Волновые свойства звука

Мы живём в мире звуков, звуков слышимых и неслышимых; звуков музыкальных и сумбурных; звуков чужих и знакомых; звуков удручающих и приятных; звуков, что разрушают, и тех, что врачуют.

Звук, будь он музыкальный, голосовой или любой другой, является эффективным средством воздействия на человека.

Я давно увлекаюсь музыкой, пытаюсь сам писать мелодии, поэтому вопросы физической природы звука, механизм воздействия звука на человека и окружающую среду мне очень интересны

Что такое звук?

Звук, в широком смысле — колебательное движение частиц упругой среды, распространяющееся в виде волн в газообразной, жидкой или твёрдой средах; в узком смысле — явление, субъективно воспринимаемое специальным органом чувств человека и животных

Волна - это распространение колебаний в пространстве с течением времени.

Волновые свойства звука.

Как и любая волна, звук характеризуется амплитудой, частотой, длиной и скоростью. Скорость звука можно найти по формуле : V= λ*ν, где λ-длина волны, а ν-частота.

Частота.

Частоту колебаний в секунду обычно принято обозначать в таких единицах, как герц, или сокращенно - Гц. К примеру, если частота воздушной волны составляет 200 Гц, то это означает, что колебания плотности воздуха происходят 200 раз в секунду. Но в герцах обозначают не только частот колебаний воздушной волны, но и частоту любых других по природе колебаний. Так, бытовая электрическая сеть в наших квартирах имеет частоту 50 Гц. Это означает, что поток электронов 50 раз в секунду меняет свое направление на противоположное.

По частоте колебаний звуковой волны, звуки делятся на ультразвуки и инфразвуки.

Инфразвук – упругие волны с частотой менее 16 Гц содержатся в шуме атмосферы, леса и моря; их источник — турбулентность атмосферы и ветер (например, так называемый "голос моря" — инфразвуковые колебания, образующиеся от завихрений ветра на гребнях морских волн). Источником инфразвуковых колебаний являются грозовые разряды (гром), а также взрывы и орудийные выстрелы.

Для инфразвука характерно малое поглощение в различных средах вследствие чего инфразвуковые волны в воздухе, воде и в земной коре могут распространяться на очень далёкие расстояния. Это явление находит практическое применение при определении места сильных взрывов или положения стреляющего орудия. Распространение инфразвука на большие расстояния в море даёт возможность предсказания стихийного бедствия — цунами. Звуки взрывов, содержащие большое количество инфразвуковых частот, применяются для исследования верхних слоев атмосферы, свойств водной среды.

Ультразвук, упругие колебания и волны с частотами приблизительно от 1,5х104— 2 ×104 Гц (15—20 кГц) и до 109 Гц (1 Ггц), область частот ультразвука от 109 до 1012-13 Гц принято называть гиперзвуком. Область частот ультразвука можно подразделить на три подобласти:

• ультразвук низких частот (1,5×104—105 Гц) — УНЧ

• ультразвук средних частот (105 — 107 Гц) — УСЧ

• область высоких частот ультразвука (107—109 Гц) — УЗВЧ

Каждая из этих подобластей характеризуется своими специфическими особенностями генерации, приёма, распространения и применения.

Длина волны.

Длина́ волны́ — расстояние между двумя ближайшими друг к другу точками, колеблющимися в одинаковых фазах. Длина волны соответствует пространственному периоду волны, то есть расстоянию, которое точка с постоянной фазой проходит за время, равное периоду колебаний T, поэтому

Длина волны λ может быть измерена между любыми двумя точками волны с одинаковой фазой, максимумами, минимумами или узлами волны.

Звук – это продольная волна.

Продольные волны (волны сжатия, P-волны) — частицы среды колеблются параллельно (по) направлению распространения волны.

Звуковое давление.

Звуковые волны могут служить примером колебательного процесса. Всякое колебание связано с нарушением равновесного состояния системы и выражается в отклонении её характеристик от равновесных значений с последующим возвращением к исходному значению. Для звуковых колебаний такой характеристикой является давление в точке среды, а её отклонение — звуковым давлением.

Если произвести резкое смещение частиц упругой среды в одном месте, например, с помощью поршня, то в этом месте увеличится давление. Благодаря упругим связям частиц давление передаётся на соседние частицы, которые, в свою очередь, воздействуют на следующие, и область повышенного давления как бы перемещается в упругой среде. За областью повышенного давления следует область пониженного давления, и, таким образом, образуется ряд чередующихся областей сжатия и разряжения, распространяющихся в среде в виде волны. Каждая частица упругой среды в этом случае будет совершать колебательные движения.

Скорость звука.

Распространение звуковых волн характеризуется в первую очередь скоростью звука. В газообразных и жидких средах распространяются продольные волны (направление колебательного движения частиц совпадает с направлением распространения волны), скорость которых определяется сжимаемостью среды и её плотностью. Скорость звука в сухом воздухе при температуре 0ºС составляет 330 м/сек, в пресной воде при 17ºС - 1430 м/сек. В твёрдых телах, кроме продольных, могут распространяться поперечные волны, с направлением колебаний, перпендикулярным распространению волны, а также поверхностные волны (Рэлея волны). Для большинства металлов скорость продольных волн лежит в пределах от 4000 м/сек до 7000 м/сек, а поперечных - от 2000 м/сек до 3500 м/сек.

Как правило, в газах скорость звука меньше, чем в жидкостях, а в жидкостях скорость звука меньше, чем в твёрдых телах, что связано в основном с убыванием сжимаемости веществ в этих фазовых состояниях соответственно. При распространении звуковых волн имеют место обычные для всех типов волн явления интерференции и дифракции. В случае, когда размер препятствий и неоднородностей в среде велик по сравнению с длиной волны, распространение звука подчиняется обычным законам отражения и преломления волн и может рассматриваться с позиций геометрической акустики.

Интерференция

Взаимное усиление или ослабление амплитуды двух или нескольких когерентных волн, одновременно распространяющихся в пространстве.

Сопровождается чередованием максимумов и минимумов интенсивности в пространстве. Результат интерференции (интерференционная картина) зависит от разности фаз накладывающихся волн.

Дифракция

Явление, которое можно рассматривать как отклонение от законов геометрической оптики при распространении волн.

Первоначально понятие дифракции относилось только к огибанию волнами препятствий, но в современном, более широком толковании, с дифракцией связывают весьма широкий круг явлений, возникающих при распространении волн в неоднородных средах, а также при распространении ограниченных в пространстве волн.

Основными характеристиками звука служат: громкость, высота звука и тембр.

Громкость звука.

Громкость звука — субъективное восприятие силы звука (абсолютная величина слухового ощущения). Громкость главным образом зависит от звукового давления, амплитуды и частоты звуковых колебаний. Также на громкость звука влияют его частота, спектральный состав, локализация в пространстве, тембр, длительность воздействия звуковых колебаний и другие факторы

Уровень громкости звука — относительная величина. Она выражается в фонах и численно равна уровню звукового давления (в децибелах — дБ), создаваемого синусоидальным тоном частотой 1 кГц такой же громкости, как и измеряемый звук (равногромким данному звуку).

Источник звука Уровень Дб

Порог слышимости 0

Шепот 20

Разговорная речь (1 м) 60

Пение 80

Кузнечный цех 100

Большой симфонический оркестр 110

Болевой порог 120

Таблица зависимости уровня громкости звука от источника звука.

Порог слышимости.

Тембр (франц. timbre), качество звука (его "окраска", "характер"), которое позволяет различать звуки одной и той же высоты, исполняемые на различных инструментах или различными голосами. Тембр связан со сложным характером звуковых колебаний и зависит от того, какие обертоны, (частичные тоны) сопутствуют основному тону и в каких областях звукового спектра они особенно сильны. Всё это определяется материалом и формой звучащего тела, участвующими в образовании звука резонаторами, способом извлечения звука. Большое влияние на тембровую окраску звука оказывает также момент его возбуждения и угасания. В речи, благодаря тембру, различаются гласные и другие сонорные звуки; основную роль при этом играют первая и вторая форманты. Характеризуясь именно Т. , каждый звук речи может быть любой высоты и интенсивности. В то же время соотношение частоты основного тона с формантами и гармоническими обертонами определяет индивидуальные особенности речи говорящего; ведущая роль принадлежит здесь третьей и более высоким формантам. В речевой интонации благодаря тембр. различают всевозможные оттенки эмоций: радость, неудовольствие, угрозу и т. п.

. Высота звука — субъективное качество слухового ощущения, наряду с громкостью и тембром, позволяющее располагать все звуки по шкале от низких к высоким. Звук, обладающий определённой высотой, в музыке часто называется тоном. Для чистого тона высота зависит главным образом от частоты (с ростом частоты высота звука повышается), но при субъективном восприятии также и от его интенсивности — при возрастании интенсивности высота звука кажется ниже. Высота звука со сложным спектральным составом зависит от распределения энергии по шкале частот. Теоретическими единицами измерения относительной высоты звука в музыке являются тон, полутон, цент. Также высоту звука измеряют в мелах — шкале высот, разность между которыми слушатель воспринимает как равную. Тону с частотой 1 кГц и звуковым давлением 2×10−3 Па приписывают высоту 1000 мел; в диапазоне 20 Гц — 9000 Гц укладывается около 3000 мел. Измерение высоты произвольного звука основано на способности человека устанавливать равенство высот двух звуков или их отношение (во сколько раз один звук выше или ниже другого).

Тоны - звуки, которые представляют собой колебания с постоянной или закономерно изменяющейся по времени частотой (периодические колебания). Звуковые колебания, не подчиняющиеся гармоническому закону, воспринимаются человеком как сложный звук, обладающий тембром.

Звуковые колебания, происходящие по гармоническому закону, воспринимаются человеком как определенный музыкальный тон. Колебания высокой частоты воспринимаются как звуки высокого тона, звуки низкой частоты - как звуки низкого тона.

Шум – звук, в котором присутствуют колебания всевозможной частоты. В быту - звуки, мешающие восприятию речи, музыки, отдыху, работе.

Влияние звука на окружающую среду и организмы.

Как и любое физическое явление, звук оказывает влияние на среду, в которой он распространяется. Звук для живого организма — это прежде всего сигнал о происходящих вокруг него событиях. В основе действия звука на организм лежит поглощение им энергии звуковой волны. Таким образом, под энергетическим действием звука понимается процесс, при котором при поглощении энергии звуковой волны в организме за счет этой энергии происходят изменения. Таково, например, действие мощного потока ультразвуковых волн на клетку: под влиянием поглощенной энергии клетка как бы взрывается и разваливается на части. Если же поглощенная звуковая энергия очень мала по сравнению с энергией и характером ответного действия живого объекта -это информационное действие звука. Например, шорох от пробегающей мыши, достигнув уха кошки, вызовет с ее стороны целый ряд ответных реакций: она настораживается, потягивается, подкрадывается и т. д. Все эти действия совершаются, конечно, не за счет ничтожной в данном случае энергии звука.

Влияние на вещество и химические элементы.

Трубка Рубенса.

Одним из популярных экспериментов ,доказывающих влияние звука на среду – физический опыт «трубка Рубенса», демонстрирующий эффект стоячей волны. Он демонстрирует связь между звуковыми волнами и давлением воздуха (или газа). Стоя́чая волна́ — колебания в распределённых колебательных системах с характерным расположением чередующихся максимумов (пучностей) и минимумов (узлов) амплитуды. Практически такая волна возникает при отражениях от преград и неоднородностей в результате наложения отражённой волны на падающую. При этом крайне важное значение имеет частота, фаза и коэффициент затухания волны в месте отражения.

Устройство.

Отрезок трубы, перфорированный по всей длине и запечатанный с концов. Один конец подключается к маленькому динамику, а второй к источнику горючего газа (пропановому баллону). Труба заполнена горючим газом, и просачивающийся через отверстия газ горит. Если используется постоянная частота, то в пределах трубы может сформироваться стоячая волна. Когда динамик включен, в трубе формируются области повышенного и пониженного давления. Там, где благодаря звуковым волнам находится область повышенного давления, через отверстия просачивается больше газа и высота пламени больше. Благодаря этому можно измерить длину волны, просто измеряя рулеткой расстояние между пиками.

Фигуры Хладни.

В 18 веке немецким физиком Эрнстом Хладни было положено начало такой науке , как киматика. Киматика (с греч. κῦμα "волна") - это наука, изучающая видимый звук и вибрацию, являющаяся подразделом модальных явлений. Обычно производится вибрация поверхности пластинки, диафрагмы, или мембраны, и области максимального и минимального смещений видимо проявляются на тонком шаре частиц, мастики, или жидкости.

Ярким и занимательным примером явлений, изучаемых киматикой, являются фигуры Хладни, фигуры, образуемые скоплением мелких частиц (например, песка) вблизи узловых линий на поверхности упругой колеблющейся пластинки.

Примеры фигур Хладни.

Влияние звука на животных.

В жизни животных информационное действие звука играет огромную роль. Звук — это сигнал и об опасности, и о состоянии организма, и о характере его деятельности, и о направлении поиска, сигнал угрозы, призыв о помощи и т. д. Ультразвуковой диапазон успешно используют летучие мыши и дельфины как средство локации. Непрерывно посылая в пространство ультразвуковые волны и ловя их отражение, они устанавливают положение своего тела в пространстве относительно окружающих предметов и находят пищу. Узнавая сигналы животных, человек иногда использует их в своих целях. Например, с помощью магнитофона, на ленте которого записан сигнал грачей «Опасность!», удается очистить от них территорию вблизи аэродромов, где скопление этих птиц создает угрозу для взлетающих и садящихся самолетов. Если их засосет в сопла реактивных двигателей, произойдет авария.

Эхолокация.

способ, при помощи которого положение объекта определяется по времени задержки возвращений отражённой волны.

Животные используют эхолокацию для ориентации в пространстве и для определения местоположения объектов вокруг, в основном при помощи высокочастотных звуковых сигналов. Наиболее развита у летучих мышей и дельфинов, также её используют землеройки, ряд видов ластоногих (тюлени), птиц (гуахаро, саланганы и др. ).

Происхождение эхолокации у животных остаётся неясным; вероятно, она возникла как замена зрению у тех, кто обитает в темноте пещер или глубин океана. Вместо световой волны для локации стала использоваться звуковая.

Данный способ ориентации в пространстве позволяет животным обнаруживать объекты, распознавать их и даже охотиться в условиях полного отсутствия света, в пещерах и на значительной глубине.

Дельфины.

У дельфинов чрезвычайно хорошо развит голосовой и слуховой аппарат, что позволяет им издавать и воспринимать звуки в широком диапазоне частот - от нескольких сотен до нескольких десятков тысяч герц. Именно поэтому так разнообразны звуки, издаваемые ими: напоминают они то визг и свист, то лай и щелканье, а иногда и скрип. С музыкальной точки зрения голос дельфина перекрывает все диапазоны баритона, тенора, сопрано и даже летучей мыши, доходя до 160-180 килогерц, то есть до фа десятой октавы. В общей сложности голос дельфина охватывает 12 октав - никем из живых существ не превзойденный рубеж.

Исследования последних лет показали, что дельфинов с полным основанием можно отнести к очень «болтливым» животным. Установлено также, что дельфиний язык отличается от языка других животных. Причем настолько, что даже ученые, скептически относящиеся к утверждениям о «высоком интеллекте» дельфинов, об их способности разговаривать между собой «почти по-человечески» и т. д. , признают сложность их языка, а стало быть, и его большую коммуникационную роль в жизни дельфинов. Но это, как говорится, одна сторона «дельфиньей проблемы». Другая ее сторона в том, что дельфины имеют современнейший эхолокационный аппарат, который, кстати сказать, изучен лучше, чем система их звукового общения.

Дельфин безошибочно подплывает к дробинке, брошенной в воду на расстоянии 15-20 метров от животного, предварительно «ощупав» ее ультразвуковым пучком. Ставились и такие опыты: дельфину надежно закрывали глаза и сажали в построенный в воде лабиринт. Животное выходило из него, не коснувшись препятствий ни одним участком тела. Дельфин никогда не ударится в стеклянную перегородку, поставленную на его пути. Как правило, он легко отыскивает в сетях «щели», через которые и проходит.

Медузы и инфразвуки.

На краю купола медузы расположены примитивные глаза, статоцисты и слуховые колбочки. Размеры их сравнимы с размерами булавочной головки. С их помощью медузы воспринимают инфразвуки с частотой 8—13 Гц.

Перед штормом усиливающийся ветер срывает гребни волн и захлёстывает их. Каждое такое захлопывание воды на гребне волны порождает акустический удар, создаются инфразвуковые колебания, расходящиеся на сотни километров, их улавливает медуза. Купол медузы усиливает инфразвуковые колебания как рупор, и передаёт на слуховые колбочки. Восприняв этот сигнал, медузы уходят на дно за 20 часов до начала шторма на данной местности.

Бионики создали технику, предсказывающую бури, работа которых основана на принципе работы инфрауха медузы. Такой прибор может предупредить о готовящейся буре за 15 часов, а не за два, как обычный морской барометр.

Песни китов.

Песни китов — звуки, издаваемые китообразными для общения. Слово «песни» используется, чтобы подчеркнуть повторяющийся и мелодичный характер звуков, напоминающий человеческое пение.

Использование звуков как основного канала общения вызвано тем, что в условиях водной среды видимость может быть ограничена, а запахи распространяются существенно медленнее, чем в воздухе.

Считается, что самые сложные песни горбатых китов и некоторых беззубых китов используются в брачных играх. Более простые сигналы используются круглый год и, возможно, служат для повседневного общения и навигации. Зубатые киты (включая косаток) используют издаваемые звуки для эхолокации.

Влияние звука на человека.

Звуки имеют эмоциональную окраску, способны влиять на самочувствие и настроение человека. Они пугают своей неожиданностью, могут вызывать уныние, тревогу. Звуки волнуют, радуют, успокаивают.

По мнению медиков, звуковой фон в квартире должен быть днем 40-45 дБ, ночью 30-35 дБ. Не следует стремиться к тому, чтобы достичь абсолютной тишины, так как здоровый человек не может жить в этих условиях (речь не идет о глухих людях). При подготовке к космическим полетам одно из нелегких испытаний - пребывание в безмолвной камере. Человек испытывает информационный голод, что приводит к расстройству психики. Человек за время эволюции приспособился к определенному шумовому фону - разнообразным и ненавязчивым звукам природы. Звуки природы - это тоже шумы, но шумы приятные, как говорят специалисты, «гармонизированные»: шум дождя, шелест листвы. Оказывается, большинство приятных звуков окружающей природы приближается по частоте к. собственной частоте колебаний барабанной перепонки уха человека, равной 1000 Гц.

Длительный шум неблагоприятно влияет на орган слуха, понижая чувствительность к звуку. Он приводит к расстройству деятельности сердца, печени, к истощению и перенапряжению нервных клеток. Ослабленные клетки нервной системы не могут достаточно четко координировать работу различных систем организма. Отсюда возникают нарушения их деятельности.

Воздействие на психику человека.

Шум обладает аккумулятивным эффектов, то есть акустические раздражение, накапливаясь в организме, все сильнее угнетают нервную систему.

Поэтому перед потерей слуха от воздействия шумов возникает функциональное расстройство центральной нервной системы. Особенно вредной влияние шум оказывает на нервно-психическую деятельность организма.

Процесс нервно-психических заболеваний выше среди лиц, работающих в шумных условиях, нежели у лиц, работающих в нормальных звуковых условиях.

Шумы вызывают функциональные растройства сердечно-сосудистой системы; оказывают вредное влияние на зрительный и вестибулярный анализаторы, снижает рефлекторную деятельность, что часто становится причиной несчастных случаев и травм.

Как показали исследования, неслышимые звуки также могут оказать вредной воздействие на здоровье человека. Так, инфразвуки особое влияние оказывают на психическую сферу человека: поражаются все виды интеллектуальной деятельности, ухудшаются настроение, иногда появляется ощущение растерянности, тревоги, испуга, страха, а при высокой интенсивности - чувство слабости, как после сильного нервного потрясения.

Даже слабые звуки инфразвуки могут оказывать на человека существенное воздействие, в особенности если они носят длительный характер. По мнению ученых, именно инфразвуками, неслышно проникающими сквозь самые толстые стены, вызываются многие нервные болезни жителей крупных городов.

Ультразвуки, занимающие заметное место в гамме производственных шумов, также опасны. Механизмы их действия на живые организмы крайне многообразны. Особенно сильно их отрицательному воздействию подвержены клетки нервной системы.

Шум коварен, его вредное воздействие на организм совершается незримо, незаметно. Нарушения в организме человека против шума практически беззащитен.

В настоящее время врачи говорят о шумовой болезни, развивающейся в результате воздействия шума с преимущественным поражением слуха и нервной системы.

Лечебные свойства звука.

О лечебных свойствах отдельных звуков, произносимых голосом, знали испокон веков. Особое значение им придавали в Индии и Китае, где с их помощью лечили заболевания. Чудодейственной силе звука отдавали должное и на Руси. Современные исследования подтверждают целебные свойства произносимых звуков, создаются даже своеобразные реестры их воздействия, которые во многом совпадают с рекомендациями, разработанными в древности на Востоке. К примеру:

• звук "И" – прочищает нос, лечит глаза;

• звук "У" – укрепляет горло и голосовые связки;

• звуки "В", "Н", "М", "Э" – улучшают работу головного мозга;

• звуки "Ц", "К", "Щ", "И" – лечат уши;

• звуки "У", "Ы", "X", "Ч" – улучшают дыхание;

• звуки "О", "А", "С", "М", "И" – лечат заболевания сердца

Не менее целебными свойствами обладают различные звукосочетания, т. н. "мантры". Например:

• "ОМ" – снижает кровяное давление;

• "АЙ", "ПА" – снимают боли в сердце;

• "АП", "АМ", "АТ", "ИТ", "УТ" – исправляют речь.

Они основаны не на смысловом значении, а на воздействии колебаний, возникающих при их произношении. В наше время установлено, что большое значение имеет и интенсивность произношения звуков.

На этих принципах основаны заговоры, заклинания, молитвы.

Определенные тона ультразвука могут нарушать психику человека, буквально сводить его с ума. Есть и такие, которые убивают.

Стивен Халперн

Стивен Халперн – известный композитор музыки для расслабления и целительства. С 1971, года Халперн начал эксперименты со звуком, сознанием, влиянием волн мозговой активности на процессы исцеления и эффектом фотографий Кирилиан. За более чем 30 лет работы он как никто другой много сделал для популяризации и использования музыки для исцеления и сохранения здоровья. Путешествуя и читая лекции о влиянии музыки на здоровье, он получил международное признание.

Доктор Халперн использует музыку для увеличения способности тела излечивать себя, приводить к балансу и гармонии. Используя специальное музыкальное оборудование, он сочиняет музыку, синхронизирующую работу мозговых полушарий, усиливающую амплитуду альфа волн, связанную с чувством благополучия и удовлетворенности. Стивен Халперн является автором более чем 60 музыкальных альбомов. Он автор, многочисленных статей, и редактор ежемесячного информационного бюллетеня. Музыка Халперна – идеальный музыкальный фон для занятий йогой, массажа, медитации, и методов целительства всех видов. Его записи используются в целительских центрах, приютах, школах и офисах во всем мире. Музыка Халперна – это музыка исцеляющих медитаций. Она наполнена светом и ангельской исцеляющей энергией. Эта музыка поднимает энергетическую вибрацию любого окружающего пространства.  

Применение звука.

Применение ультразвуков и инфразвуков.

Ещё полстолетия назад неслышимый звук был мало кому известен; первые научные изыскания носили чисто академический характер. Однако практика поставила некоторые неотложные задачи и новые открытия наметили пути к их разрешению. Неслышимый звук получил многочисленные применения.

Ещё сравнительно недавно никто не мог предположить, что звуком станут не только измерять глубину моря, но и сваривать металл, сверлить стекло и дубить кожи.

В. В. Шулейкин в 1932 году обнаружил явление, которое он назвал "голосом моря". Взаимодействие сильного ветра и морских волн создаёт сильные инфразвуковые волны, которые распространяются со скоростью звука, т. е. значительно быстрее циклона. Они бегут по морским волнам, усиливаясь. Этот инфразвук может служить ранним предвестником бури, шторма или циклона.

Ультразвуковым волнам было найдено больше применения во многих областях человеческой деятельности: в промышленности, в медицине, в быту, ультразвук использовали для бурения нефтяных скважин и т. д. От искусственных источников можно получить ультразвук интенсивностью в несколько сотен Вт/см2.

Ультразвуковая обработка.

Ультразвуковые волны так же используют в станках для обработки хрупких и твёрдых материалов. Основа станка - преобразователь энергии высокочастотных колебаний электрического тока. Ток поступает на обмотку преобразователя от электронного генератора и превращается в энергию механических (ультразвуковых) колебаний той же частоты. К преобразователю присоединён специальный волновод, который, увеличивая амплитуду колебаний, передаёт их к инструменту такой формы, какой нужно получить отверстие. Инструмент прижимают к материалу, в котором надо получить отверстие, а к месту обработки подводят зёрна абразива размером меньше 100 мкм, смешанные с водой. Эти зёрна попадают между инструментом и материалом, и инструмент, как отбойный молоток, вбивает их в материал. Если материал хрупкий, то зёрна абразива откалывают от него микрочастицы размером 1-5 мкм. Но это не так мало! Частиц абразива под инструментом сотни и инструмент наносит более 20 000 ударов в одну секунду, поэтому процесс обработки проходит достаточно быстро, и отверстие диаметром 20-30 мм в стекле толщиной 10-15 мм можно сделать примерно за одну минуту.

Приготовление смесей с помощью ультразвука.

Широко применяется ультразвук для приготовления однородных смесей (гомогенизации). Еще в 1927 году американские ученые Лимус и Вуд обнаружили, что если две несмешивающиеся жидкости (например, масло и воду) слить в одну мензурку и подвергнуть облучению ультразвуком, то в мензурке образуется эмульсия, то есть мелкая взвесь масла в воде.

Практическая часть.

Конечно, изучив такой материал, я многое захотел проверить на практике. К сожалению, я не располагал возможностями и необходимой аппаратурой для проведения самых интересных и сложных опытов, но у меня была возможность провести социальный опрос среди учащихся нашей школы на тему «Звуки и музыка в вашей жизни». На вопросы ответило 40 учеников. Наблюдать за распределением голосов было очень интересно. Знания, которые я получил в процессе изучения звука, его свойств и характеристик, позволили сделать мне некоторые выводы на основе полученных при подсчете голосов цифр.

Вопросы.

1) Нравиться ли вам находиться в среде полной звуков или больше хочется проводить время в тишине? a) Звуки не сильно раздражают меня – 21/40 b) Предпочитаю тишину – 19/40

Мнения молодежи разделились почти поровну, что, скорее всего не свидетельствует о том, что в ответе на этот вопрос большую роль играют именно личные предпочтения и индивидуальные, а не общечеловеческие способности воспринимать звук.

2) Какую музыку вы предпочитаете слушать? a) Классическая музыка -9/40 b) Тяжелая музыка (рок, металл) – 10/40 c) Электронная музыка – 15/40 d) Попса – 6/40

Один из самых интересных с моей точки зрения вопросов. Большая часть опрошенных отдали предпочтение электронной музыке, на основе чего можно сделать вывод, что большинство молодежи нуждаются в бойком непрекращающемся ритме и коротких отрывистых, частых звуков, которые совсем не обязательно должны генерироваться «живыми» инструментами. Электронная музыка не несет в себе никакой смысловой нагрузки, а главной ее целью является, скорее всего, программирование человека на различную цикличную деятельность. Десять человек отдали предпочтение тяжелой музыке, которая, как известно, популярна среди молодежи за счет своей уникальной энергетики. Девять из сорока опрошенных отдали предпочтение классической музыке, что, скорее всего, свидетельствует о небольшой подготовленности молодежи к прослушиванию достаточно глубокой и намного более разноплановой музыки, чем ныне популярные реп, R’n’B и прочие. Меньшинство учащихся предпочитают слушать попсу, что, в общем то, радует.

3) На какой громкости вы предпочитаете слушать любимую музыку? a) Чем громче, тем лучше - 18/40 b) На средней громкости – 19/40 c) Тихо – 3/40

Данная статистика сообщает нам, что молодые люди не жалуют тихое прослушивание музыки и предпочитают этому полное погружение в творчество любимых групп и исполнителей. Однако большое количество опрошенных, все же, предпочитает на перенапрягать свои уши лишними децибелами.

4) Можете ли вы спать под музыку? a) Да – 27/40 b) Нет - 13/40

Двадцать семь человек из сорока не испытывают проблем с музыкальным сопровождением сна. Данные цифры свидетельствуют, скорее всего, о желании молодежи поскорее забыть перед отдыхом о проблемах, беспокоивших их весь день, путем погружения в музыку. Но тринадцать человек все же не способны спать под музыку, что, в общем-то, хорошо. У этих тринадцати учащихся все точно хорошо с психикой и нервной системой, раз они не могут спать под непрекращающееся давление на барабанные перепонки.

5) Можете ли вы заснуть в шумной обстановке (в машине, в поезде)? a) Да – 30/40 b) Нет – 10/40

Из этой статистики можно сделать выводы абсолютно аналогичные следствию после 4ого вопроса.

6) Слушаете ли вы музыку, чтобы поддержать в себе настроение или настроиться на что-то новое? a) Да – 35/40 b) Нет – 5/40

Ознакомившись с этой статистикой, еще раз я убедился, что музыка, все-таки, имеет сильнейше влияние непосредственно на эмоциональное состояние человека. Причем, она может как сопутствовать поддерживанию настроение , так и помогать человеку перестроиться на какие то новые мысли ощущения.

7) Устаете ли вы от прослушивания одной и той же группы, исполнителя стиля? a) Да – 17/40 b) Нет – 23/40

Конечно совсем не равное распределение голосов, но и меньшинству некоторые выводы просто сами просятся на язык. Опять же, 17 из 40 учащихся любят испытывать какие то конкретные эмоции, которые музыка им помогает поддерживать. Прослушивание схожих звуковых фигур этих 17 людей совсем не раздражает, наверно потому что они слушают только любимых исполнителей. Остальные 23 человека больше любят разнообразие. Вот оказывается, сколько можно узнать о своих школьных товарищах из такого просто опроса!

8) Какое среднее количество времени в день вы посвящаете прослушиванию музыки? a) Час и более – 28/40 b) Менее часа – 8/40 c) Не слушаю музыку каждый день – 4/40

Из данных цифр видно, что в жизни современной молодежи музыка занимает далеко не последнее место. Только 4 человек из 40 , то есть 1/10, не слушают музыку каждый день. Возможно, именно такой потребностью подрастающего поколения в приятных для сердца и души звуках можно объяснить неуклонно растущее количество новорожденных музыкальных стилей.

9) Знаете ли вы о лечебных свойствах звуков (музыки)? a) Да - 25/40 b) Нет – 15/40

Что ж, большинство учащихся нашей школы все-таки знают о том, что звук может благоприятно влиять на здоровье человека, помогать бороться с болезнями и различными недугами. Но 15/40 , а это немалое количество, не знают о подобных исследованиях в области изучения звука, что грустно. Возможно, молодежь в первую очередь заботится о собственных эмоциях, нежели о здоровье.

10) Часто ли вы испытываете желаемые эмоции от прослушивания музыки? a) Да - 36/40 b) Нет – 4/40

Подсчитав ответы на последний вопрос, я убедился, что основной целью прослушивания музыки для современной молодежи является стабилизация своего эмоционального состояния. Как это свойственно молодым людям любого времени, современные ученики наибольшее внимание уделяют именно своему внутреннему миру и душевным переживаниям.

Как повлиял звук и музыка на меня.

Также я провел некоторые измерительные работы с зависимостью сердцебиения от изменения различных параметров звука. Например, я абсолютно точно заметил, что частота сердцебиение во многом может зависеть от высоты звука. При громком прослушивании рок-музыки, более отчетливо и явно начинает ощущаться работа бас-инструментов, инструментов с низкой высотой звучания. Именно те низкие ноты, которые издают такие инструменты, могут повлиять на темп сердцебиения, если будут воспроизводиться достаточно громко. Будучи большим фанатом тяжелой музыки, я несколько раз бывал на больших рок-концертах и на личном опыте знаю какие ощущения, испытывает человек на этих концертах. Больше всего чувствуются именно инструменты, добавляющие музыке тяжелое звучание, такие как бас-гитара. Сердце слушающего эти звуки человека начинает потихоньку входить в резонанс со звуковыми волнами, генерируемыми бас-гитарой. После концерта сердце какое-то время (как правило, после сна все проходит) продолжает работать именно в том режиме, в котором оно находилось на концерте.

Подобный эффект можно соотнести не только с влиянием высоты звука на сердцебиение, но в первую очередь с громкостью. Большее влияние при громком прослушивании музыки, конечно, оказывают более низкие звуки, но так же сильнее начинают влиять на сердцебиение ритм прослушиваемой песни.

Общий вывод – чем громче музыка, которую мы слушаем, или шумы, которые раздаются вокруг нас, тем большее влияние эти звуки оказывают на наш организм. Причем не только на сердце. Как я уже упоминал выше, музыка зачастую несет в себе большую эмоциональную нагрузку, способна вызывать слезы, улыбки, меланхолию и прочие человеческие эмоции. Опять же в пример могу привести творчество группы, которую сам слушаю. Metallica— американская метал-группа, исполняющая музыку в стилях трэш-метал и хэви-метал, образованная в 1981 году. В их творчестве можно отметить много эмоционально наполненных песен, но я скажу о своей любимой: Ride The Lightning. Песня не несет в себе каких либо позитивных мотивов и глубокой смысловой нагрузки. Ride The Lightning – это песня, напоминающая некий марш смерти, рассказывающая о эмоциях человека, приговоренного к казни на электрическом стуле. Музыкантам удалось идеально передать весь ужас подобной ситуации, вся песня сыграна в крайне гнетущей атмосфере, лишь с минутным проблеском на какую-то надежду, которая, однако, пропадает. Проникновенное гитарное соло, делится буквально на несколько частей: подготовка к казни, последние надежды лучшее будущее и непосредственно казнь, на прослушивании которой, конечно становится понятно, что именно описывает музыкант своей игрой.

Изучив весь материал, который я представляю в своей работе, я не только открыл для себя много нового о звуке, но и лишний раз убедился, что абсолютно все в нашем мире взаимосвязано. Познакомившись с опытами известных ученых, изучив материалы из различных электронных энциклопедий (Википедия, Большая Советская энциклопедия) и проведя соцопрос, я узнал много интересных сведений о природе звука, о его влиянии на среду, животных и человека. Звук – это огромная сила, с его помощью люди режут металлы, бурят скважины, лечатся. Я считаю, что человечеству просто необходимо продолжать исследования в области звука, проводить новые опыты, выдвигать новые гипотезы, ведь мы наверняка столько всего еще не знаем об этой удивительной силе – звуке.