Tänapäeval on teatrietenduste ja filmide häälnäitlemine suhteliselt lihtne. Suurem osa vajalikest müradest on olemas elektroonilisel kujul, puuduvad salvestatakse ja töödeldakse arvutis. Kuid pool sajandit tagasi kasutati helide jäljendamiseks üllatavalt geniaalseid mehhanisme.

Tim Skorenko

Neid hämmastavaid müramasinaid on viimastel aastatel erinevates kohtades eksponeeritud, esimest korda paar aastat tagasi polütehnikumi muuseumis. Seal uurisime seda meelelahutuslikku ekspositsiooni üksikasjalikult. Puitmetallist seadmed, mis jäljendavad üllatavalt surfi ja tuule hääli, mööduvat autot ja rongi, kabjapõrinat ja mõõkade kõlinat, rohutirtsu sirinat ja konna krooksumist, röövikute kõlinat ja plahvatavaid kestasid. - kõik need hämmastavad masinad töötas välja, täiustas ja kirjeldas Vladimir Aleksandrovitš Popov - näitleja ja mürakujunduse looja teatris ja kinos, millele näitus on pühendatud. Kõige huvitavam on ekspositsiooni interaktiivsus: seadmed ei seisa, nagu meil sageli, kolme kihi kuulikindla klaasi taga, vaid on mõeldud kasutajale. Tule, vaataja, teeskle helikujundajat, vihista tuules, müra kosest, mängi rongi – ja see on huvitav, tõesti huvitav.

Harmoonium. “Paagi müra edastamiseks kasutatakse harmooniumit. Esineja vajutab korraga mitut alumist klahvi (nii musta kui valget) klaviatuuril ja pumpab samal ajal pedaalide abil õhku ”(V.A. Popov).

Mürameister

Vladimir Popov alustas näitlejakarjääri Moskva Kunstiteatris ja juba enne revolutsiooni, 1908. aastal. Oma memuaarides kirjutas ta, et lapsepõlvest saati meeldis talle heli jäljendamine, ta püüdis kopeerida mitmesuguseid loomulikke ja tehislikke helisid. Alates 1920. aastatest suundus ta lõpuks helitööstusesse, konstrueerides erinevaid masinaid etenduste mürakujunduseks. Ja kolmekümnendatel ilmusid tema mehhanismid kinos. Näiteks andis Popov oma hämmastavate masinate abil häält Sergei Eisensteini legendaarsele maalile "Aleksandr Nevski".

Ta käsitles müra nagu muusikat, kirjutas partituure etenduste ja raadiosaadete helitaustaks – ja leiutas, leiutas, leiutas. Osa Popovi loodud masinaid on säilinud tänapäevani ja koguvad tolmu erinevate teatrite tagatubades - helisalvestuse areng on muutnud tema geniaalsed, teatud käsitsemisoskusi nõudvad mehhanismid tarbetuks. Tänapäeval simuleeritakse rongimüra elektrooniliselt, kuid preestriajal töötas terve orkester erinevate seadmetega rangelt etteantud algoritmi järgi, et luua lähenevast rongist usaldusväärne imitatsioon. Popovi mürakompositsioonides osales mõnikord kuni paarkümmend muusikut.

Paagi müra. «Kui sündmuskohale ilmub tank, siis sel hetkel hakkavad tööle neljarattalised metallplaatidega instrumendid. Seadet juhib risti pöörlemine ümber telje. Selgub tugev heli, mis on väga sarnane suure tanki roomikute kõlinaga ”(V.A. Popov).

Tema töö tulemuseks oli 1953. aastal ilmunud raamat "Ettekande helikujundus", mis sai samal ajal Stalini preemia. Siin võib viidata palju erinevaid fakte suure leiutaja elust – aga pöördume tehnoloogia poole.

puit ja raud

Kõige olulisem punkt, millele näitusekülastajad alati tähelepanu ei pööra, on asjaolu, et iga müramasin on muusikainstrument, mida tuleb osata mängida ja mis nõuab teatud akustilisi tingimusi. Näiteks etenduste ajal paigutati "äikesemasin" alati kõige kõrgemale, lava kohal olevatele kõnniteedele, nii et äikesemürinat oli kuulda kogu auditooriumis, mis tekitas kohalolekutunde. Väikeses ruumis see aga nii elavat muljet ei jäta, selle heli pole nii loomulik ja on palju lähemal sellele, mis ta tegelikult on - mehhanismi sisseehitatud raudrataste kõlina. Mõne heli "ebaloomulikkus" on aga seletatav asjaoluga, et paljud mehhanismid pole mõeldud "soolo" tööks - ainult "ansamblis".

Teised masinad, vastupidi, jäljendavad heli suurepäraselt, olenemata ruumi akustilistest omadustest. Näiteks "Rip" (mehhanism, mis teeb surfimüra), tohutu ja kohmakas, kopeerib nii täpselt lainete mõju õrnale kaldale, et silmad sulgedes võite end hõlpsasti ette kujutada kuskil mere ääres, kell. majakas, tuulise ilmaga.

Hobuste transport nr 4. Seade, mis taasesitab tuletõrjevaguni häält. Et anda seadme töö alguses kerget müra, liigutab esineja juhtnuppu vasakule, mille tõttu müra tugevus pehmeneb. Kui telg nihutatakse teisele poole, suureneb müra märkimisväärse jõuni ”(V.A. Popov).

Popov jagas müra mitmesse kategooriasse: lahingu-, loodus-, tööstus-, majapidamis-, transpordi- jne. Erinevate mürade simuleerimiseks võiks kasutada mõningaid universaalseid tehnikaid. Näiteks võivad üksteisest teatud kaugusel rippuvad erineva paksuse ja suurusega raudlehed imiteerida läheneva auruveduri müra, tööstusmasinate kõlinat ja isegi äikest. Popov nimetas universaalseks seadmeks ka tohutut nurisemistrumlit, mis on võimeline töötama erinevates "tööstustes".

Kuid enamik neist masinatest on üsna lihtsad. Spetsiaalsed mehhanismid, mis on loodud ühe ja ainult ühe heli jäljendamiseks, sisaldavad väga lõbusaid inseneriideid. Näiteks veepiiskade kukkumist imiteerib trumli pöörlemine, mille külg asendub erinevatel vahemaadel venitatud köitega. Pöörledes tõstavad nad fikseeritud nahast piitsad, mis laksuvad järgmistele trossidele – ja see näeb tõesti välja nagu piisk. Erineva tugevusega tuuli simuleeritakse ka erinevate kangaste vastu hõõruvate trummide abil.

Nahk trummi jaoks

Võib-olla kõige tähelepanuväärsem Popovi masinate rekonstrueerimisega seotud lugu juhtus suure trumli valmistamise ajal. Hiiglasliku, peaaegu kahemeetrise läbimõõduga muusikariista jaoks oli vaja nahka - kuid selgus, et riietatud, kuid mitte pargitud trumminahka oli Venemaal võimatu osta. Muusikud läksid päris tapamajja, kust ostsid kaks pullidelt värskelt võetud nahka. "Selles oli midagi sürrealistlikku," naerab Peter. - Sõidame autoga teatri juurde ja meil on pagasiruumis verised nahad. Lohime need teatri katusele, katame, kuivatame - nädal aega oli lõhn kogu Sretenkal ... ”Kuid trumm oli lõpuks edukas.

Vladimir Aleksandrovitš varustas iga seadmega esinejale üksikasjalikke juhiseid. Näiteks seade „Powerful Crack“: „Tugevad kuivad välklahendused teostatakse seadme „Powerful Crack“ abil. Seisnud tööpingi platvormil, haarab esineja, kummardudes rinnaga ettepoole ja pannes mõlemad käed hammasvõlli otsa, sellest kinni ja pöörab enda poole.

Väärib märkimist, et paljud Popovi kasutatud masinad töötati välja enne teda: Vladimir Aleksandrovitš ainult täiustas neid. Eelkõige kasutati pärisorjuse päevil teatrites puhkpillitrumme.

graatsiline elu

Üks esimesi Popovi mehhanismide abil täielikult kõlanud filme oli Boriss Jurtsevi lavastatud komöödia "Graatsiline elu". Lisaks näitlejate häältele pole selles 1932. aastal linastunud filmis ainsatki loodusest jäädvustatud heli – kõike on jäljendatud. Väärib märkimist, et Jurtsevi kuuest mängufilmist on see ainus, mis on säilinud. 1935. aastal häbisse langenud direktor saadeti Kolõmasse pagendusse; tema filmid peale A Graceful Life on kadunud.

Uus kehastus

Pärast heliraamatukogude tulekut olid Popovi masinad peaaegu unustatud. Nad on taandunud arhaismide kategooriasse, minevikku. Kuid oli inimesi, kes olid huvitatud sellest, et mineviku tehnoloogia mitte ainult ei tõuseks tuhast, vaid muutuks ka uuesti nõudlikuks.

Mõte teha muusikaline kunstiprojekt (mis polnud veel interaktiivse näitusena välja kujunenud) oli Moskva muusiku, virtuoosse pianisti Pjotr ​​Aidu peas pikka aega mõlkunud ja leidis lõpuks oma materiaalse kehastuse.

Konna seade. Seadme Frog juhised on palju keerulisemad kui sarnased juhised teistele seadmetele. Kräksuva heli esitaja pidi pilli hästi valdama, et lõplik heliimitatsioon osutus üsna loomulikuks.

Projekti kallal töötanud meeskond asub osaliselt teatris "Draamakunsti kool". Peter Aidu ise on muusikalise osa pearežissööri assistent, eksponaatide valmistamise koordinaator Aleksandr Nazarov on teatritöökodade juhataja jne. Küll aga on kümneid inimesi, kes ei olnud teatriga seotud, kuid olid valmis aidake, veetke oma aega kummalisele kultuuriprojektile – ja see kõik polnud asjata.

Rääkisime Petr Aiduga ühes ekspositsiooniga ruumis, külastajate poolt eksponaatidest ammutatud hirmsas mürinas ja käras. "Selles ekspositsioonis on palju kihte," ütles ta. - Teatud ajalooline kiht, kuna tõime päevavalgele väga andeka inimese Vladimir Popovi loo; interaktiivne kiht, sest inimesed naudivad toimuvat; muusikaline kiht, sest pärast näitust plaanime selle eksponaate kasutada oma etteastetes ja mitte niivõrd häälnäitlemiseks, kuivõrd iseseisvate kunstiobjektidena. Sel ajal kui Peeter rääkis, oli tema selja taga telekas sisse lülitatud. Ekraanil on stseen, kus kaksteist inimest mängivad kompositsiooni "Rongimüra" (see on fragment näidendist "Utoopia rekonstrueerimine").

"Üleminek". „Esineja paneb seadme tööle resonaatori (seadme korpuse) mõõdetud rütmilise üles-alla õõtsumisega. Lainete vaikne surfamine toimub resonaatori sisu aeglase (mitte täielikult) ühest otsast teise valamise teel. Olles lõpetanud sisu ühes suunas mahavalgumise, viige resonaator kiiresti horisontaalasendisse ja viige see kohe teisele küljele. Võimas lainete surfamine viiakse läbi kogu resonaatori sisu aeglase valamisega ”(V.A. Popov).

Masinad valmistati Popovi jäetud jooniste ja kirjelduste järgi - mõne Moskva Kunstiteatri kogus säilinud masina originaale nägid näituse tegijad pärast teose valmimist. Üheks peamiseks probleemiks oli see, et 1930. aastatel kergesti hangitud osi ja materjale ei kasutata tänapäeval enam kusagil ja neid ei saa ka vabamüügiks. Näiteks on peaaegu võimatu leida messingist lehte paksusega 3 mm ja mõõtmetega 1000x1000 mm, kuna praegune GOST eeldab messingi lõikamist ainult 600x1500. Probleemid tekkisid isegi vineeriga: vajalik 2,5 mm vineer tänapäevaste standardite järgi kuulub mudellennukitele ja on üsna haruldane, välja arvatud ehk Soomest.

Auto. «Auto müra tekitavad kaks esinejat. Üks neist pöörab ratta käepidet ja teine ​​vajutab tõstelaua hooba ja avab veidi kaaned ”(V.A. Popov). Väärib märkimist, et hoobade ja katete abil oli võimalik auto häält oluliselt varieerida.

Oli ka teine ​​raskus. Popov ise märkis korduvalt: mis tahes heli jäljendamiseks peate täpselt ette kujutama, mida soovite saavutada. Aga näiteks 1930. aastate semafori vahetamise heli pole keegi meie kaasaegsetest elus kuulnud - kuidas saab veenduda, et vastav seade on õigesti valmistatud? Mitte mingil juhul – jääb üle vaid loota intuitsioonile ja vanadele filmidele.

Kuid üldiselt ei vedanud loojate intuitsioon alt – see õnnestus. Kuigi müramasinad olid algselt mõeldud inimestele, kes oskavad neid käsitseda ja mitte naljalt, on need interaktiivsete muuseumieksponaatidena väga head. Pöörates järgmise mehhanismi käepidet, vaadates seinal tummfilmi, tunnete end suurepärase helitehnikuna. Ja tunned, kuidas sinu käte all ei sünni mitte müra, vaid muusika.

18. veebruar 2016

Koduse meelelahutuse maailm on üsna kirju ja võib hõlmata järgmist: filmi vaatamine heas kodukinosüsteemis; lõbus ja sõltuvust tekitav mäng või muusika kuulamine. Reeglina leiab igaüks selles vallas midagi oma või kombineerib kõike korraga. Kuid olenemata sellest, millised on inimese eesmärgid oma vaba aja korraldamisel ja ükskõik millisesse äärmusse ta kaldub, ühendab kõiki neid lülisid kindlalt üks lihtne ja arusaadav sõna - "heli". Tõepoolest, kõigil neil juhtudel juhib meid heliriba käepide. Kuid see küsimus pole nii lihtne ja triviaalne, eriti juhtudel, kui on soov saavutada ruumis või muudes tingimustes kvaliteetne heli. Selleks ei pea alati ostma kalleid hi-fi või hi-end komponente (kuigi sellest on palju kasu), vaid piisab heast füüsikateooria tundmisest, mis võib enamiku kõigi jaoks ettetulevatest probleemidest kõrvaldada kes soovib saada kvaliteetset häälnäitlemist.

Järgmisena käsitletakse heliteooriat ja akustikat füüsika seisukohalt. Sel juhul püüan teha selle võimalikult ligipääsetavaks iga inimese jaoks, kes võib-olla on kaugel füüsikaseaduste või valemite tundmisest, kuid unistab sellegipoolest kirglikult unistuse elluviimisest täiusliku akustika loomisest. süsteem. Ma ei väida, et sellel alal heade tulemuste saavutamiseks kodus (või näiteks autos) pead neid teooriaid põhjalikult tundma, kuid põhitõdede mõistmine väldib paljusid rumalaid ja absurdseid vigu ning võimaldab süsteemist maksimaalse heliefekti saavutamiseks mis tahes tasemel.

Üldine heliteooria ja muusikaterminoloogia

Mis on heli? See on tunne, mida kuulmisorgan tajub. "kõrv"(nähtus ise eksisteerib ka ilma "kõrva" protsessis osalemiseta, kuid nii on seda lihtsam mõista), mis tekib siis, kui kuulmekile erutub helilaine. Kõrv toimib sel juhul erineva sagedusega helilainete "vastuvõtjana".
Helilaine Tegelikult on see mitme sagedusega keskkonna (tavalistes tingimustes enamasti õhukeskkonna) tihendite ja heidete järjestikune seeria. Helilainete olemus on võnkuv, mida põhjustab ja tekitab mis tahes kehade vibratsioon. Klassikalise helilaine tekkimine ja levimine on võimalik kolmes elastses keskkonnas: gaasilises, vedelas ja tahkes. Kui helilaine tekib ühes seda tüüpi ruumis, tekivad vältimatult mõned muutused keskkonnas endas, näiteks õhu tiheduse või rõhu muutus, õhumasside osakeste liikumine jne.

Kuna helilainel on võnkuv iseloom, on sellel selline omadus nagu sagedus. Sagedus mõõdetuna hertsides (saksa füüsiku Heinrich Rudolf Hertzi auks) ja tähistab ühe sekundiga võnkete arvu ajavahemikul. Need. näiteks sagedus 20 Hz tähendab 20 võnketsüklit ühes sekundis. Selle kõrguse subjektiivne mõiste sõltub ka heli sagedusest. Mida rohkem helivibratsioone sekundis tehakse, seda "kõrgem" heli tundub. Helilainel on ka teine ​​oluline omadus, millel on ka nimi – lainepikkus. Lainepikkus Tavapäraselt arvestatakse vahemaad, mille teatud sagedusega heli läbib ajavahemikus, mis võrdub ühe sekundiga. Näiteks inimese kuuldava vahemiku madalaima heli lainepikkus sagedusel 20 Hz on 16,5 meetrit ja kõrgeima heli lainepikkus 20 000 Hz juures 1,7 sentimeetrit.

Inimese kõrv on konstrueeritud nii, et see suudab tajuda laineid ainult piiratud vahemikus, ligikaudu 20 Hz - 20 000 Hz (olenevalt konkreetse inimese omadustest kuuleb keegi natuke rohkem, keegi vähem) . Seega ei tähenda see, et nendest sagedustest madalamad või kõrgemad helid ei eksisteeriks, neid lihtsalt ei taju inimkõrv, väljudes kuulmisvahemikust. Heli, mis ületab kuuldava ulatuse, nimetatakse ultraheli, kutsutakse helivahemikku allapoole jäävat heli infraheli. Mõned loomad on võimelised tajuma ultra- ja infraheli, mõned kasutavad seda vahemikku isegi ruumis orienteerumiseks (nahkhiired, delfiinid). Kui heli läbib keskkonda, mis inimese kuulmisorganiga otseselt kokku ei puutu, siis võib selline heli jääda kuulmata või olla hiljem tugevasti nõrgenenud.

Heli muusikalises terminoloogias on sellised olulised nimetused nagu heli oktav, toon ja ülemtoon. Oktav tähendab intervalli, milles helide sageduste suhe on 1:2. Oktav on tavaliselt väga kuuldav, samas kui selle intervalli helid võivad üksteisega väga sarnased olla. Oktaaviks võib nimetada ka heli, mis teeb samal ajavahemikul kaks korda rohkem vibratsioone kui teine ​​heli. Näiteks 800 Hz sagedus pole midagi muud kui 400 Hz kõrgem oktaav ja sagedus 400 Hz on omakorda järgmine heli oktaav sagedusega 200 Hz. Oktaav koosneb toonidest ja ülemtoonidest. Ühe sagedusega harmoonilise helilaine muutuvaid võnkeid tajub inimkõrv kui muusikaline toon. Kõrgsageduslikke vibratsioone saab tõlgendada kõrgete helidena, madala sagedusega vibratsiooni madalate helidena. Inimkõrv suudab selgelt eristada helisid ühe tooni erinevusega (vahemikus kuni 4000 Hz). Sellele vaatamata kasutatakse muusikas äärmiselt vähe toone. Seda selgitatakse harmoonilise konsonantsi põhimõtte kaalutlustest, kõik põhineb oktaavi põhimõttel.

Mõelge muusikaliste toonide teooriale teatud viisil venitatud keelpilli näitel. Selline string, sõltuvalt pingejõust, "häälestatakse" ühele kindlale sagedusele. Kui see keel puutub kokku millelegi ühe kindla jõuga, mis paneb selle vibreerima, siis jälgitakse pidevalt üht kindlat helitooni, kuuleme soovitud häälestussagedust. Seda heli nimetatakse põhitooniks. Muusikavälja põhitooni jaoks on ametlikult aktsepteeritud esimese oktaavi noodi "la" sagedus, mis on võrdne 440 Hz. Kuid enamik muusikainstrumente ei reprodutseeri kunagi puhtaid põhitoone üksi, neid saadavad paratamatult ülemhelid, nn. ülemtoonid. Siinkohal on paslik meenutada olulist muusikaakustika definitsiooni, kõlatämbri mõistet. Tämber- see on muusikahelide omadus, mis annab muusikariistadele ja häältele nende ainulaadse äratuntava helispetsiifilisuse, isegi kui võrrelda sama kõrguse ja tugevusega helisid. Iga muusikainstrumendi tämber sõltub helienergia jaotusest ülemtoonide vahel heli ilmumise hetkel.

Ülemtoonid moodustavad põhitooni spetsiifilise värvi, mille järgi saame hõlpsasti tuvastada ja ära tunda konkreetse pilli, samuti eristada selgelt selle kõla teisest instrumendist. Ülemtoone on kahte tüüpi: harmoonilised ja mitteharmoonilised. Harmoonilised ülemtoonid on definitsiooni järgi põhisageduse kordsed. Vastupidi, kui ülemtoonid ei ole mitmekordsed ja kalduvad väärtustest märgatavalt kõrvale, siis neid kutsutakse ebaharmooniline. Muusikas on mitte-mitme ülemheli toimimine praktiliselt välistatud, seetõttu taandatakse mõiste "ülemtoon" mõistele, mis tähendab harmoonilist. Mõne instrumendi, näiteks klaveri puhul ei jõua põhitoon isegi moodustuda, lühiajaliselt toimub ülemhelide helienergia tõus ja seejärel sama kiiresti langus. Paljud instrumendid loovad nn üleminekutooni efekti, kui teatud ülemtoonide energia on teatud ajahetkel, tavaliselt päris alguses, maksimaalne, kuid seejärel muutub järsult ja liigub üle teistele ülemtoonidele. Iga instrumendi sagedusvahemikku saab käsitleda eraldi ja see on tavaliselt piiratud põhitoonide sagedustega, mida see konkreetne instrument on võimeline taasesitama.

Heliteoorias on ka selline asi nagu MÜRA. Müra- see on mis tahes heli, mis on loodud üksteisega vastuolus olevate allikate kombinatsioonist. Kõik teavad hästi puude lehtede müra, tuule kõigutamist jne.

Mis määrab helitugevuse? On ilmne, et selline nähtus sõltub otseselt helilaine poolt kantud energia hulgast. Helitugevuse kvantitatiivsete näitajate määramiseks on olemas mõiste - heli intensiivsus. Heli intensiivsus defineeritakse kui energiavoogu, mis läbib mõnda ruumipiirkonda (näiteks cm2) ajaühikus (näiteks sekundis). Tavalises vestluses on intensiivsus umbes 9 või 10 W/cm2. Inimkõrv suudab tajuda helisid üsna laia tundlikkusega, samas ei ole sageduste vastuvõtlikkus helispektri piires ühtlane. Seega on kõige paremini tajutav sagedusvahemik 1000 Hz – 4000 Hz, mis katab kõige laiemalt inimkõne.

Kuna helide intensiivsus on väga erinev, on mugavam pidada seda logaritmiliseks väärtuseks ja mõõta seda detsibellides (Šoti teadlase Alexander Graham Belli järgi). Inimkõrva alumine kuulmistundlikkuse lävi on 0 dB, ülemine 120 dB, seda nimetatakse ka "valuläveks". Tundlikkuse ülemist piiri ei taju ka inimkõrv samamoodi, vaid sõltub konkreetsest sagedusest. Madala sagedusega helid peavad olema palju tugevamad kui kõrged, et tekitada valulävi. Näiteks valulävi madalal sagedusel 31,5 Hz tekib helitugevuse tasemel 135 dB, kui sagedusel 2000 Hz ilmneb valuaisting juba 112 dB juures. Samuti on olemas helirõhu mõiste, mis tegelikult laiendab tavapärast helilaine õhus levimise seletust. Helirõhk- see on muutuv ülerõhk, mis tekib elastses keskkonnas helilaine läbimise tulemusena.

Heli laineline olemus

Helilainete genereerimise süsteemi paremaks mõistmiseks kujutage ette klassikalist kõlarit, mis asub õhuga täidetud torus. Kui kõlar teeb järsu ettepoole liikumise, siis hajuti vahetus läheduses olev õhk surutakse hetkeks kokku. Pärast seda õhk paisub, surudes suruõhupiirkonda mööda toru.
Just see laineline liikumine on hiljem heli, kui see jõuab kuulmisorganisse ja "ergastab" kuulmekile. Kui gaasis tekib helilaine, tekib liigne rõhk ja tihedus ning osakesed liiguvad ühtlase kiirusega. Helilainete puhul on oluline meeles pidada tõsiasja, et aine ei liigu helilainega kaasa, vaid tekib ainult ajutine õhumasside häirimine.

Kui kujutame ette vedrul vabas ruumis rippuvat kolbi, mis teeb korduvaid liigutusi "edasi ja tagasi", siis nimetatakse selliseid võnkumisi harmoonilisteks või siinuslikeks (kui kujutame lainet graafiku kujul, siis sel juhul saame puhas siinuslaine korduvate tõusude ja langustega). Kui kujutame ette kõlarit torus (nagu ülalkirjeldatud näites), mis sooritab harmoonilisi võnkumisi, siis hetkel liigub kõlar "edasi", saadakse juba teada õhu kokkusurumise efekt ja kui kõlar liigub "tagasi" , saavutatakse harvendamise vastupidine efekt. Sel juhul levib läbi toru vahelduvate kokkusurumiste ja harvendamise laine. Nimetatakse kaugus piki toru külgnevate maksimumide või miinimumide (faaside) vahel lainepikkus. Kui osakesed võnguvad paralleelselt laine levimise suunaga, siis nimetatakse lainet pikisuunaline. Kui need võnguvad levimissuunaga risti, siis nimetatakse lainet põiki. Tavaliselt on helilained gaasides ja vedelikes pikisuunalised, samas kui tahketes ainetes võivad esineda mõlemat tüüpi lained. Põiklained tahketes ainetes tekivad tänu vastupanule kujumuutusele. Peamine erinevus nende kahe lainetüübi vahel seisneb selles, et põiklainel on polarisatsiooni omadus (võnkumised tekivad teatud tasapinnal), pikilainel aga mitte.

Heli kiirus

Heli kiirus sõltub otseselt selle levimiskeskkonna omadustest. Selle määravad (sõltuvad) keskkonna kaks omadust: materjali elastsus ja tihedus. Heli kiirus tahketes ainetes sõltub otseselt materjali tüübist ja selle omadustest. Kiirus gaasilises keskkonnas sõltub ainult üht tüüpi keskkonna deformatsioonist: kokkusurumisest-haruldamisest. Rõhu muutus helilaines toimub ilma soojusvahetuseta ümbritsevate osakestega ja seda nimetatakse adiabaatiliseks.
Heli kiirus gaasis sõltub peamiselt temperatuurist – temperatuuri tõustes see suureneb ja langedes väheneb. Samuti sõltub heli kiirus gaasilises keskkonnas gaasimolekulide endi suurusest ja massist – mida väiksem on osakeste mass ja suurus, seda suurem on vastavalt laine "juhtivus" ja seda suurem on kiirus.

Vedelas ja tahkes keskkonnas on heli levimise põhimõte ja kiirus sarnane sellele, kuidas laine levib õhus: surve-tühjenemise teel. Aga nendes keskkondades on lisaks samale temperatuurisõltuvusele üsna oluline ka keskkonna tihedus ja selle koostis/struktuur. Mida väiksem on aine tihedus, seda suurem on heli kiirus ja vastupidi. Sõltuvus söötme koostisest on keerulisem ja määratakse igal konkreetsel juhul, arvestades molekulide/aatomite paiknemist ja vastasmõju.

Heli kiirus õhus temperatuuril t, °C 20: 343 m/s
Heli kiirus destilleeritud vees temperatuuril t, °C 20: 1481 m/s
Helikiirus terases temperatuuril t, °C 20: 5000 m/s

Seisulained ja häired

Kui kõlar tekitab helilaineid kinnises ruumis, tekib paratamatult piiridelt peegelduva laine efekt. Selle tulemusena kõige sagedamini häireefekt- kui kaks või enam helilainet asetatakse üksteise peale. Interferentsi nähtuse erijuhtudeks on: 1) lööklainete või 2) seisvate lainete teke. Lainete löök- seda juhul, kui lisanduvad lähedased sagedused ja amplituudid. Löökide esinemise muster: kui kaks sarnase sagedusega lainet on üksteise peale asetatud. Mingil ajahetkel võivad sellise kattumise korral amplituudi tipud langeda kokku "faasis" ja ka langused "antifaasis" võivad kokku langeda. Nii iseloomustatakse helibiite. Oluline on meeles pidada, et erinevalt seisulainest ei esine tippude faaside kokkulangevusi pidevalt, vaid teatud ajavahemike järel. Kõrva järgi erineb selline löökide muster üsna selgelt ja seda kuuleb vastavalt perioodilise helitugevuse suurenemise ja vähenemisena. Selle efekti ilmnemise mehhanism on äärmiselt lihtne: tippude kokkulangemise hetkel maht suureneb, majanduslanguste kokkulangemise hetkel maht väheneb.

seisulained tekivad kahe sama amplituudi, faasi ja sagedusega laine superpositsioonil, kui selliste lainete "kohtumisel" liigub üks edasi ja teine ​​vastupidises suunas. Ruumipiirkonnas (kus tekkis seisulaine) tekib pilt kahe sagedusamplituudi superpositsioonist, kus vahelduvad maksimumid (nn antisõlmed) ja miinimumid (nn sõlmed). Selle nähtuse ilmnemisel on peegelduskohas laine sagedus, faas ja sumbumiskoefitsient äärmiselt olulised. Erinevalt liikuvatest lainetest ei toimu seisval lainel energiaülekannet, kuna seda lainet moodustavad edasi- ja tagasilained kannavad energiat võrdsetes kogustes nii edasi kui ka vastassuunas. Seisulaine esinemise visuaalseks mõistmiseks kujutame ette näidet koduakustikast. Oletame, et meil on mõnes piiratud ruumis (ruumis) põrandakõlarid. Olles pannud nad mängima mõnda lugu, kus on palju bassi, proovime muuta kuulaja asukohta ruumis. Seega tunneb kuulaja, sattunud seisvalaine miinimumi (lahutamise) tsooni, efekti, et bass on muutunud väga väikeseks ja kui kuulaja siseneb sageduste maksimumi (liitumise) tsooni, siis vastupidine. saavutatakse bassipiirkonna olulise suurenemise efekt. Sel juhul täheldatakse efekti kõigis baassageduse oktaavides. Näiteks kui baassagedus on 440 Hz, siis "liitmise" või "lahutamise" nähtust täheldatakse ka sagedustel 880 Hz, 1760 Hz, 3520 Hz jne.

Resonantsi nähtus

Enamikul tahketel ainetel on oma resonantssagedus. Selle efekti mõistmine on tavalise toru näitel üsna lihtne, avatud ainult ühest otsast. Kujutagem ette olukorda, kus toru teisest otsast on ühendatud kõlar, mis võib mängida mingit üht konstantset sagedust, seda saab ka hiljem muuta. Nüüd on torul oma resonantssagedus, lihtsamalt öeldes on see sagedus, millega toru "resoneerib" või teeb oma heli. Kui kõlari sagedus (reguleerimise tulemusena) langeb kokku toru resonantssagedusega, suureneb helitugevus mitu korda. Seda seetõttu, et valjuhääldi ergastab torus oleva õhusamba vibratsiooni olulise amplituudiga, kuni leitakse sama “resonantssagedus” ja tekib liiteefekt. Saadud nähtust saab kirjeldada järgmiselt: toru selles näites "aitab" kõlarit, resoneerides kindlal sagedusel, nende jõupingutused liidetakse ja "valavad välja" kuuldavaks valju efektiks. Muusikariistade näitel on see nähtus kergesti jälgitav, kuna enamiku kujundus sisaldab elemente, mida nimetatakse resonaatoriteks. Pole raske ära arvata, mis täidab teatud sageduse või muusikalise tooni võimendamise eesmärki. Näiteks: kitarri korpus, mille resonaator on augu kujul, sobitatud helitugevusega; Toru konstruktsioon flöödi juures (ja üldiselt kõik torud); Trumli korpuse silindriline kuju, mis ise on teatud sagedusega resonaator.

Heli sagedusspekter ja sageduskarakteristik

Kuna praktikas sama sagedusega laineid praktiliselt pole, tekib vajadus kogu kuuldava vahemiku helispekter ülem- või harmoonilisteks lagundada. Nendel eesmärkidel on olemas graafikud, mis näitavad helivibratsioonide suhtelise energia sõltuvust sagedusest. Sellist graafikut nimetatakse helisagedusspektri graafikuks. Heli sagedusspekter Neid on kahte tüüpi: diskreetne ja pidev. Diskreetse spektri diagrammil kuvatakse sagedused eraldi, eraldatuna tühikutega. Pidevas spektris esinevad kõik helisagedused korraga.
Muusika või akustika puhul kasutatakse kõige sagedamini tavapärast graafikut. Tipust sageduseni karakteristikud(lühendatult "AFC"). See graafik näitab helivibratsioonide amplituudi sõltuvust sagedusest kogu sagedusspektri ulatuses (20 Hz - 20 kHz). Sellist graafikut vaadates on lihtne mõista näiteks konkreetse kõlari või kõlarisüsteemi kui terviku tugevaid või nõrku külgi, tugevamaid energiatagastuse piirkondi, sageduse langusi ja tõuse, sumbumist, aga ka jälgida järsust. langusest.

Helilainete levik, faas ja antifaas

Helilainete levimise protsess toimub allikast kõigis suundades. Lihtsaim näide selle nähtuse mõistmiseks: vette visatud kivike.
Alates kohast, kus kivi langes, hakkavad lained veepinnal igas suunas lahknema. Kujutagem aga ette olukorda, kus kasutatakse kõlarit teatud helitugevusega, ütleme siis suletud kastiga, mis on ühendatud võimendiga ja mängib mingit muusikalist signaali. Lihtne on märgata (eriti kui anda võimas madala sagedusega signaal, näiteks bassitrumm), et kõlar teeb kiire liikumise "edasi", ja siis sama kiire liigutuse "tagasi". Jääb üle mõista, et kui kõlar edasi liigub, siis see kiirgab helilainet, mida me tagantjärele kuuleme. Aga mis juhtub, kui kõlar liigub tagurpidi? Kuid paradoksaalsel kombel juhtub sama, kõlar teeb sama heli, ainult et see levib meie näites täielikult kasti helitugevuse piires, ilma sellest kaugemale minemata (kast on suletud). Üldiselt võib ülaltoodud näites jälgida päris palju huvitavaid füüsikalisi nähtusi, millest olulisim on faasi mõiste.

Helilaine, mida kõlar, olles helitugevuses, kiirgab kuulaja suunas – on "faasis". Pöördlaine, mis läheb kasti ruumalasse, on vastavalt antifaasiline. Jääb vaid aru saada, mida need mõisted tähendavad? Signaalifaas on helirõhu tase praegusel ajahetkel mingil ruumipunktil. Seda faasi on kõige lihtsam mõista tavalise stereo-põrandakõlari abil muusikamaterjali taasesituse näitel. Kujutagem ette, et kaks sellist põrandakõlarit on paigaldatud kindlasse ruumi ja mängivad. Mõlemad kõlarid taasesitavad sel juhul sünkroonset muutuva helirõhu signaali, pealegi lisandub ühe kõlari helirõhk teise kõlari helirõhule. Sarnane efekt ilmneb vastavalt vasaku ja parema kõlari signaali taasesituse sünkroniseerimisel ehk teisisõnu langevad vasaku ja parema kõlari kiirgavate lainete tipud ja orud kokku.

Nüüd kujutame ette, et helirõhud muutuvad ikka samamoodi (ei ole muutunud), aga nüüd on need üksteisele vastandlikud. See võib juhtuda, kui ühendate ühe kahest kõlarist vastupidise polaarsusega ("+" kaabel võimendist kõlarisüsteemi "-" klemmiga ja "-" kaabel võimendist kõlari "+" klemmiga süsteem). Sellisel juhul põhjustab vastassuunaline signaal rõhuerinevuse, mida saab esitada numbritena järgmiselt: vasak kõlar tekitab rõhu "1 Pa" ja parem kõlar tekitab rõhu "miinus 1 Pa". . Selle tulemusena on kogu helitugevus kuulaja asukohas võrdne nulliga. Seda nähtust nimetatakse antifaasiks. Kui vaadelda näidet mõistmiseks üksikasjalikumalt, selgub, et kaks "faasis" mängivat kõlarit loovad samad õhu kokkusurumise ja harvendamise piirkonnad, mis tegelikult üksteist aitavad. Idealiseeritud antifaasi korral kaasneb ühe kõlari tekitatud õhuruumi tihenemisala teise kõlari tekitatud õhuruumi hõrenemise alaga. See näeb välja umbes nagu lainete vastastikuse sünkroonse summutamise nähtus. Tõsi, praktikas ei lange helitugevus nulli ning kuuleme tugevalt moonutatud ja summutatud heli.

Kõige ligipääsetavamal viisil saab seda nähtust kirjeldada järgmiselt: kaks signaali, millel on samad võnked (sagedused), kuid ajaliselt nihkunud. Seda silmas pidades on neid nihkenähtusi mugavam kujutada tavaliste ümarkellade näitel. Kujutagem ette, et seinal ripub mitu ühesugust ümmargust kella. Kui nende kellade sekundiosutajad töötavad sünkroonis, 30 sekundit ühel kellal ja 30 sekundit teisel, siis on see näide signaalist, mis on faasis. Kui sekundiosutajad jooksevad nihkega, aga kiirus on ikka sama, näiteks ühel kellal 30 sekundit ja teisel 24 sekundit, siis see on klassikaline näide faasinihkest (shift). Samamoodi mõõdetakse faasi kraadides virtuaalses ringis. Sel juhul, kui signaale nihutatakse üksteise suhtes 180 kraadi (pool perioodist), saadakse klassikaline antifaas. Sageli esineb praktikas väiksemaid faasinihkeid, mida saab määrata ka kraadides ja edukalt kõrvaldada.

Lained on lamedad ja sfäärilised. Lame lainefront levib ainult ühes suunas ja seda kohtab praktikas harva. Sfääriline lainefront on lihtsat tüüpi laine, mis kiirgab ühest punktist ja levib kõigis suundades. Helilainetel on omadus difraktsioon, st. oskus vältida takistusi ja objekte. Mähise aste sõltub helilaine pikkuse ja takistuse või augu mõõtmete suhtest. Difraktsioon tekib ka siis, kui heli teel on takistus. Sel juhul on võimalikud kaks stsenaariumi: 1) Kui takistuse mõõtmed on lainepikkusest palju suuremad, siis heli peegeldub või neeldub (olenevalt materjali neeldumisastmest, takistuse paksusest jne). ) ja takistuse taha moodustub "akustilise varju" tsoon. 2) Kui takistuse mõõtmed on lainepikkusega võrreldavad või sellest isegi väiksemad, siis heli difrakteerub mingil määral igas suunas. Kui helilaine, liikudes ühes keskkonnas, tabab liidest teise kandjaga (näiteks õhukeskkond tahke keskkonnaga), siis võib tekkida kolm stsenaariumi: 1) laine peegeldub liideselt 2) laine võib minna teise keskkonda ilma suunda muutmata 3) laine võib minna teise keskkonda suunamuutusega piiril, seda nimetatakse "laine murdumiseks".

Helilaine ülerõhu suhet võnkumise mahukiirusesse nimetatakse lainetakistuseks. Lihtsate sõnadega, keskkonna lainetakistus võib nimetada võimeks helilaineid neelata või neile "vastu seista". Peegeldus- ja ülekandetegurid sõltuvad otseselt kahe kandja lainetakistuste suhtest. Lainetakistus gaasikeskkonnas on palju väiksem kui vees või tahketes ainetes. Seega, kui õhus olev helilaine langeb tahkele objektile või sügavale veepinnale, siis heli kas peegeldub pinnalt või neeldub suurel määral. See sõltub pinna paksusest (vesi või tahke aine), millele soovitud helilaine langeb. Tahke või vedela keskkonna madala paksuse korral "läbivad" helilained peaaegu täielikult ja vastupidi, suure keskkonna paksuse korral peegelduvad lained sagedamini. Helilainete peegeldumise puhul toimub see protsess hästi tuntud füüsikaseaduse järgi: "Lukumisnurk võrdub peegeldusnurgaga." Sel juhul, kui madalama tihedusega keskkonnast pärit laine tabab suurema tihedusega keskkonna piiri, ilmneb nähtus murdumine. See seisneb helilaine painutamises (murdmises) pärast takistusega "kohtumist" ja sellega kaasneb tingimata kiiruse muutus. Murdumine sõltub ka keskkonna temperatuurist, milles peegeldus toimub.

Helilainete levimise protsessis ruumis nende intensiivsus paratamatult väheneb, võib öelda lainete sumbumine ja heli nõrgenemine. Praktikas on sellist efekti üsna lihtne kohata: näiteks kui kaks inimest seisavad põllul mingil lähedasel kaugusel (meeter või lähemal) ja hakkavad üksteisele midagi rääkima. Kui suurendate hiljem inimestevahelist kaugust (kui nad hakkavad üksteisest eemalduma), muutub sama vestluse helitugevus üha vähem kuuldavaks. Sarnane näide demonstreerib selgelt helilainete intensiivsuse vähendamise nähtust. Miks see juhtub? Selle põhjuseks on helilainete erinevad soojusülekande protsessid, molekulaarne interaktsioon ja sisehõõrdumine. Kõige sagedamini toimub praktikas helienergia muundamine soojusenergiaks. Sellised protsessid tekivad vältimatult ükskõik millises kolmest helilevikandjast ja neid võib iseloomustada kui helilainete neeldumine.

Helilainete intensiivsus ja neeldumisaste sõltub paljudest teguritest, näiteks keskkonna rõhust ja temperatuurist. Samuti sõltub neeldumine heli spetsiifilisest sagedusest. Kui helilaine levib vedelikes või gaasides, tekib erinevate osakeste vahel hõõrdumise efekt, mida nimetatakse viskoossuseks. Selle molekulaarsel tasemel hõõrdumise tulemusena toimub laine muundumine helist termiliseks. Teisisõnu, mida suurem on keskkonna soojusjuhtivus, seda madalam on laine neeldumisaste. Heli neeldumine gaasilises keskkonnas sõltub ka rõhust (atmosfäärirõhk muutub merepinna kõrguse suurenedes). Mis puutub neeldumisastme sõltuvusse heli sagedusest, siis võttes arvesse ülaltoodud viskoossuse ja soojusjuhtivuse sõltuvusi, on heli neeldumine seda suurem, mida kõrgem on selle sagedus. Näiteks normaalsel temperatuuril ja rõhul õhus on 5000 Hz sagedusega laine neeldumine 3 dB / km ja sagedusega 50 000 Hz laine neeldumine juba 300 dB / m.

Tahkes keskkonnas säilivad kõik ülaltoodud sõltuvused (soojusjuhtivus ja viskoossus), kuid sellele on lisatud veel mõned tingimused. Neid seostatakse tahkete materjalide molekulaarstruktuuriga, mis võib olla erinev ja millel on oma ebahomogeensus. Sõltuvalt sellest sisemisest tahkest molekulaarstruktuurist võib helilainete neeldumine sel juhul olla erinev ja sõltub konkreetse materjali tüübist. Kui heli läbib tahket keha, läbib laine rea transformatsioone ja moonutusi, mis kõige sagedamini viib helienergia hajumise ja neeldumiseni. Molekulaarsel tasandil võib tekkida dislokatsioonide mõju, kui helilaine põhjustab aatomitasandite nihke, mis seejärel naasevad oma algsesse asendisse. Või põhjustab dislokatsioonide liikumine kokkupõrke nendega risti olevate dislokatsioonidega või kristallstruktuuri defektidega, mis põhjustab nende aeglustumist ja selle tulemusena helilaine mõningast neeldumist. Kuid helilaine võib ka nende defektidega resoneerida, mis põhjustab esialgse laine moonutamist. Helilaine energia interaktsiooni hetkel materjali molekulaarstruktuuri elementidega hajub sisemiste hõõrdeprotsesside tulemusena.

Püüan analüüsida inimese kuulmistaju iseärasusi ning mõningaid heli levimise peensusi ja iseärasusi.

Viimasel ajal on olnud palju vaidlusi tuuleturbiinide ohtude ja kasulikkuse üle keskkonna seisukohalt. Vaatleme mitmeid seisukohti, millele viitavad eelkõige tuuleenergia vastased.

Üks peamisi argumente tuuleturbiinide kasutamise vastu on müra . Tuuleturbiinid tekitavad kahte tüüpi müra: mehaanilist ja aerodünaamilist. Kaasaegsete tuuleturbiinide müra paigalduskohast 20 m kaugusel on 34 - 45 dB. Võrdluseks: öine mürafoon külas on 20 - 40 dB, auto müra kiirusel 64 km/h - 55 dB, mürafoon kontoris - 60 dB, veoauto müra kl. kiirus 48 km / h temast 100 m kaugusel - 65 dB, tungraua müra 7 m kaugusel - 95 dB. Seega ei ole tuulikud müraallikaks, mis kuidagi inimese tervist halvasti mõjutaks.
Infraheli ja vibratsioon - veel üks negatiivse mõju probleem. Tuuliku töö käigus tekivad labade otstesse keerised, mis tegelikult on infraheli allikad, mida suurem on tuuliku võimsus, seda suurem on vibratsioonijõud ja negatiivne mõju elusloodusele. Nende vibratsioonide sagedus - 6-7 Hz - langeb kokku inimese aju loomuliku rütmiga, seega on võimalikud mõned psühhotroopsed mõjud. Kuid see kõik kehtib võimsate tuuleparkide kohta (seda pole isegi nende puhul tõestatud). Väike tuuleenergia on selles aspektis palju turvalisem kui raudteetransport, autod, trammid ja muud infraheliallikad, millega me igapäevaselt kokku puutume.
Suhteliselt vibratsioonid , siis need ei ohusta enam inimesi, vaid hooned ja rajatised, selle vähendamise meetodid on hästi uuritud teema Kui labadele on valitud hea aerodünaamiline profiil, on tuulik hästi tasakaalustatud, generaator töökorras ning tehnoülevaatus tehakse õigeaegselt, siis pole probleemi üldse. Välja arvatud juhul, kui tuulik on katusel, võib vaja minna täiendavat amortisatsiooni.
Tuulikute vastased viitavad ka nn visuaalne mõju . Visuaalne mõju on subjektiivne tegur. Tuuleturbiinide esteetilise välimuse parandamiseks kasutavad paljud suured ettevõtted professionaalseid disainereid. Uute projektide põhjendamiseks kaasatakse maastikukujundajaid. Vahepeal avaliku arvamuse küsitluse läbiviimisel küsimusele "Kas tuulikud rikuvad üldist maastikku?" 94% vastajatest vastas eitavalt ning paljud rõhutasid, et esteetilisest küljest sobivad tuulikud erinevalt traditsioonilistest elektriliinidest harmooniliselt keskkonda.
Samuti on üks tuulegeneraatorite kasutamise vastuargumente kahju loomadele ja lindudele . Samas näitab statistika, et 10 000 isendi kohta hukkub tuuleturbiinide tõttu alla 1, teletornide tõttu 250, pestitsiidide tõttu 700, erinevate mehhanismide tõttu 700, elektriliinide tõttu - 800 tk, kasside tõttu. - 1000 tk, majade/akende tõttu - 5500 tk. Seega pole tuulikud meie fauna esindajate jaoks kõige suurem pahe.
Aga omakorda vähendab 1 MW tuulegeneraator aastaseid atmosfääriheiteid 1800 tonni süsihappegaasi, 9 tonni vääveloksiidi, 4 tonni lämmastikoksiidi võrra. Võimalik, et tuuleenergiale üleminek võimaldab mõjutada osoonikihi kahanemise kiirust ja vastavalt globaalse soojenemise kiirus.
Lisaks toodavad tuulikud erinevalt soojuselektrijaamadest elektrit ilma vett kasutamata, mis vähendab veeressursside kasutamist.
Tuuleturbiinid toodavad elektrit traditsioonilisi kütuseid põletamata, mis vähendab nõudlust ja kütusehindu.
Eeltoodu põhjal võib kindlalt väita, et keskkonna seisukohast ei ole tuulikud kahjulikud. Praktiline tõend selle kohta on seeneed tehnoloogiad arenevad kiiresti Euroopa Liidus, USA-s, Hiinas ja teistes maailma riikides. Kaasaegne tuuleenergia toodab täna üle 200 miljardi kWh aastas, mis on võrdne 1,3 protsendiga maailma elektritoodangust. Samal ajal ulatub mõnes riigis see näitaja 40% -ni.

Kas olete kunagi mõelnud, et heli on üks silmatorkavamaid elu, tegevuse, liikumise ilminguid? Ja ka sellest, et igal helil on oma “nägu”? Ja isegi suletud silmadega, midagi nägemata, saame heli järgi vaid aimata, mis ümberringi toimub. Me suudame eristada tuttavate hääli, kuulda kahinat, möirgamist, haukumist, mõikamist jne. Kõik need helid on meile lapsepõlvest tuttavad ja me suudame neid kergesti tuvastada. Veelgi enam, isegi absoluutses vaikuses kuuleme kõiki loetletud helisid oma sisemise kuulmisega. Kujutage ette, nagu see oleks tõeline.

Mis on heli?

Inimkõrva poolt tajutavad helid on üks olulisemaid meid ümbritseva maailma teabeallikaid. Mere- ja tuulekohin, lindude laul, inimeste hääled ja loomade karjed, äikesehääled, liikuvate kõrvade hääled muudavad muutuvate välistingimustega kohanemise lihtsamaks.

Kui näiteks kivi kukkus mägedes ja läheduses polnud kedagi, kes kuulis selle kukkumise häält, siis kas see heli oli olemas või mitte? Küsimusele saab vastata võrdselt nii positiivselt kui ka negatiivselt, kuna sõnal "heli" on kahekordne tähendus. Seetõttu tuleb leppida. Seetõttu tuleb kokku leppida, mida peetakse heliks - füüsikaliseks nähtuseks heli levimise kujul õhus esinev vibratsioon või kuulaja tunne. on sisuliselt põhjus, teine ​​on tagajärg, samas kui esimene helikontseptsioon on objektiivne, teine ​​on subjektiivne.Esimesel juhul on heli tegelikult voolav energiavoog nagu jõe oja.Selline heli võib muuta keskkonda, mida ta läbib, ja muutub ka ise "Teisel juhul mõistame heli abil aistinguid, mis tekivad kuulajas, kui helilaine mõjub läbi kuuldeaparaadi aju. Heli kuuldes võib inimene kogeda erinevaid tundeid Keeruline helide kompleks, mida nimetame muusikaks, kutsub meis esile kõige erinevamaid emotsioone Helid moodustavad kõne aluse, mis on inimühiskonnas peamise suhtlusvahendina. Lõpuks on olemas selline helivorm nagu müra. Hea analüüs subjektiivse taju seisukohast on keerulisem kui objektiivse hinnanguga.

Kuidas heli luua?

Kõigile helidele on omane see, et neid tekitavad kehad ehk heliallikad võnguvad (kuigi enamasti on need võnked silmale nähtamatud). Näiteks inimeste ja paljude loomade hääled tekivad nende häälepaelte vibratsiooni, puhkpillide heli, sireeni heli, tuule vile ja äikese tõttu. õhumasside kõikumise tõttu.

Joonlaua näitel on sõna otseses mõttes silmadega näha, kuidas heli sünnib. Millise liigutuse teeb joonlaud, kui kinnitame ühe otsa, tõmbame teise tagasi ja vabastame? Märkame, et ta näis värisevat, kõhklevat. Selle põhjal järeldame, et heli tekib mõne objekti lühikese või pika võnkumisel.

Heli allikaks ei saa olla ainult vibreerivad objektid. Kuulide või mürskude vile lennus, tuule ulumine, reaktiivmootori mürin sünnivad õhuvoolu katkestest, mille käigus toimub ka selle hõrenemine ja kokkusurumine.

Samuti saab heli võnkuvaid liigutusi märgata seadme – häälehargi abil. See on kumer metallvarras, mis on paigaldatud resonaatorikarbil olevale jalale. Kui lööd haamriga vastu häälehargi, siis kostab. Hoonihargi okste vibratsioon on märkamatu. Kuid neid saab tuvastada, kui viia niidil rippuv väike kuul helihargile. Pall põrkab perioodiliselt, mis näitab Cameroni okste kõikumist.

Heliallika ja ümbritseva õhu vastasmõju tulemusena hakkavad õhuosakesed heliallika liikumistega ajas (või "peaaegu ajas") kokku tõmbuma ja laienema. Seejärel kanduvad vibratsioonid õhu kui vedela keskkonna omaduste tõttu üle ühelt õhuosakeselt teisele.

Helilainete levimise selgituse poole

Selle tulemusel kanduvad vibratsioonid läbi õhu üle vahemaa, st heli või akustiline laine ehk lihtsalt heli levib õhus. Inimkõrva jõudev heli omakorda ergastab oma tundlikes piirkondades vibratsioone, mida me tajume kõne, muusika, müra jne kujul (olenevalt heli omadustest, mille määrab selle allika olemus ).

Helilainete levik

Kas on võimalik näha, kuidas heli "jookseb"? Läbipaistvas õhus või vees on osakeste endi võnkumised märkamatud. Kuid on lihtne leida näide, mis ütleb teile, mis juhtub heli levimisel.

Helilainete levimise vajalik tingimus on materiaalse keskkonna olemasolu.

Vaakumis helilained ei levi, kuna puuduvad vibratsiooniallikast vastasmõju edastavad osakesed.

Seetõttu valitseb Kuul atmosfääri puudumise tõttu täielik vaikus. Isegi meteoriidi kukkumine selle pinnale pole vaatlejale kuuldav.

Helilainete levimiskiiruse määrab osakeste vahelise interaktsiooni ülekandekiirus.

Heli kiirus on helilainete levimise kiirus keskkonnas. Gaasi puhul osutub heli kiirus molekulide termilise kiiruse suurusjärgus (täpsemalt mõnevõrra väiksemaks) ja seetõttu suureneb gaasi temperatuuri tõustes. Mida suurem on aine molekulide interaktsiooni potentsiaalne energia, seda suurem on heli kiirus, seega ka heli kiirus vedelikus, mis omakorda ületab heli kiirust gaasis. Näiteks merevees on heli kiirus 1513 m/s. Terases, kus põik- ja pikilained võivad levida, on nende levimiskiirus erinev. Ristlained levivad kiirusega 3300 m/s, pikisuunalised aga kiirusega 6600 m/s.

Heli kiirus mis tahes keskkonnas arvutatakse järgmise valemiga:

kus β on söötme adiabaatiline kokkusurutavus; ρ - tihedus.

Helilainete levimise seadused

Heli levimise põhiseaduste hulka kuuluvad selle peegelduse ja murdumise seadused erinevate meediumite piiridel, samuti heli difraktsioon ja hajumine takistuste ja ebahomogeensuse olemasolul keskkonnas ja meediumite vahelistel liidestel.

Heli levimiskaugust mõjutab helineeldumistegur, see tähendab helilaine energia pöördumatu ülekandumine muudesse energialiikidesse, eelkõige soojusesse. Oluline tegur on ka kiirguse suund ja heli levimise kiirus, mis sõltub keskkonnast ja selle spetsiifilisest olekust.

Akustilised lained levivad heliallikast igas suunas. Kui helilaine läbib suhteliselt väikese augu, siis see levib igas suunas, mitte ei lähe suunatud kiiresse. Näiteks tänavahelid, mis läbi avatud akna tuppa tungivad, kostuvad selle kõigis punktides, mitte ainult vastu akent.

Helilainete levimise iseloom takistusel sõltub takistuse mõõtmete ja lainepikkuse suhtest. Kui takistuse mõõtmed on lainepikkusega võrreldes väikesed, siis laine voolab ümber selle takistuse, levides igas suunas.

Ühest keskkonnast teise tungivad helilained kalduvad oma algsest suunast kõrvale, see tähendab, et nad murduvad. Murdumisnurk võib olla langemisnurgast suurem või väiksem. See sõltub meediumist, millest heli tungib. Kui heli kiirus teises keskkonnas on suurem, on murdumisnurk suurem kui langemisnurk ja vastupidi.

Teel takistusega kokku puutudes peegelduvad sellelt helilained rangelt määratletud reegli järgi - peegeldusnurk võrdub langemisnurgaga - sellega seostub kaja mõiste. Kui heli peegeldub mitmelt pinnalt erinevatel kaugustel, tekib mitu kaja.

Heli levib lahkneva sfäärilise laine kujul, mis täidab üha suurema helitugevuse. Kauguse kasvades keskkonna osakeste võnkumine nõrgeneb ja heli hajub. Teatavasti tuleb edastuskauguse suurendamiseks kontsentreerida heli etteantud suunas. Kui tahame, et meid näiteks kuuldakse, paneme käed suu juurde või kasutame huulikut.

Difraktsioonil ehk helikiirte paindumisel on suur mõju heli leviku ulatusele. Mida heterogeensem on meedium, seda rohkem on helikiir painutatud ja vastavalt sellele lühem on heli levimiskaugus.

Heli omadused ja omadused

Heli peamised füüsikalised omadused on vibratsiooni sagedus ja intensiivsus. Need mõjutavad ka inimeste kuulmisvõimet.

Võnkeperiood on aeg, mille jooksul toimub üks täielik võnkumine. Näitena võib tuua õõtsuva pendli, kui see liigub vasakpoolsest äärmisest asendist äärmisse parempoolsesse asendisse ja naaseb tagasi oma algasendisse.

Võnkesagedus on täielike võnkumiste (perioodide) arv ühes sekundis. Seda ühikut nimetatakse hertsiks (Hz). Mida kõrgem on võnkesagedus, seda kõrgemat heli kuuleme ehk helil on kõrgem toon. Vastavalt tunnustatud rahvusvahelisele mõõtühikute süsteemile nimetatakse 1000 Hz kilohertsiks (kHz) ja 1 000 000 megahertsiks (MHz).

Sagedusjaotus: kuuldavad helid - vahemikus 15Hz-20kHz, infrahelid - alla 15Hz; ultraheli – 1,5 (104–109 Hz; hüperheli – 109–1013 Hz) piires.

Inimkõrv on kõige tundlikum helide suhtes, mille sagedus on 2000–5000 kHz. Suurimat kuulmistravust täheldatakse vanuses 15-20 aastat. Kuulmine halveneb vanusega.

Lainepikkuse mõiste on seotud võnkumiste perioodi ja sagedusega. Helilaine pikkus on kaugus keskkonna kahe järjestikuse kontsentratsiooni või harulduse vahel. Veepinnal levivate lainete näitel on see kahe harja vaheline kaugus.

Helid erinevad ka tämbri poolest. Heli põhitooni saadavad sekundaarsed toonid, mis on alati kõrgema sagedusega (ületoonid). Tämber on heli kvalitatiivne omadus. Mida rohkem ülemtoone põhitoonile peale kantakse, seda "mahlasem" kõlab muusikaliselt.

Teine põhitunnus on võnkumiste amplituud. See on harmooniliste vibratsioonide suurim kõrvalekalle tasakaaluasendist. Pendli näitel - selle maksimaalne kõrvalekalle vasakpoolsesse äärmisse asendisse või äärmisse parempoolsesse asendisse. Võnkumiste amplituud määrab heli intensiivsuse (tugevuse).

Heli tugevuse ehk selle intensiivsuse määrab akustilise energia hulk, mis voolab ühes sekundis läbi ühe ruutsentimeetri suuruse ala. Järelikult sõltub akustiliste lainete intensiivsus allika poolt keskkonnas tekitatava akustilise rõhu suurusest.

Helitugevus on omakorda seotud heli intensiivsusega. Mida suurem on heli intensiivsus, seda valjem see on. Need mõisted ei ole aga samaväärsed. Helitugevus on heli tekitatud kuulmisaistingu tugevuse mõõt. Sama intensiivsusega heli võib tekitada erinevates inimestes erinevaid kuulmistunnetusi. Igal inimesel on oma kuulmislävi.

Inimene ei kuule enam väga tugevaid helisid ja tajub neid kui survet ja isegi valu. Seda heli tugevust nimetatakse valuläveks.

Heli mõju inimese kõrvale

Inimese kuulmisorganid on võimelised tajuma vibratsioone sagedusega 15-20 hertsi kuni 16-20 tuhat hertsi. Näidatud sagedustega mehaanilisi vibratsioone nimetatakse helideks või akustilisteks (akustika - heli uurimine).Inimese kõrv on kõige tundlikum helide suhtes, mille sagedus on 1000 kuni 3000 Hz. Suurimat kuulmisteravust täheldatakse vanuses 15-20 aastat. Kuulmine halveneb vanusega. Alla 40-aastasel inimesel on suurim tundlikkus 3000 Hz, 40-60-aastastel - 2000 Hz, üle 60-aastastel - 1000 Hz. Vahemikus kuni 500 Hz suudame eristada sageduse vähenemist või suurenemist isegi 1 Hz. Kõrgematel sagedustel muutub meie kuuldeaparaat selle väikese sageduse muutuse suhtes vähem vastuvõtlikuks. Seega saame pärast 2000 Hz üht heli teisest eristada ainult siis, kui sageduste erinevus on vähemalt 5 Hz. Väiksema erinevusega tunduvad helid meile samad. Siiski pole peaaegu mingeid reegleid ilma eranditeta. On inimesi, kellel on ebatavaliselt hea kuulmine. Andekas muusik suudab heli muutust tuvastada vaid murdosa vibratsioonist.

Väliskõrv koosneb auriklist ja kuulmekäigust, mis ühendavad selle kuulmekilega. Väliskõrva põhiülesanne on määrata heliallika suund. Kõrvakäik, mis on kahe sentimeetri pikkune sissepoole kitsenev toru, kaitseb kõrva sisemisi osi ja toimib resonaatorina. Kuulmekäik lõpeb kuulmekile – membraaniga, mis vibreerib helilainete toimel. Just siin, keskkõrva välispiiril, toimub objektiivse heli muutumine subjektiivseks. Kuulmekile taga on kolm väikest omavahel ühendatud luu: vasar, alasi ja jalus, mille kaudu edastatakse vibratsioon sisekõrva.

Seal, kuulmisnärvis, muundatakse need elektrilisteks signaalideks. Väike õõnsus, kus asuvad haamer, alasi ja jalus, on täidetud õhuga ja on Eustachia toru kaudu ühendatud suuõõnega. Tänu viimasele säilib sama rõhk kuulmekile sise- ja välisküljel. Tavaliselt on Eustachia toru suletud ja avaneb ainult järsu rõhumuutuse korral (haigutamisel, neelamisel), et seda võrdsustada. Kui inimesel on Eustachia toru suletud näiteks külmetuse tõttu, siis rõhk ei ühtlustu ning inimene tunneb kõrvades valu. Edasi kanduvad vibratsioonid trummikilelt ovaalsesse aknasse, mis on sisekõrva algus. Trummi membraanile mõjuv jõud võrdub rõhu ja trummikile pindala korrutisega. Kuid tõelised kuulmise saladused saavad alguse ovaalsest aknast. Helilained levivad vedelikus (perilümfis), mis täidab kochlea. See sisekõrva sisekõrva elund, mis on kujundatud kõrvuni, on kolm sentimeetrit pikk ja on kogu pikkuses vaheseinaga jagatud kaheks osaks. Helilained jõuavad vaheseinani, lähevad selle ümber ja levivad seejärel peaaegu samasse kohta, kus nad esimest korda vaheseina puudutasid, kuid teiselt poolt. Sisekõrva vahesein koosneb basaalmembraanist, mis on väga paks ja pingul. Helivõnked tekitavad selle pinnale lainelisi lainetusi, samal ajal kui erinevate sageduste ribid asuvad membraani täielikult määratletud osades. Mehaanilised vibratsioonid muudetakse elektrilisteks vibratsioonideks spetsiaalses organis (Corti organ), mis asub põhimembraani ülemise osa kohal. Tektorimembraan asub Corti elundi kohal. Mõlemad elundid on sukeldatud vedelikku – endolümfi – ja eraldatakse ülejäänud sisekõrvast Reissneri membraaniga. Elundist Corti kasvavad karvad tungivad peaaegu läbi tektoriaalse membraani ja kui heli tekib, siis nad puudutavad - heli muundatakse, nüüd kodeeritakse see elektriliste signaalide kujul. Olulist rolli meie helide tajumise võime tugevdamisel mängivad kolju nahal ja luudel nende hea juhtivuse tõttu. Näiteks kui paned oma kõrva rööpa külge, siis saab läheneva rongi liikumist tuvastada ammu enne selle ilmumist.

Heli mõju inimkehale

Viimastel aastakümnetel on järsult suurenenud eri tüüpi autode ja muude müraallikate hulk, levivad kaasaskantavad raadiod ja magnetofonid, mis sageli sisse lülitatakse suurel helitugevusel, ning kirg valju levimuusika vastu. Märgitakse, et linnades tõuseb müratase iga 5-10 aasta järel 5 dB (detsibelli) võrra. Tuleb meeles pidada, et inimese kaugete esivanemate jaoks oli müra häiresignaal, mis viitas ohu võimalusele. Samal ajal muutusid kiiresti sümpaatiline-neerupealiste ja kardiovaskulaarsüsteem, gaasivahetus ja muud tüüpi ainevahetus (veresuhkru ja kolesterooli tase tõusis), valmistades keha ette võitluseks või põgenemiseks. Kuigi tänapäeva inimeses on see kuulmise funktsioon kaotanud nii praktilise tähtsuse, on säilinud "olelusvõitluse vegetatiivsed reaktsioonid". Niisiis, isegi lühiajaline müra 60-90 dB põhjustab hüpofüüsi hormoonide sekretsiooni suurenemist, mis stimuleerivad paljude teiste hormoonide, eriti katehhoolamiinide (adrenaliin ja norepinefriin) tootmist, südame töö, veresooned suurenevad. kitseneb, vererõhk (BP) tõuseb. Samal ajal märgiti, et kõige enam täheldatakse vererõhu tõusu hüpertensiooniga patsientidel ja neil, kellel on selle pärilik eelsoodumus. Müra mõjul on ajutegevus häiritud: muutub elektroentsefalogrammi iseloom, väheneb taju teravus ja vaimne jõudlus. Toimus seedimise halvenemine. On teada, et pikaajaline kokkupuude mürarikka keskkonnaga põhjustab kuulmislangust. Olenevalt individuaalsest tundlikkusest hindavad inimesed erinevalt müra ebameeldivaks ja häirivaks. Samas saab kuulajat huvitavat muusikat ja kõnet isegi 40-80 dB juures suhteliselt lihtsalt üle kanda. Tavaliselt tajub kuulmine kõikumisi vahemikus 16-20000 Hz (võnkumisi sekundis). Oluline on rõhutada, et ebameeldivaid tagajärgi ei põhjusta mitte ainult liigne müra kuuldavas võnkevahemikus: ultra- ja infraheli inimese kuulmisega mittetajutavates vahemikes (üle 20 tuhande Hz ja alla 16 Hz) põhjustab ka närvipinget, halb enesetunne. , pearinglus, muutused siseorganite, eriti närvi- ja kardiovaskulaarsüsteemi aktiivsuses. On kindlaks tehtud, et suurte rahvusvaheliste lennujaamade läheduses asuvate piirkondade elanikel on hüpertensiooni esinemissagedus selgelt suurem kui sama linna vaiksemas piirkonnas. Liigne müra (üle 80 dB) mõjutab mitte ainult kuulmisorganeid, vaid ka teisi organeid ja süsteeme (vereringe-, seede-, närvi- jne). jne), häiritakse elutähtsaid protsesse, energiavahetus hakkab plastikust üle saama, mis viib organismi enneaegse vananemiseni.

Nende tähelepanekute-avastustega hakkasid ilmnema meetodid inimese sihipäraseks mõjutamiseks. Inimese meelt ja käitumist saate mõjutada mitmel viisil, millest üks nõuab spetsiaalset varustust (tehnotroonilised tehnikad, zombistamine.).

Heliisolatsioon

Ehitiste mürakaitse aste määratakse eelkõige selle otstarbega ruumide lubatud müra normidega. Püsimüra normaliseeritud parameetriteks arvutuspunktides on helirõhutasemed L, dB, oktaavi sagedusribades, mille geomeetrilised keskmised sagedused on 63, 125, 250, 500, 1000, 2000, 4000, 8000 Hz. Ligikaudsete arvutuste tegemiseks on lubatud kasutada helitasemeid LA, dBA. Katkendliku müra normaliseeritud parameetrid projekteerimispunktides on ekvivalentsed helitasemed LA eq, dBA ja maksimaalsed helitasemed LA max, dBA.

Lubatud helirõhutasemed (võrdväärsed helirõhutasemed) on standarditud SNiP II-12-77 "Mürakaitsega".

Tuleb meeles pidada, et ruumide välistest allikatest lähtuva müra lubatud tasemed määratakse ruumide normatiivse ventilatsiooni tagamisel (eluruumide, palatite, klasside jaoks - avatud akende, ahtritega, kitsaste aknatiibadega).

Õhumürast eraldamine on helienergia sumbumine, kui see edastatakse läbi aia.

Elamute ja ühiskondlike hoonete, samuti abihoonete ja tööstusettevõtete ruumide heliisolatsiooni standardparameetrid on piirdekonstruktsiooni õhuheliisolatsiooni indeks Rw, dB ja laealuse löögimüra taseme indeks.

Müra. Muusika. Kõne.

Kuulmisorganite poolt helide tajumise seisukohalt võib need jagada peamiselt kolme kategooriasse: müra, muusika ja kõne. Need on erinevad helinähtuste valdkonnad, millel on inimesele omane info.

Müra on suure hulga helide ebasüstemaatiline kombinatsioon, see tähendab kõigi nende helide ühendamine üheks ebakõlaks hääleks. Arvatakse, et müra on helide kategooria, mis inimest häirib või häirib.

Inimene suudab taluda vaid teatud müra. Aga kui möödub tund - teine ​​ja müra ei lõpe, siis on pinge, närvilisus ja isegi valu.

Heli võib inimese tappa. Keskajal oli isegi selline hukkamine, kui inimene pandi kella alla ja teda hakati peksma. Järk-järgult tappis kellahelin inimese. Aga see oli keskajal. Meie ajal on ilmunud ülehelikiirusega lennukid. Kui selline lennuk lendab üle linna 1000-1500 meetri kõrgusel, siis lähevad majadel aknad lõhki.

Muusika on helide maailmas eriline nähtus, kuid erinevalt kõnest ei anna see edasi täpseid semantilisi ega keelelisi tähendusi. Emotsionaalne küllastumine ja meeldivad muusikalised assotsiatsioonid saavad alguse juba varases lapsepõlves, mil lapsel on veel verbaalne suhtlus. Rütmid ja laulud ühendavad teda emaga ning laulmine ja tants on mängudes suhtlemise element. Muusika roll inimese elus on nii suur, et viimastel aastatel on meditsiin omistanud sellele raviomadusi. Muusika abil saate normaliseerida biorütme, tagada südame-veresoonkonna süsteemi optimaalse aktiivsuse taseme. Kuid tuleb vaid meeles pidada, kuidas sõdurid lahingusse lähevad. Laul on aegade algusest olnud sõdurimarsi asendamatu atribuut.

Infraheli ja ultraheli

Kas heliks on võimalik nimetada seda, mida me üldse ei kuule? Mis siis, kui me ei kuule? Kas need helid pole enam kellelegi ega millelegi kättesaadavad?

Näiteks helisid, mille sagedus on alla 16 hertsi, nimetatakse infraheliks.

Infraheli – elastsed vibratsioonid ja lained, mille sagedus jääb alla inimesele kuuldava sagedusvahemiku. Tavaliselt võetakse infrahelivahemiku ülempiiriks 15-4 Hz; selline definitsioon on tinglik, kuna piisava intensiivsusega tekib kuulmistaju ka mõne Hz sagedustel, kuigi sel juhul kaob aistingu tonaalne iseloom ja eristuvad vaid üksikud võnketsüklid. Infraheli alumine sageduspiir on ebakindel. Praegu ulatub selle uurimisvaldkond umbes 0,001 Hz-ni. Seega hõlmab infraheli sageduste ulatus umbes 15 oktaavi.

Infrahelilained levivad õhu- ja veekeskkonnas, aga ka maapõues. Infraheli alla kuuluvad ka suurte ehitiste, eelkõige sõidukite, hoonete madalsageduslikud vibratsioonid.

Ja kuigi meie kõrvad selliseid vibratsioone ei "püüa", siis kuidagi inimene tajub neid ikkagi. Sel juhul kogeme ebameeldivaid ja mõnikord ka häirivaid aistinguid.

Juba ammu on täheldatud, et mõned loomad kogevad ohutunnet palju varem kui inimesed. Nad reageerivad eelnevalt kaugele orkaanile või eelseisvale maavärinale. Teisalt on teadlased avastanud, et looduses toimuvate katastroofiliste sündmuste ajal tekib infraheli – madalsageduslikud vibratsioonid õhus. See tekitas hüpoteese, et loomad tajuvad tänu oma teravatele meeltele selliseid signaale varem kui inimesed.

Kahjuks toodavad infraheli paljud masinad ja tööstusseadmed. Kui see juhtub näiteks autos või lennukis, siis mõne aja pärast on piloodid või juhid ärevil, väsivad kiiremini ja see võib põhjustada õnnetuse.

Need teevad infrahelimasinates müra ja siis on nendega raskem töötada. Ja kõigil teie ümber on raske. Pole parem, kui see elumajas infraheli ventilatsiooniga “ümiseb”. Tundub, et see on kuuldamatu, kuid inimesed ärrituvad ja võivad isegi haigeks jääda. Infraheliraskustest vabanemine võimaldab spetsiaalse "testi", mille iga seade peab läbima. Kui see "helib" infraheli tsoonis, ei saa see inimestele juurdepääsu.

Kuidas nimetatakse väga kõrget helikõrgust? Selline kriuks, mis on meie kõrva jaoks kättesaamatu? See on ultraheli. Ultraheli – elastsed lained sagedustega ligikaudu (1,5–2) (104 Hz (15–20 kHz) kuni 109 Hz (1 GHz); sageduslainete piirkonda 109–1012–1013 Hz nimetatakse tavaliselt hüperheliks. ultraheli on mugavalt jagatud 3 vahemikku: madala sagedusega ultraheli (1,5 (104 - 105 Hz), keskmise sagedusega ultraheli (105 - 107 Hz), kõrge sagedusega ultraheli (107 - 109 Hz). Kõiki neid vahemikke iseloomustab oma spetsiifiline genereerimise, vastuvõtmise, levitamise ja rakendamise omadused.

Füüsikaliselt on ultraheli elastsed lained ja selles ei erine see helist, seetõttu on heli ja ultraheli lainete sageduspiir tingimuslik. Kõrgemate sageduste ja sellest tulenevalt lühikeste lainepikkuste tõttu on aga ultraheli levimisel mitmeid iseärasusi.

Ultraheli lühikese lainepikkuse tõttu määrab selle olemuse eelkõige keskkonna molekulaarstruktuur. Ultraheli gaasis ja eriti õhus levib suure sumbumisega. Vedelikud ja tahked ained on reeglina head ultrahelijuhid - nende sumbumine on palju väiksem.

Inimese kõrv ei ole võimeline ultrahelilaineid tajuma. Paljud loomad tajuvad seda aga vabalt. Need on muu hulgas koerad, keda me nii hästi tunneme. Kuid kahjuks ei saa koerad ultraheliga "haukuda". Kuid nahkhiirtel ja delfiinidel on hämmastav võime nii ultraheli kiirata kui ka vastu võtta.

Hüperheli on elastsed lained sagedustega 109–1012–1013 Hz. Füüsilise olemuse poolest ei erine hüperheli heli- ja ultrahelilainetest. Tänu kõrgematele sagedustele ja sellest tulenevalt ka lühematele lainepikkustele kui ultraheli valdkonnas, muutuvad hüperheli vastasmõjud keskkonnas olevate kvaasiosakestega palju olulisemaks – juhtivuselektronide, termiliste foononitega jne. Hüperheli kujutatakse sageli ka kvaasiosakeste vooluna. - fonoonid.

Hüperheli sagedusvahemik vastab detsimeetri, sentimeetri ja millimeetri vahemike elektromagnetiliste võnkumiste sagedustele (nn ülikõrged sagedused). Sagedus 109 Hz õhus normaalsel atmosfäärirõhul ja toatemperatuuril peaks olema samas suurusjärgus kui molekulide keskmine vaba tee samadel tingimustel õhus. Kuid elastsed lained saavad keskkonnas levida ainult siis, kui nende lainepikkus on märgatavalt suurem kui osakeste vaba tee gaasides või suurem kui aatomitevahelised kaugused vedelikes ja tahketes ainetes. Seetõttu ei saa hüperheli lained normaalsel atmosfäärirõhul gaasides (eriti õhus) levida. Vedelikes on hüperheli sumbumine väga suur ja levimisulatus lühike. Hüperheli levib suhteliselt hästi tahketes ainetes – üksikkristallides, eriti madalatel temperatuuridel. Kuid isegi sellistes tingimustes on hüperheli võimeline katma vaid 1, maksimaalselt 15 sentimeetrit.

Heli on kuulmisorganite poolt tajutav elastses keskkonnas – gaasides, vedelikes ja tahketes ainetes – leviv mehaaniline vibratsioon.

Spetsiaalsete instrumentide abil saab näha helilainete levikut.

Helilained võivad kahjustada inimeste tervist ja vastupidi, aidata ravida vaevusi, oleneb heli tüübist.

Selgub, et on helisid, mida inimkõrv ei taju.

Bibliograafia

Perõškin A. V., Gutnik E. M. Füüsika 9. klass

Kasjanov V. A. Füüsika 10. klass

Leonov A. A "Ma tunnen maailma" Det. entsüklopeedia. Füüsika

Peatükk 2. Akustiline müra ja selle mõju inimesele

Eesmärk: uurida akustilise müra mõju inimkehale.

Sissejuhatus

Maailm meie ümber on ilus helide maailm. Meie ümber on inimeste ja loomade hääled, muusika ja tuulekohin, linnulaul. Inimesed edastavad infot kõne kaudu ja kuulmise abil tajutakse seda. Loomade jaoks pole heli vähem oluline ja mõnes mõttes olulisem, sest nende kuulmine on rohkem arenenud.

Füüsika seisukohalt on heli mehaanilised võnked, mis levivad elastses keskkonnas: vees, õhus, tahkes kehas jne. Inimese võime helivõnke tajuda, kuulata kajastub helivõnke nimetuses. heliõpetus – akustika (kreeka keelest akustikos – kuuldav, kuuldav). Helitunne meie kuulmisorganites tekib perioodiliste õhurõhu muutustega. Helirõhumuutuse suure amplituudiga helilaineid tajub inimkõrv valjude helidena, väikese helirõhumuutuse amplituudiga – vaiksete helidena. Heli tugevus sõltub vibratsiooni amplituudist. Heli tugevus sõltub ka selle kestusest ja kuulaja individuaalsetest omadustest.

Kõrgsageduslikke helivibratsioone nimetatakse kõrgeteks helideks ja madala sagedusega helivibratsioone madalateks helideks.

Inimese kuulmisorganid on võimelised tajuma helisid sagedusega ligikaudu 20 Hz kuni 20 000 Hz. Pikisuunalisi laineid keskkonnas, mille rõhumuutuse sagedus on alla 20 Hz, nimetatakse infraheliks, sagedusega üle 20 000 Hz - ultraheliks. Inimese kõrv infraheli ja ultraheli ei taju, s.t ei kuule. Tuleb märkida, et näidatud helivahemiku piirid on meelevaldsed, kuna need sõltuvad inimeste vanusest ja nende heliaparaadi individuaalsetest omadustest. Tavaliselt väheneb vanuse kasvades tajutavate helide sageduse ülemine piir oluliselt – mõned vanemad inimesed kuulevad helisid, mille sagedus ei ületa 6000 Hz. Lapsed, vastupidi, tajuvad helisid, mille sagedus on veidi üle 20 000 Hz.

Mõned loomad kuulevad võnkumisi, mille sagedus on suurem kui 20 000 Hz või alla 20 Hz.

Füsioloogilise akustika uurimisobjektiks on kuulmisorgan ise, selle struktuur ja tegevus. Arhitektuurne akustika uurib heli levikut ruumides, suuruste ja kujundite mõju helile, seinu ja lagesid katvate materjalide omadusi. See viitab heli kuuldavale tajule.

Samuti on muusikaline akustika, mis uurib muusikariistu ja nende parima kõla tingimusi. Füüsikaline akustika tegeleb helivibratsioonide endi uurimisega ja viimasel ajal on see omaks võtnud vibratsioonid, mis jäävad kuuldavuse piiridest väljapoole (ultraakustika). See kasutab laialdaselt mitmesuguseid meetodeid mehaaniliste vibratsioonide muundamiseks elektrilisteks vibratsioonideks ja vastupidi (elektroakustika).

Ajaloo viide

Helisid hakati uurima antiikajal, kuna inimest iseloomustab huvi kõige uue vastu. Esimesed akustilised vaatlused tehti 6. sajandil eKr. Pythagoras lõi seose helikõrguse ja häält tegeva pika keele või trompeti vahel.

4. sajandil eKr sai Aristoteles esimesena õigesti aru, kuidas heli õhus levib. Ta ütles, et kõlav keha põhjustab õhu kokkusurumist ja hõrenemist, kaja seletati heli peegeldumisega takistustelt.

15. sajandil sõnastas Leonardo da Vinci põhimõtte helilainete sõltumatuse erinevatest allikatest.

1660. aastal tõestati Robert Boyle'i katsetega, et õhk on helijuht (heli ei levi vaakumis).

Aastatel 1700-1707. Joseph Saveuri memuaarid akustika kohta avaldas Pariisi Teaduste Akadeemia. Saver käsitleb neis memuaarides orelidisaineritele hästi tuntud nähtust: kui oreli kaks toru annavad korraga välja kaks heli, mille kõrgus on vaid veidi erinev, siis kõlavad perioodilised helivõimendused, mis sarnanevad trummipõrinaga. Saver selgitas seda nähtust mõlema heli vibratsioonide perioodilise kokkulangemisega. Kui näiteks üks kahest helist vastab 32 vibratsioonile sekundis ja teine ​​40 vibratsioonile, siis esimese heli neljanda vibratsiooni lõpp langeb kokku teise heli viienda vibratsiooni lõpuga ja seega heli võimendatakse. Orelipillide juurest liikus Saver edasi eksperimentaalse keelevibratsiooni uurimise juurde, vaatledes vibratsiooni sõlmpunkte ja antisõlme (need teaduses siiani eksisteerivad nimetused võttis ta kasutusele) ning pani ka tähele, et kui keel on ergastatud, siis koos põhinoot, muud noodid, mille lained on ½, 1/3, ¼,. peamisest. Ta nimetas neid noote kõrgeimateks harmoonilisteks toonideks ja see nimi oli määratud teadusesse jääma. Lõpuks püüdis Saver esimesena määrata vibratsiooni helina tajumise piiri: madalate helide puhul määras ta piiriks 25 vibratsiooni sekundis ja kõrgete puhul 12 800. Pärast seda, Newton, tuginedes nendele eksperimentidele. Saveri teosed, andis esimese arvutuse heli lainepikkuse kohta ja jõudis nüüdseks füüsikas hästi tuntud järeldusele, et mis tahes avatud toru puhul on väljastatava heli lainepikkus võrdne toru kahekordse pikkusega.

Heliallikad ja nende olemus

Kõigile helidele on omane see, et neid tekitavad kehad ehk heliallikad võnguvad. Kõigile on tuttavad helid, mis tekivad, kui trummi kohale venitatud nahk liigub, mere lained, tuules õõtsuvad oksad. Kõik need erinevad üksteisest. Iga üksiku heli "värv" sõltub rangelt liikumisest, mille tõttu see tekib. Nii et kui võnkuv liikumine on ülikiire, sisaldab heli kõrgsageduslikke vibratsioone. Aeglasem võnkuv liikumine tekitab madalama sagedusega heli. Erinevad katsed näitavad, et iga heliallikas tingimata võngub (kuigi enamasti pole need võnked silmaga märgatavad). Näiteks inimeste ja paljude loomade hääled tekivad nende häälepaelte vibratsiooni, puhkpillide heli, sireeni heli, tuule vile ja äikese tõttu. õhumasside kõikumise tõttu.

Kuid mitte iga võnkuv keha pole heliallikas. Näiteks keermele või vedrule riputatud vibreeriv raskus ei tee häält.

Võnkumiste kordumise sagedust mõõdetakse hertsides (või tsüklites sekundis); 1 Hz on sellise perioodilise võnke sagedus, periood on 1 s. Pange tähele, et just sagedus on omadus, mis võimaldab meil üht heli teisest eristada.

Uuringud on näidanud, et inimkõrv suudab helina tajuda kehade mehaanilisi vibratsioone, mis tekivad sagedusel 20 Hz kuni 20 000 Hz. Väga kiire, üle 20 000 Hz või väga aeglase, alla 20 Hz helivibratsiooniga me ei kuule. Seetõttu vajame spetsiaalseid seadmeid, et registreerida helisid, mis jäävad väljaspool inimkõrva tajutavat sageduspiiri.

Kui võnkeliikumise kiirus määrab heli sageduse, siis selle tugevus (ruumi suurus) on valjus. Kui sellist ratast pöörata suurel kiirusel, tekib kõrge sagedusega toon, aeglasem pöörlemine tekitab madalama sagedusega tooni. Veelgi enam, mida väiksemad on ratta hambad (nagu on näidatud punktiirjoonega), seda nõrgem on heli ja mida suuremad on hambad, st mida rohkem need põhjustavad plaadi kõrvalekaldumist, seda valjem on heli. Seega võime märkida veel üht heli omadust - selle valjust (intensiivsust).

Ei saa mainimata jätta sellist heli omadust nagu kvaliteet. Kvaliteet on tihedalt seotud struktuuriga, mis võib muutuda liiga keerulisest äärmiselt lihtsaks. Resonaatori poolt toetatud häälekahvli toon on väga lihtsa ülesehitusega, kuna sisaldab ainult ühte sagedust, mille väärtus sõltub ainult häälekahvli konstruktsioonist. Sel juhul võib hääletuskahvli heli olla nii tugev kui nõrk.

Saate luua keerulisi helisid, nii et näiteks paljud sagedused sisaldavad oreli akordi heli. Isegi mandoliini keele kõla on üsna keeruline. Selle põhjuseks on asjaolu, et venitatud string võngub mitte ainult põhisagedusega (nagu häälehark), vaid ka teiste sagedustega. Need genereerivad lisatoone (harmoonikuid), mille sagedused on põhitooni sagedusest terve arv kordi suuremad.

Sageduse mõistet on müra suhtes ebaseaduslik kohaldada, kuigi saame rääkida mõnest selle sageduse piirkonnast, kuna just need eristavad üht müra teisest. Müraspektrit ei saa enam esitada ühe või mitme joonega, nagu monokromaatilise signaali või paljusid harmoonilisi sisaldava perioodilise laine puhul. Seda on kujutatud terve reana

Mõnede helide, eriti muusikaliste helide sagedusstruktuur on selline, et kõik ülemtoonid on põhitooni suhtes harmoonilised; sellistel juhtudel öeldakse, et helidel on kõrgus (määratakse helikõrguse sagedusega). Enamik helisid ei ole nii meloodilised, neil puudub muusikalistele helidele iseloomulik sagedustevaheline integraalne suhe. Need helid on oma struktuurilt sarnased müraga. Seetõttu võib öeldut kokku võttes öelda, et heli iseloomustavad valjus, kvaliteet ja kõrgus.

Mis juhtub heliga pärast selle loomist? Kuidas see näiteks meie kõrva jõuab? Kuidas see levib?

Me tajume heli oma kõrvadega. Heliseva keha (heliallika) ja kõrva (helivastuvõtja) vahel on aine, mis edastab helivibratsiooni heliallikast vastuvõtjasse. Enamasti on see aine õhk. Heli ei saa õhuta ruumis levida. Kuna lained ei saa eksisteerida ilma veeta. Eksperimendid toetavad seda järeldust. Vaatleme ühte neist. Asetage kelluke õhupumba kella alla ja lülitage see sisse. Seejärel hakkavad nad pumbaga õhku välja pumpama. Kui õhk muutub harvemaks, muutub heli kuuldavaks üha nõrgemaks ja lõpuks kaob peaaegu täielikult. Kui hakkan kella all taas õhku sisse laskma, hakkab kellahelin uuesti kuulma.

Muidugi ei levi heli mitte ainult õhus, vaid ka teistes kehades. Seda saab ka katseliselt testida. Isegi selline vaikne heli nagu ühes laua otsas lebava taskukella tiksumine on selgelt kuulda, kui asetada kõrv laua teise otsa.

On hästi teada, et heli edastatakse maapinnal pikkade vahemaade tagant ja eriti raudteel. Kui asetate kõrva rööpale või maapinnale, võite kuulda kaugele ulatuva rongi häält või kappava hobuse trampimist.

Kui me, olles vee all, lööme kivi vastu kivi, kuuleme selgelt löögi häält. Seetõttu levib heli ka vees. Kalad kuulevad kaldal samme ja inimeste hääli, see on õngitsejatele hästi teada.

Katsed näitavad, et erinevad tahked kehad juhivad heli erinevalt. Elastsed kehad on head helijuhid. Enamik metalle, puitu, gaase ja vedelikke on elastsed kehad ja juhivad seetõttu hästi heli.

Pehmed ja poorsed kehad on halvad helijuhid. Kui näiteks kell on taskus, on see ümbritsetud pehme lapiga ja me ei kuule selle tiksumist.

Muide, see, et katse korgi alla pandud kellaga ei tundunud pikka aega kuigi veenev, on seotud heli levimisega tahketes kehades. Fakt on see, et katsetajad ei isoleerinud kella piisavalt hästi ja heli oli kuulda isegi siis, kui korgi all polnud õhku, kuna vibratsioonid edastati paigalduse erinevate ühenduste kaudu.

1650. aastal jõudsid Athanasius Kirch'er ja Otto Gücke kellakatse põhjal järeldusele, et heli levimiseks pole õhku vaja. Ja alles kümme aastat hiljem tõestas Robert Boyle veenvalt vastupidist. Näiteks õhus olev heli edastatakse pikisuunaliste lainete kaudu, st heliallikast tuleva õhu vahelduvate kondenseerumiste ja harulduste kaudu. Kuid kuna meid ümbritsev ruum, erinevalt kahemõõtmelisest veepinnast, on kolmemõõtmeline, levivad helilained mitte kahes, vaid kolmes suunas - lahknevate sfääride kujul.

Helilained, nagu kõik teised mehaanilised lained, ei levi ruumis koheselt, vaid teatud kiirusega. Kõige lihtsamad tähelepanekud võimaldavad seda kontrollida. Näiteks äikese ajal näeme esmalt välku ja alles mõne aja pärast kuuleme äikest, kuigi meie poolt helina tajutavad õhuvõnked tekivad samaaegselt välgusähvatusega. Fakt on see, et valguse kiirus on väga suur (300 000 km / s), seega võime eeldada, et näeme välku selle esinemise ajal. Ja äikesehelil, mis tekkis samaaegselt välguga, kulub meil üsna käegakatsutavalt aega, et läbida vahemaa selle esinemiskohast maas seisva vaatlejani. Näiteks kui kuuleme äikest rohkem kui 5 sekundit pärast välgu nägemist, võime järeldada, et äike on meist vähemalt 1,5 km kaugusel. Heli kiirus sõltub heli levimise keskkonna omadustest. Teadlased on välja töötanud erinevaid meetodeid heli kiiruse määramiseks mis tahes keskkonnas.

Heli kiirus ja selle sagedus määravad lainepikkuse. Tiigis laineid jälgides märkame, et lahknevad ringid on vahel väiksemad ja kord suuremad ehk teisisõnu võib laineharjade või laineõõnte vaheline kaugus olla erinev olenevalt objekti suurusest, mille tõttu need tekkisid. Hoides kätt piisavalt madalal veepinnast kõrgemal, tunneme iga pritsme, mis meist möödub. Mida suurem on järjestikuste lainete vaheline kaugus, seda harvemini puudutavad nende harjad meie sõrmi. Selline lihtne katse võimaldab järeldada, et lainete korral veepinnal antud laine levimiskiiruse korral vastab kõrgem sagedus väiksemale laineharjade vahelisele kaugusele ehk lühematele lainetele ja vastupidi. madalamale sagedusele, pikematele lainetele.

Sama kehtib ka helilainete kohta. Seda, et helilaine läbib teatud ruumipunkti, saab hinnata rõhumuutuse järgi antud punktis. See muutus kordab täielikult heliallika membraani võnkumist. Inimene kuuleb heli, kuna helilaine avaldab tema kõrva trummikile erinevat survet. Niipea, kui helilaine hari (või kõrgrõhuala) jõuab meie kõrva. Tunneme survet. Kui helilaine kõrgendatud rõhuga piirkonnad järgnevad üksteisele piisavalt kiiresti, siis meie kõrva trummikile vibreerib kiiresti. Kui helilaine harjad on üksteisest kaugel, vibreerib kuulmekile palju aeglasemalt.

Heli kiirus õhus on üllatavalt konstantne. Oleme juba näinud, et heli sagedus on otseselt seotud helilaine harude vahelise kaugusega, st heli sageduse ja lainepikkuse vahel on teatav seos. Seda seost saame väljendada järgmiselt: lainepikkus võrdub kiirusega, jagatud sagedusega. Võib öelda ka teisiti: lainepikkus on pöördvõrdeline sagedusega proportsionaalsusteguriga, mis on võrdne heli kiirusega.

Kuidas heli kuuldavaks muutub? Kui helilained sisenevad kuulmekäiku, põhjustavad nad trummikile, kesk- ja sisekõrva vibratsiooni. Kui õhulained on sattunud sisekõrva täitvasse vedelikku, mõjuvad need Corti organi sees olevatele karvarakkudele. Kuulmisnärv edastab need impulsid ajju, kus need muudetakse helideks.

Müra mõõtmine

Müra on ebameeldiv või soovimatu heli või helide kogum, mis häirib kasulike signaalide tajumist, rikub vaikust, avaldab kahjulikku või ärritavat mõju inimorganismile ja vähendab selle jõudlust.

Mürarikastes piirkondades tekivad paljudel inimestel mürahaiguse sümptomid: suurenenud närviline erutuvus, väsimus, kõrge vererõhk.

Mürataset mõõdetakse ühikutes,

Rõhu helide astme väljendamine, - detsibellid. Seda survet ei tajuta lõputult. Müratase 20-30 dB on inimesele praktiliselt kahjutu – see on loomulik müratase. Mis puudutab valju heli, siis siin on lubatud piir umbes 80 dB. 130 dB heli tekitab inimeses juba valuliku tunde ja 150 muutub tema jaoks väljakannatamatuks.

Akustiline müra on erineva füüsikalise iseloomuga juhuslikud helivõnked, mida iseloomustab juhuslik amplituudi, sageduse muutus.

Kondenseerumisest ja õhu harvaesinemisest koosneva helilaine levimisel muutub rõhk kuulmekile. Rõhu mõõtühik on 1 N/m2 ja helivõimsuse mõõtühik 1 W/m2.

Kuulmislävi on minimaalne helitugevus, mida inimene tajub. See on erinevatel inimestel erinev ja seetõttu peetakse seda kuulmisläve puhul tavapäraselt helirõhuks, mis on võrdne 2x10 "5 N / m2 sagedusel 1000 Hz, mis vastab võimsusele 10"12 W / m2. Nende suurustega võrreldakse mõõdetud heli.

Näiteks mootorite helivõimsus reaktiivlennuki õhkutõusmisel on 10 W/m2 ehk ületab läve 1013 korda. Nii suurte numbritega on ebamugav opereerida. Erineva tugevusega helide kohta öeldakse, et üks on teisest mitte nii mitu korda, vaid nii palju ühikuid valjem. Helitugevuse ühikut nimetatakse Bel - telefoni leiutaja A. Beli (1847-1922) järgi. Helitugevust mõõdetakse detsibellides: 1 dB = 0,1 B (Bel). Visuaalne esitus sellest, kuidas heli intensiivsus, helirõhk ja helitugevus on seotud.

Heli tajumine ei sõltu ainult selle kvantitatiivsetest omadustest (rõhk ja võimsus), vaid ka selle kvaliteedist - sagedusest.

Sama heli erinevatel sagedustel erineb valjuselt.

Mõned inimesed ei kuule kõrgsageduslikke helisid. Nii langeb vanematel inimestel heli tajumise ülempiir 6000 Hz-ni. Nad ei kuule näiteks sääse kriginat ja kriketi trillis, mis teevad helisid sagedusega umbes 20 000 Hz.

Kuulus inglise füüsik D. Tyndall kirjeldab üht oma jalutuskäiku sõbraga järgmiselt: „Mõlemal pool teed niidud kubisesid putukatest, kes täitsid õhu oma terava suminaga minu kõrvadeni, kuid sõber ei kuulnud. kõike seda – putukate muusika lendas väljapoole tema kuulmispiire” !

Müratasemed

Helitugevust – heli energiataset – mõõdetakse detsibellides. Sosin võrdub ligikaudu 15 dB-ga, häälte kahin õpilaste auditooriumis ulatub ligikaudu 50 dB-ni ja tänavamüra tihedas liikluses ligikaudu 90 dB-ni. Üle 100 dB müra võib olla inimkõrvale talumatu. Müra suurusjärgus 140 dB (näiteks reaktiivlennuki õhkutõusmise heli) võib olla kõrva jaoks valus ja kahjustada kuulmekile.

Enamiku inimeste jaoks muutub kuulmine vanusega tuhmiks. Selle põhjuseks on asjaolu, et kõrva luud kaotavad oma esialgse liikuvuse ja seetõttu ei kandu vibratsioonid üle sisekõrva. Lisaks võivad kuulmisorganite infektsioonid kahjustada kuulmekile ja mõjutada negatiivselt luude talitlust. Kui teil on kuulmisprobleeme, peate viivitamatult konsulteerima arstiga. Teatud tüüpi kurtus on põhjustatud sisekõrva või kuulmisnärvi kahjustusest. Kuulmislangust võivad põhjustada ka pidev kokkupuude müraga (näiteks tehase põrandal) või äkilised ja väga valjud helipursked. Isiklike stereopleierite kasutamisel peate olema väga ettevaatlik, kuna liigne helitugevus võib põhjustada ka kurtust.

Lubatud siseruumide müra

Müratasemega seoses tuleb märkida, et selline kontseptsioon ei ole õigusloome seisukohast lühiajaline ja ebamäärane. Niisiis kehtivad Ukrainas tänaseni NSV Liidu ajal vastu võetud sanitaarnormid lubatud müra kohta elamute ja ühiskondlike hoonete ruumides ning elamuehituse territooriumil. Selle dokumendi kohaselt peab eluruumides olema tagatud müratase, mis ei ületa päeval 40 dB ja öösel (kell 22.00-08.00) 30 dB.

Üsna sageli kannab müra olulist teavet. Auto- või motosportlane kuulab tähelepanelikult hääli, mida mootor, šassii ja muud liikuva sõiduki osad teevad, sest igasugune kõrvaline müra võib olla õnnetuse eelkuulutaja. Müral on oluline roll akustikas, optikas, arvutitehnoloogias ja meditsiinis.

Mis on müra? Selle all mõistetakse erineva füüsilise iseloomuga kaootilisi kompleksvibratsioone.

Müraprobleem on olnud juba väga pikka aega. Juba iidsetel aegadel põhjustas munakivisillutise rataste kohin paljudes unetust.

Või tekkis probleem veelgi varem, kui koopanaabrid hakkasid tülli minema, sest üks neist koputas kivinoa või -kirvest tehes liiga kõvasti?

Mürasaaste kasvab kogu aeg. Kui 1948. aastal vastas suurlinnade elanike küsitluse käigus küsimusele, kas neile valmistab muret müra korteris, jaatavalt 23% küsitletutest, siis 1961. aastal - juba 50%. Viimasel kümnendil on müratase linnades tõusnud 10-15 korda.

Müra on teatud tüüpi heli, kuigi seda nimetatakse sageli "soovimatuks heliks". Samal ajal hinnatakse ekspertide hinnangul trammi müra tasemele 85-88 dB, trollibussi - 71 dB, bussi, mille mootori võimsus on üle 220 hj. Koos. - 92 dB, vähem kui 220 hj Koos. - 80-85 dB.

Ohio osariigi ülikooli teadlased on leidnud, et inimestel, kes puutuvad regulaarselt valju müraga kokku, on 1,5 korda suurem tõenäosus haigestuda akustilisele neuroomile.

Akustiline neuroom on healoomuline kasvaja, mis põhjustab kuulmislangust. Teadlased uurisid 146 akustilise neuroomiga patsienti ja 564 tervet inimest. Neile kõigile esitati küsimusi selle kohta, kui sageli nad pidid toime tulema valjude helidega, mis ei olnud nõrgemad kui 80 detsibelli (liiklusmüra). Ankeetküsitluses võeti arvesse pillide, mootorite, muusika müra, laste karjeid, müra spordiüritustel, baarides ja restoranides. Uuringus osalejatelt küsiti ka, kas nad kasutasid kuulmiskaitset. Neil, kes kuulasid regulaarselt valju muusikat, oli akustilise neuroomi risk 2,5 korda suurem.

Neile, kes puutusid kokku tehnilise müraga - 1,8 korda. Inimestel, kes kuulavad regulaarselt lapse nuttu, on müra staadionidel, restoranides või baarides 1,4 korda suurem. Kuulmiskaitsevahendite kasutamisel ei ole akustilise neuroomi oht suurem kui inimestel, kes ei puutu üldse müraga kokku.

Akustilise müra mõju inimestele

Akustilise müra mõju inimesele on erinev:

A. Kahjulik

Müra põhjustab healoomulist kasvajat

Pikaajaline müra kahjustab kuulmisorganit, venitab kuulmekile, vähendades seeläbi helitundlikkust. See põhjustab südame, maksa aktiivsuse katkemist, kurnatust ja närvirakkude ülekoormust. Suure võimsusega helid ja mürad mõjutavad kuuldeaparaati, närvikeskusi, võivad põhjustada valu ja šokki. Nii toimib mürasaaste.

Mürad on kunstlikud, tehnogeensed. Neil on negatiivne mõju inimese närvisüsteemile. Üks hullemaid linnamüra on maanteetranspordi müra suurtel maanteedel. See ärritab närvisüsteemi, mistõttu inimest piinab ärevus, ta tunneb väsimust.

B. Soodne

Kasulikud helid hõlmavad lehestiku müra. Lainete loksumine mõjub meie psüühikale rahustavalt. Vaikne lehtede kohin, oja kohin, kerge veeprits ja surfihelin on inimesele alati meeldivad. Nad rahustavad teda, leevendavad stressi.

C. Meditsiiniline

Terapeutiline toime inimesele loodushäälte abil sai alguse kahekümnenda sajandi 80. aastate alguses astronautidega tegelenud arstidelt ja biofüüsikutelt. Psühhoterapeutilises praktikas kasutatakse looduslikke müra erinevate haiguste ravis abivahendina. Psühhoterapeudid kasutavad ka nn valget müra. See on omamoodi kahin, mis ähmaselt meenutab lainete häält ilma vett pritsimata. Arstid usuvad, et "valge müra" rahustab ja uinutab.

Müra mõju inimkehale

Kuid kas müra all kannatavad ainult kuulmisorganid?

Õpilastel soovitatakse seda teada saada, lugedes järgmisi väiteid.

1. Müra põhjustab enneaegset vananemist. Kolmekümnel juhul sajast vähendab müra suurlinnade inimeste eluiga 8-12 aasta võrra.

2. Iga kolmas naine ja iga neljas mees kannatavad suurenenud müratasemest tingitud neurooside all.

3. Selliseid haigusi nagu gastriit, mao- ja soolehaavandid avastatakse kõige sagedamini inimestel, kes elavad ja töötavad mürarikkas keskkonnas. Varietee muusikutel on maohaavand – kutsehaigus.

4. Piisavalt tugev müra 1 minuti pärast võib põhjustada muutusi aju elektrilises aktiivsuses, mis muutub sarnaseks epilepsiahaigete aju elektrilise aktiivsusega.

5. Müra surub närvisüsteemi alla, eriti korduva tegevuse korral.

6. Müra mõjul toimub pidev hingamissageduse ja -sügavuse langus. Mõnikord on südame rütmihäired, hüpertensioon.

7. Müra mõjul muutub süsivesikute, rasvade, valkude, soolade ainevahetus, mis väljendub vere biokeemilise koostise muutumises (suhkru tase veres langeb).

Liigne müra (üle 80 dB) mõjutab mitte ainult kuulmisorganeid, vaid ka teisi organeid ja süsteeme (vereringe-, seede-, närvi- jne), elutähtsad protsessid on häiritud, energiavahetus hakkab plastikust üle domineerima, mis toob kaasa kuulmisorganite enneaegse vananemise. keha .

MÜRAPROBLEEM

Suurlinnaga kaasneb alati liiklusmüra. Viimase 25-30 aasta jooksul on müra maailma suurlinnades kasvanud 12-15 dB (s.t. müra maht on suurenenud 3-4 korda). Kui lennujaam asub linnas, nagu see on Moskvas, Washingtonis, Omskis ja paljudes teistes linnades, põhjustab see helistiimulite maksimaalse lubatud taseme mitmekordse ületamise.

Ja ometi on maanteetransport linna peamiste müraallikate seas liider. Just tema tekitab linnade peatänavatel müramõõturi skaalal kuni 95 dB. Kiirtee poole jäävate suletud akendega elutubades on müratase vaid 10-15 dB madalam kui tänaval.

Autode müra oleneb paljudest põhjustest: auto mark, hooldatavus, kiirus, teekatte kvaliteet, mootori võimsus jne. Mootori müra suureneb järsult selle käivitamise ja soojenemise ajal. Kui auto liigub esimesel kiirusel (kuni 40 km/h), on mootori müra 2 korda suurem kui teisel kiirusel tekitatav müra. Kui auto pidurdab tugevalt, suureneb oluliselt ka müra.

Selgunud on inimkeha seisundi sõltuvus keskkonnamüra tasemest. Täheldati teatud mürast tingitud muutusi kesknärvi- ja kardiovaskulaarsüsteemi funktsionaalses seisundis. Südame isheemiatõbi, hüpertensioon, kõrgenenud kolesteroolitase veres esinevad sagedamini mürarikkas piirkonnas elavatel inimestel. Müra häirib tugevalt und, vähendab selle kestust ja sügavust. Uinumisperiood pikeneb tund või rohkemgi ning pärast ärkamist tunnevad inimesed väsimust ja peavalu. Kõik see muutub lõpuks krooniliseks ületöötamiseks, nõrgestab immuunsüsteemi, aitab kaasa haiguste tekkele, vähendab efektiivsust.

Nüüd arvatakse, et müra võib lühendada inimese eluiga ligi 10 aasta võrra. Samuti on psüühiliselt haigeid rohkem helistiimulite tõttu, eriti mõjutab müra naisi. Üldiselt on vaegkuuljate arv linnades suurenenud, kuid kõige levinumaks nähtuseks on saanud peavalu ja ärrituvus.

MÜRASAASTE

Suure võimsusega heli ja müra mõjutavad kuuldeaparaati, närvikeskusi ning võivad põhjustada valu ja šokki. Nii toimib mürasaaste. Vaikne lehtede kohin, oja kohin, lindude hääled, kerge veeprits ja surfikohin on inimesele alati meeldivad. Nad rahustavad teda, leevendavad stressi. Seda kasutatakse meditsiiniasutustes, psühholoogilise abi ruumides. Looduslikud loodusmürad muutuvad üha haruldasemaks, kaovad täielikult või upuvad tööstus-, transpordi- ja muude müradega.

Pikaajaline müra kahjustab kuulmisorganit, vähendades helitundlikkust. See põhjustab südame, maksa aktiivsuse katkemist, kurnatust ja närvirakkude ülekoormust. Närvisüsteemi nõrgestatud rakud ei suuda erinevate kehasüsteemide tööd piisavalt koordineerida. Selle tulemusena häiritakse nende tegevust.

Teame juba, et 150 dB müra on inimestele kahjulik. Mitte asjata ei toimunud keskajal hukkamist kella all. Kellahelina sumin piinas ja aeglaselt tappis.

Iga inimene tajub müra erinevalt. Palju sõltub vanusest, temperamendist, tervislikust seisundist, keskkonnatingimustest. Müral on kuhjuv toime, see tähendab, et kehas akumuleeruvad akustilised stiimulid suruvad üha enam närvisüsteemi alla. Müral on eriti kahjulik mõju organismi neuropsüühilisele aktiivsusele.

Mürad põhjustavad südame-veresoonkonna süsteemi funktsionaalseid häireid; avaldab kahjulikku mõju visuaalsetele ja vestibulaarsetele analüsaatoritele; vähendada refleksi aktiivsust, mis põhjustab sageli õnnetusi ja vigastusi.

Müra on salakaval, selle kahjulik mõju organismile tekib nähtamatult, märkamatult ning rikkeid organismis ei tuvastata kohe. Lisaks on inimkeha müra vastu praktiliselt kaitsetu.

Üha enam räägivad arstid mürahaigusest, esmasest kuulmise ja närvisüsteemi kahjustusest. Mürasaaste allikaks võib olla tööstusettevõte või transport. Eriti rasked kallurautod ja trammid tekitavad palju müra. Müra mõjutab inimese närvisüsteemi ja seetõttu rakendatakse linnades ja ettevõtetes mürakaitsemeetmeid. Raudtee- ja trammiliinid ning maanteed, mida mööda kaubavedu liigub, tuleks viia linnade keskosadest hajaasustusega piirkondadesse ning nende ümber luua hästi müra neelavaid rohealasid. Lennukid ei tohiks lennata üle linnade.

HELIPILDUS

Heliisolatsioon aitab oluliselt vältida müra kahjulikke mõjusid.

Müra vähendamine saavutatakse ehitus- ja akustiliste meetmete abil. Välispiirdekonstruktsioonides on akendel ja rõduustel oluliselt väiksem heliisolatsioon kui seinal endal.

Ehitiste mürakaitse aste määratakse eelkõige selle otstarbega ruumide lubatud müra normidega.

VÕITLUS AKUSTILISE MÜRAGA

MNIIP Akustikalabor arendab projekti dokumentatsiooni osana rubriike "Akustiline ökoloogia". Teostamisel on ruumide heliisolatsiooni, mürakontrolli, helivõimendussüsteemide arvutuste, akustiliste mõõtmiste projektid. Kuigi tavaruumides otsitakse üha enam akustilist mugavust – head mürakaitset, arusaadavat kõnet ja nn. akustilised fantoomid - negatiivsed helipildid, mille moodustavad mõned. Konstruktsioonides, mis on mõeldud täiendavaks võitluseks detsibellidega, vahelduvad vähemalt kaks kihti - "kõva" (kipsplaat, kipskiud). Samuti peaks akustiline disain hõivama selle tagasihoidliku niši sees. Akustilise müra vastu võitlemiseks kasutatakse sagedusfiltreerimist.

LINN JA ROHERUUMID

Kui kaitsete oma kodu müra eest puudega, siis on kasulik teada, et lehestik ei neela helisid. Vastu tüve tabades helilained murduvad, suundudes alla pinnasesse, mis neeldub. Kuuske peetakse parimaks vaikuse valvuriks. Ka kõige tihedama liiklusega maanteel saad rahus elada, kui kaitsed oma kodu roheliste puude kõrval. Ja sinna lähedusse oleks tore istutada kastaneid. Üks täiskasvanud kastan puhastab kuni 10 m kõrguse, kuni 20 m laiuse ja kuni 100 m pikkuse ruumi autode heitgaasidest. Samal ajal, erinevalt paljudest teistest puudest, lagundab kastan mürgiseid gaase, ilma et see peaaegu kahjustaks. tervis”.

Linnatänavate haljastuse istutamise tähtsus on suur - tihedad põõsastiku- ja metsavööde istutused kaitsevad müra eest, vähendades seda 10-12 dB (detsibelli) võrra, vähendavad kahjulike osakeste kontsentratsiooni õhus 100-lt 25-le, vähendavad tuult. kiirust 10–2 m/s, vähendada masinatest väljuvate gaaside kontsentratsiooni kuni 15% õhumahuühiku kohta, muuta õhk niiskemaks, alandada selle temperatuuri, st muuta see hingavamaks.

Rohealad neelavad ka helisid, mida kõrgemad on puud ja mida tihedam on nende istutamine, seda vähem heli kostab.

Rohealad koos muruplatsidega, lillepeenrad mõjuvad soodsalt inimese psüühikale, rahustavad nägemist, närvisüsteemi, on inspiratsiooniallikaks, tõstavad inimeste töövõimet. Looduse kasulikul mõjul sündisid suurimad kunsti- ja kirjandusteosed, teadlaste avastused. Nii loodi Beethoveni, Tšaikovski, Straussi ja teiste heliloojate suurim muusikalooming, tähelepanuväärsete vene maastikumaalijate Šiškini, Levitani maalid, vene ja nõukogude kirjanike teosed. Pole juhus, et Siberi teaduskeskus rajati Priobski männimetsa roheliste istanduste hulka. Siin, linnamüra varjus, rohelusest ümbritsetuna teevad meie Siberi teadlased edukalt oma uurimistööd.

Roheliste istutamine sellistes linnades nagu Moskva ja Kiiev on kõrge; viimases on näiteks elaniku kohta 200 korda rohkem istutusi kui Tokyos. Jaapani pealinnas hävitati 50 aasta jooksul (1920-1970) umbes pooled "kõigist rohealadest, mis paiknesid" kümne kilomeetri raadiuses keskusest. Ameerika Ühendriikides on viimase viie aasta jooksul kadunud ligi 10 000 hektarit keskseid linnaparke.

← Müra mõjutab negatiivselt inimeste tervist, halvendab ennekõike kuulmist, närvi- ja kardiovaskulaarsüsteemi seisundit.

← Müra saab mõõta spetsiaalsete seadmete – mürataseme mõõtjate abil.

← Müra kahjulike mõjude vastu on vaja võidelda nii mürataseme kontrollimise kui ka mürataseme vähendamise erimeetmete abil.

Mõte laulvast veest tekkis keskaegsetel jaapanlastel sadu aastaid tagasi ja saavutas haripunkti 19. sajandi keskpaigaks. Sellist installatsiooni nimetatakse "shuikinkutsuks", mis tõlkes tõlkes on "vesiharf":

Nagu video vihjab, on shuikinkutsu suur tühi anum, mis tavaliselt asetatakse maasse betoonalusele. Anuma ülaosas on auk, mille kaudu vesi tilgub sisemusse. Betoonalusesse torgatakse drenaažitoru liigse vee ärajuhtimiseks ja alus ise tehakse kergelt nõgusaks, et selle peal oleks alati madal loik. Tilkade heli põrkab tagasi anuma seintelt, tekitades loomuliku järelkaja (vt joonist allpool).

Shuikinkutsu lõikes: betoonalusel õõnes anum pealt nõgus, drenaažitoru liigse vee ärajuhtimiseks, põhjas ja ümber kivide (kruusa) täite.

Shuikinkutsu on traditsiooniliselt olnud Jaapani maastikukujunduse element, Zen kiviktaimla. Vanasti korraldati neid teetseremooniaks ojade kallastele budistlike templite ja majade lähedal. Usuti, et pärast teetseremoonia eel käte pesemist ja maa-aluste maagiliste helide kuulmist häälestub inimene ülevale meeleolule. Jaapanlased on siiani seisukohal, et kõige parem, kõige puhtama kõlaga shuikinkutsu tuleks teha kindlast kivist, kuigi tänapäeval seda nõuet ei täideta.
20. sajandi keskpaigaks oli shuikinkutsu seadmise kunst peaaegu kadunud - paar shuikinkutsut jäid kogu Jaapanisse, kuid viimastel aastatel on huvi nende vastu erakordselt kasvanud. Tänapäeval on need valmistatud soodsamatest materjalidest - enamasti sobiva suurusega keraamilistest või metallanumatest. Suikinkutsu heli omapära seisneb selles, et lisaks dropi põhitoonile tekivad konteineri sees seinte resonantsi tõttu lisasagedused (harmoonikud) nii põhitooni kohal kui ka all.
Meie kohalikes oludes saab shuikinkutsut luua erineval viisil: mitte ainult keraamilisest või metallist anumast, vaid ka näiteks punasest tellisest mööda otse maasse laotuna. eskimo iglude valmistamise meetod või valatud betoonist t kellade loomise tehnoloogiad- need helivalikud on kõige lähedasemad kivist shuikinkutsule.
Eelarveversioonis saate hakkama suure läbimõõduga (630 mm, 720 mm) terastoru tükiga, mis on ülemisest otsast kaetud kaanega (paks metallleht), millel on vee äravoolu auk. Ma ei soovitaks kasutada plastmahuteid: plast neelab mõningaid helisagedusi ja shuikinkutsus tuleb saavutada nende maksimaalne peegeldus seintelt.
Vältimatud tingimused:
1. kogu süsteem peab olema täielikult maa all peidetud;
2. Külgmiste siinuste alus ja täidis peavad olema kivist (killustik, kruus, veeris) – siinuste pinnasega täitmine muudab paagi resonantsomadused olematuks.
Loogiline on eeldada, et aluse kõrgusel või õigemini selle sügavusel on paigaldamisel määrav tähtsus: mida rohkem veetilk lennul kiireneb, seda valjem on selle mõju põhjale, seda huvitavam heli on täielikum. Kuid te ei tohiks jõuda fanatismini ja ehitada raketisilo - paagi (metalltoru tükk) kõrgus on 1,5–2,5 selle läbimõõdust. Pange tähele, et mida laiem on konteineri helitugevus, seda madalam on shuikinkutsu põhitooni heli.
Füüsik Yoshio Watanabe on uurinud shuikinkutsu järelkaja iseärasusi laboris, tema uurimus “Suikinkutsu akustilise mehhanismi analüütiline uuring” on internetis vabalt kättesaadav. Kõige hoolsamatele lugejatele pakub Watanabe traditsioonilise shuikinkutsu suurusi, mis on tema hinnangul optimaalsed: 2 cm paksuse kellukese või pirnikujulise seinaga keraamiline anum, vaba kukkumiskõrgus 30–40 cm, maksimaalne siseläbimõõt on umbes 35 cm. Kuid teadlane tunnistab täielikult kõiki suvalisi suurusi ja vorme.
Saate katsetada ja saada huvitavaid efekte, kui teete shuikinkutsu nagu toru torus: sisestage suurema läbimõõduga (näiteks 820 mm) terastoru sisse väiksema läbimõõduga (630 mm) ja veidi madalama kõrgusega toru , ja lõigake sisetoru seintesse erinevatel kõrgustel ca 10-15 cm läbimõõduga mitu auku.Siis tekitab torude tühi vahe lisakõla ja hea õnne korral kaja.
Kergekaaluline variant: sisestage betoonalusesse valamise ajal paar paksu metallplaati, mille laius on 10-15 sentimeetrit ja üle poole mahuti sisemahust vertikaalselt ja veidi nurga all - see suurendab sisemise pindala. shuikinkutsu pinnale tekivad täiendavad helipeegeldused ja vastavalt pikeneb veidi ka järelkaja aeg.
Shuikinkutsut saab kaasajastada veelgi radikaalsemalt: kui anuma alumisse ossa riputada piki vee langemise telge kellad või hoolikalt valitud metallplaadid, siis saab tilkade mõjust neile harmoonilise heli. Kuid pidage meeles, et sel juhul on shuikinkutsu idee, milleks on vee loomuliku muusika kuulamine, moonutatud.
Nüüd tehakse Jaapanis shuikinkutsut mitte ainult Zeni parkides ja eramõisates, vaid isegi linnades, kontorites ja restoranides. Selleks paigaldatakse suikinkutsu lähedusse miniatuurne purskkaev, mõnikord asetatakse anuma sisse üks-kaks mikrofoni, seejärel nende signaal võimendatakse ja suunatakse lähedal asuvatesse kõlaritesse. Tulemus kõlab umbes nii:

Hea eeskuju, mida järgida.

Shuikikutsu entusiastid on välja andnud CD-plaadi, millel on salvestused erinevatest shuikikutsudest, mis on tehtud Jaapani eri paigus.
Shuikinkutsu idee leidis oma arengu teisel pool Vaikst ookeani:

Selle Ameerika "laineorgani" keskmes on tavalised suure pikkusega plasttorud. Paigaldatud ühe servaga täpselt lainete tasemele resoneerivad torud vee liikumisest ja töötavad oma painde tõttu ka helifiltrina. Shuikinkutsu traditsiooni kohaselt on kogu struktuur silma eest varjatud. Installatsioon on juba turismijuhistes.
Järgmine Briti seade on samuti plasttorudest, kuid pole mõeldud heli tekitamiseks, vaid olemasoleva signaali muutmiseks.
Seadet nimetatakse "Organ Kortiks" ja see koosneb mitmest reast õõnsatest plasttorudest, mis on vertikaalselt kinnitatud kahe plaadi vahele. Torude read töötavad nagu loomulik helifilter, sarnaselt süntesaatorites ja kitarri "vidinates" leiduvatele: osad sagedused neelavad plastikust, teised peegelduvad ja resoneerivad korduvalt. Selle tulemusena muudetakse ümbritsevast ruumist tulev heli juhuslikult:

Huvitav oleks panna selline seade kitarrivõimendi või suvalise kõlarisüsteemi ette ja kuulata, kuidas heli muutub. Tõesti, "...kõik ümberringi on muusika. Või võib sellest saada mikrofonide abil ”(Ameerika helilooja John Cage). ...Mõtlen sel suvel oma kodumaale shuikinkutsu loomist. Lingamiga.