachtfeld verwendeten Frequenz löst Infraschall beim Feind Panik, Wahnsinn, Angst, Krankheit und Tod aus. Der Besitzer einer solchen Waffe muss sie nur auf die Soldaten richten, damit diese weglaufen.
Infraschallwaffen werden bereits gegen Menschenmengen eingesetzt. Ähnliche Waffen wurden in Georgien gegen Demonstranten eingesetzt. Menschen, die unter dem Einfluss der Wellen standen, verspürten unglaubliche Angst, sie wollten sich verstecken. Es schien ihnen, als würden sie verrückt werden und sogar sterben. Manche Menschen verloren für eine Weile die Kontrolle und vergaßen völlig, wer sie waren und was um sie herum geschah. Dann kamen die Menschen zur Besinnung, verstanden aber nicht, wie sie an diesen oder jenen Ort gelangten. Nach diesen Ereignissen hatten viele Menschen anhaltende Angst vor der Teilnahme an Kundgebungen oder anderen Massenveranstaltungen.
Obwohl sich Infraschallwaffen bewährt haben, sind die Folgen, die sie für den Menschen haben können, noch nicht ausreichend untersucht. Ein weiteres Problem besteht darin, dass Infraschall in städtischen Umgebungen gebrochen und reflektiert wird und in die entgegengesetzte Richtung wirkt. Das Resonanzphänomen kann auch bei der Belagerung eines Gebäudes genutzt werden, in dem sich Terroristen aufhalten. Aber auch hier gibt es ziemlich viele „weiße“ Flecken.
Die Hintergründe des militärischen Einsatzes von Infraschall
Allerdings verfügen die Erfinder über ein historisches Beispiel für den durchaus erfolgreichen Einsatz von Infraschallwaffen. So beschreibt die Bibel den Vorfall, als die Juden mit dem Klang heiliger Trompeten die Mauern von Jericho zerstörten. Anhand dieses Beispiels versuchten die „Deutschen“, eigene Infraschallwaffen zu entwickeln, um feindliche Flugzeuge zu zerstören. Dies führte jedoch nicht zum Erfolg.
Die „Deutschen“ versuchten, die Briten zu sabotieren. Sie schickten spezielle Schallplatten nach Großbritannien, auf denen Melodien aufgezeichnet wurden. Beim Einschalten der Aufnahme sollten die Schallplatten Infraschall aussenden. Doch auch hier erwartete das deutsche Militär ein Scheitern.
Die deutschen Wissenschaftler haben jedoch mit ihrer erfinderischen Arbeit nicht aufgehört. Richard Wallauschek entwickelte daraufhin ein Gerät, das zum Tod eines Feindes führen konnte. 1944 demonstrierte er die Installation Schallkanone, der einem Parabolreflektor ähnelte, in dessen Inneren sich ein Injektor mit Zündung befand. Es wurde mit einer brennbaren Substanz und Sauerstoff versorgt.
Beim Zünden des Gemisches erzeugte das Gerät in bestimmten Abständen Wellen der erforderlichen Frequenz. Dadurch wurden Personen erfasst, die sich im Umkreis von 60 Metern um das Gerät befanden. Sie fielen tot um und starben. Die Installation zeigte Wirksamkeit, aber es war bereits das Ende des Krieges; sie konnte nicht vollständig getestet und in Produktion genommen werden. Nach der Niederlage der „Deutschen“ wurde die Anlage selbst wie viele andere Arten akustischer Waffen nach Amerika gebracht.
Heute sind die Ideen der „Deutschen“ weiterentwickelt. Vor nicht allzu langer Zeit demonstrierte die US-Armee ein Gerät, das „akustische Kugeln“ erzeugt. Experten aus Russland zeigten auch ihre Installation, die „akustische Infraschallgeschosse“ erzeugt, die den Feind Hunderte von Metern entfernt treffen.
Abstrakt
Disziplin: Physik biologischer Systeme
zum Thema: Ultraschall und Infraschall in Natur und Technik
Einführung
Infraschall (von lat. infra – unten, darunter), elastische Wellen ähnlich den Schallwellen, jedoch mit Frequenzen unterhalb des für den Menschen hörbaren Frequenzbereichs. Als obere Grenze des Infraschallbereichs werden üblicherweise Frequenzen von 16–25 Hz angenommen. Die untere Grenze des Infraschallbereichs ist ungewiss. Von praktischem Interesse können Schwingungen im Zehntel- und sogar Hundertstel-Hz-Bereich sein, d. h. mit Perioden von mehreren zehn Sekunden. Typischerweise nimmt das menschliche Gehör Schwingungen im Bereich von 16–20.000 Hz (Schwingungen pro Sekunde) wahr. Infraschall verursacht nervöse Anspannung, Unwohlsein, Schwindel und Veränderungen in der Aktivität innerer Organe, insbesondere des Nerven- und Herz-Kreislauf-Systems.
Infraschall zeichnet sich durch eine geringe Absorption in verschiedenen Medien aus, wodurch sich Infraschallwellen in Luft, Wasser und in der Erdkruste über sehr große Entfernungen ausbreiten können. Dieses Phänomen findet praktische Anwendung bei der Bestimmung des Ortes großer Explosionen oder der Position einer Schusswaffe. Die Ausbreitung von Infraschall über große Entfernungen im Meer ermöglicht die Vorhersage einer Naturkatastrophe – eines Tsunamis. Die Geräusche von Explosionen, die eine große Anzahl von Infraschallfrequenzen enthalten, werden zur Untersuchung der oberen Schichten der Atmosphäre und der Eigenschaften der aquatischen Umwelt verwendet. „Die Stimme des Meeres“ sind Infraschallwellen, die bei starkem Wind über der Meeresoberfläche durch Wirbelbildung hinter den Wellenkämmen entstehen. Da sich Infraschall durch eine geringe Absorption auszeichnet, kann er sich über große Entfernungen ausbreiten und da seine Ausbreitungsgeschwindigkeit die Bewegungsgeschwindigkeit des Sturmgebiets deutlich übersteigt, kann die „Stimme des Meeres“ zur Vorhersage eines Sturms dienen im Voraus. Quallen sind eindeutige Indikatoren für einen Sturm. Am Rand der „Glocke“ der Qualle befinden sich primitive Augen und Gleichgewichtsorgane – Hörzapfen von der Größe eines Stecknadelkopfes. Das sind die „Ohren“ einer Qualle. Sie hören Infraschall mit einer Frequenz von 8 – 13 Hz. Der Sturm breitet sich noch Hunderte Kilometer von der Küste entfernt aus, in etwa 20 Stunden wird er an diesen Orten eintreffen, und die Quallen hören ihn bereits und gehen in die Tiefe. Die Länge der Infraschallwelle ist sehr groß (bei einer Frequenz von 3,5 Hz entspricht sie 100 Metern), auch das Eindringen in das Körpergewebe ist groß. Wir können sagen, dass ein Mensch Infraschall „mit seinem ganzen Körper“ hört.
Der Begriff „Ultraschall“ hat mittlerweile eine umfassendere Bedeutung erlangt, als nur den hochfrequenten Teil des Spektrums akustischer Wellen zu bezeichnen. Ganze Bereiche der modernen Physik, Industrietechnik, Informations- und Messtechnik, Medizin und Biologie sind damit verbunden. Obwohl die ersten Ultraschallstudien bereits im vorletzten Jahrhundert durchgeführt wurden, wurde der Grundstein für die weit verbreitete praktische Anwendung von Ultraschall erst später, im 1. Drittel des 20. Jahrhunderts, gelegt. Als Wissenschafts- und Technologiegebiet hat sich der Ultraschall in den letzten drei bis vier Jahrzehnten besonders rasant entwickelt. Dies ist auf den allgemeinen Fortschritt der Akustik als Wissenschaft und insbesondere auf die Entstehung und Entwicklung von Bereichen wie der nichtlinearen Akustik und der Quantenakustik sowie auf die Entwicklung der Festkörperphysik, der Elektronik und insbesondere auf die Entstehung zurückzuführen der Quantenelektronik.
Der weit verbreitete Einsatz von Ultraschallverfahren ist auf das Aufkommen neuer zuverlässiger Mittel zum Senden und Empfangen akustischer Wellen zurückzuführen, die es einerseits ermöglichten, die emittierte Ultraschallleistung deutlich zu erhöhen und die Empfindlichkeit beim Empfang schwacher Signale zu erhöhen, und andererseits Andererseits haben sie es ermöglicht, die Obergrenze des Bereichs der gesendeten und empfangenen Wellen in den Bereich der Hyperschallfrequenzen zu verschieben. Ein charakteristisches Merkmal des modernen Stands der Ultraschallphysik und -technologie ist die extreme Vielfalt ihrer Anwendungen, die den Frequenzbereich vom hörbaren Schall bis zu den extrem erreichbaren hohen Frequenzen und den Leistungsbereich von Bruchteilen eines Milliwatts bis hin zu mehreren zehn Kilowatt abdeckt.
Ultraschall wird in der Metallurgie zur Beeinflussung von geschmolzenem Metall sowie in der Mikroelektronik und im Instrumentenbau zur Präzisionsbearbeitung feinster Teile eingesetzt. Als Mittel zur Informationsbeschaffung dient es sowohl der Tiefenmessung, der Ortung von Unterwasserhindernissen im Ozean als auch der Erkennung von Mikrodefekten in kritischen Teilen und Produkten. Mithilfe von Ultraschallverfahren werden kleinste Veränderungen der chemischen Zusammensetzung von Stoffen erfasst und der Aushärtungsgrad von Beton im Staumauerkörper ermittelt. Im Bereich der Kontroll- und Messanwendungen des Ultraschalls hat sich die Ultraschall-Fehlererkennung als eigenständiger, etablierter Bereich herausgebildet, dessen Leistungsfähigkeit und Problemvielfalt deutlich zugenommen hat. In jüngster Zeit haben sich Akustoelektronik und Akustooptik als eigenständige Bereiche herausgebildet. Die erste davon bezieht sich auf die Verarbeitung elektrischer Signale durch deren Umwandlung in Ultraschallsignale. Von den akustoelektronischen Geräten sind Verzögerungsleitungen und Filter die bekanntesten und am längsten verwendeten. Fortschritte auf dem Gebiet der Untersuchung von Oberflächenwellen, der Erzeugung und des Empfangs von Hyperschallwellen und der Herstellung der Verbindung zwischen elastischen Wellen und Elementaranregungen in einem Festkörper haben zu einer erheblichen Erweiterung der Fähigkeiten dieser Geräte und zur Entwicklung neuer akustoelektronischer Geräte geführt, die Folgendes bieten komplexere Signalverarbeitung. Die Akustooptik, verbunden mit der Verarbeitung von Lichtsignalen durch Ultraschall, ist einer der jüngsten und am schnellsten wachsenden Bereiche der Ultraschalltechnologie. Zu den neuesten Ultraschallmethoden gehört die akustische Holographie, deren Aussichten sehr vielversprechend sind, da sie die Möglichkeit bietet, Bilder von Objekten in Umgebungen zu erhalten, die für Lichtstrahlen undurchlässig sind. Angesichts der vielfältigen praktischen Anwendungen von Ultraschallschwingungen und -wellen ist die medizinische Ultraschalldiagnostik nicht zu übersehen, die in manchen Fällen detailliertere Informationen liefert und sicherer als andere Diagnosemethoden ist. Über die Ultraschalltherapie, die unter den modernen physiotherapeutischen Methoden einen festen Platz eingenommen hat, und schließlich über die neueste Anwendungsrichtung des Ultraschalls in der Medizin – die Ultraschallchirurgie. Neben praktischen Anwendungen spielt Ultraschall eine wichtige Rolle in der wissenschaftlichen Forschung. Der Einsatz von Ultraschall- und Hyperschallmethoden, das Konzept der Photonen, ihr Verhalten und ihre Wechselwirkungen mit verschiedenen Feldern und Anregungen in einem Festkörper sind aus der modernen Festkörperphysik nicht mehr wegzudenken. Molekularakustische Methoden werden häufig bei der Untersuchung von Flüssigkeiten und Gasen eingesetzt. Ultraschallverfahren spielen in der Biologie eine immer wichtigere Rolle. Das Interesse an Ultraschall und Ultraschalltechnologie wächst dank ihrer Durchdringung verschiedener Bereiche der menschlichen Tätigkeit. Die Zahl der Veröffentlichungen über ihn in Zeitungen und Zeitschriften, in populären Publikationen wächst. Ingenieure und Wissenschaftler aus verschiedenen Bereichen der Volkswirtschaft und Wissenschaft bewerten die Möglichkeiten des Einsatzes von Ultraschallverfahren für ihre spezifischen Aufgaben und wollen in diesem Zusammenhang ein Verständnis für verschiedene Aspekte der Physik und Technologie des Ultraschalls auf modernem Niveau erlangen. Allerdings ist die vorhandene wissenschaftliche und technische Literatur derzeit nicht in der Lage, diesen Bedarf vollständig zu decken. Bekannte allgemeine Veröffentlichungen zur Physik und Ultraschalltechnik entsprechen oft nicht dem aktuellen Stand der Wissenschaft. Die in den letzten Jahren erschienenen Spezialmonographien wissenschaftlicher und angewandter Natur richten sich an geschulte Leser mit ausreichenden Kenntnissen in der Akustik und verwandten Bereichen der Physik, beispielsweise der Festkörperphysik, oder in einem bestimmten Technologiebereich im Zusammenhang mit Ultraschall. Diese Arbeit beschreibt die Hauptthemen rund um Infraschall, Ultraschall in Natur und Technik.
Ultraschall, Infraschall und Mensch
Ultraschall ist die mechanische Schwingung eines elastischen Mediums mit einer Frequenz, die die obere Hörgrenze von -20 kHz überschreitet. Die Einheit des Schalldruckpegels ist dB. Die Maßeinheit für die Ultraschallintensität ist Watt pro Quadratzentimeter (W/cm2).
Ultraschall wirkt hauptsächlich lokal auf den Körper, da er durch direkten Kontakt mit einem Ultraschallgerät, Werkstücken oder Umgebungen, in denen Ultraschallschwingungen angeregt werden, übertragen wird. Ultraschallschwingungen, die von industriellen Niederfrequenz-Ultraschallgeräten erzeugt werden, wirken sich negativ auf den menschlichen Körper aus. Eine langfristige systematische Exposition gegenüber Luftultraschall führt zu Veränderungen des Nerven-, Herz-Kreislauf- und Hormonsystems sowie der Hör- und Vestibularanalysatoren. Am charakteristischsten ist das Vorliegen einer vegetativ-vaskulären Dystonie und eines asthenischen Syndroms.
Der Schweregrad der Veränderungen hängt von der Intensität und Dauer der Ultraschalleinwirkung ab und nimmt bei Vorhandensein hochfrequenter Geräusche im Spektrum zu, hinzu kommt ein ausgeprägter Hörverlust. Bei anhaltendem Kontakt mit Ultraschall verstärken sich diese Störungen.
Unter dem Einfluss von lokalem Ultraschall treten Phänomene einer vegetativen Polyneuritis der Hände (seltener der Beine) unterschiedlichen Schweregrades auf, bis hin zur Entwicklung einer Parese der Hände und Unterarme sowie einer vegetativ-vaskulären Dysfunktion.
Die Art der Veränderungen, die im Körper unter dem Einfluss von Ultraschall auftreten, hängt von der Expositionsdosis ab.
Kleine Dosen – Schallpegel 80–90 dB – wirken stimulierend – Mikromassage, Beschleunigung von Stoffwechselprozessen. Große Dosen – Schallpegel ab 120 dB – wirken schädigend. Die Grundlage zur Vermeidung schädlicher Auswirkungen von Ultraschall auf Personen, die Ultraschallanlagen warten, sind Hygienevorschriften.
Gemäß GOST 12.1.01-89 „Ultraschall. Allgemeine Sicherheitsanforderungen“, „Hygienenormen und Regeln für die Arbeit an industriellen Ultraschallanlagen“ (Nr. 1733-77) werden die Schalldruckpegel im Hochfrequenzbereich hörbarer Geräusche und Ultraschall am Arbeitsplatz ist begrenzt (von 80 bis 110 dB bei geometrischen Mittelfrequenzen der Terzbänder von 12,5 bis 100 kHz).
Maßnahmen zur Verhinderung schädlicher Auswirkungen von Ultraschall auf den Körper von Betreibern technischer Anlagen und Personal von Behandlungs- und Diagnoseräumen bestehen in erster Linie in der Durchführung von Maßnahmen technischer Art. Dazu gehört die Entwicklung automatisierter, ferngesteuerter Ultraschallgeräte; Verwenden Sie nach Möglichkeit Geräte mit geringem Stromverbrauch, um die Intensität von Lärm und Ultraschall am Arbeitsplatz um 20–40 dB zu reduzieren. Platzierung von Geräten in schallisolierten Räumen oder ferngesteuerten Räumen; Ausrüstung von Schallschutzgeräten, Gehäusen, Bildschirmen aus Stahlblech oder Duraluminium, beschichtet mit Gummi, Lärmschutzmastix und anderen Materialien.
Bei der Planung von Ultraschallanlagen empfiehlt es sich, Betriebsfrequenzen zu verwenden, die am weitesten vom hörbaren Bereich entfernt sind – nicht weniger als 22 kHz.
Um die Ultraschallbelastung bei Kontakt mit flüssigen und festen Medien zu vermeiden, muss ein System installiert werden, das die Ultraschallwandler bei Vorgängen, bei denen ein Kontakt möglich ist (z. B. Be- und Entladen von Materialien), automatisch abschaltet. Um die Hände vor der Kontaktwirkung des Ultraschalls zu schützen, empfiehlt sich die Verwendung eines speziellen Arbeitsgeräts mit vibrationsisolierendem Griff.
Wenn es aus produktionstechnischen Gründen nicht möglich ist, den Lärmpegel und die Ultraschallintensität auf akzeptable Werte zu reduzieren, ist die Verwendung persönlicher Schutzausrüstung erforderlich – Lärmschutz, Gummihandschuhe mit Baumwollfutter usw.
Die Entwicklung von Technologie und Fahrzeugen, die Verbesserung technologischer Prozesse und Geräte gehen mit einer Zunahme der Leistung und Größe von Maschinen einher, was die Tendenz zur Zunahme niederfrequenter Komponenten in den Spektren und die Entstehung von Infraschall verursacht, was relativ ist neuer, noch nicht vollständig untersuchter Faktor in der Produktionsumgebung.
Als Infraschall werden häufig auftretende akustische Schwingungen bezeichnet! unter 20 Hz. Dieser Frequenzbereich liegt unterhalb der Hörschwelle und das menschliche Ohr ist nicht in der Lage, Schwingungen dieser Frequenzen wahrzunehmen.
Industrieller Infraschall entsteht aufgrund der gleichen Prozesse wie Lärm im hörbaren Frequenzbereich. Die größte Intensität von Infraschallschwingungen wird von Maschinen und Mechanismen erzeugt, die über große Oberflächen verfügen, die niederfrequente mechanische Schwingungen (Infraschall mechanischen Ursprungs) oder turbulente Strömungen von Gasen und Flüssigkeiten (Infraschall aerodynamischen oder hydrodynamischen Ursprungs) erzeugen.
Die maximalen Pegel niederfrequenter akustischer Schwingungen aus Industrie- und Transportquellen erreichen 100-110 dB.
Studien zu den biologischen Auswirkungen von Infraschall auf den Körper haben gezeigt, dass Infraschall bei Pegeln von 110 bis 150 dB oder mehr unangenehme subjektive Empfindungen und zahlreiche reaktive Veränderungen beim Menschen hervorrufen kann, darunter Veränderungen im Zentralnerven-, Herz-Kreislauf- und Atmungssystem der Vestibularanalysator. Es gibt Hinweise darauf, dass Infraschall vor allem bei niedrigen und mittleren Frequenzen zu Hörverlust führt. Die Schwere dieser Veränderungen hängt von der Intensität des Infraschalls und der Dauer des Faktors ab.
Gemäß den Hygienestandards für Infraschall am Arbeitsplatz (Nr. 2274-80) wird Infraschall aufgrund der Art des Spektrums in Breitband- und Harmonische unterteilt. Der harmonische Charakter des Spektrums wird in Oktavfrequenzbändern durch die Überschreitung des Pegels in einem Band gegenüber benachbarten um mindestens 10 dB bestimmt.
Aufgrund seiner zeitlichen Eigenschaften wird Infraschall in konstant und nicht konstant unterteilt.
Die normierten Eigenschaften von Infraschall an Arbeitsplätzen sind Schalldruckpegel in Dezibel in Oktavfrequenzbändern mit geometrischen Mittelfrequenzen von 2, 4, 8, 16 Hz. Zulässige Schalldruckpegel betragen 105 dB in den Oktavbändern von 2, 4, 8, 16 Hz und 102 dB im Oktavband von 31,5 Hz. In diesem Fall sollte der Gesamtschalldruckpegel 110 dB Lin nicht überschreiten. Für nicht konstanten Infraschall ist die normierte Kenngröße der Gesamtschalldruckpegel.
Das wirksamste und praktisch einzige Mittel zur Bekämpfung von Infraschall besteht darin, ihn an der Quelle zu reduzieren. Bei der Auswahl der Konstruktionen sollten kleine Maschinen mit hoher Steifigkeit bevorzugt werden, da in Strukturen mit ebenen Flächen großer Fläche und geringer Steifigkeit Bedingungen für die Erzeugung von Infraschall geschaffen werden. Der Kampf gegen Infraschall an seiner Quelle muss in Richtung einer Änderung der Betriebsart technologischer Geräte geführt werden – einer Erhöhung ihrer Geschwindigkeit (z. B. einer Erhöhung der Anzahl der Arbeitshübe von Schmiede- und Pressmaschinen, so dass die Hauptfrequenz der Leistungsimpulse erhöht wird). liegt außerhalb des Infraschallbereichs).
Es müssen Maßnahmen ergriffen werden, um die Intensität aerodynamischer Prozesse zu verringern – Begrenzung der Fahrzeuggeschwindigkeit, Reduzierung der Durchflussraten von Flüssigkeiten (Flugzeug- und Raketentriebwerke, Verbrennungsmotoren, Dampfableitungssysteme von Wärmekraftwerken usw.).
Im Kampf gegen Infraschall entlang der Ausbreitungswege haben Interferenzstörsender eine gewisse Wirkung, meist bei Vorhandensein diskreter Komponenten im Infraschallspektrum.
Die neuere theoretische Begründung des Ablaufs nichtlinearer Prozesse in Resonanzabsorbern eröffnet reale Möglichkeiten zur Gestaltung schallabsorbierender Platten und Gehäuse, die im Niederfrequenzbereich wirksam sind.
Als persönliche Schutzausrüstung empfiehlt sich die Verwendung von Kopfhörern und Ohrstöpseln, die das Ohr vor den schädlichen Auswirkungen von Begleitlärm schützen. Zu den organisatorischen Präventionsmaßnahmen gehören die Einhaltung der Arbeits- und Ruhezeiten sowie das Verbot von Überstunden. Bei Ultraschallkontakt über mehr als 50 % der Arbeitszeit werden alle 1,5 Arbeitsstunden Pausen von 15 Minuten empfohlen. Eine signifikante Wirkung wird durch einen Komplex physiotherapeutischer Verfahren erzielt – Massage, UT-Bestrahlung, Wasseranwendungen, Vitaminisierung usw.
Ultraschall und Infraschall in der Natur
Dass Delfine ein ungewöhnlich entwickeltes Gehör haben, ist seit Jahrzehnten bekannt. Das Volumen der Teile des Gehirns, die für die Hörfunktionen zuständig sind, ist zehnmal (!) größer als beim Menschen (obwohl das Gesamtvolumen des Gehirns ungefähr gleich ist). Der Delphin kann Schallschwingungsfrequenzen wahrnehmen, die zehnmal höher sind (bis zu 150 kHz) als der Mensch (bis zu 15-18 kHz), und Geräusche hören, deren Stärke 10-30-mal geringer ist als die für das menschliche Gehör zugänglichen Geräusche. Wie zum Beispiel: Egal wie gut die Sehkraft eines Delfins ist, seine Fähigkeiten sind aufgrund der geringen Transparenz des Wassers begrenzt. Daher erhält der Delfin durch das Hören grundlegende Informationen über seine Umgebung. Gleichzeitig nutzt er die aktive Ortung: Er lauscht dem Echo, das entsteht, wenn die von ihm erzeugten Geräusche von umliegenden Objekten reflektiert werden. Das Echo gibt ihm nicht nur genaue Informationen über die Position von Objekten, sondern auch über deren Größe, Form und Material. Mit anderen Worten: Durch das Gehör kann der Delfin die Welt um ihn herum nicht schlechter oder sogar besser wahrnehmen als durch das Sehen.
Das menschliche Gehör kann Zeitintervalle von etwa einer Hundertstelsekunde (10 ms) unterscheiden. Delfine unterscheiden Intervalle von Zehntausendstelsekunden (0,1–0,3 ms). Das Gleiche lässt sich auch bei der Wirkung anderer Testgeräusche beobachten. Zwei kurze Schallimpulse unterscheiden sich von einem, wenn der Abstand zwischen ihnen nur 0,2–0,3 ms beträgt (beim Menschen mehrere ms). Pulsierende Lautstärken verursachen Reaktionen, wenn sich ihre Frequenz 2 kHz (50–70 Hz beim Menschen) nähert.
Fledermaussonare.
Die Natur hat Fledermäusen die Fähigkeit verliehen, Töne mit einer Schwingungsfrequenz über 20.000 Hertz zu erzeugen, also Ultraschallwellen, die für das menschliche Ohr unzugänglich sind. Das Fledermaus-Ortungsgerät ist hochpräzise, zuverlässig und ultraklein. Es ist immer funktionsfähig und um ein Vielfaches effektiver als alle von Menschen geschaffenen Ortungssysteme. Mit Hilfe eines solchen Ultraschall-„Sehens“ erkennen Fledermäuse im Dunkeln einen gespannten Draht mit einem Durchmesser von 0,12 bis 0,05 mm, nehmen ein Echo auf, das 2000-mal schwächer als das gesendete Signal ist, und das vor dem Hintergrund einer Menge Geräusche Durch Interferenz können sie einen nützlichen Ton hervorheben, also nur den Bereich, den sie benötigen.
Fledermäuse erzeugen und nehmen Geräusche in einer Höhe von 50.000–60.000 Hz wahr. Dies erklärt ihre Fähigkeit, Kollisionen mit Objekten auch bei ausgeschalteter Sicht zu vermeiden (Radarprinzip). Das normale menschliche Ohr nimmt in seinem Bereich alle Töne kontinuierlich und lückenlos wahr.
Bei Fledermäusen erfolgt der Ultraschall normalerweise im Kehlkopf, der in seiner Struktur einer normalen Pfeife ähnelt. Die aus der Lunge ausgeatmete Luft strömt wie ein Wirbelwind durch ihn hindurch und strömt mit solcher Wucht heraus, als würde sie durch eine Explosion herausgeschleudert. Der Druck der Luft, die durch den Kehlkopf strömt, ist doppelt so hoch wie in einem Dampfkessel! Darüber hinaus sind die erzeugten Geräusche sehr laut: Wenn wir sie einfangen würden, würden wir sie aus nächster Nähe als das Dröhnen eines Kampfflugzeugtriebwerks wahrnehmen. Fledermäuse werden nicht taub, weil sie Muskeln haben, die ihre Ohren verschließen, wenn sie Aufklärungsultraschall aussenden. Die Sicherheit der Ohren wird durch die Perfektion ihres Designs gewährleistet: Bei der maximalen Wiederholungsrate der Sondierungsimpulse – 250 pro Sekunde – schafft es die Klappe im Fledermausohr, sich 500 Mal pro Sekunde zu öffnen und zu schließen.
Da die Schallgeschwindigkeit die Bewegungsgeschwindigkeit selbst schnellflügeliger Vögel deutlich übersteigt, kann die Echoortung auch während des Fluges eingesetzt werden. Den fortschrittlichsten Ortungsapparat besitzen Fledermäuse, die bei der Jagd eine hohe Geschwindigkeit entwickeln und ständig Kunstflugmanöver in der Luft ausführen. Die Qualität des „Ortungs“-Gehörs wird durch die Ergebnisse der Jagd belegt: Die kleinsten Raubtiere erhöhen ihr Gewicht in nur 15 Minuten der Jagd auf Mücken, Mücken und Mücken um 10 Prozent. Das „Navigationsgerät“ ist so genau, dass es die Richtung eines mikroskopisch kleinen Objekts mit einem Durchmesser von nur 0,1 Millimetern bestimmen kann. Donald Griffin, ein Forscher von Fledermaus-Echolotgeräten (der ihnen übrigens diesen Namen gegeben hat), glaubt, dass eine Fledermaus, wenn es nicht das Echolot gäbe, sogar die ganze Nacht mit offenem Maul fliegen würde, und zwar zufällig eine einzelne Mücke.
Andere natürliche Sonare.
Auch eine Reihe anderer Tierarten verfügen über Sonargeräte. Pottwale haben sie und suchen damit nach Konzentrationen von Tiefseekalmaren. Das Sonar des Pottwals ist eine Art Langstreckenkanone, die bis zu 5 m lang ist und fast ein Drittel des Tierkörpers einnimmt. Die Echoortung wurde bei den in Amerika lebenden Guajaro-Vögeln gefunden. Ihre Sonargeräte sind weniger perfekt als die von Fledermäusen und Delfinen. Sie arbeiten mit relativ niedrigen Frequenzen, nämlich im Bereich von 1500 bis 2500 Hz. Daher bemerken die Guajaros kleine Objekte im Dunkeln nicht. Die Guajaro-Höhlen sind sehr laut. Vögel stoßen bedrohliche, durchdringende Schreie aus, die an sie erinnern von Weinen und Stöhnen, schwer zu ertragen für ein ungewohntes Ohr.
Auch Mauersegler, die in Indonesien und auf den Pazifikinseln leben, nutzen die Echoortung. Für verschiedene Arten von Swiftlets arbeiten Sonargeräte mit unterschiedlichen Frequenzen: 2000 bis 7000 Hz. Es ist merkwürdig, dass der Echoortungsapparat des Vogels nicht funktioniert, wenn er sitzt. Ortungsimpulse werden nur im Flug (beim Flügelschlag) gesendet. Das Swiftlet-Sonar funktioniert nicht einmal bei Licht.
Ultraschall und Infraschall in der Technik
Derzeit beginnt Infraschall langsam in der Medizin eingesetzt zu werden. Hauptsächlich in der Krebsbehandlung (Entfernung von Tumoren), in der Augenmikrochirurgie (Behandlung von Hornhauterkrankungen) und in einigen anderen Bereichen. In Russland wurde zum ersten Mal im Russischen Kinderkrankenhaus eine Infraschallbehandlung der Hornhaut eingesetzt. Erstmals in der Praxis der Kinderaugenheilkunde wurden Infraschall und Infraschall-Phonophorese zur Behandlung von Hornhauterkrankungen eingesetzt. Die Verabreichung von Arzneimitteln an die Hornhaut mittels Infraschall ermöglichte nicht nur eine Beschleunigung des Heilungsprozesses, sondern trug auch zur Resorption hartnäckiger Hornhauttrübungen bei und verringerte die Zahl der Krankheitsrückfälle. Mittlerweile gibt es viele physiotherapeutische Geräte, die die Infraschall-Behandlungsmethode nutzen. Sie werden jedoch nur in engen Spezialisierungen eingesetzt. Über den Einsatz von Infraschall gegen Krebs ist sehr wenig bekannt, es gibt nur wenige Geräte dieser Art. Obwohl die Aussichten für ihre Verwendung nicht zweifelhaft sind. Die Komplexität der Anwendung ergibt sich aus der Tatsache, dass Infraschall eine schädliche Wirkung auf einen lebenden Organismus hat; Hunderte von Tests und viele Jahre Arbeit müssen durchgeführt werden, um geeignete Expositionsparameter zu finden. Die Zukunft dieser Methode ist nicht mehr fern.
Infraschallwaffen (psychotronische Waffen) und ihre Verwendung
Im 21. Jahrhundert gibt es Informationen über die Entwicklung und Erprobung von Infraschallwaffen durch einige Länder – führende Länder auf dem Gebiet der militärisch-politischen Welt, darunter sicherlich die USA und Russland. Die Entwickler von Superwaffen, die auf der Wirkung von Infraschall basieren, behaupten, dass sie den Feind vollständig unterdrücken und ihm so „unvermeidliche“ Folgen wie Übelkeit und Erbrechen verursachen. Infraschallwaffen werden hauptsächlich gegen Arbeitskräfte eingesetzt. In einigen Ländern durchgeführten Studien zufolge können Infraschallschwingungen das Zentralnervensystem und die Verdauungsorgane beeinträchtigen und Lähmungen, Erbrechen und Krämpfe verursachen, was zu allgemeinem Unwohlsein und Schmerzen in den inneren Organen führen kann, und bei höheren Pegeln bei Frequenzen von einigen Hz – bis Schwindel, Übelkeit, Bewusstlosigkeit und manchmal Blindheit und sogar Tod.
Infraschallwaffen können bei Menschen auch Panik, Verlust der Selbstbeherrschung und den unwiderstehlichen Wunsch, sich vor der Quelle der Zerstörung (!) zu verstecken, hervorrufen, was unter Kriegsbedingungen besonders wertvoll ist. Bestimmte Frequenzen können sich auf das Mittelohr auswirken und Vibrationen verursachen, die wiederum ähnliche Empfindungen wie Reise- oder Seekrankheit hervorrufen. Seine Reichweite wird durch die emittierte Leistung, den Wert der Trägerfrequenz, die Breite des Strahlungsmusters und die Bedingungen für die Ausbreitung akustischer Schwingungen in einer realen Umgebung bestimmt. Entwickler solcher Waffen und Forscher ihrer schrecklichen Folgen verbrachten a viel Geld aus der Staatskasse.
Infraschallwaffen gehören zu den Arten von Massenvernichtungswaffen (Massenvernichtungswaffen), die auf der gezielten Strahlung starker Infraschallschwingungen basieren. Prototypen solcher Waffen existieren bereits und wurden immer wieder als mögliche Testobjekte in Betracht gezogen. Von praktischem Interesse sind Schwingungen mit Frequenzen im Zehntel- und Hundertstelbereich bis hin zu Einheiten von Hz. Infraschall zeichnet sich durch eine geringe Absorption in verschiedenen Medien aus, wodurch Infraschallwellen in Luft, Wasser und der Erdkruste weite Strecken zurücklegen und Beton- und Metallbarrieren durchdringen können. Diese Waffe hat eine psychotronische Wirkung auf das Zentralnervensystem eines Menschen und setzt anschließend bei hohen Frequenzen den gesamten Körper außer Gefecht. In den Vereinigten Staaten entwickelt das Pentagon, insbesondere das US-Verteidigungsministerium, diese Geheimwaffe. Neben der Entwicklung einer Infraschallkanone wird besonderes Augenmerk auf die Erforschung der Wirkung dieser Waffe auf den Menschen gelegt und dafür mehrere Millionen Dollar an Transfers bereitgestellt. Es ist bekannt, dass die Entwicklung dieses Waffentyps Ende der 80er Jahre in der UdSSR durchgeführt wurde. Aus der Geschichte des Doktors der technischen Wissenschaften V. Kanyuk: „Ich leitete einen geheimen Komplex in Podlipki. Er war Mitglied der NPO Energia (unter der Leitung des Akademikers V.P. Glushko). Gemäß der geschlossenen Resolution des Zentralkomitees der KPdSU und des Ministerrats der UdSSR vom 27. Januar 1986 haben wir einen Generator spezieller physikalischer Felder geschaffen. Es gelang ihm, das Verhalten großer Massen der Bevölkerung zu korrigieren. Diese Ausrüstung wurde in die Weltraumumlaufbahn gebracht und deckte mit ihrem „Strahl“ eine Fläche ab, die der Region Krasnodar entspricht. Die jährlich für dieses und damit verbundene Programme bereitgestellten Mittel beliefen sich auf fünf Milliarden Dollar (!) …“ (Ja, genau diese Dollar zum Kurs von etwa 6 Rubel pro 1 USD) Im Sommer 1991 berief ein Komitee von Der Oberste Sowjet der UdSSR veröffentlichte eine erschreckende Zahl. Der KGB (das Staatssicherheitskomitee, ein Analogon unseres FSB oder des amerikanischen FBI), die Akademie der Wissenschaften, das Verteidigungsministerium und andere Abteilungen gaben eine halbe Milliarde der gesamten Vorreform-Rubel für die Entwicklung psychotronischer Waffen aus. Eine der Hauptaufgaben war „medizinisch-biologische und psychophysische Ferneinwirkung auf feindliche Truppen und Bevölkerung“. In Russland gibt es (nach inoffiziellen Angaben) inländische Entwicklungen psychotronischer Waffen, die auf der Ausbreitung der Infraschallwellen „Lava – 5“ und „Ruslo – 1“ basieren. Es wird darauf hingewiesen, dass in der Klassifizierung von Massenvernichtungsmitteln (sie wird von den militärisch-industriellen Komplexen entwickelter Länder verwendet) eine Klausel aufgetaucht ist: „Dies sind Waffen mit Auswirkungen auf den genetischen Apparat.“ In bestimmten Kreisen wird es als „umweltfreundlich“ und sogar „human“ bezeichnet, da es beispielsweise keine Städte zerstört und oft keine Menschen tötet, wie Atomwaffen. Trotz seiner geringen Zerstörungskapazität weist es eine höhere Wirksamkeit gegen feindliches Personal auf (mit Ausnahme von Atomwaffen und einigen anderen). Diese Waffe ist nicht nur für das Militär, sondern auch für die Polizei interessant, da sie ein wirksames Mittel zur Einflussnahme bei der Auflösung von Demonstrationen und Unruhen darstellt und künftig Wasserwerfer, Gummigeschosse und Schlagstöcke, Tränengas usw. ersetzen soll andere veraltete Mittel. Es wird auch als ethnische Waffe bezeichnet. Man kann mit Sicherheit sagen, dass Infraschallwaffen ein neuer Meilenstein auf dem Gebiet der Massenvernichtungswaffen sind.
Anwendung von Ultraschall in der Medizin
Hygiene. Die Tatsache, dass Ultraschall aktiv auf biologische Objekte einwirkt (z. B. Bakterien abtötet), ist seit mehr als 70 Jahren bekannt, doch über den konkreten Wirkmechanismus auf erkrankte Organe besteht unter Ärzten noch kein Konsens. Eine der Hypothesen: Hochfrequente Ultraschallschwingungen verursachen eine innere Erwärmung des Gewebes, begleitet von einer Mikromassage.
Hygiene. Ultraschallsterilisatoren für chirurgische Instrumente werden in Krankenhäusern und Kliniken häufig eingesetzt.
Diagnose. Zur Erkennung von Hirntumoren und zur Diagnosestellung werden elektronische Geräte mit Ultraschall-Scanning eingesetzt.
Die Geburtshilfe ist ein Bereich der Medizin, in dem Puls-Echo-Ultraschalltechniken am stärksten etabliert sind, ebenso wie die Ultraschalluntersuchung (US) der fetalen Bewegung, die sich in letzter Zeit fest in der Praxis etabliert hat. Jetzt werden Informationen über die Bewegung der fetalen Gliedmaßen, die Pseudoatmung sowie die Dynamik des Herzens und der Blutgefäße gesammelt. Während die Physiologie und Entwicklung des Fötus untersucht wird, ist die Erkennung von Anomalien noch weit entfernt.
Augenheilkunde. Ultraschall eignet sich besonders zur genauen Bestimmung der Augengröße sowie zur Untersuchung von Pathologien und Anomalien seiner Strukturen bei Trübung und damit Unzugänglichkeit für eine herkömmliche optische Untersuchung. Der Bereich hinter dem Auge – die Augenhöhle – ist für die Untersuchung durch das Auge zugänglich, daher ist Ultraschall zusammen mit der Computertomographie zu einer der wichtigsten Methoden zur Untersuchung von Pathologien in diesem Bereich geworden.
Kardiologie. Ultraschallmethoden werden häufig zur Untersuchung des Herzens und der angrenzenden großen Gefäße eingesetzt. Dies liegt an der Möglichkeit, schnell räumliche Informationen zu erhalten, sowie der Möglichkeit, diese mit tomografischer Visualisierung zu kombinieren.
Therapie und Chirurgie. Das ist schon lange bekannt
Ultraschallstrahlung kann eng fokussiert werden. Der französische Physiker Paul Langevin bemerkte erstmals seine schädliche Wirkung auf lebende Organismen. Die Ergebnisse seiner Beobachtungen sowie die Information, dass Ultraschallwellen in die Weichteile des menschlichen Körpers eindringen können, führten seit den frühen 1930er Jahren dazu. Es bestand großes Interesse an der Problematik des Einsatzes von Ultraschall zur Behandlung verschiedener Erkrankungen. Besonders häufig wird Ultraschall in der Physiotherapie eingesetzt. Dennoch zeichnet sich erst seit Kurzem ein wissenschaftlicher Ansatz zur Analyse von Phänomenen ab, die sich aus der Wechselwirkung von Ultraschallstrahlung mit der biologischen Umgebung ergeben. Therapeutischer Ultraschall kann in Ultraschall niedriger und hoher Intensität unterteilt werden – nicht schädigende Erwärmung (oder alle nicht-thermischen Effekte) und Stimulation und Beschleunigung normaler physiologischer Reaktionen bei der Behandlung von Schäden (Physiotherapie und einige Krebsarten). Therapie). Bei höheren Intensitäten besteht das Hauptziel darin, eine kontrollierte, selektive Zerstörung des Gewebes herbeizuführen (Operation). In der Neurochirurgie werden elektronische Geräte eingesetzt, um einzelne Bereiche des Gehirns mit einem starken fokussierten Hochfrequenzstrahl (ca. 1000 kHz) zu inaktivieren.
Andere Technologien
Hydrolokation. Der Druck einer Ultraschallwelle übersteigt den Druck einer herkömmlichen Schallwelle um das Tausendfache und lässt sich leicht mit Mikrofonen in der Luft und Hydrophonen im Wasser erkennen. Dadurch ist es möglich, mithilfe von Ultraschall Fischschwärme oder andere Unterwasserobjekte zu erkennen. Eines der ersten praktischen Ultraschall-U-Boot-Erkennungssysteme erschien am Ende des Ersten Weltkriegs.
Ultraschall-Durchflussmesser. Das Funktionsprinzip eines solchen Gerätes basiert auf dem Doppler-Effekt. Ultraschallimpulse werden abwechselnd entlang und gegen die Strömung gerichtet. Dabei wird die Signalübertragungsgeschwindigkeit entweder zur Strömungsgeschwindigkeit addiert oder von dieser subtrahiert. Der resultierende Phasenunterschied der Impulse in den beiden Zweigen des Messkreises wird elektronisch erfasst und daraus die Strömungsgeschwindigkeit und daraus die Massengeschwindigkeit (Durchfluss) berechnet. Dieses Messgerät kann sowohl in einem geschlossenen Kreislauf (z. B. zur Untersuchung des Blutflusses in einer Aorta oder des Kühlmittels in einem Kernreaktor) als auch in einem offenen Kreislauf (z. B. einem Fluss) verwendet werden.
Chemische Technologie. Die oben beschriebenen Methoden gehören zur Kategorie der Low-Power-Methoden, bei denen sich die physikalischen Eigenschaften des Mediums nicht ändern. Es gibt aber auch Verfahren, bei denen hochintensiver Ultraschall auf das Medium gerichtet wird. Gleichzeitig entwickelt sich in der Flüssigkeit ein starker Kavitationsprozess (die Bildung vieler Blasen oder Hohlräume, die bei Druckerhöhung kollabieren), was zu erheblichen Veränderungen der physikalischen und chemischen Eigenschaften dieses Mediums führt. Zahlreiche Methoden der Ultraschallbeeinflussung chemisch aktiver Substanzen werden in einem wissenschaftlich-technischen Wissenszweig namens Ultraschallchemie zusammengefasst. Es erforscht und stimuliert Prozesse wie Hydrolyse, Oxidation, molekulare Umlagerung, Polymerisation, Dipolymerisation und Beschleunigung von Reaktionen.
Ultraschalllöten. Kavitation, verursacht durch starke Ultraschallwellen in Metallschmelzen, zerstört den Oxidfilm von Aluminium und ermöglicht das Löten mit Zinnlot ohne Flussmittel. Produkte aus ultraschallgeschweißten Metallen sind zu gängigen Industrieprodukten geworden.
Ultraschallbearbeitung. Ultraschallenergie wird erfolgreich bei der Bearbeitung von Teilen aus sehr harten und spröden Materialien wie Glas, Keramik, Wolframkarbid und gehärtetem Stahl eingesetzt. Darüber hinaus nutzt die Industrie eine breite Palette von Geräten zum Reinigen der Oberflächen von Quarzkristallen und optischem Glas, von kleinen Präzisionskugellagern und zum Entgraten von Kleinteilen.
Ultraschall wird häufig zur Herstellung homogener Mischungen eingesetzt. Bereits 1927 entdeckten die amerikanischen Wissenschaftler Leamus und Wood, dass, wenn zwei nicht mischbare Flüssigkeiten (zum Beispiel Öl und Wasser)
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Ultraschall ist die mechanische Schwingung eines elastischen Mediums mit einer Frequenz, die die obere Hörgrenze von 20 kHz überschreitet.
Ultraschall kann wie Lärm durch den Schalldruckpegel (dB) oder die Intensität (W/m 2) charakterisiert werden.
Ultraschall wirkt hauptsächlich lokal auf den Körper, da er durch direkten Kontakt mit einem Ultraschallinstrument, Werkstücken oder Umgebungen, in denen Ultraschallschwingungen angeregt werden (Kontaktultraschall), übertragen wird.
Langfristige systematische Ultraschallexposition,
Ausbreitung durch die Luft (Luftultraschall), Ursachen
Veränderungen im Nerven-, Herz-Kreislauf- und Hormonsystem, im Hör- und
Vestibularanalysatoren. Das Ausmaß der Auswirkungen hängt von der Intensität und Dauer der Ultraschalleinwirkung ab und wird durch das Vorhandensein hochfrequenter Geräusche im Spektrum verstärkt, die zu Hörverlust führen können.
Die Art der Veränderungen, die im Körper unter dem Einfluss von Ultraschall auftreten, hängt von der Expositionsdosis ab.
Kleine Dosen – Schallpegel 80 – 90 dB – wirken stimulierend – Mikromassage, Beschleunigung von Stoffwechselprozessen. Große Dosen – Schallpegel – über 120 dB – wirken schädlich.
Die Grundlage für die Vermeidung schädlicher Auswirkungen von Ultraschall auf Arbeitnehmer sind Hygienevorschriften.
Vorschriften:
GOST 12.1.01-89 SSBT. Ultraschall. Allgemeine Sicherheitsanforderungen;
SanPiN 2.2.4/2.1.8.582-96. Hygienische Anforderungen beim Arbeiten mit Luft- und Kontaktultraschallquellen für industrielle, medizinische und häusliche Zwecke.
Diese Regulierungsdokumente begrenzen den Schalldruckpegel im Hochfrequenzbereich von hörbaren Geräuschen und Ultraschall am Arbeitsplatz: (von 80 bis 110 dB bei geometrischen Mittelfrequenzen von Terzbändern von 12,5 bis 100 kHz)
Maßnahmen zur Verhinderung der schädlichen Auswirkungen von Ultraschall auf den Körper von Betreibern technologischer Anlagen, Personal von Behandlungs- und Diagnoseräumen:
Schaffung automatisierter Ultraschallgeräte mit Fernbedienung;
Verwenden Sie nach Möglichkeit Geräte mit geringer Leistung, um die Intensität von Lärm und Ultraschall am Arbeitsplatz zu reduzieren.
Aufstellen von Geräten in schallisolierten Räumen oder ferngesteuerten Räumen;
Ausrüstung für Schallschutzgeräte: Gehäuse, Schirme aus Stahlblech oder Duraluminium, überzogen mit Gummi, Lärmschutzmastix und anderen Materialien;
Bei der Planung von Ultraschallanlagen empfiehlt es sich, Betriebsfrequenzen zu verwenden, die am weitesten vom hörbaren Bereich entfernt sind und nicht weniger als 22 kHz betragen.
Um die Ultraschallbelastung bei Kontakt mit flüssigen und festen Medien zu vermeiden, muss ein System installiert werden, das die Ultraschallwandler bei Vorgängen, bei denen ein Kontakt möglich ist (z. B. Be- und Entladen von Materialien), automatisch abschaltet.
Wenn es aus produktionstechnischen Gründen nicht möglich ist, die Intensität von Lärm und Ultraschall auf akzeptable Werte zu reduzieren, ist der Einsatz erforderlich persönliche Schutzausrüstung- Lärmschutz, Gummihandschuhe mit Baumwollfutter, spezielle Arbeitsgeräte mit vibrationsisolierendem Griff.
Infrasound- ein für den Menschen unhörbarer Schwingungsbereich. Typischerweise liegt die Obergrenze des Infraschallbereichs bei 16–25 Hz. Die Untergrenze des Infraschalls wurde nicht bestimmt.
Die Quelle des Infraschalls sind Donner, Schüsse und Erdbeben. Infraschall zeichnet sich durch eine geringe Absorption aus. Daher können sich Infraschallwellen in der Luft, im Wasser und in der Erdkruste über sehr große Entfernungen ausbreiten. Diese Eigenschaft des Infraschalls wird als Vorbote von Naturkatastrophen und zur Untersuchung der Eigenschaften der Atmosphäre und der Wasserumgebung genutzt.
Industrieller Infraschall entsteht aufgrund der gleichen Prozesse wie Lärm im hörbaren Frequenzbereich. Die größte Intensität von Infraschallschwingungen wird durch Maschinen und Mechanismen erzeugt, die niederfrequente mechanische Schwingungen (Infraschall mechanischen Ursprungs) oder turbulente Strömungen von Gasen und Flüssigkeiten (Infraschall aerodynamischen oder hydrodynamischen Ursprungs) erzeugen.
Studien zu den biologischen Auswirkungen von Infraschall auf den Körper haben gezeigt, dass er bei Pegeln von 110 bis 150 dB oder mehr unangenehme subjektive Empfindungen und zahlreiche reaktive Veränderungen im Zentralnerven-, Herz-Kreislauf- und Atmungssystem sowie im Vestibularanalysator hervorrufen kann. Es gibt Hinweise darauf, dass Infraschall vor allem bei niedrigen und mittleren Frequenzen zu Hörverlust führt.
Basierend auf der Art des Spektrums wird Infraschall in unterteilt Breitbandig und harmonisch. Der harmonische Charakter des Spektrums wird in Oktavfrequenzbändern durch die Überschreitung des Pegels in einem Band gegenüber benachbarten um mindestens 10 dB bestimmt. Nach seinen zeitlichen Eigenschaften wird Infraschall in konstante und unterteilt wankelmütig.
Die normierten Kennwerte von Infraschall an Arbeitsplätzen gemäß SN 2.2.4/2.1.8.583-96 „Infraschall an Arbeitsplätzen, in Wohn- und öffentlichen Räumen sowie in Wohngebieten“ sind Schalldruckpegel in Dezibel in Oktavbändern mit geometrischen Mittelfrequenzen von 2,4 , 8,16 Hz.
Der zulässige Schalldruckpegel beträgt 105 dB in Oktaven
Bänder 2, 4, 8, 16 Hz und 102 dB im Oktavband von 31,5 Hz. In diesem Fall sollte der Gesamtschalldruckpegel 110 dB nicht überschreiten. Für nicht konstanten Infraschall ist die normierte Kenngröße der Gesamtschalldruckpegel.
Das wirksamste und praktisch einzige Mittel zur Bekämpfung
Infraschall ist seine Reduzierung an der Quelle. Bei der Auswahl der Konstruktionen sollten kleine Maschinen mit hoher Steifigkeit bevorzugt werden.
da in Strukturen mit ebenen Flächen großer und kleiner Fläche
Starrheit schafft Bedingungen für die Erzeugung von Infraschall. Reduzieren Sie den Infraschall
Durch Änderung der Betriebsart kann eine Störung der Entstehungsquelle erreicht werden
technologische Ausrüstung. Es müssen Maßnahmen zur Reduzierung ergriffen werden
Intensität aerodynamischer Prozesse – Begrenzung der Bewegungsgeschwindigkeiten
Transport, Reduzierung der Durchflussraten von Flüssigkeiten (Luftfahrt und Raketen).
Motoren, Verbrennungsmotoren, thermische Dampfabgasanlagen
Kraftwerke usw.)
Im Kampf gegen Infraschall entlang der Ausbreitungswege haben Interferenzstörsender eine gewisse Wirkung, meist bei Vorhandensein diskreter Komponenten im Infraschallspektrum.
Als persönliche Schutzausrüstung empfiehlt sich die Verwendung von Kopfhörern und Ohrstöpseln, die das Ohr vor den schädlichen Auswirkungen von Begleitlärm schützen.
Zu den organisatorischen Präventionsmaßnahmen gehören die Einhaltung der Arbeits- und Ruhezeiten sowie das Verbot von Überstunden. Bei Ultraschallkontakt über mehr als 50 % der Arbeitszeit werden alle 1,5 Arbeitsstunden Pausen von 15 Minuten empfohlen. Eine erhebliche Wirkung wird durch einen Komplex physiotherapeutischer Verfahren erzielt – Massage, UV-Bestrahlung, Wasseranwendungen, Vitaminisierung usw.
Jurow Pawel
Der Mensch lebt in einer Welt der Geräusche. Klang ist das, was das Ohr hört. Wir hören die Stimmen der Menschen, den Gesang der Vögel, die Geräusche von Musikinstrumenten, den Lärm des Waldes, das Donnern während eines Gewitters. Die Geräusche fahrender Autos, fahrender Fahrzeuge usw. Was ist Ton? Wie entsteht es? Wie unterscheiden sich manche Geräusche von anderen? Die Menschen wollten die Antworten auf diese Fragen wissen.
Der Zweig der Physik, der Schallphänomene untersucht, wird Akustik genannt.
Nachdem wir ein Geräusch gehört haben, können wir normalerweise feststellen, dass es von irgendeiner Quelle zu uns kam. Wenn wir diese Quelle untersuchen, werden wir immer etwas darin finden, das schwankt. Kommt der Schall beispielsweise aus einem Lautsprecher, dann schwingt darin eine Membran – eine um ihren Umfang fixierte Lichtscheibe. Wenn ein Ton von einem Musikinstrument erzeugt wird, dann ist die Tonquelle eine vibrierende Luftsäule und andere.
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Vorschau:
Einführung…………………………………………………………………………………………………………...... ... ...3
- Aus der Geschichte des Klangs……………………………………………………………………………3
- Was ist Klang?……………………………………………………………………………................ ...... .....4
2.1 Die Allgemeine Akustik untersucht die Entstehung, Ausbreitung und Absorption von Schall…..5
- Klang und Hören………………………………………………………………………………..6
- Musikalische Akustik………………………………………………………………………………...7
- Überschallknalle……………………………………………………………………………………...8
3.3 Geräusche………………………………………………………………………………8
- Lärmbelästigung…………………………………………………………………………….9
- Die Wirkung von Lärm auf den menschlichen Körper……………………………..…………………...11
- Schallausbreitung………………………………………………………………………………12
- Ultraschall und Infraschall……………………………………………………………………………….14
- Schallort………………………………………………………………………………..14
- Anwendung von Ultraschall und Tönen……………………………………………………15
- Anwendung von Infraschall……………………………………………………..15
- Anwendung von Ultraschall………………………………………………………18
- Klangtherapie – Klangbehandlung………………………………………………………………………………20
- Digitale Drogen und ihre Wirkung auf den menschlichen Körper……………………………...22
Fazit…………………………………………………………………………………….26
Literatur……………………………………………………………………………………………………..27
EINFÜHRUNG
Der Mensch lebt in einer Welt der Geräusche. Klang ist das, was das Ohr hört. Wir hören die Stimmen der Menschen, den Gesang der Vögel, die Geräusche von Musikinstrumenten, den Lärm des Waldes, das Donnern während eines Gewitters. Die Geräusche fahrender Autos, fahrender Fahrzeuge usw. Was ist Ton? Wie entsteht es? Wie unterscheiden sich manche Geräusche von anderen? Die Menschen wollten die Antworten auf diese Fragen wissen.
Der Zweig der Physik, der Schallphänomene untersucht, wird genannt Akustik.
Nachdem wir ein Geräusch gehört haben, können wir normalerweise feststellen, dass es von irgendeiner Quelle zu uns kam. Wenn wir diese Quelle betrachten, werden wir darin immer etwas Schwankendes finden. Kommt der Schall beispielsweise aus einem Lautsprecher, dann schwingt darin eine Membran – eine um ihren Umfang fixierte Lichtscheibe. Wenn ein Ton von einem Musikinstrument erzeugt wird, dann ist die Tonquelle eine vibrierende Luftsäule und andere.
- AUS DER KLANGGESCHICHTE.
Klänge sind unsere ständigen Begleiter. Sie wirken auf einen Menschen auf unterschiedliche Weise: Sie erfreuen und irritieren, beruhigen und erschrecken durch ihre Unerwartetheit. In der Antike erschien den Menschen der Klang als ein erstaunliches, mysteriöses Produkt übernatürlicher Kräfte. Sie glaubten, dass Geräusche wilde Tiere zähmen, Steine und Berge versetzen, dem Wasser den Weg versperren, Regen verursachen und andere Wunder bewirken könnten.
Die Priester des alten Ägypten erkannten die erstaunliche Wirkung der Musik auf die Menschen und nutzten sie für ihre eigenen Zwecke. Kein einziger Feiertag war komplett ohne rituelle Gesänge. Später gelangte die Musik in christliche Kirchen.
Die alten Indianer beherrschten früher als andere eine hohe Musikkultur. Sie entwickelten und verbreiteten die Notenschrift, lange bevor sie in Europa erschien. Ihre Tonleiter bestand ebenfalls aus sieben Tönen, hatte aber unterschiedliche Namen: „sa“, „re“, „ga“, „ma“, „pa“, „dha“, „ni“. Man glaubte, dass jeder von ihnen einen bestimmten spirituellen Zustand widerspiegelt: „sa“ und „ma“ – Ruhe und Frieden, „ga“ und „dha“ – Feierlichkeit, „re“ – Wut, „pa“ – Freude, „ni“ - Traurigkeit.
Seit jeher streben Menschen danach, Klang zu verstehen und zu studieren.
Der griechische Wissenschaftler und Philosoph Pythagoras, der vor zweieinhalbtausend Jahren lebte, führte verschiedene Experimente mit Klängen durch. Er war der erste, der bewies, dass tiefe Töne bei Musikinstrumenten langen Saiten innewohnen. Wenn eine Saite um die Hälfte gekürzt wird, erhöht sich ihr Klang um eine ganze Oktave. Die Entdeckung von Pythagoras markierte den Beginn der Akustikwissenschaft. Die ersten Tongeräte wurden in Theatern hergestellt
Antikes Griechenland und Rom: Schauspieler steckten kleine Hörner in ihre Masken, um den Klang zu verstärken. Bekannt ist auch der Einsatz von Tongeräten in ägyptischen Tempeln, wo es „flüsternde“ Götterstatuen gab.
Die Identifizierung harmonischer Klangkombinationen durch Pythagoras und seine Schüler bildete die Grundlage für spätere Vorstellungen über die sogenannte Harmonie des Universums. Nach dieser Vorstellung werden Himmelskörper und Planeten nach musikalischen Intervallen relativ zueinander positioniert und geben „Sphärenmusik“ ab. Man glaubte zum Beispiel, dass Saturn die tiefsten Töne erzeugt, die Töne von Jupiter können mit Bass verglichen werden, Merkur mit Falsett, Mars mit Tenor, Erde mit Alt, Venus mit Sopran. Diese Theorie hat eine lange Lebensdauer gehabt. Dies wurde bereits in der Renaissance erkannt, als bereits erste vollständig wissenschaftliche Informationen über die Natur und Bewegung der Planeten gewonnen wurden. Anklänge an diese Theorie finden sich in den Werken des großen Kepler, der das Gesetz der Planetenbewegung entdeckte und eine große Rolle bei der Entwicklung der Physik und Astronomie spielte.
Es gibt sogenannte Wirbelgeräusche: Windpfeifen in Drähten, Schiffstakelungen, Baumästen, Heulen in Rohren, auf Felsgraten, in Spalten und engen Schluchten. Die Menschen nutzen sie schon lange – auf der Jagd, im Alltag. Im alten China gab es den Brauch, Tauben mit kleinen Bambusstöcken am Schwanz freizulassen. Der durch das Rohr strömende Luftstrom verursachte ein sanftes Pfeifgeräusch. Ähnliche Klänge erzeugt die Rohrpfeife, die der Prototyp der im alten Ägypten entstandenen Flöte war. Später wurde sie Panflöte genannt – zu Ehren des antiken griechischen Gottes der Wälder.
Der Legende nach gab es in Jerusalem einst eine „hunderttönende“ Trompete mit zwei Hörnern. Während des Opfers wurde ein Feuer angezündet, dessen warme Luft in den Schornstein strömte und diesen zum Heulen brachte. Mächtige heulende Geräusche entstanden auch, als während der Belagerung der Stadt Wirbelstürme aus den Flammen von Feuern hineinbrachen.
Im Jahr 1831 wurde in Pjatigorsk ein Pavillon namens Äolische Harfe gebaut. Darin befanden sich zwei Harfen, die sich mit Hilfe einer Wetterfahne gegen den Wind drehten und unter dem Einfluss der Luftströmung harmonische Klänge erzeugten.
In London gibt es in der St. Paul's Cathedral eine große, runde Halle mit einem Durchmesser von fast 50 Metern. Eine Person auf der einen Seite kann flüsternd sprechen und auf der anderen Seite perfekt gehört werden. Wissenschaftler haben nach sorgfältiger Forschung eine wissenschaftliche Erklärung für dieses Phänomen geliefert. Es zeigt sich, dass sich der Schall bei einem Krümmungsradius der Wand von 25 Metern kriechend entlang der Wand ausbreitet und den Hörer nahezu verlustfrei erreicht. In diesem Fall wird der Schall nicht zur Seite reflektiert.
Einige Museen bewahren Vasen mit antiken Arbeiten auf, deren Hauptzweck nicht die künstlerische Dekoration, sondern die Reflexion, Verstärkung und Konzentration des Klangs ist. Solche aus Alabaster gefertigten Vasen wurden in großen Sälen, Theatern, Versammlungen und sogar auf Plätzen aufgestellt. Die Redner mussten ihre Stimme nicht anstrengen: Die Zuhörer nahmen die Rede im gesamten Raum wahr, weit genug entfernt.
Im 17. Jahrhundert verwendeten Bauherren anstelle von Vasen Schallleitungen in Form von Zementrohren. Solche Schallkanäle finden sich insbesondere in Gebäuden, die nach Rastrellis Entwürfen errichtet wurden. Deshalb ist die Kathedrale des Smolny-Klosters mit Schallkanälen bedeckt. Man geht davon aus, dass sie sich auch in den Sälen des Winterpalais befinden.
Aller Wahrscheinlichkeit nach waren bereits in der Antike ähnliche raffinierte akustische Geräte bekannt. Die Legende verleiht dem Syrakus-Tyrannen Dionysius die Fähigkeit, selbst das leiseste Flüstern in seinem Palast zu hören. Dies ist nicht schwer zu glauben, wenn man davon ausgeht, dass es im Palast keramische Schallkollektoren und Verstärker gab.
- WAS IST TON?
Was ist Ton? Klang - Dies sind mechanische Schwingungen, die sich in elastischen Medien ausbreiten: Gase, Flüssigkeiten und Feststoffe, die von den Hörorganen wahrgenommen werden.
Schauen wir uns Beispiele an, die das physikalische Wesen des Klangs erklären. Die Saite eines Musikinstruments überträgt ihre Schwingungen auf umgebende Luftpartikel. Diese Schwingungen breiten sich immer weiter aus und verursachen beim Erreichen des Ohrs Schwingungen des Trommelfells. Wir werden den Ton hören. Was wir Schall nennen, ist also eine schnelle Veränderung. Die Luftteilchen bewegen sich nicht, sie schwingen nur und bewegen sich über sehr kurze Distanzen abwechselnd zur einen und zur anderen Seite.
Es gibt jedoch keine isolierten Schwingungen eines Körpers. In jedem Medium werden durch die Wechselwirkung zwischen Teilchen Schwingungen auf immer mehr neue Teilchen übertragen, d.h. Schallwellen breiten sich durch das Medium aus.
Ein weiteres einfaches Beispiel für eine oszillierende Bewegung ist die Schwingung eines Pendels. Wird das Pendel aus seiner Gleichgewichtslage ausgelenkt und dann losgelassen, schwingt es frei. Unter dem Einfluss der Schwerkraft kehrt das Pendel in seine ursprüngliche Position zurück, durch die Trägheit passiert es den Ausgangspunkt und steigt nach oben, während die Schwerkraft seine Bewegung verlangsamt. Am Punkt der maximalen Auslenkung dreht sich das Pendel um und beginnt nach einem Moment, sich in die entgegengesetzte Richtung zu bewegen. Die Zyklen der Pendelschwingungen wiederholen sich ständig.
Schwingungen können periodisch sein, wenn sich Änderungen nach einer gleichen Zeitspanne wiederholen, und nichtperiodisch, wenn es keine vollständige Wiederholung des Änderungsprozesses gibt. Unter den periodischen Schwingungen spielen sie eine sehr wichtige Rolleharmonische Schwingungen. Je nach Verfahren sind Schwingungen mechanische, elektrische Strom- und Spannungsschwingungen oder Schallschwingungen.
Die sichtbarsten Wellen befinden sich auf der Wasseroberfläche. Wenn Sie einen Stein ins Wasser werfen, entsteht zunächst eine Vertiefung, dann ein Anstieg des Wassers und dann Wellen, bei denen es sich nacheinander um Grate und Vertiefungen handelt. Sie breiten sich entlang der Vorderseite zunehmend aus und breiten sich in alle Richtungen aus, doch einzelne Teilchen bewegen sich nicht mit den Wellen, sondern schwingen nur in kleinen Grenzen um eine bestimmte konstante Position. Sie können dies beispielsweise überprüfen, indem Sie einem Stück Holz dabei zusehen, wie es auf den Wellen hüpft. Es wird steigen und fallen, d.h. oszillieren und eine laufende Welle darunter passieren lassen.
Es gibt Wellen längs und quer; Im ersten Fall erfolgen die Schwingungen der Partikel des Mediums entlang der Ausbreitungsrichtung der Welle, im zweiten Fall quer dazu.
Das menschliche Ohr kann Schwingungen mit einer Frequenz von etwa 200 bis 20.000 Schwingungen pro Sekunde wahrnehmen. Dementsprechend werden mechanische Schwingungen mit den angegebenen Frequenzen bezeichnetTon oder akustisch.
Die Fragestellungen, mit denen sich die Akustik beschäftigt, sind sehr vielfältig. Einige davon hängen mit den Eigenschaften und Merkmalen der Hörorgane zusammen.
2.1 Die Allgemeine Akustik untersucht die Entstehung, Ausbreitung und Absorption von Schall.
Die physikalische Akustik befasst sich mit der Untersuchung der Schallschwingungen selbst und umfasst in den letzten Jahrzehnten auch Schwingungen, die außerhalb der Grenzen des Hörbaren liegen (Ultraakustik). Gleichzeitig werden vielfältige Methoden zur Umwandlung mechanischer Schwingungen in elektrische Schwingungen und umgekehrt eingesetzt. In Bezug auf Schallschwingungen gehört zu den Aufgaben der physikalischen Akustik die Untersuchung physikalischer Phänomene, die bestimmte für das Gehör wahrnehmbare Klangqualitäten bestimmen.
Elektroakustik oder technische Akustik, beschäftigt sich mit dem Empfangen, Senden, Empfangen und Aufzeichnen von Tönen mithilfe elektrischer Geräte.
Architekturakustikuntersucht die Schallausbreitung in Räumen, die Auswirkung der Größe und Form von Räumen auf den Schall, die Eigenschaften von Materialien, die Wände und Decken bedecken usw. usw. Damit ist die auditive Wahrnehmung von Schall gemeint.
Musikalische Akustikerforscht die Natur musikalischer Klänge sowie musikalischer Stimmungen und Systeme. Wir unterscheiden beispielsweise musikalische Klänge (Singen, Pfeifen, Klingeln, Streicherklang) und Geräusche (Knister, Klopfen, Knarren, Zischen, Donner). Musikalische Klänge sind einfacher als Geräusche. Eine Kombination von Musikklängen kann das Gefühl von Lärm hervorrufen, aber keine Kombination erzeugt einen Musikklang.
Hydroakustik (Meeresakustik)befasst sich mit der Untersuchung von Phänomenen, die in der aquatischen Umwelt auftreten und mit der Emission, dem Empfang und der Ausbreitung akustischer Wellen verbunden sind. Es umfasst Fragen der Entwicklung und Herstellung von akustischen Geräten für den Einsatz in Gewässern.
Stimmungsvolle Akustikuntersucht Schallprozesse in der Atmosphäre, insbesondere die Ausbreitung von Schallwellen, die Voraussetzung für die Ausbreitung von Schall über große Entfernungen.
Physiologische Akustikerforscht die Fähigkeiten der Hörorgane, ihre Struktur und Wirkungsweise. Sie beschäftigt sich mit der Lautbildung der Sprechorgane und der Lautwahrnehmung der Hörorgane sowie mit Fragen der Sprachanalyse und -synthese.
Erstellung von Systemen; ist in der Lage, menschliche Sprache zu analysieren – ein wichtiger Schritt in der Entwicklung von Maschinen, insbesondere Robotermanipulatoren und elektronischen Computern, die den verbalen Anweisungen des Bedieners gehorchen.
Eine Sprachsynthesemaschine kann große wirtschaftliche Vorteile bieten. Wenn über internationale Telefonkanäle nicht die Sprachsignale selbst, sondern durch ihre Analyse gewonnene Codes übertragen werden und am Ausgang der Leitungen Sprache synthetisiert wird, kann derselbe Kanal ein Vielfaches an Informationen übertragen. Zwar hört der Teilnehmer nicht die echte Stimme des Gesprächspartners, aber die Worte sind dieselben wie die, die in das Mikrofon gesprochen werden. Natürlich ist dies nicht ganz für Familiengespräche geeignet, aber für Geschäftsgespräche ist es praktisch, und diese überlasten die Kommunikationskanäle.
Biologische Akustikuntersucht die Probleme der Schall- und Ultraschallkommunikation von Tieren und untersucht die von ihnen verwendeten Ortungsmechanismen. Außerdem werden die Probleme von Lärm, Vibrationen und ihr Kampf um die Verbesserung der Umwelt untersucht.
- KLANG und HÖREN.
Die wichtigsten physikalischen Merkmale jeder Schwingungsbewegung sind die Periode und die Amplitude der Schwingungen sowie in Bezug auf Schall die Frequenz und Intensität der Schwingungen.
Schwingungsperiodeist die Zeit, in der eine vollständige Schwingung auftritt, wenn beispielsweise ein Pendel aus seiner äußersten linken Position ausschwingt.Schwingungsfrequenz- Dies ist die Anzahl der vollständigen Schwingungen (Perioden) in einer Sekunde. Diese Einheit heißt Hertz (Hz). Die Frequenz ist eines der Hauptmerkmale, anhand derer wir Geräusche unterscheiden. Je höher die Schwingungsfrequenz, desto höher die Tonhöhe.
Das menschliche Ohr reagiert am empfindlichsten auf Geräusche mit Frequenzen zwischen 1000 und 3000 Hz. Die größte Hörschärfe wird im Alter von 15 bis 20 Jahren beobachtet. Mit zunehmendem Alter lässt das Gehör nach. Bei einer Person unter 40 Jahren liegt die größte Empfindlichkeit im Bereich von 3000 Hz, bei 40 bis 60 Jahren bei 2000 Hz, bei über 60 Jahren bei 1000 Hz.
Im Bereich bis 500 Hz können wir sogar zwischen einer Abnahme oder Zunahme der Frequenz um 1 Hz unterscheiden. Bei höheren Frequenzen reagieren unsere Hörgeräte weniger empfindlich auf solche kleinen Frequenzänderungen.
Nach 2000 Hz können wir also einen Ton nur dann von einem anderen unterscheiden, wenn der Frequenzunterschied mindestens 5 Hz beträgt. Bei einem kleineren Unterschied werden uns die Geräusche gleich erscheinen. Allerdings gibt es fast keine Regeln ohne Ausnahmen. Es gibt Menschen, die ungewöhnlich gut hören. Ein begabter Musiker kann eine Klangveränderung bereits durch den Bruchteil einer Vibration erkennen.
Mit Periode und Häufigkeit verbunden ist das Konzept von Wellenlänge , d.h. im Abstand zwischen zwei Graten (oder Tälern). Eine visuelle Darstellung dieses Konzepts wird durch Wellen gegeben, die sich über die Wasseroberfläche ausbreiten.
Geräusche können sich voneinander und in unterscheiden Timbre . Dies bedeutet, dass gleiche Töne in der Tonhöhe unterschiedlich klingen können, da der Hauptton des Tons in der Regel von Nebentönen begleitet wird, die immer höherfrequent sind. Sie verleihen dem Hauptklang zusätzliche Farbe und werden aufgerufen Obertöne . Mit anderen Worten, die Klangqualität, die für den Klang charakteristisch ist. Je mehr Obertöne dem Grundton überlagert sind, desto „satter“ ist der Klang musikalisch. Wenn der Hauptton von Obertönen in der Nähe seiner Höhe begleitet wird, ist der Klang selbst weich und „samtig“. Wenn die Obertöne deutlich höher als der Grundton sind, entsteht „Metallizität“ in der Stimme oder im Klang.
Dank ihrer bemerkenswerten Struktur können die Hörorgane leicht eine Schwingung von einer anderen unterscheiden, die Stimme eines geliebten Menschen oder Bekannten von den Stimmen anderer Menschen. Daher beurteilen wir, wie eine Person sagt, ihre Stimmung, ihren Zustand und ihre Erfahrungen. Freude, Schmerz, Wut, Angst, Angst vor Gefahr – all das ist zu hören, ohne überhaupt zu sehen, wem die Stimme gehört.
Schwingungsamplitudenennt man die größte Abweichung von der Gleichgewichtslage bei harmonischen Schwingungen. Im Beispiel eines Pendels ist die Amplitude seine maximale Abweichung von der Gleichgewichtslage ganz nach links oder rechts. Die Amplitude der Schwingung bestimmt die Intensität (Stärke) des Schalls. Bezogen auf die Schallintensität Volumen . Je intensiver der Ton ist, desto lauter ist er. Allerdings sind die Begriffe Lautstärke und Intensität nicht gleichwertig. Lautstärke ist ein Maß für die Stärke der durch einen Ton hervorgerufenen Hörempfindung.
Ein Ton gleicher Intensität kann bei verschiedenen Menschen unterschiedlich laute Hörwahrnehmungen hervorrufen. Beispielsweise werden Geräusche gleicher Intensität, aber unterschiedlicher Tonhöhe je nach Beschaffenheit des Hörgeräts vom Ohr unterschiedlich laut wahrgenommen. Wir nehmen nicht sowohl sehr schwache als auch sehr starke Geräusche wahr – jeder Mensch hat die sogenanntenHörschwelle, die durch die niedrigste Schallintensität bestimmt wird, die erforderlich ist, damit der Ton gehört werden kann.
Geräusche, die hinsichtlich der Frequenz am einfachsten wahrgenommen werden, lassen sich auch hinsichtlich der Lautstärke besser unterscheiden. Bei einer Frequenz von 32 Hz unterscheiden sich drei Töne in der Lautstärke, bei einer Frequenz von 125 Hz sind es 94 Töne und bei einer Frequenz von 1000 Hz sind es 374. Dieser Anstieg ist nicht unendlich. Ab einer Frequenz von 8000 Hz nimmt die Anzahl der unterscheidbaren Töne in der Lautstärke ab. Bei einer Frequenz von 16.000 Hz kann ein Mensch beispielsweise nur 16 Geräusche unterscheiden.
Eine Person hört keine Geräusche mit sehr hoher Intensität mehr auf und nimmt sie als Druck- oder Schmerzgefühl wahr. Diese Schallintensität nennt manSchmerzgrenze. Untersuchungen haben gezeigt, dass die Intensität, mit der Geräusche unterschiedlicher Frequenz Schmerzen verursachen, unterschiedlich ist.
Wenn die Intensität des Schalls um das Millionenfache erhöht wird, erhöht sich die Lautstärke nur um ein paar Hundertfache. Es stellte sich heraus, dass das Ohr die Stärke des Schalls nach einem komplexen logarithmischen Gesetz in Lautstärke umwandelt und so seine inneren Teile vor übermäßigen Einflüssen schützt. Es gibt noch ein weiteres Merkmal des menschlichen Ohrs. Wenn Sie einem Ton mit einer bestimmten Lautstärke einen Ton mit derselben oder einer ähnlichen Frequenz hinzufügen, ist die Gesamtlautstärke geringer als die mathematische Summe derselben Lautstärken. Gleichzeitig erklingende Töne scheinen sich gegenseitig zu kompensieren oder zu überdecken. Und Töne, deren Frequenz weit auseinander liegt, beeinflussen sich nicht gegenseitig und ihre Lautstärke ist maximal. Komponisten nutzen dieses Muster, um die größte Klangleistung für das Orchester zu erzielen.
3.1 Musikalische Akustik.
Echter Schall ist eine Überlagerung harmonischer Schwingungen mit einer Reihe von Frequenzen, die das akustische Spektrum der Schallwelle bestimmen.
Es gibt drei Arten von Schallschwingungen: Musikklänge, Überschallknalle und Geräusche. Periodische Schwingungen einer bestimmten Frequenz erzeugen einen einfachen Musikton. Komplexe Musikklänge sind Kombinationen einzelner Töne. Der Ton, der der niedrigsten Frequenz eines komplexen Musikklangs entspricht, wird aufgerufen Hauptton , und die restlichen Töne - Obertöne . Wenn die Frequenz des Obertons ein Vielfaches der Frequenz des Grundtons ist, wird der Oberton als harmonisch bezeichnet. In diesem Fall wird der Grundton mit einer Mindestfrequenz von 70 als erste Harmonische bezeichnet, der Oberton mit einer Frequenz von 270 als zweite Harmonische usw.
Die relative Intensität einer Schallwelle sowie die Art des Anstiegs und Abfalls ihrer Amplituden während des Abklingens bestimmen die Farbe (oder das Timbre) des Klangs. Verschiedene Musikinstrumente (Klavier, Violine, Flöte usw.) unterscheiden sich in der Klangfarbe der von diesen Instrumenten erzeugten Klänge. Die in der Musik verwendeten Klänge unterschiedlicher Tonhöhen bilden das Musiksystem. Eine relative musikalische Struktur besteht aus Klängen, die in bestimmten Proportionen vorliegen. Wenn die Töne einer Tonleiter durch die Höhe des Anfangstons angegeben werden, von dem aus die Stimmung von Instrumenten beginnt, dann nennt man eine solche Tonleiter absolut . Der ursprüngliche (Standard-)Ton in der europäischen absoluten Tonleiter ist 440 Hz (der Ton „A“ der ersten Oktave). Der relative Tonhöhenunterschied zweier Töne aufgrund des Verhältnisses zwischen den Frequenzen dieser Töne wird genannt Intervall . Das Frequenzverhältnis von 2:1 bestimmt die Oktave, 5:4 – die große Terz, 4:3 – die Quarte, 3:2 – die Quinte.
Wenn die Länge einer Gitarrensaite L beträgt, muss die resultierende Welle einen Weg von 2L zurücklegen, um in ihre ursprüngliche Position zurückzukehren, wobei sie nach zwei Reflexionen an beiden Enden die ursprüngliche Bewegungsrichtung und die ursprüngliche Form aufweist. Wenn υ die Geschwindigkeit der Welle ist, dann legt die Welle die Strecke 2L ν-mal pro Sekunde zurück. Die Frequenz ν ist die Tonhöhe der Saite. Wenn Sie die Saite mit dem Finger an den Hals der Gitarre drücken und dabei Ihren Finger auf den Bund legen, wodurch der freie Teil der Saite um das Zweifache beschleunigt wird, verdoppelt sich die Tonhöhe. Die Note steigt um eine Oktave, was einer Verdoppelung der Frequenz entspricht.
Das Verhältnis der Tonhöhen der Halbtöne ist gleich der zwölften Wurzel aus zwei. Dadurch wird die Position der Bünde am Gitarrenhals bestimmt. In der gängigen europäischen Musikpraxis ist die Oktave in 12 gleiche Intervalle unterteilt, die eine gleichmäßig temperierte Tonleiter bilden.
Neben der temperierten Stimmung gibt es zwei präzise Stimmungen –Pythagoräisch und rein, die auf Intervallen basieren, deren Häufigkeitskoeffizienten die Verhältnisse der ersten Nachbarzahlen der natürlichen Reihe sind. Die pythagoreische Stimmung basiert auf Oktave und reiner Quinte mit einem Frequenzverhältnis von 3:2, die reine Stimmung auf Oktave, Quinte und großer Terz mit einem Frequenzverhältnis von 5:4. Die pythagoräische Stimmung vermittelt die Melodie ausdrucksvoller und die reine Stimmung passt besser zu Akkordmusik. Zur Aufführung komplexer Musik werden kompromittierte Stimmungen und eine gleichtemperierte 12-stufige Musikstimmung verwendet.
Die Musik anderer, außereuropäischer Völker zeichnet sich durch andere Intervallverhältnisse und eine andere Anzahl von Tönen in der Oktave aus.
3.2 Überschallknalle
Stoßwellen treten bei einem Schuss, einer Explosion, einer elektrischen Entladung usw. auf. Das Hauptmerkmal einer Stoßwelle ist ein starker Drucksprung an der Wellenfront. Im Moment des Durchgangs der Stoßwelle stellt sich der maximale Druck an einem bestimmten Punkt fast augenblicklich in einer Zeit von etwa 10–10 Sekunden ein. Gleichzeitig ändern sich Dichte und Temperatur des Mediums schlagartig. Dann fällt der Druck langsam ab. Die Kraft der Stoßwelle hängt von der Kraft der Explosion ab. Die Ausbreitungsgeschwindigkeit von Stoßwellen kann in einem bestimmten Medium größer sein als die Schallgeschwindigkeit. Wenn beispielsweise eine Stoßwelle den Druck um das Eineinhalbfache erhöht, steigt die Temperatur um das 35-fache 0 C und die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Front einer solchen Welle beträgt etwa 400 m/s. Wände mittlerer Dicke, die auf dem Weg einer solchen Stoßwelle aufeinandertreffen, werden zerstört.
Starke Explosionen werden von Stoßwellen begleitet, die in der maximalen Phase der Wellenfront einen Druck erzeugen, der zehnmal höher ist als der Atmosphärendruck. In diesem Fall erhöht sich die Dichte des Mediums um das Vierfache, die Temperatur steigt um das 500-fache 0 C, und die Ausbreitungsgeschwindigkeit einer solchen Welle liegt nahe bei 1 km/s. Die Dicke der Stoßwellenfront liegt in der Größenordnung der freien Weglänge der Moleküle (10-7 - 10 -8 m), daher können wir in einer theoretischen Betrachtung davon ausgehen, dass die Front der Stoßwelle eine Explosionsfläche ist, bei deren Durchquerung sich die Gasparameter schlagartig ändern.
Stoßwellen entstehen auch, wenn sich ein fester Körper mit einer Geschwindigkeit bewegt, die über der Schallgeschwindigkeit liegt. Vor einem Flugzeug, das mit Überschallgeschwindigkeit fliegt, bildet sich eine Stoßwelle, die den Hauptfaktor für den Widerstand gegen die Bewegung des Flugzeugs darstellt. Um diesen Widerstand zu verringern, erhalten Überschallflugzeuge eine pfeilförmige Form.
Die schnelle Kompression der Luft vor einem sich mit hoher Geschwindigkeit bewegenden Objekt führt zu einem Temperaturanstieg, der mit zunehmender Geschwindigkeit des Objekts zunimmt. Wenn die Geschwindigkeit des Flugzeugs Schallgeschwindigkeit erreicht, erreicht die Lufttemperatur 60 °C 0 C. Bei doppelter Schallgeschwindigkeit erhöht sich die Temperatur um 240 0 C, und bei einer Geschwindigkeit, die fast der dreifachen Schallgeschwindigkeit entspricht, beträgt sie 800 0 C.
Geschwindigkeiten nahe 10 km/s führen zum Schmelzen und zur Umwandlung eines bewegten Körpers in einen gasförmigen Zustand. Der Fall von Meteoriten mit einer Geschwindigkeit von mehreren zehn Kilometern pro Sekunde führt dazu, dass sich Meteoritenkörper bereits in einer Höhe von 150 bis 200 Kilometern selbst in einer verdünnten Atmosphäre merklich erwärmen und glühen. Die meisten von ihnen zerfallen in Höhenlagen von 100 – 60 Kilometern vollständig.
- Geräusche.
Die Überlagerung einer Vielzahl von Schwingungen, die zufällig zueinander gemischt sind und sich zeitlich zufällig in ihrer Intensität ändern, führt zu einer komplexen Schwingungsform. Solche komplexen Schwingungen, die aus einer Vielzahl einfacher Klänge unterschiedlicher Töne bestehen, werden genannt Lärm . Beispiele hierfür sind das Rascheln der Blätter im Wald, das Rauschen eines Wasserfalls, der Lärm auf einer Stadtstraße. Geräusche können auch durch Konsonanten ausgedrückte Laute umfassen. Geräusche können sich hinsichtlich der Schallintensität, -frequenz und -dauer im Laufe der Zeit in ihrer Verteilung unterscheiden. Geräusche von Wind, fallendem Wasser und Meeresbrandung sind noch lange zu hören.
Relativ kurzlebiges Donnergrollen ist das Rauschen der Wellenniederfrequentes Rauschen. Mechanische Geräusche können durch Vibrationen von Festkörpern verursacht werden. Geräusche, die durch das Platzen von Blasen und Hohlräumen in einer Flüssigkeit entstehen und die Prozesse begleiten Hohlraumbildung , zu Kavitationsgeräuschen führen.
In der angewandten Akustik wird die Untersuchung von Lärm im Zusammenhang mit dem Problem der Bekämpfung seiner Schädlichkeit, der Verbesserung von Lärmpeilern in der Hydroakustik sowie der Verbesserung der Messgenauigkeit in analogen und digitalen Informationsverarbeitungsgeräten durchgeführt. Anhaltend starke Geräusche (ca. 90 dB oder mehr) wirken sich schädlich auf das menschliche Nervensystem aus, während der Lärm der Meeresbrandung oder des Waldes beruhigend wirkt.
3.1.1. Lärmbelästigung
Starker, langanhaltender und vor allem andauernder Lärm ist ein versteckter und gefährlicher Feind für Menschen und andere Lebewesen. Starker und anhaltender Lärm schränkt die Arbeitsdauer ein, führt zu vorzeitigem Ausfall und Zerstörung des Hörsystems, zur Entstehung von Herz-Kreislauf-Erkrankungen (Bluthochdruck, Herzrhythmusstörungen), Schädigungen des Nervensystems, Magengeschwüren und anderen Störungen. Die häufigsten Symptome einer Lärmbeeinflussung sind Reizbarkeit, Zerstreutheit und in der Folge Neurosen. Lärm verschlimmert chronische Krankheiten. Interessanterweise wirkt sich Lärm im Schlaf stärker negativ aus als im Wachzustand.
Die Auswirkungen von Lärm auf eine Person werden durch den Pegel (Lautstärke, Intensität) und die Tonhöhe der Geräusche, aus denen er besteht, sowie durch die Dauer der Einwirkung bestimmt. Die Begriffe „Intensität“ und „Lautstärke des Lärms“ werden im Alltag synonym verwendet, sind jedoch nicht völlig identisch: Intensität ist ein objektives Merkmal von Schall; Lautstärke ist ein Merkmal seiner subjektiven Wahrnehmung. Es wurde festgestellt, dass die Lautstärke des Tons viel langsamer zunimmt als die Intensität. Der Lärmpegel wird in Dezibel (dB) ausgedrückt. 1 dB ist das Verhältnis des Drucks, den Schallwellen auf das Trommelfell des Ohrs ausüben, zu dem extrem geringen Druck, der noch vom Ohr spürbar ist.
Minimale IntensitätDer vom Ohr wahrgenommene Schall wird genanntHörschwelle. Die Hörschwelle ist für Schallschwingungen unterschiedlicher Frequenz unterschiedlich. Die menschliche Hörorgane reagieren am empfindlichsten auf Frequenzen von 1000–3000 Hz. Als Obergrenze der Schallintensität wird die Grenze bezeichnet, die ein Mensch noch wahrnehmen kannSchmerzgrenze. Bei ruhigem Wetter erzeugt ein Winterwald einen Lärm von 0 dB. Ein Lärm von 1 dB ist bei extrem scharfem Gehör kaum wahrnehmbar. Der Lärm durch normales Atmen wird auf 10 dB geschätzt, und dieser Pegel gilt als Hörschwelle für Menschen mit normalem Hörvermögen. Ein Flüstern erzeugt einen Lärm von 20 dB. Ruhe und Schlaf gelten als abgeschlossen, wenn der Lärm 25–30 dB nicht überschreitet; in Institutionen und Betrieben erreicht der Lärm 40–60 dB. In lauten Betrieben erreicht der Lärm 70 dB. Ein kurzfristiger Geräuschpegel von 80 dB ist akzeptabel. Stärkerer Lärm ist schädlich, die Schmerzgrenze liegt meist im Bereich von 120–130 dB, darüber hinaus ist eine Schädigung des Hörgeräts möglich. Laut Hygienestandards sollte der Lärmpegel in der Nähe von Gebäuden tagsüber 55 dB und nachts (von 23 bis 7 Uhr) 45 dB nicht überschreiten, in Wohnungen 40 bzw. 30 dB.
Im Bereich der für den Menschen hörbaren Geräusche (von 16 bis 20.000 Hz) wird die schädlichste Wirkung auf den Menschen durch Lärm verursacht, in dessen Spektrum hohe Frequenzen (über 800 Hz) vorherrschen. Ultraschall (über 20 kHz) und Infraschall (unter 16–25 Hz) sind für das menschliche Ohr nicht wahrnehmbar, können aber auch negative Auswirkungen haben. Laut österreichischen Forschern verringert Lärm in Großstädten die Lebenserwartung ihrer Bewohner um 10–12 Jahre. Es wurden Experimente durchgeführt, die belegen, dass sich erhöhter Lärm auch negativ auf die Entwicklung von Pflanzen auswirkt. Die Geräuschpegel verschiedener Quellen und die Reaktion des Körpers auf akustische Einflüsse sind in der Tabelle dargestellt.
Für den Menschen ist Lärm von 20–30 dB praktisch harmlos, die zulässige Grenze liegt bei 80 dB, 130 dB verursachen Schmerzen, 150 dB sind bereits unerträglich.
Der Gesamtlärm großer Verkehrsströme beträgt 90–95 dB (hoher Pegel) und ist auf Autobahnen fast rund um die Uhr vorhanden. Unter Verkehrslärm leiden vor allem Bewohner von Städten und Gemeinden, die in der Nähe wichtiger Autobahnen, Eisenbahnen und Bahnhöfe, See- und Flusshäfen, Flugplätze und Automobilunternehmen liegen. Der Lärmpegel in Häusern entlang der Hauptautobahnen Moskaus erreicht 60 dB. Die lautesten Orte befinden sich am Gartenring. Während der Hauptverkehrszeiten übersteigt der Lärm der Straßenbahnen auf den Straßen 77 dB.
- Fahrzeuge erzeugen Lärm, dB:
- Einen Wagen................................................ .... 65–80
- Bus................................................. ......................... 80–85
- Güterwagen................................................ .... 80–90
- Motorrad................................................. .................... 90–95
- Motorboot................................................ . ............ 90–95
- U-Bahn................................................ ... .................... 90–95
- Regelmäßiger Zug................................................. ... ............. 95–100
- Flugzeug beim Start................................................ .... ........ 110–130
- Große Düsenflugzeuge................................. 155–160
Derzeit haben eine Reihe von Ländern maximal zulässige Geräuschpegel für Unternehmen, einzelne Maschinen und Fahrzeuge festgelegt. Beispielsweise dürfen Flugzeuge auf internationalen Strecken operieren, deren Lärmpegel tagsüber nicht mehr als 112 dB und nachts 102 dB beträgt. Ab den Modellen von 1985 betragen die maximal zulässigen Geräuschpegel: für Pkw 80 dB, für Busse und Lkw je nach Gewicht und Kapazität 81–85 dB bzw. 81–88 dB.
Eine besondere Gefahr für Jugendliche stellen Player und Diskotheken dar. Skandinavische Wissenschaftler kamen zu dem Schluss, dass jeder fünfte Teenager ein schlechtes Gehör hat, obwohl sie sich dessen nicht immer bewusst sind. Der Grund ist der Missbrauch tragbarer Abspielgeräte und lange Aufenthalte in Diskotheken. Typischerweise beträgt der Lärmpegel in einer Disco 80–100 dB, was mit dem Lärmpegel von starkem Straßenverkehr oder einem 100 m entfernt startenden Turbojet-Flugzeug vergleichbar ist. Die Lautstärke des Players beträgt 100–114 dB. Ein Presslufthammer ist fast genauso ohrenbetäubend. In solchen Situationen wird den Arbeitnehmern zwar Lärmschutz geboten. Wird es vernachlässigt, ist bereits nach 4 Stunden Dauerlärm (pro Woche) eine kurzzeitige Schwerhörigkeit im Hochtonbereich möglich, später kommt es zu Ohrensausen.
Gesunde Trommelfelle halten einer Spielerlautstärke von 110 dB maximal 1,5 Minuten lang unbeschadet stand. Französische Wissenschaftler stellen fest, dass sich Hörstörungen in unserem Jahrhundert unter jungen Menschen aktiv ausbreiten; Mit zunehmendem Alter ist es wahrscheinlicher, dass sie Hörgeräte benötigen. Schon geringe Lautstärken beeinträchtigen die Konzentration bei geistiger Arbeit. Musik, selbst sehr leise, verringert die Aufmerksamkeit – dies sollte bei den Hausaufgaben berücksichtigt werden. Wenn der Ton zunimmt, produziert der Körper viele Stresshormone, wie zum Beispiel Adrenalin. Gleichzeitig verengen sich die Blutgefäße und die Darmfunktion verlangsamt sich. All dies kann in Zukunft zu Störungen der Herz- und Kreislauffunktion führen. Diese Überlastungen sind die Ursache für jeden mindestens zehnten Herzinfarkt.
Das erste Symptom eines Hörverlusts wird genanntDinner-Party-Effekt. An einem überfüllten Abend hört eine Person auf, Stimmen zu unterscheiden und kann nicht verstehen, warum alle lachen. Er beginnt, überfüllte Meetings zu meiden, was zu seiner sozialen Isolation führt. Viele Menschen mit Hörverlust werden depressiv und leiden sogar unter Verfolgungswahn.
Es gibt Methoden, Lärm zu bekämpfen: Grünanlagen und Lärmschutzwände eignen sich gut zum Schutz von Flachbauten; Zum Schutz einzelner Wohnungen werden doppelt verglaste Fenster verwendet (Fenster mit verbesserter Schalldämmung) oder das Glas wird durch dickeres Glas ersetzt (bei Doppelverglasung sollte die erste 4 mm dick sein, die zweite – 6 mm).
3.1.2 Wirkung von Lärm auf den menschlichen Körper
Lärm, selbst wenn er gering ist (bei einem Pegel von 50-60 dB), stellt eine erhebliche Belastung für das menschliche Nervensystem dar und hat psychologische Auswirkungen auf ihn. Dies kommt besonders häufig bei geistig aktiven Menschen vor. Niedriger Lärm wirkt sich unterschiedlich auf Menschen aus. Die Gründe dafür können sein: Alter, Gesundheitszustand, Art der Arbeit, körperlicher und geistiger Zustand einer Person zum Zeitpunkt des Lärms und andere Faktoren. Der Grad der Schädlichkeit eines Lärms hängt auch davon ab, wie sehr er sich vom üblichen Lärm unterscheidet. Die unangenehme Wirkung von Lärm hängt auch von der individuellen Einstellung dazu ab. So stört der von der Person selbst erzeugte Lärm sie nicht, während kleine Fremdgeräusche eine starke Reizwirkung hervorrufen können.
Es ist bekannt, dass eine Reihe schwerwiegender Erkrankungen wie Bluthochdruck und Magengeschwüre, Neurosen und in einigen Fällen Magen-Darm- und Hauterkrankungen mit einer Überlastung des Nervensystems bei Arbeit und Ruhe verbunden sind. Der Mangel an notwendiger Stille, insbesondere nachts, führt zu vorzeitiger Ermüdung und oft auch zu Krankheiten. In diesem Zusammenhang ist zu beachten, dass Lärm von 30-40 dB in der Nacht einen ernsthaften Störfaktor darstellen kann. Ab einem Pegel von 70 dB kann Lärm bestimmte physiologische Auswirkungen auf den Menschen haben und zu sichtbaren Veränderungen in seinem Körper führen. Unter dem Einfluss von Lärm über 85-90 dB wird vor allem die Hörempfindlichkeit bei hohen Frequenzen reduziert. Lauter Lärm beeinträchtigt die Gesundheit und Leistungsfähigkeit von Menschen. Eine Person, die im Lärm arbeitet, gewöhnt sich daran, aber eine längere Einwirkung von starkem Lärm führt zu allgemeiner Müdigkeit, kann zu Hörschäden und manchmal Taubheit führen, der Verdauungsprozess wird gestört und es kommt zu Volumenveränderungen der inneren Organe.
Durch die Einwirkung auf die Großhirnrinde wirkt Lärm irritierend, beschleunigt den Ermüdungsprozess, schwächt die Aufmerksamkeit und verlangsamt geistige Reaktionen. Aus diesen Gründen kann starker Lärm unter Produktionsbedingungen zum Auftreten von Verletzungen beitragen, da vor dem Hintergrund dieses Lärms keine Signale von Transportmitteln, Gabelstaplern und anderen Maschinen gehört werden können.
Diese schädlichen Auswirkungen von Lärm sind umso ausgeprägter, je stärker der Lärm ist und je länger seine Wirkung dauert. Lärm löst somit eine unerwünschte Reaktion des gesamten menschlichen Körpers aus. Krankhafte Veränderungen, die unter Lärmeinfluss auftreten, gelten als Lärmkrankheit.
Schallschwingungen können nicht nur über das Ohr, sondern auch direkt über die Schädelknochen wahrgenommen werden (sog. Knochenleitung). Der auf dieser Strecke übertragene Lärmpegel liegt 20–30 dB unter dem vom Ohr wahrgenommenen Pegel. Während bei niedrigen Konzentrationen die Übertragung durch Knochenleitung gering ist, steigt sie bei hohen Konzentrationen deutlich an und verstärkt die schädliche Wirkung auf den Menschen.
Bei sehr hohen Lärmpegeln (mehr als 145 dB) kann das Trommelfell reißen.
- Schallausbreitung.
Wie bereits erwähnt, können sich Schallwellen in Luft, Gasen, Flüssigkeiten und Feststoffen ausbreiten. Im luftleeren Raum entstehen keine Wellen. Dies lässt sich anhand einfacher Erfahrung leicht überprüfen. Wenn eine elektrische Klingel unter einer luftdichten Kappe angebracht wird, aus der die Luft abgesaugt wurde, hören wir keinen Ton. Doch sobald die Kappe mit Luft gefüllt ist, ertönt ein Geräusch.
Die Ausbreitungsgeschwindigkeit von Schwingungsbewegungen von Teilchen zu Teilchen hängt vom Medium ab. In der Antike legten Krieger ihre Ohren auf den Boden und entdeckten so die feindliche Kavallerie viel früher, als sie in Sichtweite erschien. Und der berühmte Wissenschaftler Leonardo da Vinci schrieb im 15. Jahrhundert: „Wenn Sie auf See das Loch eines Rohrs ins Wasser senken und das andere Ende davon an Ihr Ohr halten, werden Sie den Lärm von Schiffen deutlich hören.“ weit weg von dir.“
Die Schallgeschwindigkeit in Luft wurde erstmals im 17. Jahrhundert von der Mailänder Akademie der Wissenschaften gemessen. Auf einem der Hügel wurde eine Kanone installiert, auf dem anderen befand sich ein Beobachtungsposten. Die Zeit wurde sowohl im Moment der Aufnahme (per Blitz) als auch im Moment des Tonempfangs aufgezeichnet. Anhand der Entfernung zwischen Beobachtungspunkt und Geschütz und dem Entstehungszeitpunkt des Signals war die Geschwindigkeit der Schallausbreitung nicht mehr schwer zu berechnen. Es stellte sich heraus, dass sie 330 Meter pro Sekunde betrug.
Die Schallgeschwindigkeit im Wasser wurde erstmals 1827 am Genfersee gemessen. Die beiden Boote befanden sich 13.847 Meter voneinander entfernt. Beim ersten wurde eine Glocke unter den Boden gehängt und beim zweiten wurde ein einfaches Hydrophon (Horn) ins Wasser gesenkt. Auf dem ersten Boot wurde gleichzeitig mit dem Schlagen der Glocke Schießpulver angezündet; auf dem zweiten startete der Beobachter im Moment des Blitzes die Stoppuhr und begann auf das Eintreffen des Tonsignals der Glocke zu warten. Es stellte sich heraus, dass sich Schall im Wasser mehr als viermal schneller ausbreitet als in der Luft, d.h. mit einer Geschwindigkeit von 1450 Metern pro Sekunde.
Je höher die Elastizität des Mediums, desto höher die Geschwindigkeit: in Gummi – 50, in Luft – 330, in Wasser – 1450 und in Stahl – 5000 Meter pro Sekunde. Wenn wir, die wir in Moskau wären, so laut schreien könnten, dass der Ton St. Petersburg erreichen würde, dann wären wir dort erst nach einer halben Stunde zu hören, und wenn sich der Ton über die gleiche Distanz in Stahl ausbreitete, dann würde er empfangen werden in zwei Minuten.
Die Geschwindigkeit der Schallausbreitung wird vom Zustand desselben Mediums beeinflusst. Wenn wir sagen, dass sich Schall im Wasser mit einer Geschwindigkeit von 1450 Metern pro Sekunde ausbreitet, bedeutet das nicht, dass dies in jedem Wasser und unter allen Bedingungen der Fall ist. Mit zunehmender Temperatur und Salzgehalt des Wassers sowie mit zunehmender Tiefe und damit zunehmendem hydrostatischem Druck nimmt die Schallgeschwindigkeit zu. Oder nehmen wir Stahl. Auch hier hängt die Schallgeschwindigkeit sowohl von der Temperatur als auch von der qualitativen Zusammensetzung des Stahls ab: Je mehr Kohlenstoff er enthält, desto härter ist er und desto schneller breitet sich der Schall darin aus.
Auf dem Weg auf ein Hindernis stoßen, Schallwellen reflektiert daraus nach einer streng definierten Regel: Der Reflexionswinkel ist gleich dem Einfallswinkel. Schallwellen, die aus der Luft kommen, werden fast vollständig von der Wasseroberfläche nach oben reflektiert, und Schallwellen, die von einer im Wasser befindlichen Quelle kommen, werden von der Wasseroberfläche nach unten reflektiert.
Schallwellen, die von einem Medium in ein anderes eindringen, weichen von ihrer ursprünglichen Position ab, d. h. gebrochen . Der Brechungswinkel kann größer oder kleiner als der Einfallswinkel sein. Es kommt darauf an, in welches Medium der Schall eindringt. Ist die Schallgeschwindigkeit im zweiten Medium größer als im ersten, dann ist der Brechungswinkel größer als der Einfallswinkel und umgekehrt.
In der Luft breiten sich Schallwellen in Form einer divergierenden Kugelwelle aus, die ein immer größeres Volumen ausfüllt, indem von Schallquellen verursachte Partikelschwingungen auf die Luftmasse übertragen werden. Mit zunehmendem Abstand werden die Schwingungen der Teilchen jedoch schwächer. Es ist bekannt, dass zur Vergrößerung der Übertragungsreichweite der Schall in eine bestimmte Richtung konzentriert werden muss. Wenn wir besser gehört werden wollen, halten wir unsere Handflächen vor den Mund oder benutzen ein Megaphon. In diesem Fall wird der Schall weniger gedämpft und die Schallwellen breiten sich weiter aus.
Mit zunehmender Wandstärke nimmt die Schallortung bei tiefen Mittelfrequenzen zu, aber die „heimtückische“ Koinzidenzresonanz, die zur Strangulierung der Schallortung führt, beginnt sich bei niedrigeren Frequenzen zu manifestieren und deckt einen größeren Bereich ab. Die Abschwächung des Schalls ist auch darauf zurückzuführen, dass die Schallwelle durch die Absorption durch das Medium allmählich an Energie verliert. Der Absorptionsgrad wird wiederum durch die Eigenschaften des Mediums bestimmt. In einem viskoseren Medium, zum Beispiel in Watte, Gummi, ist die Absorption größer. Es hängt jedoch weitgehend von der Frequenz des Tons ab. Je höher die Frequenz, desto größer die Absorption. Schall mit einer Frequenz von 10.000 Hz wird 100-mal stärker absorbiert als Schall mit einer Frequenz von 1.000 Hz. Es ist kein Zufall, dass uns ein Schuss aus der Nähe ohrenbetäubend scharf erscheint, aus der Ferne jedoch weicher und stumpfer. Dies erklärt sich aus der Tatsache, dass der Schall eines Schusses sowohl niedrige als auch hohe Frequenzen enthält und Geräusche hoher Frequenzen stärker von der Luft absorbiert werden als Geräusche niedriger Frequenzen. Da wir weit von der Schusswaffe entfernt sind, hören wir Geräusche mit niedrigeren Frequenzen, aber Geräusche mit hohen Frequenzen erreichen uns nicht – sie werden absorbiert. Ein noch deutlicheres Beispiel, das dieses Phänomen bestätigt, ist der Klang eines sich zurückziehenden Orchesters. Zuerst verschwinden die hohen Klänge von Flöten und Klarinetten, dann die mittleren Klänge von Kornetten und Bratschen und schließlich, wenn das Orchester sehr weit entfernt ist, ist nur noch die Große Trommel zu hören.
Die Reichweite der Schallausbreitung wird stark beeinflusst durch Brechung , also die Ablenkung von Schallstrahlen. Je heterogener das Medium ist, desto stärker wird der Schallstrahl gebogen.
Die Ausbreitungsreichweite von Schall im Meer beträgt normalerweise (abhängig von der Leistung der Schallquelle) mehrere zehn oder hundert Kilometer. Es gibt jedoch Fälle, in denen es sich über den sogenannten Unterwasserkanal ausbreitet, der am häufigsten im Ozean vorkommt. Dies ist der Tiefenbereich, in dem die Schallgeschwindigkeit zunächst abnimmt und nach Erreichen eines Minimums wieder zuzunehmen beginnt. Physikalisch gesehen ist dies auf die große Abhängigkeit der Schallausbreitung im Meerwasser von seiner Temperatur, seinem Salzgehalt und seinem hydrostatischen Druck zurückzuführen.
Mit der Tiefe nimmt die Schallgeschwindigkeit ab, allerdings nur solange die Wassertemperatur sinkt. Ab einem bestimmten Niveau beginnt die Geschwindigkeit aufgrund eines Anstiegs des hydrostatischen Drucks zu steigen. Die oberen und unteren Grenzen des Schallkanals weisen Tiefen mit gleicher Schallgeschwindigkeit auf. Als Kanalachse wird die Tiefe mit der geringsten Sgenommen.
Der extrem weit entfernte Ursprung des Schalls im Kanal erklärt sich aus der Tatsache, dass Schallstrahlen, die fast vollständig von den oberen und unteren Grenzen des Schallkanals reflektiert werden, dessen Grenzen nicht überschreiten, sondern konzentriert und entlang der Achse des Schallkanals ausgebreitet werden Tonkanal.
„Um das besser zu verstehen“, sagt der Akademiker L.M. Brekhovsky, - denken Sie daran, wie sich ein müder Reisender verhält: Er bleibt lieber auf der schattigen, kühleren Seite, trägt so wenig Last wie möglich auf seinen Schultern und bewegt sich mit minimaler Geschwindigkeit. Denn nur dann kann er die maximale Distanz zurücklegen. Ein Schallstrahl im Meerwasser ähnelt diesem Reisenden. Nachdem es die Quelle verlassen hat, bewegt es sich von der Achse des Schallkanals nach oben. Je höher, desto wärmer, und der Strahl dreht sich nach unten, „in die Kälte hinein“, und wird tiefer, bis er beginnt, das Gewicht des zunehmenden hydrostatischen Drucks zu „spüren“.
Amerikanische Wissenschaftler führten im Atlantischen Ozean ein Experiment durch, das die Verschmelzung des Mediums im Bereich der Schallausbreitung bestätigte. In einer Tiefe von jeweils 500 Metern. Einige Zeit später wurde auf den Bermudas, 4.500 km vom Versuchsort entfernt, eine Explosion registriert. Eine solche Explosion ist in der Luft in einer Entfernung von nur 4 km und im Wald nicht mehr als 200 m zu hören.
Experten nutzten das Phänomen der Schallausbreitung über große Entfernungen in einem Unterwasserschallkanal, um das Sofar-Rettungssystem zu entwickeln. Von in Not geratenen Schiffen und Flugzeugen werden kleine Bomben mit einem Gewicht von 0,5 bis 2,5 kg abgeworfen, die in der Tiefe der Achse des Schallkanals explodieren. Küstenposten übernehmen den Ort der Explosion und damit den Ort der Katastrophe.
- Ultraschall und Infraschall.
Nun berücksichtigt die Akustik als Teilgebiet der Physik einen größeren Bereich elastischer Schwingungen – von den niedrigsten bis zu den extrem hohen, bis hin zu 1012 – 1013 Hz. Als Schallwellen werden Schallwellen mit Frequenzen unter 16 Hz bezeichnet, die für den Menschen nicht hörbar sind Infrasound , Schallwellen mit Frequenzen von 20.000 Hz bis 109 Hz - Ultraschall , und es werden Schwingungen mit Frequenzen über 109 Hz genannt Hyperschall.
Diese unhörbaren Geräusche haben viele Verwendungsmöglichkeiten gefunden. Ultraschall und Infraschall spielen in der lebenden Welt eine sehr wichtige Rolle.
Fische und andere Meerestiere nehmen beispielsweise Infraschallwellen, die durch Sturmwellen entstehen, empfindlich wahr. So spüren sie das Herannahen eines Sturms oder Zyklons im Voraus und schwimmen an einen sichereren Ort. Infrasound - Dies ist ein Bestandteil der Geräusche des Waldes, des Meeres und der Atmosphäre. Bei der Bewegung von Fischen entstehen elastische Infraschallschwingungen, die sich im Wasser ausbreiten. Haie spüren diese Vibrationen auch aus vielen Kilometern Entfernung und schwimmen auf ihre Beute zu.
Ultraschall kann von Tieren wie Hunden, Katzen, Delfinen, Ameisen, Fledermäusen usw. erzeugt und wahrgenommen werden. Fledermäuse machen beim Flug kurze, hohe Töne. Auf ihrem Flug lassen sie sich von den Reflexionen dieser Geräusche von Objekten leiten, denen sie unterwegs begegnen. Sie können sogar Insekten fangen, indem sie sich nur an den Echos ihrer kleinen Beute orientieren. Katzen und Hunde können sehr hohe Pfeiftöne (Ultraschall) hören.
Beobachtungen haben gezeigt, dass Ameisen in verschiedenen Situationen auch Ultraschallsignale mit unterschiedlichen Frequenzen aussenden. Alle aufgezeichneten Ameisentonsignale lassen sich in drei Gruppen einteilen: „Notsignal“, „Aggressionssignal“ (während eines Kampfes) und „Futtersignale“. Bei diesen Signalen handelt es sich um kurzfristige Impulse mit einer Dauer von 10 bis 100 Mikrosekunden. Ameisen machen Geräusche in einem relativ breiten Frequenzbereich – von 0,3 bis 5 Kilohertz.
5.1 Klangortung.
Eine Methode zur Bestimmung von Entfernungen zu verschiedenen Objekten und zur Ortung ihrer Standorte basiert auf dem Phänomen des Echos. Nehmen wir an, dass eine Schallquelle ein Schallsignal aussendet und der Zeitpunkt seiner Emission aufgezeichnet wird. Der Schall traf auf ein Hindernis, wurde von diesem reflektiert, kehrte zurück und wurde vom Schallempfänger empfangen. Wenn der Zeitabstand zwischen dem Sende- und Empfangszeitpunkt gemessen wurde, lässt sich die Entfernung zum Hindernis leicht ermitteln. Während der gemessenen Zeit t hat der Schall eine Strecke von 2 s zurückgelegt, wobei s die Entfernung zum Hindernis und 2 s die Entfernung von der Schallquelle zum Hindernis und vom Hindernis zum Schallempfänger ist. Wenn die Schallgeschwindigkeit v bekannt ist, können wir schreiben:
S=υ·t/2
Mit dieser Formel können Sie den Abstand zum Signalreflektor ermitteln. Sie müssen aber auch wissen, wo er sich befindet und in welcher Richtung von der Quelle aus das Signal ihn getroffen hat. Währenddessen breitet sich Schall in alle Richtungen aus und das reflektierte Signal könnte aus verschiedenen Richtungen kommen. Um diese Schwierigkeit zu vermeiden, verwenden sie keinen gewöhnlichen Schall, sondern Ultraschall.
Ultraschallwellen ähneln in ihrer Natur gewöhnlichen Schallwellen, werden vom Menschen jedoch nicht als Schall wahrgenommen. Dies erklärt sich aus der Tatsache, dass die Schwingungsfrequenz in ihnen größer als 20.000 Hz ist. Solche Wellen werden in der Natur beobachtet. Es gibt sogar Lebewesen, die in der Lage sind, sie auszusenden und zu empfangen. Ultraschallwellen und Hochleistungswellen können mit elektrischen und magnetischen Methoden erzeugt werden.
Das Hauptmerkmal von Ultraschallwellen besteht darin, dass sie gerichtet werden können und sich von der Quelle aus in eine bestimmte Richtung ausbreiten. Dadurch können Sie durch die Reflexion von Ultraschall nicht nur die Entfernung ermitteln, sondern auch herausfinden, wo sich das Objekt befindet, das sie reflektiert hat. So können Sie beispielsweise die Meerestiefe unter einem Schiff messen.
Schallortungsgeräte ermöglichen die Erkennung und Lokalisierung verschiedener Schäden in Produkten, wie Hohlräume, Risse, Fremdeinschlüsse usw. In der Medizin wird Ultraschall verwendet, um verschiedene Anomalien im Körper des Patienten zu erkennen – Tumore, Formverzerrungen Organe oder deren Teile usw. Je kürzer die Ultraschallwellenlänge, desto kleiner ist die Größe der erkannten Teile. Ultraschall wird auch zur Behandlung bestimmter Krankheiten eingesetzt.
5.2 Anwendung von Ultraschall und Infraschall.
Noch vor einem halben Jahrhundert war der unhörbare Klang nur wenigen Menschen unbekannt; Die ersten wissenschaftlichen Untersuchungen waren rein akademischer Natur. Die Praxis hat jedoch einige dringende Probleme aufgeworfen, und neue Entdeckungen haben Wege aufgezeigt, diese zu lösen. Unhörbarer Ton hat zahlreiche Anwendungen.
Bis vor relativ kurzer Zeit konnte sich niemand vorstellen, dass sie Schall nicht nur zur Messung der Meerestiefe, sondern auch zum Schweißen von Metall, zum Bohren von Glas und zum Gerben von Leder nutzen würden.
V.V. Shuleikin entdeckte 1932 ein Phänomen, das er „Stimme des Meeres“ nannte. Durch die Wechselwirkung von starken Winden und Meereswellen entstehen starke Infraschallwellen, die sich mit Schallgeschwindigkeit ausbreiten, d. h. viel schneller als ein Zyklon. Sie verlaufen entlang der Meereswellen und verstärken sich. Dieser Infraschall kann als Frühwarnzeichen für einen Sturm, Sturm oder Zyklon dienen.
Ultraschallwellen haben in vielen Bereichen der menschlichen Tätigkeit eine stärkere Anwendung gefunden: In der Industrie, in der Medizin, im Alltag wurde Ultraschall zum Bohren von Ölquellen usw. verwendet. Aus künstlichen Quellen ist es möglich, Ultraschall mit einer Intensität von mehreren hundert W/cm2 zu gewinnen.
5.2.1 Anwendung von Infraschall
Singender Sand. Es gibt Orte auf der Erde (die Untiefen der Kola-Halbinsel, die Täler der Flüsse Vilyuya und Lena, die Küste des Baikalsees), an denen weite Flächen bewegten Sandes so klingen, als würde die ganze Wüste „singen“. Besonders laut singt der Sand auf den Kämmen von Barchans und Dünen. An anderen Orten sind nur kleine Gebiete, Sandzungen und Strände, teilweise mit Büschen bewachsen, beschallt. Manchmal sind die unerwartetsten Geräusche zu hören: das Bellen eines Hundes, das Klingeln einer gespannten Saite, der Klang einer Orgel oder sogar das Dröhnen von Flugzeugtriebwerken. Bewohner der Stadt Nikopol haben wiederholt das Geräusch von Sand auf der Landzunge des Flusses Lapinka (einem der Nebenarme des Dnjepr) gehört. Dieser Gesang war 1952 besonders nach Regenfällen sehr gut zu hören, wenn die oberste Sandschicht zusammenklebte und dann austrocknete und eine lockere Kruste bildete. Wenn man darauf ging, erzeugte es Geräusche, die dem Pfeifen der Luft ähnelten, die aus einem Autoschlauch ausströmte.
Am rechten Ufer des Flusses Ili, einhundertzweiundachtzig Kilometer von Almaty entfernt, liegt die berühmte Singende Düne. Seine Länge beträgt zwei Kilometer, seine Breite beträgt einen halben Kilometer und seine Höhe beträgt einhundertfünfzig Meter. Es besteht aus reinem gelben Sand, der goldschimmert. Die Düne wird von einem scharfen Grat gekrönt. Hier klingt der Sand, wenn er zu bröckeln beginnt.
Was lässt den Sand klingen? Einige Wissenschaftler glauben, dass Schall entsteht, wenn viele Sandkörner aneinander reiben. Die Sandkörner sind mit einer dünnen Schicht aus Kalzium- und Magnesiumverbindungen überzogen und die Töne entstehen wie unter einem Geigenbogen, wenn dieser über mit Kolophonium eingeriebene Saiten gezogen wird. Andere glauben, dass der Hauptgrund die Luftbewegung in den Räumen zwischen den Sandkörnern ist. Wenn die Düne zerfällt, vergrößern oder verkleinern sich die Lücken, Luft dringt entweder ein oder wird herausgedrückt. Es gibt noch eine andere Erklärung: Die Geräusche entstehen durch die Elektrifizierung von Sand. Durch die Reibung werden die Sandkörner in entgegengesetzte Richtungen aufgeladen und beginnen, sich gegenseitig abzustoßen. Und dabei entstehen Geräusche, wie bei einer normalen elektrischen Entladung. Dem sowjetischen Wissenschaftler Y. V. Ryzhko gelang es, künstlich solchen klingenden Sand zu gewinnen. Er nahm gewöhnlichen Flusssand, trocknete ihn, reinigte ihn von Staub, entfernte alle Fremdverunreinigungen und elektrisierte ihn dann mit einer gewöhnlichen Elektrophoresemaschine. Und der Sand begann zu klingen – wenn man ihn mit der Hand drückte, gab er knarrende Geräusche von sich.
Das Summen des Sandes (sehr ähnlich dem Dröhnen eines Düsenflugzeugs) lässt sich wie folgt erklären. In jeder Düne in geringer Tiefe bildet sich aufgrund der Kondensation von Feuchtigkeit aus der Luft eine Schicht aus verdichtetem, nassem Sand. Im Frühling und Herbst, nach Regenfällen, schließt es sich mit der oberflächlichen, ebenfalls nassen Schicht – und dann wird die Düne still. Im Sommer, wenn es heiß ist, trocknet der Sand oben aus, darunter bleibt eine nasse Schicht zurück und noch weiter unten ist er wieder trocken. Wenn eine Sandlawine entlang einer Düne fließt, überholen die oberen Sandschichten, die weniger Reibung erfahren, die unteren und es entsteht eine eigenartige, deutlich sichtbare Wellung der Oberfläche. Es wird durch Stöße auf nasse Sandschichten übertragen und beginnt, wie der Resonanzboden eines Musikinstruments, der durch die Vibration einer Saite mitschwingt, zu vibrieren und ein charakteristisches Summen von sich zu geben.
Wenn solcher Sand zum Studium ins Labor gebracht wird, herrscht übrigens Stille. Legt man ihn aber in ein hermetisch verschlossenes Gefäß, fängt er wieder an zu ertönen. Warum? Im Moment können wir nur Annahmen treffen.
Infraschall (von lateinisch infra – unten, unter ) – elastische Wellen, ähnlich wie Schallwellen, aber mit Frequenzen, die unterhalb der für Menschen hörbaren Frequenzen liegen. Typischerweise werden 16–25 Hz als Obergrenze des Infraschallbereichs (IS) angenommen; die Untergrenze ist nicht definiert. Schwingungen mit Frequenzen im Zehntel- und sogar Hundertstel-Hertz-Bereich können von praktischem Interesse sein, d. h. Zeiträume von zehn Sekunden. Infraschall ist im Lärm der Atmosphäre, des Waldes und des Meeres enthalten. Quellen für IR-Schwingungen sind Blitzentladungen (Donner), Explosionen und Schüsse. In der Erdkruste werden IR-Schwingungen beobachtet, die durch eine Vielzahl von Quellen angeregt werden, darunter Erdbeben, Explosionen, Erdrutsche und sogar Fahrzeuge.
Da Infraschall in verschiedenen Medien schlecht absorbiert wird, kann er in der Luft, im Wasser und in der Erdkruste sehr weite Strecken zurücklegen. Dies hat praktische Anwendungen bei der Bestimmung des Epizentrums eines Erdbebens, einer großen Explosion oder einer Schusswaffe. Die Ausbreitung von Infraschall über große Entfernungen auf See ermöglicht die Vorhersage von Naturkatastrophen wie Tsunamis. Mithilfe von Explosionen, die ein breites Spektrum an IR-Frequenzen erzeugen, werden die oberen Schichten der Atmosphäre und die Eigenschaften der aquatischen Umwelt untersucht.
Die Entwicklung der industriellen Produktion und des Transports hat zu einem deutlichen Anstieg der Infraschallquellen in der Umwelt und einem Anstieg ihres Niveaus geführt. Die wichtigsten vom Menschen verursachten Infraschallquellen in der Stadt sind in der Tabelle aufgeführt.
Der Einfluss von Infraschall auf den menschlichen Körper.Ende der 60er Jahre. Der französische Forscher Gavreau entdeckte, dass Infraschall bestimmter Frequenzen Angst und Unruhe sowie Kopfschmerzen verursachen, Aufmerksamkeit und Leistungsfähigkeit verringern, sogar die Funktion des Vestibularsystems stören und Blutungen aus Nase und Ohren verursachen können. Infraschall mit einer Frequenz von 7 Hz ist tödlich. Die Fähigkeit des Infraschalls, Angst zu erzeugen, nutzt die Polizei in einer Reihe von Ländern auf der ganzen Welt: Um die Menschenmenge zu zerstreuen, werden leistungsstarke Generatoren eingeschaltet, deren Frequenzen sich um 5–9 Hz unterscheiden. Die durch den Frequenzunterschied dieser Generatoren entstehenden Schläge haben eine IZ-Frequenz und lösen bei vielen Menschen ein unbewusstes Angstgefühl aus, den Wunsch, diesen Ort so schnell wie möglich zu verlassen.
Professor Gavreau lernte Infraschall fast durch Zufall kennen. Seit einiger Zeit ist es unmöglich, sich in einem der Räume des Labors aufzuhalten, in dem seine Mitarbeiter arbeiteten. Es reichte aus, zwei Stunden hier zu bleiben, um sich völlig krank zu fühlen: Ihnen drehte sich der Kopf, Sie waren müde, Ihre Gedanken waren verwirrt oder Sie wollten an nichts denken.
Es verging mehr als ein Tag, bis die Forscher herausfanden, wo sie nach dem unbekannten Feind suchen sollten. Es stellte sich heraus, dass es sich um leistungsstarken Infraschall handelte, der vom Lüftungssystem einer neuen Anlage in der Nähe des Labors erzeugt wurde. Die Frequenz dieser Wellen betrug 7 Hz. Professor Gavreau schlug vor, dass sich die biologische Wirkung von Infraschall manifestiert, wenn die Frequenz der Welle mit dem sogenannten Alpha-Rhythmus des Gehirns übereinstimmt.
Der Mechanismus der Wahrnehmung von Infraschall und seine physiologische Wirkung auf den Menschen sind noch nicht vollständig geklärt. Es ist möglich, dass es mit der Anregung resonanter Schwingungen im Körper zusammenhängt. So liegt die Eigenfrequenz unseres Vestibularapparates bei etwa 6 Hz und viele Menschen kennen die unangenehmen Empfindungen bei längerer Bus- oder Bahnfahrt, beim Segeln auf einem Schiff oder beim Schaukeln auf einer Schaukel. Sie sagen: „Ich wurde seekrank.“
Bei der Einwirkung von Infraschall können die vom linken und rechten Auge erzeugten Bilder voneinander abweichen, der Horizont beginnt zu „brechen“, es treten Orientierungsprobleme im Raum auf und es treten unerklärliche Ängste und Ängste auf. Ähnliche Empfindungen werden durch Lichtpulsationen mit einer Frequenz von 4–8 Hz hervorgerufen. Sogar die ägyptischen Priester fesselten ihn, um vom Gefangenen ein Geständnis zu erwirken, und schickten ihm mithilfe eines Spiegels einen pulsierenden Sonnenstrahl in die Augen. Nach einiger Zeit bekam der Gefangene Krämpfe, begann Schaum vor dem Mund zu bekommen, seine Psyche wurde unterdrückt und er begann, Fragen zu beantworten.
Besucher von Diskotheken erleben ähnliche Auswirkungen von Infraschall und Blitzlicht, von erhöhter Lautstärke einmal abgesehen. Es ist durchaus möglich, dass sie nicht spurlos verschwinden und es zu unerwünschten und irreversiblen Veränderungen im Körper kommt.
Britische Wissenschaftler haben gezeigt, dass Menschen bei der Einwirkung von Infraschall ungefähr die gleichen Empfindungen verspüren wie bei „Begegnungen“ mit Geistern. Ein solches Experiment wurde durchgeführt. Mit einem sieben Meter langen Rohr gelang es Wissenschaftlern, bei einem Konzert klassischer Musik ultratiefe Frequenzen in den Klang gewöhnlicher Musikinstrumente zu mischen. Nach dem Konzert wurden die Zuhörer (es waren 750 Personen) gebeten, ihre Eindrücke zu schildern. „Probanden“ berichteten, dass sie einen plötzlichen Stimmungsverfall und Traurigkeit verspürten, einige eine Gänsehaut hatten und einige ein starkes Angstgefühl verspürten.
Bei Erdbeben und KrustenbewegungenEs werden drei Arten von Wellen erzeugt: P, S und L. P-Wellen (aus dem Englischen Primary – Primary ) sind longitudinale Druck-Spannungs-Wellen, die sich in einem bestimmten Medium über große Entfernungen mit Schallgeschwindigkeit ausbreiten. S-Wellen (vom englischen Secondary – Secondary). ) – quer, sie können sich nur in Felsen ausbreiten. L -Wellen (Liebeswellen, benannt nach dem Wissenschaftler, der sie entdeckt hat Eine Liebe ) ähneln marinen und breiten sich je nach Häufigkeit mit geringer Geschwindigkeit entlang der Grenzen verschiedener Umgebungen aus. Eine Infraschallwelle, die vom Zentrum eines Erdbebens die Erdoberfläche erreicht hat, verwandelt sich in L -Welle, die die beobachteten zahlreichen Zerstörungen verursacht. Die gleichen, aber schwächeren Wellen treten bei unterirdischen Atomexplosionen auf.
Infraschall ist die Ursache von Katastrophen.Tatsache ist, dass es im Weltmeer riesige Reserven an Methanhydrat – Methaneis – gibt. Es ist ein Konglomerat aus Wasser und Gas, bestehend aus Ansammlungen von 32 Wassermolekülen und 8 Methanmolekülen. Methanhydrate entstehen dort, wo Erdgas durch Risse in der Erdkruste am Meeresboden freigesetzt wird. Die Infraschallwelle mit enormer Energie zerstört das Methaneis und Methangas wird ins Wasser freigesetzt. Methan ausstoßende Krater wurden 1987 vom Forschungsschiff Polar Star (Deutschland) in der Laptewsee und vor der Küste Pakistans entdeckt. Das bei der Freisetzung von Methan entstehende Gas-Wasser-Gemisch hat eine sehr geringe Dichte, und ein Schiff landete in dieser Zone kann plötzlich ertrinken. Ebenso kann ein Flugzeug, das über einen solchen Ort fliegt, unerwartet tief in eine Luftblase „fallen“ und auf der Wasseroberfläche aufschlagen. Es wird angenommen, dass viele ungeklärte Schiffs- und Flugzeugkatastrophen gerade mit der unvorhersehbaren Freisetzung von Methan aus den Tiefen des Meeres zusammenhängen.
Infraschallschwingungen in der Erdatmosphäresind das Ergebnis zahlreicher Ursachen: galaktische kosmische Strahlung, Gravitationseffekte von Mond und Sonne, Meteoriteneinschläge, elektromagnetische Strahlung und Korpuskularströme der Sonne sowie Geosphärenprozesse. Die Wechselwirkung elektromagnetischer Strahlung mit optischen Inhomogenitäten der Atmosphäre kann zur Erzeugung akustischer Schwingungen in einem weiten Frequenzbereich führen. Es ist daher zu erwarten, dass der Rhythmus der Sonnenaktivität im Spektrum der atmosphärischen Schwingungen auftritt. Dies könnte den bekannten Zusammenhang zwischen Sonnenaktivität und Biosphärenprozessen bestimmen.
IZ-Schwankungen in der Atmosphäre sind auch mit seismischer Aktivität verbunden und können sowohl einen externen Einfluss auf die Vorbereitungsprozesse als auch auf deren Ergebnis haben. Der Zusammenhang zwischen der Intensität seismischer Prozesse und der Sonnenaktivität wurde bei der Analyse der globalen Seismizität entdeckt
11-jährige Sonnenzyklen. Man geht heute davon aus, dass dieser Zusammenhang durch Zyklonaktivität in der Atmosphäre entsteht.
Im IKI LC wurden als Ergebnis der Analyse der im Zeitraum 1997–2000 gewonnenen Infraschallspektren jährliche, saisonale, 27-tägige und tägliche Schwingungsperioden entdeckt. Die Hypothese einer Zunahme der Infraschallenergie bei Abnahme der Sonnenaktivität wurde bestätigt. Die maximale jährliche Infraschallenergie wurde 1997 beobachtet, als die Sonnenaktivität minimal war; Ähnliches wurde während ihrer kurzfristigen (5–10 Tage) Änderungen beobachtet. Untersuchungen von IR-Spektren vor und nach großen Erdbeben haben deren charakteristische Veränderungen vor großen Erdbeben gezeigt. Als Ergebnis von Experimenten zur Beobachtung elektromagnetischer Reaktionen auf akustische Störungen in der Atmosphäre, die mithilfe eines mobilen akustischen Senders erzeugt wurden, wurde der Zusammenhang zwischen Infraschall und geomagnetischen Variationen nachgewiesen.
Somit stellen die Sonne, das interplanetare Medium, die Atmosphäre und die Lithosphäre ein einziges System dar, und IR-Wellen spielen eine bedeutende Rolle in den Prozessen ihrer Wechselwirkung.
5.2.2 Anwendung von Ultraschall
Ultraschall – elastische Wellen mit hoher Frequenz (mehr als 20 kHz). Obwohl die Existenz von Ultraschall den Wissenschaftlern schon seit langem bekannt ist, begann der praktische Einsatz in Wissenschaft, Technik und Industrie erst vor relativ kurzer Zeit. Heutzutage wird Ultraschall in verschiedenen physikalischen und technologischen Methoden häufig eingesetzt.
Erzeugung von Ultraschallwellen (US-Wellen).Ultraschall kann aus mechanischen, elektromagnetischen und thermischen Quellen gewonnen werden. In einer gasförmigen Umgebung werden Ultraschallwellen normalerweise durch mechanische Sender verschiedener Art – intermittierende Sirenen – angeregt. Die Ultraschallleistung beträgt bis zu mehreren Kilowatt bei Frequenzen bis 40 kHz. Ultraschallwellen in Flüssigkeiten und Feststoffen werden üblicherweise durch elektroakustische, magnetostriktive und piezoelektrische Wandler angeregt.
Sirene – eine der Arten mechanischer Ultraschallsender. Es hat eine relativ hohe Leistung und wird in Polizei- und Feuerwehrfahrzeugen eingesetzt. Alle Rotationssirenen haben eine Kammer, die oben durch eine Scheibe (Stator) mit vielen Löchern verschlossen ist. Die gleiche Anzahl Löcher befindet sich auf der Scheibe, die sich in der Kammer dreht – dem Rotor. Während sich der Rotor dreht, stimmt die Position der Löcher darin periodisch mit der Position der Löcher im Stator überein. Der Kammer wird kontinuierlich Druckluft zugeführt, die in den kurzen Momenten entweicht, in denen die Löcher an Rotor und Stator zusammenfallen. Die Hauptaufgabe bei der Herstellung von Sirenen besteht erstens darin, die Anzahl der Löcher im Rotor zu erhöhen und zweitens seine Rotationsgeschwindigkeit zu erhöhen. Allerdings ist es sehr schwierig, diese Anforderungen zu vereinen.
Galtons Pfeife. Die erste Ultraschallpfeife wurde 1883 vom Engländer F. Galton hergestellt. Wenn Luft unter hohem Druck durch einen kleinen zylindrischen Resonanzhohlraum geleitet wird, entsteht durch den Aufprall des zylindrischen Kolbens auf die Lippe (Metallplatte) im Spalt Ultraschall mit einer Frequenz von etwa 170 kHz (bestimmt durch die Abmessungen). der Ringdüse und Lippe). Die Leistung der Galton-Pfeife ist gering; sie wird hauptsächlich zum Erteilen von Befehlen beim Training von Hunden verwendet.
- Anwendung von Ultraschall in der Medizin
Hygiene. Die Tatsache, dass Ultraschall aktiv auf biologische Objekte einwirkt (z. B. Bakterien abtötet), ist seit mehr als 70 Jahren bekannt, doch über den konkreten Wirkmechanismus auf erkrankte Organe besteht unter Ärzten noch kein Konsens. Eine der Hypothesen: Hochfrequente Ultraschallschwingungen verursachen eine innere Erwärmung des Gewebes, begleitet von einer Mikromassage.
Hygiene. Ultraschallsterilisatoren für chirurgische Instrumente werden in Krankenhäusern und Kliniken häufig eingesetzt.
Diagnose. Zur Erkennung von Hirntumoren und zur Diagnosestellung werden elektronische Geräte mit Ultraschall-Scanning eingesetzt.
Geburtshilfe ist ein Bereich der Medizin, in dem Methoden des Pulsecho-Ultraschalls am stärksten etabliert sind, wie beispielsweise die Ultraschalluntersuchung der fetalen Bewegung, die sich in letzter Zeit in der Praxis fest etabliert hat. Jetzt werden Informationen über die Bewegung der fetalen Gliedmaßen, die Pseudoatmung sowie die Dynamik des Herzens und der Blutgefäße gesammelt. Während die Physiologie und Entwicklung des Fötus untersucht wird, ist die Erkennung von Anomalien noch weit entfernt.
Augenheilkunde . Ultraschall eignet sich besonders zur genauen Bestimmung der Augengröße sowie zur Untersuchung von Pathologien und Anomalien seiner Strukturen bei Trübung und damit Unzugänglichkeit für eine herkömmliche optische Untersuchung. Der Bereich hinter dem Auge – die Augenhöhle – ist für die Untersuchung durch das Auge zugänglich, daher ist Ultraschall zusammen mit der Computertomographie zu einer der wichtigsten Methoden zur Untersuchung von Pathologien in diesem Bereich geworden.
Kardiologie . Ultraschallmethoden werden häufig zur Untersuchung des Herzens und der angrenzenden großen Gefäße eingesetzt. Dies liegt an der Möglichkeit, schnell räumliche Informationen zu erhalten, sowie der Möglichkeit, diese mit tomografischer Visualisierung zu kombinieren.
Therapie und Chirurgie. Es ist seit langem bekannt, dass Ultraschallstrahlung sehr gezielt eingesetzt werden kann. Der französische Physiker Paul Langevin bemerkte erstmals seine schädliche Wirkung auf lebende Organismen. Die Ergebnisse seiner Beobachtungen sowie die Information, dass Ultraschallwellen in die Weichteile des menschlichen Körpers eindringen können, führten seit den frühen 1930er Jahren dazu. Es bestand großes Interesse an der Problematik des Einsatzes von Ultraschall zur Behandlung verschiedener Erkrankungen. Besonders häufig wird Ultraschall in der Physiotherapie eingesetzt. Allerdings zeichnet sich erst seit Kurzem ein wissenschaftlicher Ansatz zur Analyse von Phänomenen ab, die sich aus der Wechselwirkung von Ultraschallstrahlung mit der biologischen Umgebung ergeben. Therapeutischer Ultraschall kann in Ultraschall niedriger und hoher Intensität unterteilt werden – nicht schädigende Erwärmung (oder alle nicht-thermischen Effekte) und Stimulation und Beschleunigung normaler physiologischer Reaktionen bei der Behandlung von Schäden (Physiotherapie und einige Krebsarten). Therapie). Bei höheren Intensitäten besteht das Hauptziel darin, eine kontrollierte, selektive Zerstörung des Gewebes herbeizuführen (Operation). In der Neurochirurgie werden elektronische Geräte eingesetzt, um einzelne Bereiche des Gehirns mit einem starken, fokussierten Hochfrequenzstrahl (ca. 1000 kHz) zu inaktivieren.
Bewertung der Sicherheit von Ultraschall in der Medizin. Es ist noch nicht möglich, einen oder sogar mehrere physikalische Parameter zu identifizieren, die als ausreichende quantitative Merkmale zur Vorhersage der endgültigen biologischen Wirkung dienen würden. Dennoch ist es sinnvoll, einige Kriterien für den korrekten Einsatz von Ultraschall anzugeben:
1. Der Bediener muss die minimalen Intensitäten und Belichtungen verwenden, um den gewünschten klinischen Effekt beim Patienten zu erzielen.
2. Das Bedienpersonal sollte nicht unnötig Strahlung ausgesetzt werden.
3. Alle Verfahren müssen von gut geschultem Personal oder unter dessen Anleitung durchgeführt werden.
Hydrolokation. Der Druck einer Ultraschallwelle übersteigt den Druck einer herkömmlichen Schallwelle um das Tausendfache und lässt sich leicht mit Mikrofonen in der Luft und Hydrophonen im Wasser erkennen. Dadurch ist es möglich, mithilfe von Ultraschall Fischschwärme oder andere Unterwasserobjekte zu erkennen. Eines der ersten praktischen Ultraschall-U-Boot-Erkennungssysteme erschien am Ende des Ersten Weltkriegs.
Ultraschall-Durchflussmesser.Das Funktionsprinzip eines solchen Gerätes basiert auf dem Doppler-Effekt. Ultraschallimpulse werden abwechselnd entlang und gegen die Strömung gerichtet. Dabei wird die Signalübertragungsgeschwindigkeit entweder zur Strömungsgeschwindigkeit addiert oder von dieser subtrahiert. Der resultierende Phasenunterschied der Impulse in den beiden Zweigen des Messkreises wird elektronisch erfasst und daraus die Strömungsgeschwindigkeit und daraus die Massengeschwindigkeit (Durchfluss) berechnet. Dieses Messgerät kann sowohl in einem geschlossenen Kreislauf (z. B. zur Untersuchung des Blutflusses in einer Aorta oder des Kühlmittels in einem Kernreaktor) als auch in einem offenen Kreislauf (z. B. einem Fluss) verwendet werden.
Chemische Technologie.Die oben beschriebenen Methoden gehören zur Kategorie der Low-Power-Methoden, bei denen sich die physikalischen Eigenschaften des Mediums nicht ändern. Es gibt aber auch Verfahren, bei denen hochintensiver Ultraschall auf das Medium gerichtet wird. Gleichzeitig entwickelt sich in der Flüssigkeit ein starker Kavitationsprozess (die Bildung vieler Blasen oder Hohlräume, die bei Druckerhöhung kollabieren), was zu erheblichen Veränderungen der physikalischen und chemischen Eigenschaften dieses Mediums führt. Zahlreiche Methoden der Ultraschallbeeinflussung chemisch aktiver Substanzen werden in einem wissenschaftlich-technischen Wissenszweig namens Ultraschallchemie zusammengefasst. Es erforscht und stimuliert Prozesse wie Hydrolyse, Oxidation, molekulare Umlagerung, Polymerisation, Depolymerisation und Beschleunigung von Reaktionen.
Ultraschalllöten. Kavitation, verursacht durch starke Ultraschallwellen in Metallschmelzen, zerstört den Oxidfilm von Aluminium und ermöglicht das Löten mit Zinnlot ohne Flussmittel. Produkte aus ultraschallgeschweißten Metallen sind zu gängigen Industrieprodukten geworden.
Ultraschallbearbeitung.Ultraschallenergie wird erfolgreich bei der Bearbeitung von Teilen aus sehr harten und spröden Materialien wie Glas, Keramik, Wolframkarbid und gehärtetem Stahl eingesetzt. Darüber hinaus nutzt die Industrie eine breite Palette von Geräten zum Reinigen der Oberflächen von Quarzkristallen und optischem Glas, von kleinen Präzisionskugellagern und zum Entgraten von Kleinteilen.
Ultraschall wird häufig zur Herstellung homogener Mischungen eingesetzt. Bereits 1927 entdeckten die amerikanischen Wissenschaftler Leamus und Wood, dass, wenn zwei nicht mischbare Flüssigkeiten (zum Beispiel Öl und Wasser) in ein Becherglas gegossen und mit Ultraschall bestrahlt werden, sich im Becherglas eine Emulsion bildet, d. h. eine feine Suspension von Öl in Wasser. Es wird in der Industrie häufig zur Herstellung von Lacken, Farben, Arzneimitteln und Kosmetika verwendet.
- Klangtherapie ist eine Klangbehandlung.
Unsere Welt ist wunderschön. Doch ohne die zahlreichen Geräusche, die uns ständig verfolgen, wäre das nicht so. Diese Geräusche unterscheiden sich manchmal stark voneinander. Alle Geräusche lassen sich in äußerst störende und umgekehrt angenehme und darüber hinaus sogar nützliche Geräusche einteilen.
Es stellt sich heraus, dass es keine kategorische Einteilung der Geräusche in unangenehme und angenehme Geräusche gibt. Und denken Sie selbst – alle Menschen sind unterschiedlich und haben ihre eigenen Vorlieben. Nehmen wir an, einer hat einfach Freude daran, klassische Musik zu hören, bei der er ruhiger wird, während ein anderer diese Musik vielleicht nicht mag oder ihn sogar irritiert, aber schwere Kompositionen, zum Beispiel Rock Metal, bringen ihn im Gegenteil dazu wieder zur Normalität zurückkehren und ihm erlauben, im gewohnten Tempo zu leben und zu handeln.
Manchmal kann die Reaktion auf dieselben Geräusche bei derselben Person unterschiedlich sein. Die Reaktion auf Geräusche hängt zu einem großen Teil von der konkreten Situation, von der Intensität eines bestimmten Geräusches und auch von der Stimmung des Zuhörers ab. Nehmen wir dieses Beispiel: Ihr zukünftiges Zuhause wird gebaut und Sie können es kaum erwarten, darin einzuziehen. Bauarbeiten gehen zwangsläufig mit Lärm einher, der Sie jedoch nicht stört, da Ihr Haus gebaut wird. Wenn jemand anderes mit den Bauarbeiten beginnen würde und Sie diese Geräusche hören würden, wäre das alles ärgerlich.
- Die Wirkung von Schall auf den menschlichen Körper
Die Menschen begannen, die Wirkung bestimmter Geräusche auf eine Person und ihren Körper im Allgemeinen zu bemerken. Nach und nach wurde dieses Wissen gesammelt und systematisiert. Es gibt noch nicht so viele davon, aber es gibt genug, um die Klangtherapie als eigenständige Richtung in der Medizin zu betrachten, wenn auch noch wenig erforscht.
Beim Abspielen von Musik entstehen für das menschliche Auge unsichtbare Frequenzschwingungen. Die dadurch entstehenden Schwingungen haben eine einzigartige Wirkung auf die inneren Organe eines Menschen und können nahezu alle Mechanismen höherer Nervenaktivität zum Funktionieren bringen. Durch Schall hervorgerufene Reaktionen wirken sich positiv auf die Gesundheit des Menschen aus, wodurch er sich viel schneller erholt.
Mittlerweile sind sich Experten sicher, dass sich eine bestimmte Note positiv auf ein bestimmtes Organ auswirkt oder bei der Behandlung einer bestimmten Krankheit hilft. Beispielsweise fördert die obere Frequenz der Note F die schnelle Ausscheidung giftiger Substanzen.
In der tibetischen Medizin ist es üblich, Klangtherapie mit Massage zu kombinieren. Befürworter dieser Behandlungsmethode verwenden seit kurzem tibetische „Klangschalen“. Diese Schalen bestehen aus Metalllegierungen. Dadurch ermöglichen diese Schalen, die in Tibet zur Meditation verwendet werden, die Erzeugung erstaunlicher Klänge, die mit keinem anderen Musikinstrument zu hören sind. Bei der Verwendung dieser „Klangschalen“ werden diese auf den Patienten gelegt und dann versucht man mit Kiefern- oder Palisanderstäben, ihnen Töne zu entlocken. Diese Manipulationen führen zu Vibrationen. Dieselben Schwingungen wirken wiederum über die Hörorgane auf die inneren Organe des Patienten.
Die positive Wirkung von Schallwellen auf den menschlichen Körper wurde bereits wissenschaftlich nachgewiesen. Warum hört man in der Praxis eines Zahnarztes oder eines anderen Arztes oft Musik? Es ist ganz einfach: Musik ist eine Art Medizin, oder besser gesagt ein Beruhigungsmittel. Sie können dieses Arzneimittel ohne Rezept und überall einnehmen. Es sollte gesagt werden, dass es nicht genau festgelegt ist, welche Art von Musik man hören soll; jeder muss wählen, was er mag. Beim Zuhören sollte man lediglich auf das Tempo der Kompositionen, deren Rhythmus und Klangstärke achten – nichts davon sollte Negativität hervorrufen, die Musik soll entspannend und genussvoll sein.
Ihr Zustand hängt vom Tempo der Musik ab. Wenn die Kompositionen ruhiger sind, entspannt sich die Person und schläft in den meisten Fällen ein. Ist die Musik hingegen schnell, entsteht die Lust zum Tanzen und ein Aufwallen neuer Kräfte ist zu spüren.
- Singen für die Gesundheit: Singen ist gut für die Gesundheit
Magst du es zu singen? Singen Sie für Ihre Gesundheit. Und es ist wirklich gut, weil die Stimme auch gut ist. Sie können für sich selbst singen, wenn die Umgebungsgeräusche sehr störend sind und Sie sie nicht loswerden können. Aber die eigene Stimme wird die eigene Stimme höchstwahrscheinlich etwas beruhigen können, insbesondere wenn der Klang Ihrer Lieblingslieder oder einfach nur musikalischer Motive über Ihre Lippen kommt. Übrigens müssen Sie beim Singen Ihre Lungen ein wenig anstrengen – füllen Sie sie mit so viel Luft wie möglich, dadurch verschwindet die Schläfrigkeit, die Müdigkeit verschwindet und Sie können sich leichter auf jede Aufgabe konzentrieren.
Die Klangtherapie ist ein Teilbereich der Medizin, der sich wiederum in mehrere Komponenten gliedert. Die Geräusche der Natur sind eine dieser Komponenten. Wenn möglich, sollten Sie mehr Zeit im Freien und in der Nähe der Natur verbringen. Allerdings hat nicht jeder diese Möglichkeit. In diesem Fall sollten Sie sich einfach eine CD mit Naturgeräuschen kaufen. Also kamen wir nach Hause, schalteten die „natürliche“ Festplatte ein, schlossen die Augen und... tatsächlich fanden wir uns irgendwo am Meeresufer oder auf einer Waldlichtung oder am Ufer eines wunderschönen Flusses... im Allgemeinen wieder , wer auch immer Fantasie hat. Es vergehen nur wenige Minuten und Sie werden sich sofort besser fühlen, Sie werden sich entspannt fühlen und Sie werden wieder Lust auf Leben und Kreativität haben.
Es wäre schön, sich auch zu bewegen und dabei angenehme Geräusche zu hören, um so den Körper mit Sauerstoff anzureichern. Sie können Übungen machen, laufen gehen oder einfach zu energiegeladener Musik tanzen – das Wichtigste ist, dass sowohl Musik als auch Bewegungen Freude bereiten sollen, sonst sind alle Bemühungen umsonst.
- Digitale Medikamente und ihre Wirkung auf den menschlichen Körper
Betrachten wir die zweite Option. Es kommt vor, dass man das Gefühl hat, dass die Welt buchstäblich voller Umstände und Menschen ist, die einem mit Leidenschaft die Stimmung für lange Zeit verderben wollen. Kleine und große Probleme, Müdigkeit von allem, ständige Enttäuschungen im Leben zerstören einfach die leuchtenden Farben und verwandeln Optimismus und Fröhlichkeit in etwas Graues und wenig Attraktives. Es gibt Zeiten, in denen alles aus dem Ruder läuft, man einfach nichts tun will und nichts klappt. Dennoch diktiert das Leben seine eigenen Regeln und es spielt keine Rolle, wer wie fühlt. In jedem Fall wird der Student zur Prüfung gezwungen und der Mitarbeiter muss sich trotzdem beim Chef melden. Seit vielen Jahrhunderten suchen Menschen nach Antworten auf schwierige Fragen: Wie können sie ihren Körper zu bestimmten Handlungen anregen und wie können sie ihn kontrollieren? Und auch, wie man diese Werkzeuge nutzt, um langjährige Probleme zu lösen – vor ihnen davonzulaufen oder einfach zu entspannen. Heute können Experten verschiedene Techniken und Methoden anbieten, um nicht nur den Körper, sondern auch den Geist zu stimulieren. Gleichzeitig haben die Menschen gelernt, mit Hilfe verschiedener Substanzen Einfluss auf ihren Körper zu nehmen. Wir trinken morgens Kaffee, um uns zu stärken, wir „nähren“ unseren Körper mit Energy-Drinks und Schokolade. Leider bekämpfen manche Menschen alle Probleme des Lebens gerne mit Hilfe von Drogen oder Alkohol. In hundert Prozent der Fälle führt dies zu nichts. In letzter Zeit wird im Internet über bestimmte Dienstleistungen diskutiert, die ausländische Unternehmen auf kommerzieller Basis für jedermann anbieten. Einer dieser Dienste istI-Doser, das Audiotracks verkauft, durch deren Anhören Sie die Wirkung der berühmtesten Betäubungsmittel erzielen können. Und wie sich herausstellt, ist die Auswahl sehr groß:LSD, Heroin, Marihuana. Der Benutzer benötigt einen Computer, Stereokopfhörer, „Dosen“ und ein Programm, um sie abzuspielen. „High werden“ mit Computer und Audiodateien!? Es scheint, als könnte man sich auf den ersten Blick nichts Blöderes vorstellen. Aber so einfach ist es nicht. Diese Technologien funktionieren tatsächlich! Lediglich ihre Wirksamkeit, Durchführbarkeit und Sicherheit für den Menschen bleiben unklar. Hierzu gibt es widersprüchliche Meinungen. Digitale Drogen beeinflussen einen Menschen durch sogenannte binaurale Beats, ein ziemlich komplexes akustisches Phänomen, das Wissenschaftler auf der ganzen Welt seit vielen Jahrzehnten untersuchen. Binaurale Beats können nicht als digitale Drogen bezeichnet werden. Alle Produkte wie I-Doser gehören zu den Anwendungsgebieten dieses Effekts, aber nicht mehr.
Der erste, der das Phänomen der binauralen Beats formulierte und begründete, war der deutsche Experimentalwissenschaftler Heinrich Wilhelm Dofe. Dies geschah bereits im Jahr 1839. Der Begriff „binaural“ selbst kommt von zwei lateinischen Wörtern: „auris“ und „bini“, was „Ohr“ und „Paar“ bedeutet. Um das Wesen des binauralen Effekts zu verstehen, müssen Sie dem Spiel eines Orchesters oder dem Gesang eines Chors aufmerksam zuhören. Wenn der Klang spielender Musikinstrumente oder die Stimmen von Menschen im Gleichklang verschmelzen, ist deutlich ein langsamer werdender Ton zu hören, der mit einer bestimmten Frequenz (Geschwindigkeit) pulsiert. Nach der bekannten Regel ist die Schwebungsfrequenz überlagerter Schallströme mit ähnlichen Frequenzen gleich ihrem Unterschied. Das heißt, wenn einem Ohr ein Ton mit einer Frequenz von 500 Hz und dem anderen ein Ton mit 515 Hz präsentiert wird, „hört“ das Gehirn einen binauralen Schlag mit einer Frequenz von 15 Hz. Es ist auch wichtig zu beachten, dass zur Erzielung eines binauralen Effekts der Frequenzunterschied 25–30 Hz nicht überschreiten darf. Andernfalls ist der Effekt nicht wahrnehmbar – es sind nur zwei separate Töne zu hören. Dies geschieht, weil das Gehirn keine Zeit hat, die Beziehung zwischen diesen Geräuschen zu bestimmen, da sich der Unterschied in der Beziehung der Phasen recht schnell manifestiert. Aber es kommt nicht nur auf den Frequenzunterschied an. Auch die Trägerfrequenzen selbst spielen eine Rolle. Der Mensch hat im Laufe seiner Entwicklung und Evolution gelernt, binaurale Beats zu „hören“. Nicht nur wir können binaurale Beats spüren, sondern auch einige Vertreter der Tierwelt. Es hängt alles von der Struktur des Gehirns und des Schädels eines Lebewesens ab. Dabei spielt die Größe des Schädels eine ziemlich wichtige Rolle, nach der der Frequenzbereich bestimmt wird, in dem der Körper binaurale Beats hören kann. Als Obergrenze für den Menschen gelten 1000 Hz. Aber nicht jeder glaubt das – einige Experten behaupten, dass binaurale Beats im Bereich von 1000 bis 1500 Hz zu hören sind. Neben der Herstellung „digitaler“ Drogen werden binaurale Beats übrigens in folgenden Bereichen eingesetzt:
Es sind auch Fälle bekannt, in denen binaurale Beats im Lernprozess eingesetzt werden. Unter der Leitung des berühmten Psychologen Devon Edrington wurde beispielsweise ein interessantes Experiment unter Studenten von Bildungseinrichtungen in Washington durchgeführt. Während des Unterrichts erhielten sie Audiotracks mit binauralen Beats zum Anhören. Die erzielten Ergebnisse erfüllten alle Erwartungen – die Studierenden konnten die Prüfungen besser bestehen als ihre Kommilitonen, die nicht am Experiment teilgenommen hatten. Aus der Schulbiologie wissen wir, dass im menschlichen Gehirn durch elektrochemische Prozesse Wellen entstehen. Beobachtungen der elektromagnetischen Aktivität können mithilfe eines Elektroenzephalogramms erfolgen. Die Frequenz, die das Gehirn zu einem bestimmten Zeitpunkt dominiert, bestimmt den Zustand des Körpers. Ärzte und Wissenschaftler unterteilen solche Schwankungen in die nachfolgend beschriebenen Typen.
Einige Experten glauben, dass es nicht ganz richtig ist, den Bewusstseinszustand einer Person zu einem bestimmten Zeitpunkt anhand nur einer Art elektromagnetischer Schwingungen zu bestimmen. Der Grund dafür ist der recht komplexe Aufbau des Gehirns, der das gleichzeitige Vorhandensein einer Vielzahl unterschiedlicher Wellenmischtypen impliziert. Abhängig von der Art der Aktivität können Gehirnprozesse in beiden Hemisphären oder getrennt voneinander ablaufen. Es ist zu beachten, dass in manchen Situationen die Leistungsfähigkeit des Gehirns gesteigert werden kann, wenn beide Hemisphären „gezwungen“ werden, mit der gleichen Frequenz zu arbeiten. Nicht jeder normale Mensch kann sich einer solchen Fähigkeit rühmen. Bei der Untersuchung der Besonderheiten des Auftretens elektromagnetischer Wellen im Gehirn und ihrer Wirkung auf den Körper kamen Wissenschaftler zu dem Schluss, dass es mit Hilfe binauraler Beats möglich ist, das Gehirn auf den gewünschten Frequenzbereich „abzustimmen“ und fast manuell zu formen seine bioelektrische Aktivität. Der amerikanische Autor und Forscher Robert Allan Monroe spielte eine ziemlich wichtige Rolle bei der Erforschung und Popularisierung binauraler Beats. Er gründete das Monroe Institute, das seit vielen Jahrzehnten Techniken zur Synchronisierung der Frequenzen der Gehirnhälften mithilfe von Schallwellen untersucht und entwickelt. Heute gelten die Produkte des Instituts zu Recht als Standard in dieser Branche. Es gibt auch offizielle Bestätigungen, dass binaurale Beats eine positive Wirkung auf das menschliche Bewusstsein und seinen psychischen Zustand haben. Aber das passiert nicht immer. Der Grund dafür liegt in der Unfähigkeit des Menschen zu binauralen Beats. Experten sind dagegen, dass Jugendliche, Kinder und Kranke mit solchen Schwingungen experimentieren. Dieser völlig harmlose Spaß kann durchaus traurige Folgen haben. Heutzutage versucht fast jeder, mit dem binauralen Effekt Geld zu verdienen. Manche Menschen versprechen, Träume mithilfe des binauralen Effekts interessant zu machen, andere verkaufen Dienstleistungen, um den Zustand des Körpers zu verbessern und die Arbeitseffizienz zu steigern. Einer der umstrittensten und originellsten Dienste in diesem speziellen Markt ist I-Doser. Die Liste der vorgeschlagenen „Bedingungen“ (es gibt mehr als einhundertsiebzig davon) und aus dieser Liste bleiben die meisten jungen Menschen bei den Auswirkungen von Marihuana und Alkohol stehen. Von den 170 Dateien ahmt nur ein Teil „narkotische Wirkungen“ nach, Experten zufolge sind es aber bei Jugendlichen und den meisten anderen Nutzern diejenigen, die die Hauptaufmerksamkeit auf sich ziehen. Wir werden alle Auswirkungen so beschreiben, wie sie sind. Unmittelbar nach dem Start des Titels ist folgendes Klangbild zu beobachten: Rauschen (das an das Geräusch eines Fernsehers erinnert, wenn die Antenne davon getrennt wird) und niederfrequente Vibrationen. Im Allgemeinen beträgt die Dauer des Fragments fünfunddreißig Minuten. Wenn zwanzig Prozent der Sitzung abgeschlossen sind, dehnen sich die Symbole des Patienten deutlich aus und es beginnt eine deutlich spürbare Schwere im Kopf zu erscheinen. Manchmal änderte sich das Klangbild ein wenig, aber es gab keine drastischen Änderungen. Ab 77 Prozent ließ das „Fernsehgeräusch“ etwas nach, bis es ganz verschwand. Jetzt hörte der Patient nur noch Schläge über die Kopfhörer. Es ist ein ziemlich seltsames Gefühl – es fühlt sich an, als würde eine Welle das Gehirn von Ohr zu Ohr durchdringen. Bei neunzig Prozent der Sitzung kam eine nicht sehr angenehme hochfrequente Vibration hinzu. Gegen Ende verschwanden die dominanten Schläge vollständig und es begann ein abwechselndes Spiel von „Fernseh“-Geräuschen – sie schienen zwischen den Hemisphären übertragen zu werden. Danach war alles vorbei. Was denken die Entwickler selbst über ihre Idee? Sie bezeichnen sich lieber als Schöpfer eines Dienstes, der die Möglichkeit bietet, für Geld eine absolut legale Alternative zu Medikamenten zu kaufen. Übrigens glauben die meisten Menschen, dass I-Doser für die Gesellschaft sehr nützlich ist, da echte Drogenabhängige sich die Suche nach Mitteln für Medikamente ersparen und die Bedürfnisse ihres Körpers „elektronisch“ befriedigen können. Es stellt sich die Frage: Was wäre, wenn ein Schulkind I-Doser herunterlädt, dieses elektronische Heroin ausprobiert und dann echte, „nicht-digitale“ Drogen ausprobieren möchte? Es gibt keine Garantie dafür, dass I-Doser keine süchtig machenden „Dosen“ verursacht. Daher ist es notwendig, jungen Menschen klarzumachen, dass das Spielen mit binauralen Beats nicht sicher ist. Leider verbreiten sich das Unbekannte und Neue mit Lichtgeschwindigkeit über das World Wide Web. Brauchen wir sie, diese „digitalen Drogen“? Einige werden mit Ja antworten, andere werden nie etwas davon erfahren. Trotz aller Vorteile und widersprüchlichen Möglichkeiten des binauralen Effekts glauben viele Menschen, dass der Mensch ihn heute nicht mehr direkt braucht. Es stellt sich als interessant heraus: Unsere Vorfahren lebten und genossen das Leben, schufen und waren glücklich, ohne dass das Gehirn durch binaurale Beats stimuliert wurde. Darüber hinaus ist das Gehirn kein Teil, das im Rahmen der Garantie ausgetauscht werden kann – es muss viele Jahre lang funktionieren. Daher ist es am besten, vorsichtig damit umzugehen. |
ABSCHLUSS
Fassen wir alle oben genannten Punkte zusammen.
Schall entsteht durch mechanische Schwingungen in elastischen Medien und Körpern, deren Frequenzen im Bereich von 20 Hz bis 20 kHz liegen, also im für das menschliche Ohr wahrnehmbaren Bereich liegen. Unhörbare mechanische Schwingungen mit Frequenzen unterhalb des Audiobereichs werden als Infraschall bezeichnet, bei Frequenzen oberhalb des Audiobereichs als Ultraschall. Der Ton, den wir hören, wenn seine Quelle eine harmonische Schwingung ausführt, wird als Musikton bezeichnet. Bei jedem Musikton können wir nach Gehör zwei Qualitäten unterscheiden: Lautstärke und Tonhöhe. Beobachtungen überzeugen uns, dass die Töne einer bestimmten Tonhöhe durch die Amplitude der Schwingungen bestimmt werden. Die Tonhöhe wird durch die Schwingungsfrequenz bestimmt. Je höher die Frequenz und damit je kürzer die Schwingungsdauer, desto höher ist der Schall, den wir hören. Wellen breiten sich nicht sofort aus. Die Geschwindigkeit der Wellenausbreitung hängt vom Medium, in dem sich die Wellen ausbreiten, und auch von der Temperatur ab. So beträgt diese Geschwindigkeit beispielsweise in Luft bei einer Temperatur von 20 °C 343 m/s und in einer Stahlschiene bei einer Temperatur von 15 °C beträgt diese Geschwindigkeit 5000 m/s. Wenn es in der modernen Physik keine Konzepte wie mechanische Schwingungen und Wellen gäbe, dann wüssten wir nicht, warum wir einander hören, Thomas Edison hätte das Telefon und den Phonographen nicht erfunden und sie würden in unserem Alltag nicht existieren.
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Vorschau:
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Folienunterschriften:
SCHALL, ULTRASCHALL, INFRASCHALL UND IHRE VERWENDUNG Städtische Bildungseinrichtung Sekundarschule Nr. 22 Abgeschlossen von: Schüler der 9. Klasse Yurov Pavel, Uzlovaya 2010
KLANG Der Mensch lebt in einer Welt der Klänge. Klang ist das, was das Ohr hört. Wir hören die Stimmen der Menschen, den Gesang der Vögel, die Geräusche von Musikinstrumenten, den Lärm des Waldes, das Donnern während eines Gewitters. Die Geräusche fahrender Autos, fahrender Fahrzeuge usw. Was ist Ton? Wie entsteht es? Wie unterscheiden sich manche Geräusche von anderen? Die Menschen wollten die Antworten auf diese Fragen wissen. Der Zweig der Physik, der Schallphänomene untersucht, wird Akustik genannt. Nachdem wir ein Geräusch gehört haben, können wir normalerweise feststellen, dass es von irgendeiner Quelle zu uns kam. Wenn wir diese Quelle untersuchen, werden wir immer etwas darin finden, das schwankt. Kommt der Schall beispielsweise aus einem Lautsprecher, dann schwingt darin eine Membran – eine um ihren Umfang fixierte Lichtscheibe. Wenn ein Ton von einem Musikinstrument erzeugt wird, dann ist die Tonquelle eine vibrierende Luftsäule und andere.
Schallwellen Elastische Wellen, die beim Menschen die Wahrnehmung von Schall hervorrufen, werden Schallwellen genannt. 16 – 2 10 4 Hz – hörbare Töne; weniger als 16 Hz – Infraschall; mehr als 2 10 4 Hz – Ultraschall. Voraussetzung für die Entstehung einer Schallwelle ist das Vorhandensein eines elastischen Mediums. Der Entstehungsmechanismus einer Schallwelle ähnelt der Entstehung einer mechanischen Welle in einem elastischen Medium. Der Vibrator schwingt in einem elastischen Medium und beeinflusst die Partikel des Mediums. Schall wird durch langfristig periodische Schallquellen erzeugt.
Die Schallgeschwindigkeit hängt wie bei jeder mechanischen Welle vom Medium und seinem Zustand ab: ύ = λ ν = λ /T. Bei t = 0 ºC ύ Wasser = 1430 m/s, ύ Stahl = 5000 m/s, ύ Luft = 331 m/s. Physikalische Eigenschaften von Schall 1. Schalldruck ist der Druck, den eine Schallwelle auf ein davor stehendes Hindernis ausübt. 2. Schallspektrum – Zerlegung einer komplexen Schallwelle in ihre Komponentenfrequenzen. 3. Schallwellenintensität: I = W / St, wobei S – Oberfläche; W – Schallwellenenergie; t – Zeit; I = 1 J/m² s = 1 W/1 m²
Die Lautstärke eines Tons hängt ebenso wie die Höhe mit der Empfindung zusammen, die im menschlichen Geist entsteht, sowie mit der Intensität der Welle.
Die Tonhöhe hängt von der Schwingungsfrequenz ab: Je > ν, desto höher der Ton. Anhand der Klangfarbe eines Klangs können Sie zwischen zwei Klängen gleicher Tonhöhe und Lautstärke unterscheiden, die von unterschiedlichen Instrumenten erzeugt werden. Es kommt auf die spektrale Zusammensetzung an.
WAS IST TON? Was ist Ton? Schall sind mechanische Schwingungen, die sich in elastischen Medien ausbreiten: Gase, Flüssigkeiten und Feststoffe, die von den Hörorganen wahrgenommen werden. Schauen wir uns Beispiele an, die das physikalische Wesen des Klangs erklären. Die Saite eines Musikinstruments überträgt ihre Schwingungen auf umgebende Luftpartikel. Diese Schwingungen breiten sich immer weiter aus, und sobald sie das Ohr erreichen, versetzen sie das Trommelfell in Schwingungen. Wir werden den Ton hören. Was wir Schall nennen, ist also eine schnelle Veränderung. Die Luftteilchen bewegen sich nicht, sie schwingen nur und bewegen sich über sehr kurze Distanzen abwechselnd zur einen und zur anderen Seite. Es gibt jedoch keine isolierten Schwingungen eines Körpers. In jedem Medium werden durch die Wechselwirkung zwischen Teilchen Schwingungen auf immer mehr neue Teilchen übertragen, d.h. Schallwellen breiten sich durch das Medium aus.
Diagramm, das Schallwellen darstellt
Ein weiteres einfaches Beispiel für eine oszillierende Bewegung ist die Schwingung eines Pendels. Wird das Pendel aus seiner Gleichgewichtslage ausgelenkt und dann losgelassen, schwingt es frei. Unter dem Einfluss der Schwerkraft kehrt das Pendel in seine ursprüngliche Position zurück, durch die Trägheit passiert es den Ausgangspunkt und steigt nach oben, während die Schwerkraft seine Bewegung verlangsamt. Am Punkt der maximalen Auslenkung dreht sich das Pendel um und beginnt nach einem Moment, sich in die entgegengesetzte Richtung zu bewegen. Die Zyklen der Pendelschwingungen wiederholen sich ständig. Schwingungen können periodisch sein, wenn sich Änderungen nach einer gleichen Zeitspanne wiederholen, und nichtperiodisch, wenn es keine vollständige Wiederholung des Änderungsprozesses gibt. Unter den periodischen Schwingungen spielen harmonische Schwingungen eine sehr wichtige Rolle. Je nach Verfahren sind Schwingungen mechanische, elektrische Strom- und Spannungsschwingungen oder Schallschwingungen.
Die sichtbarsten Wellen befinden sich auf der Wasseroberfläche. Wenn Sie einen Stein ins Wasser werfen, entsteht zunächst eine Vertiefung, dann ein Anstieg des Wassers und dann Wellen, bei denen es sich nacheinander um Grate und Vertiefungen handelt. Sie breiten sich entlang der Vorderseite zunehmend aus und breiten sich in alle Richtungen aus, doch einzelne Teilchen bewegen sich nicht mit den Wellen, sondern schwingen nur in kleinen Grenzen um eine bestimmte konstante Position. Sie können dies beispielsweise überprüfen, indem Sie einem Stück Holz dabei zusehen, wie es auf den Wellen hüpft. Es wird steigen und fallen, d.h. oszillieren und eine laufende Welle darunter passieren lassen. Wellen sind longitudinal und transversal; Im ersten Fall erfolgen die Schwingungen der Partikel des Mediums entlang der Ausbreitungsrichtung der Welle, im zweiten Fall quer dazu. Das menschliche Ohr kann Schwingungen mit einer Frequenz von etwa 200 bis 20.000 Schwingungen pro Sekunde wahrnehmen. Dementsprechend werden mechanische Schwingungen mit den angegebenen Frequenzen als Schall oder akustisch bezeichnet. Die Fragestellungen, mit denen sich die Akustik beschäftigt, sind sehr vielfältig. Einige davon hängen mit den Eigenschaften und Merkmalen der Hörorgane zusammen.
In warmer Luft ist die Schallgeschwindigkeit größer als in kalter Luft, was zu einer Änderung der Schallausbreitungsrichtung führt.
Die Allgemeine Akustik untersucht die Entstehung, Ausbreitung und Absorption von Schall. Die physikalische Akustik befasst sich mit der Untersuchung der Schallschwingungen selbst und umfasst in den letzten Jahrzehnten auch Schwingungen, die außerhalb der Grenzen des Hörbaren liegen (Ultraakustik). Gleichzeitig werden vielfältige Methoden zur Umwandlung mechanischer Schwingungen in elektrische Schwingungen und umgekehrt eingesetzt. In Bezug auf Schallschwingungen gehört zu den Aufgaben der physikalischen Akustik die Untersuchung physikalischer Phänomene, die bestimmte für das Gehör wahrnehmbare Klangqualitäten bestimmen. Die Elektroakustik bzw. technische Akustik beschäftigt sich mit der Erfassung, Übertragung, dem Empfang und der Aufzeichnung von Tönen mittels elektrischer Geräte. Die Bauakustik untersucht die Schallausbreitung in Räumen, den Einfluss der Größe und Form von Räumen auf den Schall, die Eigenschaften von Wand- und Deckenmaterialien usw. usw. Damit ist die auditive Wahrnehmung von Schall gemeint.
Überlagerung von Schallwellen.
Die Musikakustik untersucht die Natur musikalischer Klänge sowie musikalischer Stimmungen und Systeme. Wir unterscheiden beispielsweise musikalische Klänge (Singen, Pfeifen, Klingeln, Streicherklang) und Geräusche (Knister, Klopfen, Knarren, Zischen, Donner). Musikalische Klänge sind einfacher als Geräusche. Eine Kombination von Musikklängen kann das Gefühl von Lärm hervorrufen, aber keine Kombination erzeugt einen Musikklang. Die Hydroakustik (Meeresakustik) befasst sich mit der Untersuchung von Phänomenen, die in der aquatischen Umwelt auftreten und mit der Emission, dem Empfang und der Ausbreitung akustischer Wellen verbunden sind. Es umfasst Fragen der Entwicklung und Herstellung von akustischen Geräten für den Einsatz in Gewässern. Die Atmosphärenakustik untersucht Schallvorgänge in der Atmosphäre, insbesondere die Ausbreitung von Schallwellen, die Voraussetzung für die Schallausbreitung über große Entfernungen.
Unterwasserschallkanal im Ozean: a) Schallgeschwindigkeit in verschiedenen Tiefen; b) die Flugbahn der Schallstrahlen, die von der Quelle am Punkt A erzeugt werden; In einer Tiefe minimaler Schallgeschwindigkeit zk kommt es zu einer Konzentration von Schallstrahlen – dies ist die Achse des Schallkanals.
Ausbreitung von Schallschwingungen in der Luft.
Die physiologische Akustik untersucht die Fähigkeiten der Hörorgane, ihren Aufbau und ihre Wirkungsweise. Sie beschäftigt sich mit der Lautbildung der Sprechorgane und der Lautwahrnehmung der Hörorgane sowie mit Fragen der Sprachanalyse und -synthese. Erstellung von Systemen; ist in der Lage, menschliche Sprache zu analysieren – ein wichtiger Schritt bei der Entwicklung von Maschinen, insbesondere Robotermanipulatoren und elektronischen Computern, die den verbalen Anweisungen des Bedieners gehorchen. Eine Sprachsynthesemaschine kann große wirtschaftliche Vorteile bieten. Wenn über internationale Telefonkanäle nicht die Sprachsignale selbst, sondern durch ihre Analyse gewonnene Codes übertragen werden und am Ausgang der Leitungen Sprache synthetisiert wird, kann derselbe Kanal ein Vielfaches an Informationen übertragen. Zwar hört der Teilnehmer nicht die echte Stimme des Gesprächspartners, aber die Worte sind dieselben wie die, die in das Mikrofon gesprochen werden. Natürlich ist dies nicht ganz für Familiengespräche geeignet, aber für Geschäftsgespräche ist es praktisch, und diese überlasten die Kommunikationskanäle. Die biologische Akustik untersucht die Probleme der Schall- und Ultraschallkommunikation von Tieren und untersucht die Ortungsmechanismen, die sie verwenden. Außerdem untersucht sie die Probleme von Lärm, Vibrationen und ihren Bemühungen, die Umwelt zu verbessern.
Hörbarkeitsdiagramm des Tons
ULTRASCHALL In der Produktion haben sich in letzter Zeit zunehmend technologische Verfahren durchgesetzt, die auf der Nutzung von Ultraschallenergie basieren. Ultraschall hat auch in der Medizin Anwendung gefunden. Durch die Steigerung der Geräteleistungen und -geschwindigkeiten verschiedener Aggregate und Maschinen steigt der Geräuschpegel, auch im Ultraschallfrequenzbereich. Ultraschall ist die mechanische Schwingung eines elastischen Mediums mit einer Frequenz, die die obere Hörgrenze von 20 kHz überschreitet. Die Einheit des Schalldruckpegels ist dB. Die Maßeinheit für die Ultraschallintensität ist Watt pro Quadratzentimeter (W/s²). Das menschliche Ohr kann Ultraschall nicht wahrnehmen, aber einige Tiere, wie zum Beispiel Fledermäuse, können Ultraschall sowohl hören als auch erzeugen. Es wird teilweise von Nagetieren, Katzen, Hunden, Walen und Delfinen wahrgenommen. Beim Betrieb von Automotoren, Werkzeugmaschinen und Raketentriebwerken treten Ultraschallschwingungen auf. In der Praxis werden zur Erzeugung von Ultraschall meist elektromechanische Ultraschallgeneratoren eingesetzt, deren Wirkung auf der Fähigkeit bestimmter Materialien beruht, unter dem Einfluss eines magnetischen (magnetostriktive Generators) oder elektrischen Feldes (piezoelektrische Generatoren) ihre Abmessungen zu ändern Generatoren erzeugen hochfrequente Töne.
Aufgrund seiner hohen Frequenz (kurze Wellenlänge) verfügt Ultraschall über besondere Eigenschaften. Somit können Ultraschallwellen wie Licht streng gerichtete Strahlen bilden. Die Reflexion und Brechung dieser Strahlen an der Grenze zweier Medien gehorcht den Gesetzen der geometrischen Optik. Es wird stark von Gasen und schwach von Flüssigkeiten absorbiert. In einer Flüssigkeit bilden sich unter dem Einfluss von Ultraschall Hohlräume in Form winziger Bläschen mit einem kurzfristigen Druckanstieg in ihnen. Darüber hinaus beschleunigen Ultraschallwellen die Prozesse der Diffusion (Durchdringung zweier Medien ineinander). Ultraschallwellen beeinflussen maßgeblich die Löslichkeit eines Stoffes und allgemein den Ablauf chemischer Reaktionen. Diese Eigenschaften des Ultraschalls und die Besonderheiten seiner Wechselwirkung mit der Umgebung bestimmen seinen breiten technischen und medizinischen Einsatz. Ultraschall wird in der Medizin und Biologie zur Echoortung, zur Identifizierung und Behandlung von Tumoren und einigen Defekten im Körpergewebe, in der Chirurgie und Traumatologie zum Schneiden von Weich- und Knochengewebe bei verschiedenen Operationen, zum Schweißen gebrochener Knochen und zur Zerstörung von Zellen (Hochleistungsultraschall) eingesetzt. Bei der Ultraschalltherapie werden zu therapeutischen Zwecken Schwingungen von 800–900 kHz eingesetzt.
INFRASCHALL Die Entwicklung von Technologie und Fahrzeugen, die Verbesserung technologischer Prozesse und Geräte gehen mit einer Zunahme der Leistung und Abmessungen von Maschinen einher, was die Tendenz zur Zunahme niederfrequenter Komponenten in den Spektren und die Entstehung von Infraschall bestimmt ein relativ neuer, noch nicht vollständig untersuchter Faktor in der Produktionsumgebung. Unter Infraschall versteht man akustische Schwingungen mit einer Frequenz unter 20 Hz. Dieser Frequenzbereich liegt unterhalb der Hörschwelle und das menschliche Ohr ist nicht in der Lage, Schwingungen dieser Frequenzen wahrzunehmen. Industrieller Infraschall entsteht aufgrund der gleichen Prozesse wie Lärm im hörbaren Frequenzbereich. Die größte Intensität von Infraschallschwingungen wird von Maschinen und Mechanismen erzeugt, die über große Oberflächen verfügen, die niederfrequente mechanische Schwingungen (Infraschall mechanischen Ursprungs) oder turbulente Strömungen von Gasen und Flüssigkeiten (Infraschall aerodynamischen oder hydrodynamischen Ursprungs) erzeugen. Die maximalen Pegel niederfrequenter akustischer Schwingungen aus Industrie- und Transportquellen erreichen 100-110 dB.
