Волновое движение. Звук и его характеристики. Ультразвук. Переменное электромагнитное поле. Шкала электромагнитных волн, страница 14

L=10lg

диапазону интенсивностей звуковой волны от порогового значения 1_о до интенсивности, вызывающей болевые ощущения, соответствует диапазон громкости от 0 до 130 дБ.

На рисунке 18 заштрихована область восприятия нормальным умом звуков. Нижняя часть кривой, ограничивающей эту область, представляет собой порог слышимости, она соответствует самым слабым звукам, которые воспринимаются нормальным ухом. Верхняя часть кривой соответствует границе между звуками, которые не вызывают болевых ощущений, и звуками, которые уже вызывают болевые ощущения.

Следует иметь в виду, что громкие звуки далеко не безвредны  для нашего организма. Поэтому на основе соответствующих исследований органами здравоохранения  установлены санитарные нормы  для уровня допустимого шума в помещениях жилых и общественных зданий  и на территории жилой застройки. Согласно этим нормам уровень  громкости шумов не должен превосходить 30-40 дБ, что соответствует уров­ню громкости речи при спокойной, тихой беседе.

Соблюдение этих норм обязательно для всех организаций, проектирующих, строящих и эксплуатирующих жилые и общественные здания.

Можно, конечно, привыкнуть к шуму, научиться не замечать грохота поездов, рева грузовиков, громкого звука магнитофона в соседней квартире. Но дело в том, что последствия шума постепенно накапливаются в организме. При длительном воздействии на организм громких звуков может возникнуть так называемая шумовая болезнь, симптомами которой являются высокое артериальное давление крови, повышенная нервная возбудимость, тугоухость, быстрая утомляемость, плохой сон и т. п.

Второй субъективной характеристикой звука является его высота. Высота звука зависит от частоты колебаний. Чем больше частота колебаний, тем выше звук. Третьей субъективной характеристикой звука является тембр. Это качество звука позволяет нам различить два зву­ка одинаковой высоты и громкости, издаваемых различными инструментами. Тембр звука зависит от спектрального состава колебаний. Наибольшую амплитуду колебаний имеет гармоническая составляющая самой низкой частоты.

Звук, соответствующий этой составляющей, называется основным тоном. Звуки же, соответствующие гармоническим составляющим более высоких частот, называются обертонами. В зависимости от числа и громкости обертонов сложный звук получает ту или иную окраску, которая и называется тембром звука.

6 Ультразвук и его применение

Механические колебания с частотой выше 20 000 Гц называются ультразвуковыми. Верхний предел частот для ультразвуковых колебаний лежит где-то около 10¹¹ Гц. Установлено, что при такой частоте энергия механических колебаний полностью поглощается средой почти у самого излучателя.

а) Излучатели ультразвука. Широкое  распространение получили пьезокварцевые излучатели ультразвука, в которых используется явление электрострикции. Сущность этого явления заключается том, что определённым образом вырезанная из кристалла кварца (или сегнетовой соли, титаната бария, турмалина и др.) пластина  изменяет свои геометрические размеры под действием электрического поля

Если две параллельные плоскости такой пластины покрыть тонкой пленкой металла и присоединить эти электроды к источнику переменного напряжения вы­сокой частоты, то размеры пластины бу­дут периодически изменяться. Частота в этих механических колебаний будет равна частоте перемен­ного напряжения.

Можно подобрать частоту переменного электрического напряжения так, чтобы она совпадала с собственной частотой упругих колебаний пластины. Тогда наступит явление резонанса, и амплитуда вынужденных механических колебаний пластины достигнет больших значений. Колеблющаяся пластина вызовет в окружающей среде ультразвуковые волны.

Идея применения пьезоэффекта для получения ультразвука принадлежит  французскому физику Полю Ланжевену (1872-1946).