Si une onde sonore ne rencontre aucun obstacle sur son chemin, elle se propage uniformément dans toutes les directions. Mais tous les obstacles ne deviennent pas pour elle des barrières.
Ayant rencontré un obstacle sur son chemin, le son peut se courber autour de lui, être réfléchi, réfracté ou absorbé.
Diffraction sonore
Nous pouvons parler à une personne qui se trouve au coin d’un immeuble, derrière un arbre ou derrière une clôture, même si nous ne pouvons pas la voir. Nous l’entendons parce que le son est capable de contourner ces objets et de pénétrer dans la zone située derrière eux.
La capacité d’une vague à contourner un obstacle s’appelle diffraction .
La diffraction se produit lorsque la longueur d'onde du son dépasse la taille de l'obstacle. Les ondes sonores basse fréquence sont assez longues. Par exemple, à une fréquence de 100 Hz, elle est égale à 3,37 m. À mesure que la fréquence diminue, la longueur devient encore plus grande. Par conséquent, une onde sonore se courbe facilement autour d’objets qui lui sont comparables. Les arbres du parc ne gênent en rien notre audition sonore, car le diamètre de leurs troncs est bien plus petit que la longueur de l'onde sonore.
Grâce à la diffraction, les ondes sonores pénètrent à travers les fissures et les trous d'un obstacle et se propagent derrière eux.
Plaçons un écran plat avec un trou sur le trajet de l'onde sonore.
Dans le cas où la longueur d'onde sonore ƛ beaucoup plus grand que le diamètre du trou D , ou ces valeurs sont approximativement égales, alors derrière le trou le son atteindra tous les points de la zone qui se trouve derrière l'écran (zone d'ombre sonore). Le front de la vague sortante ressemblera à un hémisphère.
Si ƛ n'est que légèrement plus petit que le diamètre de la fente, alors la partie principale de l'onde se propage rectiligne et une petite partie diverge légèrement sur les côtés. Et dans le cas où ƛ beaucoup moins D , toute la vague ira vers l’avant.
Réflexion sonore
Si une onde sonore atteint l'interface entre deux médias, différentes options pour sa propagation ultérieure sont possibles. Le son peut être réfléchi depuis l'interface, peut se déplacer vers un autre support sans changer de direction, ou peut être réfracté, c'est-à-dire se déplacer en changeant de direction.
Supposons qu'un obstacle apparaisse sur le trajet d'une onde sonore, dont la taille est beaucoup plus grande que la longueur d'onde, par exemple une falaise abrupte. Comment le son se comportera-t-il ? Puisqu’il ne peut pas contourner cet obstacle, il en sera réfléchi. Derrière l'obstacle se trouve zone d'ombre acoustique .
Le son réfléchi par un obstacle est appelé écho .
La nature de la réflexion de l'onde sonore peut être différente. Cela dépend de la forme de la surface réfléchissante.
Réflexion appelé changement de direction d’une onde sonore à l’interface entre deux milieux différents. Lorsqu'elle est réfléchie, l'onde retourne vers le milieu d'où elle est issue.
Si la surface est plane, le son y est réfléchi de la même manière qu’un rayon de lumière se reflète dans un miroir.
Les rayons sonores réfléchis par une surface concave sont focalisés en un point.
La surface convexe dissipe le son.
L'effet de dispersion est donné par des colonnes convexes, de grandes moulures, des lustres, etc.
Le son ne passe pas d'un support à l'autre, mais s'en reflète si les densités des supports diffèrent significativement. Ainsi, le son qui apparaît dans l’eau ne se transmet pas dans l’air. Réfléchi depuis l'interface, il reste dans l'eau. Une personne debout au bord de la rivière n’entendra pas ce son. Cela s'explique par la grande différence dans les impédances des ondes de l'eau et de l'air. En acoustique, l'impédance des ondes est égale au produit de la densité du milieu et de la vitesse du son qu'il contient. Étant donné que la résistance aux ondes des gaz est nettement inférieure à celle des liquides et des solides, lorsqu'une onde sonore atteint la limite de l'air et de l'eau, elle est réfléchie.
Les poissons dans l'eau n'entendent pas le son apparaissant au-dessus de la surface de l'eau, mais ils peuvent clairement distinguer le son dont la source est un corps vibrant dans l'eau.
Réfraction du son
Changer la direction de propagation du son s’appelle réfraction . Ce phénomène se produit lorsque le son se déplace d'un milieu à un autre, et sa vitesse de propagation dans ces environnements est différente.
Le rapport du sinus de l'angle d'incidence au sinus de l'angle de réflexion est égal au rapport des vitesses de propagation du son dans les milieux.
Où je - angle d'incidence,
r – angle de réflexion,
v1 – vitesse de propagation du son dans le premier milieu,
v2 – vitesse de propagation du son dans le deuxième milieu,
n – indice de réfraction.
La réfraction du son s'appelle réfraction .
Si une onde sonore ne tombe pas perpendiculairement à la surface, mais sous un angle autre que 90°, alors l'onde réfractée s'écartera de la direction de l'onde incidente.
La réfraction du son peut être observée non seulement à l’interface entre les milieux. Les ondes sonores peuvent changer de direction dans un milieu hétérogène : l'atmosphère, l'océan.
Dans l'atmosphère, la réfraction est causée par des changements dans la température de l'air, la vitesse et la direction du mouvement des masses d'air. Et dans l'océan, cela apparaît en raison de l'hétérogénéité des propriétés de l'eau - différentes pressions hydrostatiques à différentes profondeurs, différentes températures et différentes salinités.
Absorption acoustique
Lorsqu’une onde sonore rencontre une surface, une partie de son énergie est absorbée. Et la quantité d’énergie qu’un support peut absorber peut être déterminée en connaissant le coefficient d’absorption acoustique. Ce coefficient montre quelle part de l'énergie des vibrations sonores est absorbée par 1 m2 d'obstacle. Il a une valeur de 0 à 1.
L'unité de mesure de l'absorption acoustique est appelée sabin . Il tire son nom du physicien américain Wallace Clement Sabin, fondateur de l'acoustique architecturale. 1 sabin est l'énergie absorbée par 1 m 2 de surface dont le coefficient d'absorption est de 1. C'est-à-dire qu'une telle surface doit absorber absolument toute l'énergie de l'onde sonore.
Réverbération
Wallace Sabin
La propriété des matériaux d’absorber le son est largement utilisée en architecture. En étudiant l'acoustique de la salle de conférence du musée Fogg, Wallace Clement Sabin est arrivé à la conclusion qu'il existait une relation entre la taille de la salle, conditions acoustiques, type et superficie des matériaux insonorisants et temps de réverbération .
Réverbération appeler le processus de réflexion d'une onde sonore sur les obstacles et son atténuation progressive après la désactivation de la source sonore. DANS à l'intérieur le son peut être réfléchi à plusieurs reprises par les murs et les objets. En conséquence, divers signaux d'écho apparaissent, chacun d'entre eux semblant séparément. Cet effet est appelé effet de réverbération .
La caractéristique la plus importante de la pièce est temps de réverbération , que Sabin a entré et calculé.
Où V – le volume de la pièce,
UN – l'absorption acoustique générale.
Où un je – coefficient d'absorption acoustique du matériau,
S je - aire de chaque surface.
Si le temps de réverbération est long, les sons semblent « errer » dans la salle. Ils se chevauchent, étouffent la principale source sonore et la salle devient en plein essor. Avec un temps de réverbération court, les murs absorbent rapidement les sons et deviennent sourds. Par conséquent, chaque pièce doit avoir son propre calcul exact.
Sur la base de ses calculs, Sabin a disposé les matériaux insonorisants de manière à réduire « l'effet d'écho ». Et le Boston Symphony Hall, pour la création duquel il a été consultant en acoustique, est toujours considéré comme l'une des meilleures salles du monde.
Le chant des oiseaux, le bruit de la pluie et du vent, le tonnerre, la musique - tout ce que nous entendons, nous le considérons comme sonore.
AVEC point scientifique En termes de son, le son est un phénomène physique qui représente vibrations mécaniques se propageant dans les milieux solides, liquides et gazeux. Ils provoquent des sensations auditives.
Comment apparaît une onde sonore ?
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Tous les sons voyagent sous forme d’ondes élastiques. Et les vagues naissent sous l’action de forces élastiques qui apparaissent lorsqu’un corps se déforme. Ces forces s’efforcent de ramener le corps à son état d’origine. Par exemple, une corde tendue ne sonne pas à l’arrêt. Mais dès que vous le déplacez sur le côté, sous l'influence de l'élasticité, il s'efforcera de reprendre sa position d'origine. Vibrant, il devient source sonore.
La source du son peut être n'importe quel corps vibrant, par exemple une fine plaque d'acier fixée sur un côté, l'air d'un instrument de musique à vent, les cordes vocales humaines, une cloche, etc.
Que se passe-t-il dans l’air lorsque des vibrations se produisent ?
Comme tout gaz, l’air possède une élasticité. Il résiste à la compression et commence immédiatement à se dilater lorsque la pression est relâchée. Il transfère uniformément toute pression dans différentes directions.
Si vous comprimez fortement l'air à l'aide d'un piston, la pression à cet endroit augmentera immédiatement. Il sera immédiatement transmis aux couches d'air voisines. Ils rétréciront et la pression en eux augmentera et dans la couche précédente, elle diminuera. Ainsi, le long de la chaîne, une alternance de zones d'augmentation et de Pression artérielle faible sont transmises.
En se déviant alternativement sur les côtés, la corde sonore comprime l'air d'abord dans un sens puis dans le sens opposé. Dans la direction dans laquelle la corde dévie, la pression devient légèrement supérieure à la pression atmosphérique. Du côté opposé, la pression diminue d'autant, puisque l'air s'y raréfie. La compression et la raréfaction alterneront et se propageront dans des directions différentes, provoquant des vibrations de l'air. Ces oscillations sont appelées onde sonore . Et la différence entre la pression atmosphérique et la pression dans la couche de compression ou de raréfaction de l'air s'appelle acoustique, ou pression sonore.
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Une onde sonore se propage non seulement dans l’air, mais aussi dans les milieux liquides et solides. Par exemple, l’eau conduit parfaitement le son. On entend l'impact d'une pierre sous l'eau. Le bruit des hélices du navire de surface est capté par l'acoustique du sous-marin. Si vous placez vos poignets sur une extrémité d'une planche de bois montres mécaniques, puis en plaçant notre oreille à l’extrémité opposée du tableau, nous entendrons leur tic-tac.
Les sons seront-ils différents dans le vide ? Le physicien, chimiste et théologien anglais Robert Boyle, qui vécut au XVIIe siècle, plaça une horloge dans un récipient en verre d'où l'air était pompé. Il n’entendit pas le tic-tac de l’horloge. Cela signifiait que les ondes sonores ne se propageaient pas dans un espace sans air.
Caractéristiques de l'onde sonore
La forme des vibrations sonores dépend de la source sonore. La forme la plus simple est celle des vibrations uniformes ou harmoniques. Ils peuvent être représentés comme une sinusoïde. De telles oscillations sont caractérisées par l'amplitude, la longueur d'onde et la fréquence de propagation des oscillations.
Amplitude
Amplitude En général, on appelle l'écart maximum d'un corps par rapport à sa position d'équilibre.
Puisqu’une onde sonore est constituée d’une alternance de régions de haute et basse pression, alors il est souvent considéré comme un processus de propagation de fluctuations de pression. C'est pourquoi ils parlent de amplitude de la pression atmosphérique dans la vague.
L'intensité du son dépend de l'amplitude. Plus il est grand, plus le son est fort.
Chaque son discours humain a une forme de vibration qui lui est propre. Ainsi, la forme vibratoire du son « a » est différente de la forme vibratoire du son « b ».
Fréquence et période des vagues
Le nombre de vibrations par seconde s'appelle fréquence des vagues .
f = 1/T
Où T – période d'oscillation. C'est la période de temps pendant laquelle se produit une oscillation complète.
Plus la période est longue, plus la fréquence est faible et vice versa.
L'unité de mesure de la fréquence dans le système de mesure international SI est hertz (Hz). 1 Hz correspond à une oscillation par seconde.
1 Hz = 1 s -1 .
Par exemple, une fréquence de 10 Hz signifie 10 vibrations par seconde.
1 000 Hz = 1 kHz
La hauteur du ton dépend de la fréquence de vibration. Plus la fréquence est élevée, plus la hauteur du son est élevée.
L'oreille humaine n'est pas capable de percevoir toutes les ondes sonores, mais seulement celles dont la fréquence est comprise entre 16 et 20 000 Hz. Ce sont ces ondes qui sont considérées comme sonores. Les ondes dont la fréquence est inférieure à 16 Hz sont appelées infrasoniques et celles supérieures à 20 000 Hz sont appelées ultrasoniques.
Une personne ne perçoit ni les ondes infrasonores ni les ondes ultrasonores. Mais les animaux et les oiseaux sont capables d’entendre les ultrasons. Par exemple, le papillon commun distingue les sons d'une fréquence de 8 000 à 160 000 Hz. La gamme perçue par les dauphins est encore plus large, elle va de 40 à 200 mille Hz.
Longueur d'onde
Longueur d'onde appelle la distance entre deux points les plus proches onde harmonique qui est dans la même phase, par exemple entre deux crêtes. Noté comme ƛ .
En un temps égal à une période, l’onde parcourt une distance égale à sa longueur.
Vitesse de propagation des ondes
v = ƛ /T
Parce que T = 1/f,
Que v = ƛ f
Vitesse du son
Des tentatives pour déterminer la vitesse du son par des expériences ont été faites dans la première moitié du XVIIe siècle. Le philosophe anglais Francis Bacon, dans son ouvrage « New Organon », a proposé sa propre façon de résoudre ce problème, basée sur la différence de vitesse de la lumière et du son.
On sait que la vitesse de la lumière est bien supérieure à la vitesse du son. Par conséquent, lors d’un orage, nous voyons d’abord un éclair, puis entendons ensuite le grondement du tonnerre. Connaissant la distance entre la source lumineuse et sonore et l'observateur, ainsi que le temps entre l'éclair lumineux et sonore, la vitesse du son peut être calculée.
Le scientifique français Marin Marsenne a profité de l'idée de Bacon. Un observateur situé à une certaine distance de la personne qui tirait le mousquet a enregistré le temps écoulé entre l'éclair lumineux et le son du coup de feu. Ensuite, la distance a été divisée par le temps pour obtenir la vitesse du son. D’après les résultats de l’expérience, la vitesse s’est avérée être de 448 m/s. Il s’agissait d’une estimation approximative.
Au début du XIXe siècle, un groupe de scientifiques de l'Académie des sciences de Paris réitéra cette expérience. Selon leurs calculs, la vitesse de la lumière était de 350 à 390 m/s. Mais ce chiffre n’était pas non plus exact.
Théoriquement, Newton a essayé de calculer la vitesse de la lumière. Il fonde ses calculs sur la loi de Boyle-Mariotte, qui décrit le comportement du gaz dans isotherme processus (à température constante). Et cela se produit lorsque le volume d'un gaz change très lentement, ayant le temps de transférer la chaleur générée dans l'environnement.
Newton a supposé qu’entre les régions de compression et de raréfaction, la température s’égalisait rapidement. Mais ces conditions n’existent pas dans une onde sonore. L'air conduit mal la chaleur et la distance entre les couches de compression et de raréfaction est grande. La chaleur de la couche de compression n’a pas le temps de pénétrer dans la couche de raréfaction. Et une différence de température apparaît entre eux. Par conséquent, les calculs de Newton se sont révélés incorrects. Ils ont donné un chiffre de 280 m/s.
Le scientifique français Laplace a pu expliquer que l'erreur de Newton était qu'une onde sonore se propage dans l'air en adiabatique conditions, avec des températures changeantes. Selon les calculs de Laplace, la vitesse du son dans l'air à une température de 0°C est de 331,5 m/s. De plus, il augmente avec l’augmentation de la température. Et lorsque la température montera à 20°C, elle sera déjà égale à 344 m/s.
Dans différents médias, les ondes sonores se propagent à des vitesses différentes.
Pour les gaz et les liquides, la vitesse du son est calculée à l'aide de la formule :
Où Avec -la vitesse du son,
β - compressibilité adiabatique du milieu,
ρ - densité.
Comme le montre la formule, la vitesse dépend de la densité et de la compressibilité du milieu. Dans l'air, c'est moins que dans un liquide. Par exemple, dans l’eau à une température de 20 o C, elle est égale à 1 484 m/s. De plus, plus la salinité de l’eau est élevée, plus le son la traverse rapidement.
La vitesse du son dans l'eau a été mesurée pour la première fois en 1827. Cette expérience n'est pas sans rappeler la mesure de la vitesse de la lumière par Marin Marsenne. Une cloche a été descendue dans l'eau depuis le côté d'un bateau. A plus de 13 km du premier bateau, il y en avait un deuxième. Sur le premier bateau, la cloche a été sonnée et la poudre à canon a été incendiée en même temps. Sur le deuxième bateau, l'heure du flash a été enregistrée, puis l'heure d'arrivée du son de la cloche. En divisant la distance par le temps, nous avons obtenu la vitesse de l'onde sonore dans l'eau.
La plupart grande vitesse le son se produit dans un milieu solide. Par exemple, dans l’acier, elle atteint plus de 5 000 m/s.
Le son est constitué d'ondes élastiques dans un milieu (souvent l'air) qui sont invisibles mais perceptibles oreille humaine(la vague affecte tympan oreille). Une onde sonore est une onde longitudinale de compression et de raréfaction.
Si nous créons le vide, pourrons-nous distinguer les sons ? Robert Boyle a placé une horloge dans un bocal en verre en 1660. Après avoir pompé l'air, il n'a entendu aucun son. L'expérience prouve que un support est nécessaire pour que le son se propage.
Le son peut également voyager à travers des milieux liquides et solides. Les impacts de pierres peuvent être clairement entendus sous l'eau. Placez l'horloge à une extrémité de la planche de bois. En plaçant votre oreille à l’autre bout, vous entendrez clairement le tic-tac de l’horloge.
L'onde sonore traverse le bois
La source du son est nécessairement constituée de corps oscillants. Par exemple, une corde d'une guitare dans son état normal ne sonne pas, mais dès qu'on la fait vibrer, une onde sonore apparaît.
Cependant, l’expérience montre que tous les corps oscillants ne sont pas une source sonore. Par exemple, un poids suspendu à un fil ne fait pas de bruit. Le fait est que l'oreille humaine ne perçoit pas toutes les ondes, mais seulement celles qui créent des corps oscillant avec une fréquence de 16 Hz à 20 000 Hz. De telles vagues sont appelées son. Les oscillations d'une fréquence inférieure à 16 Hz sont appelées infrason. Les oscillations d'une fréquence supérieure à 20 000 Hz sont appelées ultrason.
Vitesse du son
Les ondes sonores ne se propagent pas instantanément, mais à une certaine vitesse finie (semblable à la vitesse d'un mouvement uniforme).
C'est pourquoi, lors d'un orage, nous voyons d'abord des éclairs, c'est-à-dire de la lumière (la vitesse de la lumière est bien supérieure à la vitesse du son), puis le son se fait entendre.
La vitesse du son dépend du milieu : dans les solides et les liquides, la vitesse du son est beaucoup plus grande que dans l'air. Ce sont des constantes mesurées tabulaires. À mesure que la température du milieu augmente, la vitesse du son augmente et à mesure qu'elle diminue, elle diminue.
Les sons sont différents. Pour caractériser le son, des grandeurs spéciales sont introduites : le volume, la hauteur et le timbre du son.
Le volume du son dépend de l'amplitude des vibrations : plus l'amplitude des vibrations est grande, plus le son est fort. De plus, la perception du volume sonore par notre oreille dépend de la fréquence des vibrations de l’onde sonore. Les ondes de fréquence plus élevée sont perçues comme plus fortes.
La fréquence de l'onde sonore détermine la hauteur du ton. Plus la fréquence de vibration d’une source sonore est élevée, plus le son qu’elle produit est élevé. Les voix humaines sont divisées en plusieurs gammes de hauteur.
Les sons provenant de différentes sources sont une combinaison de vibrations harmoniques de différentes fréquences. La composante de la période la plus longue (fréquence la plus basse) est appelée tonalité fondamentale. Les autres composants du son sont les harmoniques. L'ensemble de ces composants crée la couleur et le timbre du son. L'ensemble des harmoniques dans les voix de différentes personnes est au moins légèrement différent, ce qui détermine le timbre d'une voix particulière.
Écho. Un écho se forme à la suite de la réflexion du son provenant de divers obstacles - montagnes, forêts, murs, grands bâtiments, etc. Un écho se produit uniquement lorsque le son réfléchi est perçu séparément du son initialement prononcé. S'il existe de nombreuses surfaces réfléchissantes et qu'elles se trouvent à des distances différentes d'une personne, les ondes sonores réfléchies l'atteindront à des moments différents. Dans ce cas, l'écho sera multiple. L'obstacle doit être à 11 m de la personne pour que l'écho soit entendu.
Reflet du son. Le son se reflète sur les surfaces lisses. Par conséquent, lors de l'utilisation d'un klaxon, les ondes sonores ne sont pas dispersées dans toutes les directions, mais forment un faisceau étroitement dirigé, grâce auquel la puissance sonore augmente et se propage sur une plus grande distance.
Certains animaux (par exemple, chauve-souris, dauphin) émettent des vibrations ultrasonores, puis perçoivent l'onde réfléchie par les obstacles. C'est ainsi qu'ils déterminent l'emplacement et la distance par rapport aux objets environnants.
Écholocation. Il s'agit d'un moyen de déterminer l'emplacement des corps grâce aux signaux ultrasonores réfléchis par ceux-ci. Largement utilisé dans le transport maritime. Installé sur les navires sonars- des dispositifs de reconnaissance d'objets sous-marins et de détermination de la profondeur et de la topographie du fond. Un émetteur et un récepteur sonores sont placés au fond du navire. L'émetteur donne des signaux courts. En analysant le temps de retard et la direction des signaux renvoyés, l'ordinateur détermine la position et la taille de l'objet qui a réfléchi le son.
L'échographie est utilisée pour détecter et déterminer divers dommages dans les pièces de machines (vides, fissures, etc.). L'appareil utilisé à cet effet s'appelle détecteur de défauts à ultrasons. Un flux de signaux ultrasonores courts est envoyé à la pièce étudiée, qui sont réfléchis par les inhomogénéités situées à l'intérieur et, en revenant, pénètrent dans le récepteur. Aux endroits où il n'y a pas de défauts, les signaux traversent la pièce sans réflexion significative et ne sont pas enregistrés par le récepteur.
L'échographie est largement utilisée en médecine pour diagnostiquer et traiter certaines maladies. Contrairement aux rayons X, ses ondes n’ont pas d’effet nocif sur les tissus. Diagnostique échographies(ultrason) permettre de reconnaître les changements pathologiques dans les organes et les tissus sans intervention chirurgicale. Un appareil spécial dirige des ondes ultrasonores d'une fréquence de 0,5 à 15 MHz vers une certaine partie du corps, elles sont réfléchies par l'organe étudié et l'ordinateur affiche son image sur l'écran.
Les infrasons se caractérisent par une faible absorption dans divers milieux, de sorte que les ondes infrasons dans l'air, l'eau et la croûte terrestre peuvent se propager sur de très longues distances. Ce phénomène trouve une application pratique dans déterminer les emplacements de fortes explosions ou la position de l'arme qui tire. La propagation des infrasons sur de longues distances dans la mer permet prévisions de catastrophes naturelles- tsunami. Les méduses, crustacés, etc. sont capables de percevoir les infrasons et d'en sentir l'approche bien avant le début d'une tempête.
Avez-vous déjà pensé que le son est l’une des manifestations les plus frappantes de la vie, de l’action et du mouvement ? Et aussi du fait que chaque son a son propre « visage » ? Et même les yeux fermés, sans rien voir, nous ne pouvons que deviner au son ce qui se passe autour de nous. Nous pouvons distinguer les voix des amis, entendre des bruissements, des rugissements, des aboiements, des miaulements, etc. Tous ces sons nous sont familiers depuis l'enfance et nous pouvons facilement identifier chacun d'entre eux. De plus, même dans un silence absolu, nous pouvons entendre chacun des sons répertoriés grâce à notre ouïe intérieure. Imaginez-le comme si c'était la réalité.
Qu'est-ce que le son ?
Les sons perçus par l’oreille humaine constituent l’une des sources d’informations les plus importantes sur le monde qui nous entoure. Le bruit de la mer et du vent, le chant des oiseaux, les voix humaines et les cris d'animaux, les coups de tonnerre, les bruits d'oreilles qui bougent facilitent l'adaptation aux conditions extérieures changeantes.
Si, par exemple, une pierre tombait dans les montagnes et qu’il n’y avait personne à proximité qui pouvait entendre le bruit de sa chute, ce son existait-il ou non ? On peut répondre à la question à la fois positivement et négativement dans une mesure égale, puisque le mot "son" a un double sens. Il est donc nécessaire d'être d'accord. Il est donc nécessaire de se mettre d'accord sur ce qui est considéré comme un son - un phénomène physique dans le forme de propagation des vibrations sonores dans l'air ou sensation de l'auditeur. La première est essentiellement une cause, la seconde est un effet, tandis que la première conception du son est objective, la seconde est subjective. Dans le premier cas, le son est en réalité un flux d'énergie circulant comme un cours d'eau. Un tel son peut modifier le milieu à travers lequel il passe et est lui-même modifié par celui-ci. Dans le deuxième cas, par son, nous entendons les sensations qui surgissent chez l'auditeur lorsqu'il est exposé à une onde sonore à travers aide auditive sur le cerveau. En entendant un son, une personne peut ressentir différentes sensations. Les émotions les plus variées sont évoquées en nous par ce complexe complexe de sons que nous appelons musique. Les sons constituent la base de la parole, qui constitue le principal moyen de communication dans la société humaine. Et enfin, il existe une forme de son appelée bruit. L'analyse du son du point de vue de la perception subjective est plus complexe qu'avec une évaluation objective.
Comment créer du son ?
Ce que tous les sons ont en commun, c’est que les corps qui les génèrent, c’est-à-dire les sources sonores, vibrent (même si le plus souvent ces vibrations sont invisibles à l’œil). Par exemple, les sons des voix des personnes et de nombreux animaux résultent de leurs vibrations. cordes vocales, bruit de cuivre instruments de musique, le son d'une sirène, le sifflement du vent, le grondement du tonnerre sont provoqués par les fluctuations des masses d'air.
En utilisant une règle comme exemple, vous pouvez littéralement voir de vos propres yeux comment naît le son. Quel mouvement la règle fait-elle lorsque nous attachons une extrémité, tirons l’autre et la relâchons ? On remarquera qu'il semblait trembler et hésiter. Sur cette base, nous concluons que le son est créé par des vibrations courtes ou longues de certains objets.
La source du son ne peut pas être uniquement des objets vibrants. Le sifflement des balles ou des obus en vol, le hurlement du vent, le rugissement d'un moteur à réaction naissent de ruptures du flux d'air, au cours desquelles se produisent également raréfaction et compression.
De plus, des mouvements vibratoires sonores peuvent être remarqués à l'aide d'un appareil - un diapason. Il s'agit d'une tige métallique courbée montée sur un pied sur un caisson de résonateur. Si vous frappez un diapason avec un marteau, il retentira. Les vibrations des branches du diapason sont imperceptibles. Mais ils peuvent être détectés si vous amenez une petite boule suspendue à un fil à un diapason sonore. La balle rebondira périodiquement, ce qui indique les vibrations des branches Cameron.
En raison de l’interaction de la source sonore avec l’air ambiant, les particules d’air commencent à se comprimer et à se dilater au fil du temps (ou « presque en fonction du temps ») avec les mouvements de la source sonore. Ensuite, en raison des propriétés de l’air en tant que milieu fluide, les vibrations sont transférées d’une particule d’air à une autre.
Vers une explication de la distribution les ondes sonores
En conséquence, les vibrations sont transmises dans l’air à distance, c’est-à-dire qu’un son ou une onde acoustique, ou simplement le son, se propage dans l’air. Le son, atteignant l'oreille humaine, excite à son tour des vibrations dans ses zones sensibles, qui sont perçues par nous sous forme de parole, de musique, de bruit, etc. (en fonction des propriétés du son dictées par la nature de sa source) .
Propagation des ondes sonores
Est-il possible de voir comment le son « passe » ? Dans l'air ou l'eau transparents, les vibrations des particules elles-mêmes sont imperceptibles. Mais vous pouvez facilement trouver un exemple qui vous expliquera ce qui se passe lorsque le son se propage.
Une condition nécessaire à la propagation des ondes sonores est la présence d'un milieu matériel.
Dans le vide, les ondes sonores ne se propagent pas, car il n'y a pas de particules qui transmettent l'interaction de la source de vibration.
Par conséquent, en raison du manque d’atmosphère, un silence complet règne sur la Lune. Même la chute d'une météorite sur sa surface n'est pas audible pour l'observateur.
La vitesse de propagation des ondes sonores est déterminée par la vitesse de transmission des interactions entre particules.
La vitesse du son est la vitesse de propagation des ondes sonores dans un milieu. Dans un gaz, la vitesse du son s'avère être de l'ordre (plus précisément, un peu inférieure) à la vitesse thermique des molécules et augmente donc avec l'augmentation de la température du gaz. Plus l'énergie potentielle d'interaction entre les molécules d'une substance est grande, plus la vitesse du son est grande, donc la vitesse du son dans un liquide, qui à son tour dépasse la vitesse du son dans un gaz. Par exemple, dans l’eau de mer, la vitesse du son est de 1 513 m/s. Dans l'acier, où les ondes transversales et longitudinales peuvent se propager, leur vitesse de propagation est différente. Les ondes transversales se propagent à une vitesse de 3 300 m/s et les ondes longitudinales à une vitesse de 6 600 m/s.
La vitesse du son dans n'importe quel milieu est calculée par la formule :
où β est la compressibilité adiabatique du milieu ; ρ - densité.
Lois de propagation des ondes sonores
Les lois fondamentales de la propagation du son comprennent les lois de sa réflexion et de sa réfraction aux frontières de divers milieux, ainsi que la diffraction du son et sa diffusion en présence d'obstacles et d'inhomogénéités dans le milieu et aux interfaces entre milieux.
La plage de propagation du son est influencée par le facteur d'absorption acoustique, c'est-à-dire la transition irréversible de l'énergie des ondes sonores vers d'autres types d'énergie, en particulier la chaleur. Un facteur important est également la direction du rayonnement et la vitesse de propagation du son, qui dépendent du milieu et de son état spécifique.
A partir d'une source sonore, les ondes acoustiques se propagent dans toutes les directions. Si une onde sonore traverse un trou relativement petit, elle se propage dans toutes les directions et ne se propage pas dans un faisceau dirigé. Par exemple, les bruits de la rue pénétrant par une fenêtre ouverte dans une pièce sont entendus partout, et pas seulement en face de la fenêtre.
La nature de la propagation des ondes sonores à proximité d'un obstacle dépend du rapport entre la taille de l'obstacle et la longueur d'onde. Si la taille de l’obstacle est petite par rapport à la longueur d’onde, alors l’onde contourne cet obstacle et se propage dans toutes les directions.
Les ondes sonores, pénétrant d'un milieu à un autre, s'écartent de leur direction initiale, c'est-à-dire qu'elles sont réfractées. L'angle de réfraction peut être supérieur ou inférieur à l'angle d'incidence. Cela dépend du milieu dans lequel le son pénètre. Si la vitesse du son dans le deuxième milieu est plus grande, alors l'angle de réfraction sera supérieur à l'angle d'incidence, et vice versa.
Lorsqu'ils rencontrent un obstacle sur leur chemin, les ondes sonores s'en reflètent de manière strictement une certaine règle– angle de réflexion égal à l'angle chute - le concept d'écho y est lié. Si le son est réfléchi par plusieurs surfaces situées à des distances différentes, plusieurs échos se produisent.
Le son se propage sous la forme d’une onde sphérique divergente qui remplit un volume de plus en plus grand. À mesure que la distance augmente, les vibrations des particules du milieu s'affaiblissent et le son se dissipe. On sait que pour augmenter la portée de transmission, le son doit être concentré dans une direction donnée. Lorsque nous voulons, par exemple, être entendus, nous mettons nos paumes à la bouche ou utilisons un mégaphone.
La diffraction, c'est-à-dire la courbure des rayons sonores, a une grande influence sur la plage de propagation du son. Plus le milieu est hétérogène, plus le faisceau sonore est courbé et, par conséquent, plus la plage de propagation du son est courte.
Propriétés du son et ses caractéristiques
Basique caractéristiques physiques son - fréquence et intensité des vibrations. Ils influencent perception auditive de personnes.
La période d'oscillation est le temps pendant lequel une oscillation complète se produit. Un exemple peut être donné d'un pendule oscillant, lorsqu'il se déplace de la position extrême gauche vers l'extrême droite et revient à sa position d'origine.
La fréquence d'oscillation est le nombre d'oscillations complètes (périodes) par seconde. Cette unité s'appelle le hertz (Hz). Plus la fréquence de vibration est élevée, plus le son que nous entendons est aigu, c'est-à-dire que le son a une hauteur plus élevée. Conformément aux normes acceptées système international unités, 1 000 Hz est appelé kilohertz (kHz) et 1 000 000 est appelé mégahertz (MHz).
Répartition des fréquences : sons audibles– entre 15 Hz et 20 kHz, infrasons – en dessous de 15 Hz ; ultrasons - dans les limites de 1,5 (104 - 109 Hz ; hypersons - dans les limites de 109 - 1013 Hz.
L'oreille humaine est la plus sensible aux sons dont les fréquences sont comprises entre 2 000 et 5 000 kHz. La plus grande acuité auditive est observée entre 15 et 20 ans. Avec l'âge, l'audition se détériore.
La notion de longueur d'onde est associée à la période et à la fréquence des oscillations. La longueur d'onde sonore est la distance entre deux condensations ou raréfactions successives du milieu. En prenant l'exemple des vagues se propageant à la surface de l'eau, il s'agit de la distance entre deux crêtes.
Les sons diffèrent également par le timbre. La tonalité principale du son est accompagnée de tonalités secondaires, dont la fréquence est toujours plus élevée (harmoniques). Le timbre est une caractéristique qualitative du son. Plus les harmoniques se superposent au ton principal, plus le son est « juteux » musicalement.
La deuxième caractéristique principale est l’amplitude des oscillations. Il s'agit du plus grand écart par rapport à la position d'équilibre lors de vibrations harmoniques. En prenant l'exemple d'un pendule, sa déviation maximale se situe vers la position extrême gauche, ou vers la position extrême droite. L'amplitude des vibrations détermine l'intensité (force) du son.
La force du son, ou son intensité, est déterminée par la quantité d'énergie acoustique circulant en une seconde à travers une zone d'un centimètre carré. Par conséquent, l’intensité des ondes acoustiques dépend de l’ampleur de la pression acoustique créée par la source dans le milieu.
Le volume est quant à lui lié à l’intensité du son. Plus le son est intense, plus il est fort. Cependant, ces concepts ne sont pas équivalents. L'intensité sonore est une mesure de la force de la sensation auditive provoquée par un son. Un son de même intensité peut créer des perceptions auditives de volume différent selon les personnes. Chaque personne a son propre seuil auditif.
Une personne cesse d'entendre des sons de très haute intensité et les perçoit comme une sensation de pression, voire de douleur. Cette intensité sonore est appelée seuil de douleur.
L'effet du son sur les organes auditifs humains
Les organes auditifs humains sont capables de percevoir des vibrations d'une fréquence de 15 à 20 hertz à 16 à 20 000 hertz. Les vibrations mécaniques avec les fréquences indiquées sont appelées sonores ou acoustiques (l'acoustique est l'étude du son). L'oreille humaine est la plus sensible aux sons d'une fréquence de 1 000 à 3 000 Hz. La plus grande acuité auditive est observée entre 15 et 20 ans. Avec l'âge, l'audition se détériore. Chez une personne de moins de 40 ans, la plus grande sensibilité se situe aux alentours de 3000 Hz, de 40 à 60 ans - 2000 Hz, de plus de 60 ans - 1000 Hz. Dans la plage allant jusqu'à 500 Hz, nous pouvons distinguer une diminution ou une augmentation de la fréquence jusqu'à 1 Hz. À des fréquences plus élevées, nos aides auditives deviennent moins sensibles à de si petits changements de fréquence. Ainsi, après 2000 Hz, nous ne pouvons distinguer un son d’un autre que lorsque la différence de fréquence est d’au moins 5 Hz. Avec une différence plus petite, les sons nous sembleront les mêmes. Cependant, il n’existe pratiquement pas de règles sans exceptions. Il y a des gens qui ont une ouïe exceptionnellement fine. Un musicien doué peut détecter un changement de son par seulement une fraction de vibration.
L'oreille externe est constituée du pavillon et du conduit auditif qui la relient au tympan. La fonction principale de l’oreille externe est de déterminer la direction de la source sonore. Le conduit auditif, qui est un tube de deux centimètres de long se rétrécissant vers l'intérieur, protège les parties internes de l'oreille et joue le rôle de résonateur. Le conduit auditif se termine par le tympan, une membrane qui vibre sous l'influence des ondes sonores. C’est ici, au bord externe de l’oreille moyenne, que se produit la transformation du son objectif en son subjectif. Derrière le tympan se trouvent trois petits os interconnectés : le marteau, l'enclume et l'étrier, à travers lesquels les vibrations sont transmises à l'oreille interne.
Là, dans le nerf auditif, ils sont convertis en signaux électriques. Petite cavité, où se trouvent le marteau, l'enclume et l'étrier, est rempli d'air et relié à la cavité buccale par la trompe d'Eustache. Grâce à ce dernier, une pression égale est maintenue sur les faces interne et externe du tympan. Généralement trompe d'Eustache est fermé et ne s'ouvre qu'avec un changement brusque de pression (lors du bâillement, de la déglutition) pour l'égaliser. Si la trompe d’Eustache d’une personne est fermée, par exemple à cause d’un rhume, la pression n’est pas égalisée et la personne ressent des douleurs aux oreilles. Ensuite, les vibrations sont transmises du tympan à la fenêtre ovale, qui constitue le début de l’oreille interne. La force agissant sur le tympan est égale au produit de la pression et de la surface du tympan. Mais les véritables mystères de l’audition commencent par la fenêtre ovale. Les ondes sonores voyagent à travers le liquide (périlymphe) qui remplit la cochlée. Cet organe de l'oreille interne, en forme de cochlée, mesure trois centimètres de long et est divisé sur toute sa longueur par un septum en deux parties. Les ondes sonores atteignent la cloison, la contournent puis se propagent presque au même endroit où elles ont d'abord touché la cloison, mais de l'autre côté. Le septum de la cochlée est constitué d’une membrane principale très épaisse et étanche. Les vibrations sonores créent des ondulations ondulatoires à sa surface, avec des crêtes pour différentes fréquences situées dans des zones très spécifiques de la membrane. Les vibrations mécaniques sont converties en vibrations électriques dans un organe spécial (organe de Corti), situé au-dessus de la partie supérieure de la membrane principale. Au-dessus de l'organe de Corti se trouve la membrane tectoriale. Ces deux organes sont immergés dans un liquide appelé endolymphe et sont séparés du reste de la cochlée par la membrane de Reissner. Les poils poussant de l'organe de Corti pénètrent presque dans la membrane tectoriale et, lorsqu'un son se produit, ils entrent en contact - le son est converti, puis il est codé sous forme de signaux électriques. Joue un rôle important dans l’amélioration de notre capacité à percevoir les sons. revêtement de la peau et les os du crâne, en raison de leur bonne conductivité. Par exemple, si vous collez votre oreille au rail, le mouvement d'un train qui approche peut être détecté bien avant qu'il n'apparaisse.
L'effet du son sur le corps humain
Au cours des dernières décennies, le nombre de diverses sortes les voitures et autres sources de bruit, la prolifération des radios portables et des magnétophones, souvent allumés à des volumes élevés, et une passion pour la musique populaire forte. Il a été constaté que dans les villes tous les 5 à 10 ans, le niveau de bruit augmente de 5 dB (décibels). Il convient de garder à l’esprit que pour les ancêtres humains lointains, le bruit était un signal d’alarme indiquant la possibilité d’un danger. Dans le même temps, les systèmes sympathique-surrénalien et cardiovasculaire, les échanges gazeux ont été rapidement activés et d'autres types de métabolisme ont été modifiés (les taux de sucre dans le sang et de cholestérol ont augmenté), préparant ainsi le corps au combat ou à la fuite. Bien que chez l’homme moderne cette fonction de l’audition ait perdu une telle signification pratique, les « réactions végétatives de la lutte pour l’existence » ont été préservées. Ainsi, même un bruit à court terme de 60 à 90 dB provoque une augmentation de la sécrétion d'hormones hypophysaires, stimulant la production de nombreuses autres hormones, notamment les catécholamines (adrénaline et noradrénaline), le travail du cœur augmente, les vaisseaux sanguins se rétrécissent , et le la pression artérielle(ENFER). Il a été noté que l'augmentation la plus prononcée de la pression artérielle est observée chez les patients souffrant d'hypertension et les personnes ayant une prédisposition héréditaire à celle-ci. Sous l'influence du bruit, l'activité cérébrale est perturbée : la nature de l'électroencéphalogramme change, l'acuité de la perception et les performances mentales diminuent. Une détérioration de la digestion a été constatée. Il est connu qu’une exposition prolongée à des environnements bruyants entraîne une perte auditive. Selon la sensibilité individuelle, les gens évaluent différemment le bruit comme étant désagréable et dérangeant. Dans le même temps, la musique et la parole qui intéressent l'auditeur, même à 40-80 dB, peuvent être relativement facilement tolérées. En règle générale, l'audition perçoit des vibrations comprises entre 16 et 20 000 Hz (oscillations par seconde). Il est important de souligner que les conséquences désagréables ne sont pas seulement causées par un bruit excessif dans la plage de vibrations audibles : les ultra- et infrasons dans des plages non perçues par l'audition humaine (au-dessus de 20 000 Hz et en dessous de 16 Hz) provoquent également tension nerveuse, malaises, vertiges, modifications de l'activité des organes internes, en particulier des systèmes nerveux et cardiovasculaire. Il a été constaté que les résidents des zones situées à proximité des grands aéroports internationaux ont une incidence d'hypertension nettement plus élevée que ceux vivant dans une zone plus calme de la même ville. Un bruit excessif (supérieur à 80 dB) affecte non seulement les organes auditifs, mais également d'autres organes et systèmes (circulatoires, digestifs, nerveux, etc.), les processus vitaux sont perturbés, le métabolisme énergétique commence à prévaloir sur le plastique, ce qui conduit à vieillissement prématuré corps.
Avec ces observations et découvertes, des méthodes d'influence ciblée sur les humains ont commencé à apparaître. Vous pouvez influencer l’esprit et le comportement d’une personne de diverses façons, dont l'un nécessite un équipement particulier (techniques technotroniques, zombification.).
Insonorisation
Le degré de protection contre le bruit des bâtiments est principalement déterminé par des normes bruit admissible pour des locaux à cet effet. Les paramètres normalisés du bruit constant aux points de conception sont les niveaux de pression acoustique L, dB, les bandes de fréquences d'octave avec des fréquences moyennes géométriques de 63, 125, 250, 500, 1 000, 2 000, 4 000, 8 000 Hz. Pour des calculs approximatifs, il est permis d'utiliser les niveaux sonores LA, dBA. Les paramètres normalisés du bruit non constant aux points de conception sont les niveaux sonores équivalents LA eq, dBA et les niveaux sonores maximaux LA max, dBA.
Les niveaux de pression acoustique admissibles (niveaux de pression acoustique équivalents) sont normalisés par le SNiP II-12-77 « Protection contre le bruit ».
Il convient de prendre en compte que les niveaux de bruit admissibles provenant de sources externes dans les locaux sont établis sous réserve de la fourniture d'une ventilation standard des locaux (pour les locaux d'habitation, les salles, les salles de classe - avec des bouches d'aération ouvertes, des impostes, des châssis de fenêtre étroits).
L’isolation aux bruits aériens est l’atténuation de l’énergie sonore lorsqu’elle est transmise à travers une enceinte.
Les paramètres réglementés d'isolation acoustique des structures d'enceinte des bâtiments résidentiels et publics, ainsi que des bâtiments auxiliaires et des locaux des entreprises industrielles sont l'indice d'isolation aux bruits aériens de la structure d'enceinte Rw, dB et l'indice du niveau de bruit d'impact réduit sous le plafond. .
Bruit. Musique. Discours.
Du point de vue de la perception des sons par les organes auditifs, ceux-ci peuvent être divisés principalement en trois catégories : le bruit, la musique et la parole. Ce différentes régions phénomènes sonores qui contiennent des informations spécifiques à une personne.
Le bruit est une combinaison non systématique d'un grand nombre de sons, c'est-à-dire la fusion de tous ces sons en une seule voix discordante. Le bruit est considéré comme une catégorie de sons qui dérangent ou agacent une personne.
Les gens ne peuvent tolérer qu’une certaine quantité de bruit. Mais si une heure ou deux s'écoulent et que le bruit ne s'arrête pas, alors apparaissent des tensions, de la nervosité et même des douleurs.
Le son peut tuer une personne. Au Moyen Âge, il y avait même une telle exécution lorsqu'une personne était mise sous cloche et qu'elle commençait à la battre. Peu à peu, le tintement des cloches tua l'homme. Mais c'était au Moyen Âge. De nos jours, des avions supersoniques sont apparus. Si un tel avion survole la ville à une altitude de 1 000 à 1 500 mètres, les fenêtres des maisons éclateront.
La musique est un phénomène particulier dans le monde des sons mais, contrairement à la parole, elle ne véhicule pas de significations sémantiques ou linguistiques précises. La saturation émotionnelle et les associations musicales agréables commencent dès la petite enfance, lorsque l'enfant a encore une communication verbale. Les rythmes et les chants le relient à sa mère, et le chant et la danse sont un élément de communication dans les jeux. Le rôle de la musique dans la vie humaine est si grand que la médecine lui a attribué ces dernières années propriétés curatives. Avec l'aide de la musique, vous pouvez normaliser les biorythmes et assurer un niveau d'activité optimal du système cardiovasculaire. Mais il suffit de se rappeler comment les soldats se battent. Depuis des temps immémoriaux, la chanson était un attribut indispensable de la marche d'un soldat.
Infrasons et ultrasons
Pouvons-nous appeler sonore quelque chose que nous n’entendons pas du tout ? Et si nous n'entendons pas ? Ces sons sont-ils inaccessibles à quiconque ou à quoi que ce soit d'autre ?
Par exemple, les sons d’une fréquence inférieure à 16 hertz sont appelés infrasons.
Les infrasons sont des vibrations et des ondes élastiques dont les fréquences se situent en dessous de la gamme de fréquences audibles par les humains. En règle générale, 15-4 Hz est considéré comme la limite supérieure de la plage des infrasons ; Cette définition est conditionnelle, car avec une intensité suffisante, la perception auditive se produit également à des fréquences de quelques Hz, bien que la nature tonale de la sensation disparaisse et que seuls des cycles d'oscillations individuels deviennent distinguables. La limite inférieure de fréquence des infrasons est incertaine. Son domaine d'étude actuel s'étend jusqu'à environ 0,001 Hz. Ainsi, la gamme de fréquences infrasoniques couvre environ 15 octaves.
Les ondes infrasonores se propagent dans l'air et l'eau, ainsi que dans la croûte terrestre. Les infrasons comprennent également les vibrations basse fréquence des grandes structures, notamment les véhicules et les bâtiments.
Et bien que nos oreilles ne « captent » pas de telles vibrations, une personne les perçoit toujours d'une manière ou d'une autre. En parallèle, nous éprouvons des sensations désagréables et parfois dérangeantes.
On a remarqué depuis longtemps que certains animaux ressentent un sentiment de danger bien plus tôt que les humains. Ils réagissent à l’avance à un ouragan lointain ou à un tremblement de terre imminent. D'autre part, les scientifiques ont découvert que lors d'événements catastrophiques dans la nature, des infrasons se produisent - des vibrations de l'air à basse fréquence. Cela a donné lieu à des hypothèses selon lesquelles les animaux, grâce à leur odorat développé, perçoivent ces signaux plus tôt que les humains.
Malheureusement, les infrasons sont générés par de nombreuses machines et installations industrielles. Si, par exemple, cela se produit dans une voiture ou un avion, après un certain temps, les pilotes ou les conducteurs deviennent anxieux, ils se fatiguent plus rapidement, ce qui peut provoquer un accident.
Les machines à infrasons font du bruit et il est alors plus difficile de travailler dessus. Et tout le monde aura du mal. Ce n’est pas mieux si la ventilation d’un immeuble résidentiel « bourdonne » d’infrasons. Cela semble inaudible, mais les gens sont irrités et peuvent même tomber malades. Un «test» spécial que tout appareil doit réussir vous permet de vous débarrasser de l'adversité des infrasons. S'il « phone » dans la zone infrasonore, il n'aura pas accès aux personnes.
Comment s’appelle un son très aigu ? Un tel grincement inaccessible à nos oreilles ? C'est une échographie. Les ultrasons sont des ondes élastiques avec des fréquences d'environ (1,5 – 2) (104 Hz (15 – 20 kHz) à 109 Hz (1 GHz) ; la région des ondes de fréquence de 109 à 1012 – 1013 Hz est généralement appelée hypersonique. Basé sur la fréquence , les ultrasons sont commodément divisés en 3 gammes : ultrasons basse fréquence (1,5 (104 - 105 Hz), ultrasons moyenne fréquence (105 - 107 Hz), ultrasons haute fréquence (107 - 109 Hz). Chacune de ces gammes est caractérisée par ses caractéristiques propres de génération, de réception, de propagation et d'application.
De par leur nature physique, les ultrasons sont des ondes élastiques et, en cela, ils ne sont pas différents du son, c'est pourquoi la limite de fréquence entre le son et les ondes ultrasonores est arbitraire. Cependant, en raison des fréquences plus élevées et, par conséquent, des longueurs d'onde courtes, un certain nombre de caractéristiques de propagation des ultrasons apparaissent.
En raison de la courte longueur d’onde des ultrasons, leur nature est déterminée principalement par la structure moléculaire du milieu. Les ultrasons dans les gaz, et en particulier dans l'air, se propagent avec une forte atténuation. Les liquides et les solides sont, en règle générale, de bons conducteurs d'ultrasons ; leur atténuation est bien moindre.
L'oreille humaine n'est pas capable de percevoir les signaux ultrasonores. Cependant, de nombreux animaux l’acceptent librement. Ce sont, entre autres, des chiens qui nous sont si familiers. Mais, hélas, les chiens ne peuvent pas « aboyer » avec les ultrasons. Mais les chauves-souris et les dauphins ont la capacité étonnante d’émettre et de recevoir des ultrasons.
Les hypersons sont des ondes élastiques avec des fréquences de 109 à 1012 – 1013 Hz. De par sa nature physique, l’hyperson n’est pas différent des ondes sonores et ultrasonores. En raison de fréquences plus élevées et donc de longueurs d'onde plus courtes que dans le domaine des ultrasons, les interactions de l'hyperson avec les quasiparticules du milieu - avec les électrons de conduction, les phonons thermiques, etc. - deviennent beaucoup plus significatives. L'hyperson est aussi souvent représenté comme un flux de quasiparticules - phonons.
La gamme de fréquences des hypersons correspond aux fréquences des oscillations électromagnétiques dans les gammes décimétrique, centimétrique et millimétrique (les fréquences dites ultrahautes). Fréquence 109 Hz dans l'air à pression atmosphérique normale et température ambiante doit être du même ordre de grandeur que le libre parcours des molécules dans l’air dans les mêmes conditions. Cependant, les ondes élastiques ne peuvent se propager dans un milieu que si leur longueur d'onde est sensiblement supérieure au libre parcours des particules dans les gaz ou supérieure aux distances interatomiques dans les liquides et solides. Les ondes hypersoniques ne peuvent donc pas se propager dans les gaz (notamment dans l’air) à pression atmosphérique normale. Dans les liquides, l’atténuation des hypersons est très élevée et la portée de propagation est courte. Les hypersons se propagent relativement bien dans les solides - les monocristaux, en particulier à basse température. Mais même dans de telles conditions, l'hypersound est capable de parcourir une distance de seulement 1, maximum 15 centimètres.
Le son est constitué de vibrations mécaniques se propageant dans des milieux élastiques - gaz, liquides et solides, perçues par les organes de l'audition.
À l'aide d'instruments spéciaux, vous pouvez observer la propagation des ondes sonores.
Les ondes sonores peuvent nuire à la santé humaine et, à l'inverse, aider à guérir des maladies, cela dépend du type de son.
Il s’avère qu’il existe des sons qui ne sont pas perçus par l’oreille humaine.
Bibliographie
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Leonov A. A «J'explore le monde» Det. encyclopédie. La physique
Chapitre 2. Le bruit acoustique et son impact sur les humains
Objectif : Étudier les effets du bruit acoustique sur le corps humain.
Introduction
Le monde qui nous entoure est beau monde des sons. Les voix des gens et des animaux, la musique, le bruit du vent et le chant des oiseaux se font entendre autour de nous. Les gens transmettent des informations par la parole et les perçoivent par l'audition. Pour les animaux, le son n'est pas moins important, et à certains égards encore plus important, car leur audition est plus développée.
Du point de vue de la physique, le son est une vibration mécanique qui se propage dans milieu élastique: eau, air, corps solide, etc. La capacité d'une personne à percevoir les vibrations sonores, à les écouter, se reflète dans le nom de l'étude du son - acoustique (du grec akustikos - audible, auditif). La sensation sonore dans nos organes auditifs est due à des changements périodiques de la pression atmosphérique. Les ondes sonores avec une grande amplitude de changements de pression acoustique sont perçues par l'oreille humaine comme des sons forts, et avec une petite amplitude de changements de pression acoustique - comme des sons faibles. Le volume du son dépend de l'amplitude des vibrations. Le volume d'un son dépend aussi de sa durée et de caractéristiques individuelles auditeur.
Les vibrations sonores à haute fréquence sont appelées sons aigus, les vibrations sonores à basse fréquence sont appelées sons graves.
Les organes auditifs humains sont capables de percevoir des sons dont les fréquences varient d'environ 20 Hz à 20 000 Hz. Les ondes longitudinales dans un milieu avec une fréquence de changement de pression inférieure à 20 Hz sont appelées infrasons et avec une fréquence supérieure à 20 000 Hz - ultrasons. L'oreille humaine ne perçoit pas les infrasons et les ultrasons, c'est-à-dire qu'elle n'entend pas. Il convient de noter que les limites indiquées de la plage sonore sont arbitraires, puisqu'elles dépendent de l'âge des personnes et des caractéristiques individuelles de leur appareil sonore. En règle générale, avec l'âge, la limite supérieure de fréquence des sons perçus diminue considérablement - certaines personnes âgées peuvent entendre des sons dont les fréquences ne dépassent pas 6 000 Hz. Les enfants, au contraire, peuvent percevoir des sons dont la fréquence est légèrement supérieure à 20 000 Hz.
Des vibrations dont les fréquences sont supérieures à 20 000 Hz ou inférieures à 20 Hz sont entendues par certains animaux.
Le sujet de l'étude de l'acoustique physiologique est l'organe de l'audition lui-même, sa structure et son action. L'acoustique architecturale étudie la propagation du son dans les pièces, l'influence des dimensions et des formes sur le son, ainsi que les propriétés des matériaux dont sont recouverts les murs et les plafonds. Cela fait référence à la perception auditive du son.
Il existe également l'acoustique musicale, qui étudie les instruments de musique et les conditions pour qu'ils sonnent au mieux. L'acoustique physique traite de l'étude des vibrations sonores elles-mêmes, et Dernièrement a également couvert les vibrations qui se situent au-delà de l'audibilité (ultraacoustique). Il utilise largement diverses méthodes pour convertir les vibrations mécaniques en vibrations électriques et vice versa (électroacoustique).
Référence historique
Les sons ont commencé à être étudiés dans les temps anciens, car les humains se caractérisent par un intérêt pour tout ce qui est nouveau. Les premières observations acoustiques ont été réalisées au VIe siècle avant JC. Pythagore a établi un lien entre la hauteur d'un ton et la longue corde ou tuyau qui produit le son.
Au IVe siècle avant JC, Aristote fut le premier à comprendre correctement comment le son se propage dans l'air. Il a dit qu'un corps qui sonne provoque la compression et la raréfaction de l'air ; il a expliqué l'écho par la réflexion du son sur les obstacles.
Au XVe siècle, Léonard de Vinci a formulé le principe de l'indépendance des ondes sonores provenant de diverses sources.
En 1660, les expériences de Robert Boyle prouvèrent que l'air est conducteur du son (le son ne voyage pas dans le vide).
En 1700-1707 Les mémoires de Joseph Saveur sur l'acoustique ont été publiés par l'Académie des sciences de Paris. Dans ce mémoire, Saveur examine un phénomène bien connu des concepteurs d'orgues : si deux tuyaux d'un orgue produisent en même temps deux sons, seulement légèrement différents en hauteur, alors des amplifications périodiques du son se font entendre, semblables au roulement d'un tambour. . Saveur expliquait ce phénomène par la coïncidence périodique des vibrations des deux sons. Si, par exemple, l'un des deux sons correspond à 32 vibrations par seconde, et l'autre correspond à 40 vibrations, alors la fin de la quatrième vibration du premier son coïncide avec la fin de la cinquième vibration du deuxième son et donc le le son est amplifié. Des tuyaux d'orgue, Saveur passe à l'étude expérimentale des vibrations des cordes, observant les nœuds et ventres des vibrations (ces noms, qui existent encore dans la science, ont été introduits par lui), et remarque également que lorsque la corde est excitée, avec la note principale, d'autres notes sonnent, dont la longueur des ondes est ½, 1/3, ¼,. du principal. Il appelait ces notes les tons harmoniques les plus élevés, et ce nom était destiné à rester dans la science. Enfin, Saveur fut le premier à tenter de déterminer la limite de perception des vibrations en tant que sons : pour les sons graves il indiqua une limite de 25 vibrations par seconde, et pour les sons aigus - 12 800. Puis, Newton, s'appuyant sur ces travaux expérimentaux de Saveur , a donné le premier calcul de la longueur d'onde du son et est arrivé à la conclusion, désormais bien connue en physique, que pour tout tuyau ouvert, la longueur d'onde du son émis est égale à deux fois la longueur du tuyau.
Sources sonores et leur nature
Ce que tous les sons ont en commun, c’est que les corps qui les génèrent, c’est-à-dire les sources sonores, vibrent. Tout le monde connaît les sons produits par le mouvement du cuir tendu sur un tambour, les vagues des vagues et les branches balancées par le vent. Ils sont tous différents les uns des autres. La « coloration » de chaque son individuel dépend strictement du mouvement par lequel il apparaît. Ainsi, si le mouvement vibratoire est extrêmement rapide, le son contient des vibrations à haute fréquence. Un mouvement oscillatoire moins rapide produit un son de fréquence plus basse. Diverses expériences indiquent que toute source sonore vibre nécessairement (même si le plus souvent ces vibrations ne sont pas perceptibles à l'œil nu). Par exemple, les sons des voix des personnes et de nombreux animaux résultent des vibrations de leurs cordes vocales, le son des instruments de musique à vent, le son d'une sirène, le sifflement du vent et le bruit du tonnerre sont provoqués. par les vibrations des masses d'air.
Mais tous les corps oscillants ne sont pas une source sonore. Par exemple, une masse oscillante suspendue à un fil ou à un ressort ne fait pas de bruit.
La fréquence à laquelle les oscillations se répètent est mesurée en hertz (ou cycles par seconde) ; 1 Hz est la fréquence d'une telle oscillation périodique, la période est de 1 s. Notez que la fréquence est la propriété qui permet de distinguer un son d’un autre.
Des recherches ont montré que l'oreille humaine est capable de percevoir comme du son les vibrations mécaniques des corps se produisant avec une fréquence de 20 Hz à 20 000 Hz. Avec des vibrations sonores très rapides, supérieures à 20 000 Hz ou très lentes, inférieures à 20 Hz, nous n'entendons pas. C’est pourquoi nous avons besoin d’instruments spéciaux pour enregistrer les sons situés en dehors de la plage de fréquences perçue par l’oreille humaine.
Si la vitesse du mouvement oscillatoire détermine la fréquence du son, alors son ampleur (la taille de la pièce) détermine le volume. Si une telle roue tourne à grande vitesse, une tonalité haute fréquence apparaîtra ; une rotation plus lente produira une tonalité de fréquence plus basse. Et quoi? des dents plus fines roues (comme indiqué par la ligne pointillée), plus le son est faible et plus les dents sont grandes, c'est-à-dire que plus elles forcent la plaque à dévier, plus le son est fort. Ainsi, on peut noter une autre caractéristique du son : son volume (intensité).
Il est impossible de ne pas mentionner une propriété du son telle que la qualité. La qualité est étroitement liée à la structure, qui peut aller de trop complexe à extrêmement simple. Le ton d'un diapason supporté par un résonateur a une structure très simple, puisqu'il ne contient qu'une seule fréquence dont la valeur dépend uniquement de la conception du diapason. Dans ce cas, le son d'un diapason peut être à la fois fort et faible.
Il est possible de créer des sons complexes, ainsi, par exemple, de nombreuses fréquences contiennent le son d'un accord d'orgue. Même le son d’une corde de mandoline est assez complexe. Cela est dû au fait qu'une corde tendue vibre non seulement avec la corde principale (comme un diapason), mais aussi avec d'autres fréquences. Ils génèrent tons supplémentaires(harmoniques), dont les fréquences sont un nombre entier de fois supérieur à la fréquence du ton fondamental.
Le concept de fréquence ne peut pas être appliqué au bruit, bien que nous puissions parler de certaines zones de ses fréquences, car ce sont elles qui distinguent un bruit d'un autre. Le spectre du bruit ne peut plus être représenté par une ou plusieurs raies, comme dans le cas d'un signal monochromatique ou d'une onde périodique contenant de nombreuses harmoniques. Il est représenté comme une bande entière
La structure fréquentielle de certains sons, notamment musicaux, est telle que toutes les harmoniques sont harmoniques par rapport à la tonalité fondamentale ; dans de tels cas, on dit que les sons ont une hauteur (déterminée par la fréquence du ton fondamental). La plupart des sons ne sont pas aussi mélodiques ; ils n'ont pas la caractéristique sons musicaux relation entière entre les fréquences. Ces sons ont une structure similaire au bruit. Par conséquent, pour résumer ce qui a été dit, nous pouvons dire que le son se caractérise par le volume, la qualité et la hauteur.
Qu’arrive-t-il au son après son apparition ? Comment arrive-t-il à notre oreille, par exemple ? Comment est-il distribué ?
Nous percevons le son avec l'oreille. Entre le corps sonore (source sonore) et l'oreille (récepteur sonore), il y a une substance qui transmet les vibrations sonores de la source sonore au récepteur. Le plus souvent, cette substance est de l'air. Le son ne peut pas voyager dans un espace sans air. Tout comme les vagues ne peuvent exister sans eau. Les expériences confirment cette conclusion. Considérons l'un d'eux. Placez une cloche sous la cloche de la pompe à air et allumez-la. Ensuite, ils commencent à pomper l'air. À mesure que l’air se raréfie, le son devient de plus en plus faible et finit par disparaître presque complètement. Lorsque je recommence à laisser passer de l'air sous la cloche, le son de la cloche redevient audible.
Bien entendu, le son se propage non seulement dans l’air, mais aussi dans d’autres corps. Cela peut également être vérifié expérimentalement. Même ça son faible, comment le tic-tac d'une montre à gousset posée à un bout de la table peut être clairement entendu en approchant l'oreille de l'autre bout de la table.
Il est bien connu que sur terre et surtout sur rails de chemin de fer le son est transmis sur de longues distances. En plaçant votre oreille contre le rail ou vers le sol, vous pouvez entendre le bruit d'un train au loin ou le piétinement d'un cheval au galop.
Si nous frappons pierre contre pierre sous l’eau, nous entendrons clairement le bruit de l’impact. Par conséquent, le son se propage également dans l’eau. Les poissons entendent les pas et les voix des gens sur le rivage, cela est bien connu des pêcheurs.
Les expériences montrent que différents solides conduisent le son de différentes manières. Les corps élastiques sont de bons conducteurs du son. La plupart des métaux, du bois, des gaz et des liquides sont des corps élastiques et conduisent donc bien le son.
Les corps mous et poreux sont de mauvais conducteurs du son. Lorsque, par exemple, une montre est dans une poche, elle est entourée d’un tissu doux, et on n’entend pas son tic-tac.
D’ailleurs, la propagation du son dans les solides est liée au fait que l’expérience avec une cloche placée sous une hotte n’a pas semblé très convaincante pendant longtemps. Le fait est que les expérimentateurs n'ont pas suffisamment bien isolé la cloche, et le son a été entendu même lorsqu'il n'y avait pas d'air sous le capot, puisque les vibrations étaient transmises par les différentes connexions de l'installation.
En 1650, Athanasius Kirch'er et Otto Hücke, se basant sur une expérience avec une cloche, conclurent que l'air n'était pas nécessaire à la propagation du son. Et seulement dix ans plus tard, Robert Boyle a prouvé de manière convaincante le contraire. Le son dans l’air, par exemple, est transmis par ondes longitudinales, c’est-à-dire par une alternance de condensations et de raréfactions de l’air provenant de la source sonore. Mais comme l'espace qui nous entoure, contrairement à la surface bidimensionnelle de l'eau, est tridimensionnel, les ondes sonores se propagent non pas dans deux, mais dans trois directions - sous la forme de sphères divergentes.
Les ondes sonores, comme toutes les autres ondes mécaniques, ne se propagent pas instantanément dans l’espace, mais à une certaine vitesse. Les observations les plus simples permettent de le vérifier. Par exemple, lors d'un orage, nous voyons d'abord des éclairs, puis entendons le tonnerre seulement quelque temps après, bien que les vibrations de l'air, que nous percevons comme du son, se produisent simultanément avec l'éclair. Le fait est que la vitesse de la lumière est très élevée (300 000 km/s), nous pouvons donc supposer que nous voyons un éclair au moment où il se produit. Et le bruit du tonnerre, formé simultanément avec la foudre, nous demande un temps assez considérable pour parcourir la distance entre le lieu de son origine et un observateur debout au sol. Par exemple, si nous entendons le tonnerre plus de 5 secondes après avoir vu un éclair, nous pouvons conclure que l’orage est à au moins 1,5 km de nous. La vitesse du son dépend des propriétés du milieu dans lequel le son se propage. Les scientifiques ont développé diverses méthodes pour déterminer la vitesse du son dans n'importe quel environnement.
La vitesse du son et sa fréquence déterminent la longueur d'onde. En observant les vagues dans un étang, on remarque que les cercles rayonnants sont tantôt plus petits, tantôt plus grands, autrement dit, la distance entre les crêtes ou les creux des vagues peut varier en fonction de la taille de l'objet qui les a créés. En tenant notre main suffisamment basse au-dessus de la surface de l’eau, nous pouvons sentir chaque éclaboussure qui passe devant nous. Plus la distance entre les vagues successives est grande, moins leurs crêtes toucheront nos doigts. Cette expérience simple permet de conclure que dans le cas des vagues à la surface de l'eau, pour une vitesse de propagation des vagues donnée, une fréquence plus élevée correspond à une distance plus petite entre les crêtes des vagues, c'est-à-dire des vagues plus courtes, et, inversement, une une fréquence plus basse correspond à des ondes plus longues.
Il en va de même pour les ondes sonores. Le fait qu'une onde sonore traverse un certain point de l'espace peut être jugé par le changement de pression à ce point. Ce changement répète complètement la vibration de la membrane de la source sonore. Une personne entend un son parce que l’onde sonore exerce une pression variable sur le tympan de son oreille. Une fois la crête de l'onde sonore (ou la zone haute pression) parvient à notre oreille. On sent la pression. Si les zones hypertension artérielle Comme les ondes sonores se succèdent assez rapidement, le tympan de notre oreille vibre rapidement. Si les crêtes de l'onde sonore sont considérablement en retard les unes par rapport aux autres, le tympan vibrera beaucoup plus lentement.
La vitesse du son dans l’air est une valeur étonnamment constante. Nous avons déjà vu que la fréquence du son est directement liée à la distance entre les crêtes de l'onde sonore, c'est-à-dire qu'il existe une certaine relation entre la fréquence du son et la longueur d'onde. Nous pouvons exprimer cette relation de la manière suivante: La longueur d'onde est égale à la vitesse divisée par la fréquence. Autrement dit, la longueur d’onde est inversement proportionnelle à la fréquence, avec un coefficient de proportionnalité égal à la vitesse du son.
Comment le son devient-il audible ? Lorsque les ondes sonores pénètrent dans le conduit auditif, elles font vibrer le tympan, l’oreille moyenne et l’oreille interne. En pénétrant dans le liquide remplissant la cochlée, les ondes d’air affectent les cellules ciliées à l’intérieur de l’organe de Corti. Le nerf auditif transmet ces impulsions au cerveau, où elles sont converties en sons.
Mesure du bruit
Le bruit est un son désagréable ou indésirable, ou un ensemble de sons qui interfèrent avec la perception de signaux utiles, brisent le silence, ont un effet nocif ou irritant sur le corps humain, réduisant ainsi ses performances.
Dans les zones bruyantes, de nombreuses personnes présentent des symptômes du mal du bruit : augmentation de l'excitabilité nerveuse, fatigabilité rapide, hypertension artérielle.
Le niveau de bruit est mesuré en unités,
Exprimer le degré de pression sonore, décibels. Cette pression n'est pas perçue à l'infini. Un niveau sonore de 20 à 30 dB est pratiquement inoffensif pour l'homme : il s'agit d'un bruit de fond naturel. En ce qui concerne les sons forts, la limite autorisée est ici d'environ 80 dB. Un son de 130 dB provoque déjà de la douleur chez une personne, et 150 lui devient insupportable.
Le bruit acoustique est constitué de vibrations sonores aléatoires de nature physique différente, caractérisées par des changements aléatoires d'amplitude et de fréquence.
Lorsqu'une onde sonore, constituée de condensations et de raréfactions de l'air, se propage, la pression sur le tympan change. L'unité de pression est 1 N/m2 et l'unité de puissance acoustique est 1 W/m2.
Le seuil auditif est le volume sonore minimum qu'une personne perçoit. Elle est différente selon les personnes, et donc, classiquement, le seuil auditif est considéré comme une pression acoustique égale à 2x10"5 N/m2 à 1000 Hz, correspondant à une puissance de 10"12 W/m2. C'est à ces valeurs que le son mesuré est comparé.
Par exemple, la puissance sonore des moteurs lors du décollage d’un avion à réaction est de 10 W/m2, c’est-à-dire qu’elle dépasse le seuil de 1 013 fois. Il n’est pas pratique d’opérer avec un si grand nombre. À propos des sons de différentes intensités, on dit que l'un est plus fort que l'autre non pas de plusieurs fois, mais de plusieurs unités. L'unité de volume s'appelle Bel - du nom de l'inventeur du téléphone A. Bel (1847-1922). Le volume sonore est mesuré en décibels : 1 dB = 0,1 B (Bel). Une représentation visuelle de la relation entre l’intensité sonore, la pression acoustique et le niveau de volume.
La perception du son dépend non seulement de ses caractéristiques quantitatives (pression et puissance), mais aussi de sa qualité - fréquence.
Le même son à différentes fréquences diffère en volume.
Certaines personnes ne peuvent pas entendre les sons à haute fréquence. Oui, chez les personnes âgées limite supérieure la perception sonore diminue jusqu'à 6000 Hz. Ils n'entendent pas, par exemple, le couinement d'un moustique ou le trille d'un grillon, qui produisent des sons d'une fréquence d'environ 20 000 Hz.
Le célèbre physicien anglais D. Tyndall décrit ainsi une de ses promenades avec un ami : « Les prairies des deux côtés de la route grouillaient d'insectes qui, à mes oreilles, remplissaient l'air de leur bourdonnement aigu, mais mon ami n'entendit pas rien de tout cela - la musique des insectes volait au-delà des limites de son audition. » !
Niveaux de bruit
L'intensité sonore - le niveau d'énergie du son - est mesurée en décibels. Un murmure équivaut à environ 15 dB, le bruissement des voix dans une classe d'élève atteint environ 50 dB et le bruit de la rue en cas de trafic intense est d'environ 90 dB. Les bruits supérieurs à 100 dB peuvent être insupportables pour l’oreille humaine. Des bruits autour de 140 dB (comme le bruit d’un avion à réaction qui décolle) peuvent être douloureux pour l’oreille et endommager le tympan.
Pour la plupart des gens, l’acuité auditive diminue avec l’âge. Ceci s'explique par le fait que les os de l'oreille perdent leur mobilité d'origine, et donc les vibrations ne sont pas transmises à oreille interne. De plus, les otites peuvent endommager le tympan et affecter négativement le fonctionnement des osselets. Si vous rencontrez des problèmes auditifs, vous devez immédiatement consulter un médecin. Certains types de surdité sont causés par des lésions de l'oreille interne ou nerf auditif. La perte auditive peut également être causée par une exposition constante au bruit (par exemple, dans une usine) ou par des éclats sonores soudains et très forts. Vous devez être très prudent lorsque vous utilisez des lecteurs stéréo personnels, car un volume excessif peut également provoquer une surdité.
Bruit autorisé dans les locaux
Concernant les niveaux de bruit, il convient de noter qu'une telle notion n'est pas éphémère et non réglementée du point de vue législatif. Ainsi, en Ukraine, les règles adoptées à l’époque soviétique s’appliquent toujours aujourd’hui. Normes sanitaires bruit admissible dans les locaux des bâtiments résidentiels et publics et dans les zones résidentielles. Selon document spécifié, dans les locaux d'habitation, il faut s'assurer que le niveau sonore ne dépasse pas 40 dB le jour et 30 dB la nuit (de 22h00 à 8h00).
Le bruit véhicule souvent des informations importantes. Un pilote de voiture ou de moto écoute attentivement les sons émis par le moteur, le châssis et d'autres pièces d'un véhicule en mouvement, car tout bruit étranger peut être le signe avant-coureur d'un accident. Le bruit joue un rôle important dans l'acoustique, l'optique, la technologie informatique, médecine.
Qu'est-ce que le bruit ? Il s’agit de vibrations complexes aléatoires de diverses natures physiques.
Le problème du bruit existe depuis longtemps. Déjà dans l’Antiquité, le bruit des roues dans les rues pavées provoquait de l’insomnie chez beaucoup.
Ou peut-être que le problème est survenu encore plus tôt, lorsque les voisins de la grotte ont commencé à se disputer parce que l'un d'eux frappait trop fort en fabriquant un couteau ou une hache en pierre ?
La pollution sonore dans l’environnement ne cesse d’augmenter. Si en 1948, lors d'une enquête auprès des habitants des grandes villes, 23 % des personnes interrogées répondaient par l'affirmative à la question de savoir si le bruit dans leur appartement les dérangeait, alors en 1961, ce chiffre était déjà de 50 %. DANS la dernière décennie Le niveau de bruit dans les villes a augmenté de 10 à 15 fois.
Le bruit est un type de son, même s’il est souvent appelé « son indésirable ». Dans le même temps, selon les experts, le bruit d'un tramway est estimé à 85-88 dB, celui d'un trolleybus à 71 dB, celui d'un bus d'une puissance moteur supérieure à 220 ch. Avec. - 92 dB, moins de 220 l. Avec. - 80-85 dB.
Des scientifiques de l’Ohio State University ont conclu que les personnes régulièrement exposées à des bruits forts sont 1,5 fois plus susceptibles que les autres de développer un neurinome de l’acoustique.
Le neurinome de l'acoustique est une tumeur bénigne qui entraîne une perte auditive. Les scientifiques ont examiné 146 patients atteints de neurinome de l'acoustique et 564 personnes en bonne santé. On leur a tous posé des questions sur la fréquence à laquelle ils étaient confrontés à des bruits forts d'au moins 80 décibels (bruit trafic). Le questionnaire prenait en compte le bruit des appareils électroménagers, des moteurs, de la musique, les cris des enfants, le bruit lors d'événements sportifs, dans les bars et restaurants. Il a également été demandé aux participants à l’étude s’ils utilisaient des appareils de protection auditive. Pour ceux qui écoutaient régulièrement musique forte, le risque de neurinome de l'acoustique était multiplié par 2,5.
Chez ceux qui ont été exposés bruit technique– 1,8 fois. Pour les personnes qui écoutent régulièrement les enfants crier, le bruit dans les stades, les restaurants ou les bars est 1,4 fois plus élevé. Lorsqu'on porte une protection auditive, le risque de développer un neurinome de l'acoustique n'est pas plus grand que chez les personnes qui ne sont pas du tout exposées au bruit.
Impact du bruit acoustique sur les humains
L'impact du bruit acoustique sur l'homme varie :
A. Nocif
Le bruit conduit au développement d'une tumeur bénigne
Le bruit à long terme affecte négativement l'organe de l'audition, étirant le tympan, réduisant ainsi la sensibilité au son. Cela entraîne des perturbations du cœur, du foie, de l'épuisement et du surmenage. cellules nerveuses. Les sons et bruits de grande puissance affectent l’aide auditive, les centres nerveux et peuvent provoquer des douleurs et des chocs. C’est ainsi que fonctionne la pollution sonore.
Bruits artificiels et artificiels. Ils affectent négativement le système nerveux humain. L’un des bruits urbains les plus nocifs est le bruit des véhicules à moteur sur les principales autoroutes. Cela irrite le système nerveux, de sorte qu'une personne est tourmentée par l'anxiété et se sent fatiguée.
B. Favorable
Les sons utiles incluent le bruit des feuilles. Le clapotis des vagues a un effet apaisant sur notre psychisme. Le bruissement silencieux des feuilles, le murmure d'un ruisseau, le léger clapotis de l'eau et le bruit des vagues sont toujours agréables à une personne. Ils le calment et soulagent le stress.
C. Médicinal
L'effet thérapeutique sur les humains utilisant les sons de la nature est apparu parmi les médecins et les biophysiciens qui ont travaillé avec des astronautes au début des années 80 du XXe siècle. Dans la pratique psychothérapeutique, les bruits naturels sont utilisés dans le traitement diverses maladies comme une aide. Les psychothérapeutes utilisent également ce qu'on appelle le « bruit blanc ». Il s'agit d'une sorte de sifflement, rappelant vaguement le bruit des vagues sans le clapotis de l'eau. Les médecins pensent que le « bruit blanc » calme et endort.
L'effet du bruit sur le corps humain
Mais est-ce que seuls les organes auditifs sont affectés par le bruit ?
Les étudiants sont encouragés à le découvrir en lisant les déclarations suivantes.
1. Le bruit provoque un vieillissement prématuré. Dans trente cas sur cent, le bruit réduit l'espérance de vie des personnes grandes villes pendant 8-12 ans.
2. Une femme sur trois et un homme sur quatre souffrent de névroses causées par niveau augmenté bruit.
3. Les maladies telles que la gastrite, les ulcères d'estomac et intestinaux surviennent le plus souvent chez les personnes vivant et travaillant dans des environnements bruyants. Pour les musiciens pop, les ulcères d’estomac sont une maladie professionnelle.
4. Un bruit suffisamment fort après 1 minute peut provoquer des modifications de l'activité électrique du cerveau, qui devient similaire à l'activité électrique du cerveau chez les patients épileptiques.
5. Le bruit déprime le système nerveux, surtout lorsqu'il est répété.
6. Sous l'influence du bruit, il existe une diminution persistante de la fréquence et de la profondeur de la respiration. Parfois, une arythmie cardiaque et une hypertension apparaissent.
7. Sous l'influence du bruit, des glucides, des graisses, des protéines, métabolisme du sel substances, qui se manifestent par des modifications de la composition biochimique du sang (diminution de la glycémie).
Un bruit excessif (supérieur à 80 dB) affecte non seulement les organes auditifs, mais également d'autres organes et systèmes (circulatoires, digestifs, nerveux, etc.), les processus vitaux sont perturbés, le métabolisme énergétique commence à prévaloir sur le métabolisme plastique, ce qui conduit à un vieillissement prématuré. du corps .
PROBLEME DE BRUIT
Une grande ville est toujours accompagnée du bruit de la circulation. Au cours des 25 à 30 dernières années, dans les grandes villes du monde, le bruit a augmenté de 12 à 15 dB (c'est-à-dire que le volume sonore a augmenté de 3 à 4 fois). S'il y a un aéroport dans la ville, comme c'est le cas à Moscou, Washington, Omsk et dans un certain nombre d'autres villes, cela entraîne de multiples dépassements du niveau maximum autorisé de stimuli sonores.
Et encore transport automobile figure parmi les principales sources de bruit de la ville. C’est ce qui provoque un bruit pouvant atteindre 95 dB sur l’échelle du sonomètre dans les rues principales des villes. Le niveau sonore dans les pièces à vivre avec fenêtres fermées face à l'autoroute n'est que de 10 à 15 dB inférieur à celui de la rue.
Le bruit des voitures dépend de nombreuses raisons : la marque de la voiture, son état de fonctionnement, sa vitesse, la qualité de la chaussée, la puissance du moteur, etc. Le bruit du moteur augmente fortement lorsqu'il démarre et se réchauffe. Lorsque la voiture roule à la première vitesse (jusqu'à 40 km/h), le bruit du moteur est 2 fois plus élevé que le bruit qu'il crée à la deuxième vitesse. Lorsque la voiture freine brusquement, le bruit augmente également considérablement.
La dépendance de l'état du corps humain au niveau de bruit ambiant a été révélée. Certains changements dans l'état fonctionnel des systèmes nerveux central et cardiovasculaire provoqués par le bruit ont été constatés. Les maladies coronariennes, l'hypertension et l'augmentation du taux de cholestérol dans le sang sont plus fréquentes chez les personnes vivant dans des zones bruyantes. Le bruit perturbe considérablement le sommeil, réduisant sa durée et sa profondeur. Le temps nécessaire pour s'endormir augmente d'une heure ou plus et, après le réveil, les gens se sentent fatigués et ont mal à la tête. Tout cela finit par se transformer en fatigue chronique, affaiblit le système immunitaire, favorise le développement de maladies et réduit les performances.
On pense désormais que le bruit peut réduire l’espérance de vie d’une personne de près de 10 ans. En raison de l'augmentation des stimuli sonores, de plus en plus de personnes souffrent de troubles mentaux ; le bruit a un effet particulièrement fort sur les femmes. En général, le nombre de personnes malentendantes dans les villes a augmenté, et les maux de tête et l'irritabilité accrue sont devenus les phénomènes les plus courants.
POLLUTION SONORE
Le son et les bruits de grande puissance affectent l’aide auditive, les centres nerveux et peuvent provoquer des douleurs et des chocs. C’est ainsi que fonctionne la pollution sonore. Le bruissement silencieux des feuilles, le murmure d'un ruisseau, les voix d'oiseaux, le léger clapotis de l'eau et le bruit des vagues sont toujours agréables à une personne. Ils le calment et soulagent le stress. Ceci est utilisé dans les établissements médicaux, dans les salles de secours psychologique. Les bruits naturels de la nature se font de plus en plus rares, disparaissent complètement ou sont noyés par les bruits industriels, de transport et autres.
Le bruit à long terme affecte négativement l'organe auditif, réduisant ainsi la sensibilité au son. Cela entraîne une perturbation du cœur et du foie, ainsi qu’un épuisement et une surcharge des cellules nerveuses. Les cellules affaiblies du système nerveux ne peuvent pas coordonner suffisamment le travail des différents systèmes du corps. C’est là que surviennent des perturbations dans leurs activités.
On sait déjà qu’un bruit de 150 dB est nocif pour l’homme. Ce n'est pas pour rien qu'au Moyen Âge on exécutait sous la cloche. Le rugissement des cloches tourmentait et tuait lentement.
Chaque personne perçoit le bruit différemment. Tout dépend de l’âge, du tempérament, de la santé et des conditions environnementales. Le bruit a un effet cumulatif, c'est-à-dire que les irritations acoustiques, s'accumulant dans le corps, dépriment de plus en plus le système nerveux. Le bruit a un effet particulièrement néfaste sur l'activité neuropsychique du corps.
Les bruits provoquent des troubles fonctionnels du système cardio-vasculaire; a un effet néfaste sur les analyseurs visuels et vestibulaires ; réduire activité réflexe ce qui provoque souvent des accidents et des blessures.
Le bruit est insidieux, ses effets néfastes sur le corps se produisent de manière invisible, imperceptible, les dommages corporels ne sont pas immédiatement détectés. De plus, le corps humain est pratiquement sans défense contre le bruit.
Les médecins parlent de plus en plus du mal du bruit, défaite prédominante l'audition et le système nerveux. La source de pollution sonore peut être entreprise industrielle ou les transports. Les camions-bennes lourds et les tramways produisent un bruit particulièrement fort. Le bruit affecte le système nerveux humain et c'est pourquoi des mesures de protection contre le bruit sont prises dans les villes et les entreprises. Chemin de fer et lignes de tramway et les routes par lesquelles passe le transport de marchandises doivent être retirées de parties centrales déplacer les villes dans des zones peu peuplées et créer autour d’elles des espaces verts qui absorbent bien le bruit. Les avions ne devraient pas survoler les villes.
INSONORISATION
L'isolation phonique permet d'éviter les effets néfastes du bruit
La réduction des niveaux de bruit est obtenue grâce à des mesures de construction et acoustiques. Dans l’enveloppe extérieure du bâtiment, les fenêtres et les portes-fenêtres ont une isolation phonique nettement inférieure à celle du mur lui-même.
Le degré de protection contre le bruit des bâtiments est principalement déterminé par les normes de bruit admissibles pour les locaux destinés à un usage donné.
COMBATTRE LE BRUIT ACOUSTIQUE
Le Laboratoire d'Acoustique du MNIIP développe des sections « Ecologie Acoustique » composées de documentation du projet. Des projets sont menés sur l'insonorisation des locaux, la lutte contre le bruit, les calculs de systèmes de renforcement sonore et les mesures acoustiques. Bien que dans les pièces ordinaires, les gens souhaitent de plus en plus de confort acoustique - une bonne protection contre le bruit, une parole intelligible et l'absence de ce qu'on appelle. fantômes acoustiques - images sonores négatives formées par certains. Dans les modèles destinés à combat supplémentaire avec des décibels, au moins deux couches alternent - « dures » (plaques de plâtre, fibres de gypse) De plus, la conception acoustique devrait occuper sa modeste niche à l'intérieur. Le filtrage de fréquence est utilisé pour lutter contre le bruit acoustique.
VILLE ET LIEUX VERTS
Si vous protégez votre maison du bruit des arbres, il sera utile de savoir que les sons ne sont pas absorbés par les feuilles. En frappant le tronc, les ondes sonores sont brisées et descendent vers le sol où elles sont absorbées. L'épicéa est considéré comme le meilleur gardien du silence. Même le long de l'autoroute la plus fréquentée, vous pouvez vivre en paix si vous protégez votre maison avec une rangée de sapins verts. Et ce serait bien de planter des châtaigniers à proximité. Un châtaignier adulte débarrasse des gaz d'échappement des voitures un espace allant jusqu'à 10 m de haut, jusqu'à 20 m de large et jusqu'à 100 m de long. De plus, contrairement à beaucoup d'autres arbres, le châtaignier décompose les gaz toxiques sans pratiquement aucun dommage pour sa « santé ». »
L'importance de l'aménagement paysager des rues de la ville est grande - des plantations denses d'arbustes et de ceintures forestières protègent du bruit, le réduisant de 10 à 12 dB (décibels), réduisant ainsi la concentration particules nocives dans l'air de 100 à 25 %, réduire la vitesse du vent de 10 à 2 m/s, réduire la concentration des gaz des voitures à 15 % par unité de volume d'air, rendre l'air plus humide, abaisser sa température, c'est-à-dire le rendre plus humide. acceptable pour la respiration.
Les espaces verts absorbent également le son : plus les arbres sont hauts et plus leur plantation est dense, moins le son est entendu.
Les espaces verts associés aux pelouses et aux parterres de fleurs ont un effet bénéfique sur le psychisme humain, calment la vue et le système nerveux, sont une source d’inspiration et augmentent les performances des gens. Les plus grandes œuvres d'art et de littérature, découvertes des scientifiques, sont nées sous l'influence bénéfique de la nature. C'est ainsi que furent créées les plus grandes créations musicales de Beethoven, Tchaïkovski, Strauss et d'autres compositeurs, les peintures des merveilleux paysagistes russes Shishkin, Levitan et les œuvres d'écrivains russes et soviétiques. Ce n'est pas un hasard si le centre scientifique sibérien a été fondé au milieu des espaces verts de la forêt de Priobsky. Ici, à l'ombre du bruit de la ville et entourés de verdure, nos scientifiques sibériens mènent avec succès leurs recherches.
La verdure de villes comme Moscou et Kiev est élevée ; dans ce dernier pays, par exemple, il y a 200 fois plus de plantations par habitant qu'à Tokyo. Dans la capitale du Japon, en 50 ans (1920-1970), environ la moitié de tous les espaces verts situés dans un rayon de dix kilomètres du centre ont été détruits. Aux États-Unis, près de 10 000 hectares de parcs urbains centraux ont été perdus au cours des cinq dernières années.
← Le bruit a un effet néfaste sur la santé humaine, principalement en raison d’une détérioration de l’audition et de l’état des systèmes nerveux et cardiovasculaire.
← Le bruit peut être mesuré à l'aide d'instruments spéciaux - les sonomètres.
← Il faut se battre influence néfaste bruit en contrôlant le niveau de bruit, ainsi qu'en mesures spéciales pour réduire les niveaux de bruit.
Le son est une onde sonore qui provoque des vibrations minuscules particules l'air, d'autres gaz, ainsi que des milieux liquides et solides. Le son ne peut apparaître que là où se trouve une substance, quel que soit son état d’agrégation. Dans des conditions de vide, où il n’y a pas de milieu, le son ne se propage pas, car il n’y a pas de particules agissant comme distributeurs d’ondes sonores. Par exemple, dans l'espace. Le son peut être modifié, altéré et transformé en d’autres formes d’énergie. Ainsi, le son converti en ondes radio ou en énergie électrique peut être transmis à distance et enregistré sur des supports d'information.
Onde sonore
Les mouvements des objets et des corps provoquent presque toujours des fluctuations dans l'environnement. Peu importe qu'il s'agisse d'eau ou d'air. Au cours de ce processus, les particules du milieu auquel sont transmises les vibrations du corps se mettent également à vibrer. Des ondes sonores apparaissent. De plus, les mouvements s'effectuent vers l'avant et vers l'arrière, se remplaçant progressivement. L’onde sonore est donc longitudinale. Il n’y a jamais de mouvement latéral de haut en bas.
Caractéristiques des ondes sonores
Comme tout phénomène physique, ils ont leurs propres quantités, à l'aide desquelles les propriétés peuvent être décrites. Les principales caractéristiques d’une onde sonore sont sa fréquence et son amplitude. La première valeur montre combien d'ondes se forment par seconde. La seconde détermine la force de la vague. Les sons de basse fréquence ont faible niveau de rendement fréquences, et vice versa. La fréquence du son est mesurée en Hertz, et si elle dépasse 20 000 Hz, des ultrasons se produisent. Il existe de nombreux exemples de sons à basse et à haute fréquence dans la nature et dans le monde qui nous entoure. Le gazouillis d’un rossignol, le grondement du tonnerre, le rugissement d’une rivière de montagne et bien d’autres sont autant de fréquences sonores différentes. L'amplitude de l'onde dépend directement de l'intensité du son. Le volume, à son tour, diminue avec la distance par rapport à la source sonore. En conséquence, plus l’onde est éloignée de l’épicentre, plus son amplitude est faible. En d’autres termes, l’amplitude d’une onde sonore diminue avec la distance à la source sonore.
Vitesse du son
Cet indicateur d'une onde sonore dépend directement de la nature du milieu dans lequel elle se propage. Rôle important L'humidité et la température de l'air jouent ici un rôle. Dans des conditions météorologiques moyennes, la vitesse du son est d'environ 340 mètres par seconde. En physique, il existe une vitesse supersonique, qui est toujours supérieure à la vitesse du son. C'est la vitesse à laquelle les ondes sonores se propagent lorsqu'un avion se déplace. L'avion se déplace à une vitesse supersonique et dépasse même les ondes sonores qu'il crée. En raison de l'augmentation progressive de la pression derrière l'avion, une onde de choc sonore se forme. L’unité de mesure de cette vitesse est intéressante et peu de gens la connaissent. Ça s'appelle Mach. Mach1 égal à la vitesse son. Si une onde se déplace à Mach 2, elle se déplace deux fois plus vite que la vitesse du son.
Des bruits
DANS Vie courante les gens sont présents bruits constants. Le niveau de bruit est mesuré en décibels. Le mouvement des voitures, le vent, le bruissement des feuilles, l'entrelacement des voix des gens et autres bruits sonores sont nos compagnons quotidiens. Mais l’analyseur auditif humain a la capacité de s’habituer à un tel bruit. Cependant, il existe également des phénomènes dans lesquels même les capacités d'adaptation oreille humaine je ne peux pas faire face. Par exemple, un bruit dépassant 120 dB peut provoquer des douleurs. L'animal le plus bruyant est la baleine bleue. Lorsqu’il émet des sons, il peut être entendu à plus de 800 kilomètres.
Écho
Comment se produit un écho ? Tout est très simple ici. Une onde sonore a la capacité d’être réfléchie par différentes surfaces : par l’eau, par un rocher, par les murs d’une pièce vide. Cette onde nous revient, nous entendons donc un son secondaire. Ce n'est pas aussi clair que l'original car une partie de l'énergie de l'onde sonore est dissipée lorsqu'elle se déplace vers l'obstacle.
Écholocation
La réflexion sonore est utilisée à diverses fins pratiques. Par exemple, l'écholocation. Il est basé sur le fait qu'à l'aide d'ondes ultrasonores, il est possible de déterminer la distance par rapport à l'objet à partir duquel ces ondes sont réfléchies. Les calculs sont effectués en mesurant le temps nécessaire aux ultrasons pour se rendre à un endroit et revenir. De nombreux animaux ont la capacité d'écholocation. Par exemple, les chauves-souris et les dauphins l’utilisent pour chercher de la nourriture. L'écholocation a trouvé une autre application en médecine. Lors des examens échographiques, une image des organes internes d’une personne se forme. La base de cette méthode est que les ultrasons, pénétrant dans un milieu autre que l'air, reviennent, formant ainsi une image.
Les ondes sonores en musique
Pourquoi les instruments de musique émettent-ils certains sons ? Le grattage de la guitare, le grattage du piano, les sons graves des tambours et des trompettes, la charmante voix fine d'une flûte. Tous ces sons et bien d’autres sont dus aux vibrations de l’air ou, en d’autres termes, à l’apparition d’ondes sonores. Mais pourquoi le son des instruments de musique est-il si diversifié ? Il s’avère que cela dépend de plusieurs facteurs. Le premier est la forme de l’outil, le second est le matériau dans lequel il est fabriqué.
Regardons cela en utilisant les instruments à cordes comme exemple. Ils deviennent une source sonore lorsque les cordes sont touchées. En conséquence, ils commencent à produire des vibrations et à les envoyer dans l’environnement. différents sons. Le son grave de tout instrument à cordes est dû à la plus grande épaisseur et à la plus grande longueur de la corde, ainsi qu'à la faiblesse de sa tension. Et vice versa, plus la corde est tendue, plus elle est fine et courte, plus le son obtenu en jouant est aigu.
Action du microphone
Il est basé sur la conversion de l’énergie des ondes sonores en énergie électrique. Dans ce cas, l'intensité du courant et la nature du son en dépendent directement. À l’intérieur de tout microphone se trouve une fine plaque de métal. Lorsqu’il est exposé au son, il commence à effectuer des mouvements oscillatoires. La spirale à laquelle la plaque est reliée vibre également, ce qui entraîne électricité. Pourquoi apparaît-il ? En effet, le microphone possède également des aimants intégrés. Lorsque la spirale oscille entre ses pôles, un courant électrique est généré qui longe la spirale puis se dirige vers une colonne sonore (haut-parleur) ou vers un équipement d'enregistrement sur un support d'information (cassette, disque, ordinateur). À propos, le microphone du téléphone a une structure similaire. Mais comment fonctionnent les microphones sur les téléphones fixes et mobiles ? Phase initiale c'est pareil pour eux - le son de la voix humaine transmet ses vibrations à la plaque du microphone, puis tout suit le scénario décrit ci-dessus : une spirale qui, en se déplaçant, ferme deux pôles, un courant se crée. Et après? Avec un téléphone fixe, tout est plus ou moins clair : comme dans un microphone, le son, transformé en courant électrique, parcourt les fils. Mais qu’en est-il d’un téléphone portable ou, par exemple, d’un talkie-walkie ? Dans ces cas, le son est converti en énergie d’onde radio et atteint le satellite. C'est tout.
Phénomène de résonance
Parfois, des conditions sont créées lorsque l'amplitude des vibrations du corps physique augmente fortement. Cela se produit en raison de la convergence des valeurs de la fréquence des oscillations forcées et de la fréquence naturelle des oscillations de l'objet (corps). La résonance peut être à la fois bénéfique et nuisible. Par exemple, pour sortir une voiture d'un trou, on la démarre et on la pousse d'avant en arrière afin de provoquer une résonance et de donner de l'inertie à la voiture. Mais il y a eu aussi des cas de conséquences négatives de résonance. Par exemple, à Saint-Pétersbourg, il y a environ cent ans, un pont s’est effondré sous les soldats marchant à l’unisson.
