garsas

GARSAS

GARSO ŠALTINIAI

Svarbiausi garso šaltiniai yra svyruojantys kietieji kūnai (pvz., garsiakalbių difuzoriai, telefonų membranos, stygos, muzikinių instrumentų dekos ir kt. ), dujos (pvz., oras dūdose ir kituose pučiamuosiuose instrumentuose) ir vandens srovės. Jų svyravimai 16-20000 Hz dažniu sukelia ore sklindančias bangas, vadinamas GARSO BANGOMIS. Pasiekusios mūsų ausis, šio bangos sukelia GARSO POJŪTĮ. Garso bangoms sklisti reikalinga tampri aplinka (dujos, skystis, kietieji kūnai), vakuume jos nesklinda. Garso greitis 20 0C temperatūros ore – 344 m/s, varyje – 3670 m/s, pliene –– 5000 m/s.

Mūsų ausys suvokia garso bangų svyravimų skirtingą dažnį kaip skirtingą garso aukštį. Kuo aukštesnis svyravimų dažnis, tuo aukštesnis girdimas garsas. Pastovaus aukščio garsas vadinamas TONU. Garso pagrindinį toną lydi silpnesni ir aukštesni tonai, vadinami obertonais; jie nusako garso tembrą. Kuo daugiau obetonų, tuo turtingesnis garso tembras.

Grynam garso tonui gauti naudojami kamertonai. Kamertono dažnis priklauso nuo jo masės ir medžiagos tamprumo. Kamertono kojelės, svyruodamos ir nemaža amplitude, sukelia silpną garsą. Bet jeigu jį pastatytume ant keturkapmės dėžutės, kkurios vienas galas uždaras, o matmenys atitinka ketvirtį bangos ilgio, tai girdėtume daug stiprenį garsą, nes kamertono kojelės svyruotų su ta pačia amplitude. Mat dėžutėje oro stulpas rezonuoja kamertono kojelių svyravimų dažniu. Stygą ištempus ant smuiko ar gitaros korpuso, girdėsis ddaug stipresnis garsas, nes rezonuos korpuse esantis oras.

Panašūs reiškiniai vyksta žmogaus ir daugelio kitų gyvūnų gerklose. Balso stygos ir tarp jų esantis balso plyšys yra pagrindinė balso aparato dalis. Ryklės, burnos ir nosies ertmėse esantis oras ezonuoja ir sustiprina balsą.

Keturkampė arba apskrita plokštelė, įtvirtinta viduryje, skamba, kai jos kraštą perbraukiame stryku. Ant tokios plokštelės užberkime smėlio. Jai skambant, smėlis byra iš vietų, kurių svyravimo amplitudės didelės, į mazgų linijas. Taip susidaro gražios figūros, vadinamos Chladinio figūromis. Panašios figūros susidaro ir membranose, varpuose.

VĖBERIO IR FECHNERIO DĖSNIS

Kaip minėjome, garso banga perneša energiją. Svarbiausios garso energetinės charakteristikos yra garso slėgis, intensyvumas ir garsumas.

Garso slėgis-tai papildomas slėgis medžiagoje, atsirandantis dėl ja sklindančios garso bangos. Toji banga sukelia medžiagos sutankėjimus iir praretėjimus, kurie sukelia papildomus slėgio kitimus, t.y. slėgio svyravimus vidutinės vertės atžvilgiu.

Garso intensyvumas, arba stiprumas, yra energijos kiekis, kurį garso banga perneša per laiko vienetą pro vienetinį plotą, statmeną bangos slidimo krypčiai. Kai garso intensyvumas nekinta, mūsų ausies jautrumas priklauso ir nuo dažnio. Paprastai ausis yra jautri 700-4000 Hz dažnio, o ypač 1000 Hz dažnio virpesiams, kai dar galoma girdėti intensyvumo I0 ir p0 W/m2 ir slėgio p0=2,0·10-5 Pa virpesius. I0 ir p0 yra vadinamas girdos slenksčiu. Didžiausias ggarso intensyvumas I=10 W/m2 ir didžiausias slėgis p=63 Pa sukelia ausyse skausmą ir vadinamas skausmo slenksčiu. Didžiausiu ir mažiausio garso intensyvumų santykis lygus 1013 , o mes nejaučiame, kad vienas garsas būtų milijonus ar milijardus kartų garsesnis už kitą. Čia reikia skirti garso intensyvumą nuo jo garsumo.

GARSUMAS-dydis, apibūdinantis klausos organų garso pojūtį. Subjektyvią garso charakteristiką-GARSUMĄ-atitinka objektyvi charakteristika-intensyvumas. Tarp šių charakteristikų nėra tiesinės priklausomybės. Klausos fiziologija yra tokia: garso intensyvumui padvigubėjus, garsumas nepasidaro dvigubai didesnis. Intensyvumui didėjant pagal geometrinę progresiją, garsumas didėja maždaug pagal aritmetinę progresiją.

Esant 1000Hz dažniui, garsumas tiesiog proporcingas intensyvumo I ir girdos slenksčio I0 santykio logaritmui. Tai ir yra Vėberio ir Fechnerio dėsnis. Šį dėsnį atrado vokiečių anatomas ir fiziologas E. Vėberis 1831 m., o vokiečių fizikas ir psichologas H. Fechneris 1860 m. Suteikė jam matematinę išraišką. Šis dėsnis, pagal kurį bandoma sudėtingus procesus pakeisti paprastu mechaniniu reiškiniu, pagal S. Rževkino ir kitų tyrimus ne visai patenkinamai apibūdina garsumo ir intensyvumo sąryšį. Bet šiuo metu tikslesnio dėsnio neturime. Tarkime, kad girdos slenksčio garsumo lygis L0 lygus nuliui. Kai garso intensyvumas pasidaro dešimt kartų didesnis už jo girdos slenkstį I0, garsumo lygis padidėja vienu belu (B) , arba 10 decibelų (dB).

KAI KURIŲ GARSŲ PARAMETRAI

Garsumas decibelais Intensyvumas W/m2 Garso sslėgis Pa Garso pobūdis

0 20 30 40 60 70 80 100 120 130 10-12 10-10 10-9 10-8 10-6 10-5 10-4 10-2 1 10 2,0 · 10-5 2,0 · 10-4 2,0 · 10-4 2,0 · 10-3 2,0 · 10-2 2,0 · 10-2 2,0 · 10-1 2 20 63 Girdos slenkstisLaikrodžio tiksenimasPokalbis pašnibždomisRamus pokalbisVidutinio garsumo kalbaGarsi kalbaŠauksmasAutomobilio sirenaLėktuvo variklio triukšmasSkausmas

TRIUKŠMAS IR KOVA SU JUO

Įvairių tonų ir skirtingo garsumo neperiodinius garsus, kurių trukmė netvarkingai keičiasi, vadiname TRIUKŠMU. Triukšmas gali būti trumpalaikis ir ilgalaikis.

Stiprus triukšmas žalingai veikia žmonių sveikatą ir darbingumą, gyvulių ir augalų organizmą. Garsu galima užmušti žmogų. Viduramžiais nuteistąjį pasodindavo po varpu, ir skambindavo juo, kol žmogus mirdavo nuo triukšmo. 1962 m. Leningrado srities tarybiniame ūkyje visi tvenkiniai, kuriuose buvo auginamos avys, pasidengė plunksnomis kaip sniegu. Paukščiai ėmė šertis, nes netoli dvi dienas dirbo buldozeris.

Teatrų, koncertų salėms, mokyklų auditorijoms labai svarbi gera patalpų akustika. Ji priklauso nuo garso dažnio ir patalpos tūrio, formos, sienas dengiančios medžiagos, patalpoje esnčių daiktų bei žmonių skaičiaus. Todėl svarbi patalpos charakteristika – reverberacijos laikas. REVERBERACIJOS LAIKAS yra toks laikas, per kurį garso intensyvumas sumažėja 106 kartų. Optimalus reverberacijos laikas vidutiniams dažniams ir vidutiniams patalpų tūriams yra apie 1-2 sekundes.

INFRAGARSAS IR ULTRAGARSAS

INFRAGARSU vadiname tamprioje aaplinkoje sklindančias bangas, kurių dažnis žemesnis kaip 16 – 20 Hz. Infragarso mes negirdime. Infragarso šaltiniai – tai atmosferos (žaibavimo, stiprių vėjų, ciklonų ir kt.), miško, jūros, sprogimų, griūčių triukšmai. Infragarsas sklinda tuo pačiu greičiu, kaip ir garsas. Kadangi infragarso bangos yra labai ilgos ir siekia kelias dešimtis metrų, tai jos lengvai aplekia kliūtis (medžius, pastatus ir kt.), o kartais tokias kliūtis rezonuodamos pačios tampa infragarso šaltiniais. Visa tai padidina infragarso skvarbumą. Dėl to sunku nuo jo apsisaugoti, ir jis gali nusklisti labai toli. Infragarso bangos, sukeltos stipraus branduolinio sprogimo, apibėga visą Žemės rutulį.

Infragarsas žalingai veikia žmogaus ir kitų gyvių organizmus. Kiekvienas organas turi žemą (kelių hercų) savųjų svyravimų dažnį. Kai kurie organai, pavyzdžiui, kepenys, inkstai, patys nesvyruoja, bet, veikiami infragarso priverstinių svyravimų, rezonuoja. Dėl to atsiranda trintis tarp atskirų organų, o gyvas organizmas jaučia skausmą.

Ypač žalingai infragarsas veikia širdį ir kraujo indus. Veikiant intensyviam tam tikro dažnio infragarsui, širdies raumuo rezonuoja, jo amplitudė didėja ir trūksta kraujo indai. Tai patvirtinta bandymais su žiurkėmis. Paveikus žiurkes 7 Hz dažnio ir 170 dB infragarsu, per 20 min. Jos žuvo dėl kraujo indų išsiplėtimo ir kraujoplūdžio plaučiuose. Jei infragarso svyravimų fazė yra priešinga kraujo indų sistemos savųjų svyravimų fazei, tai

taikraujo apytaka stapdoma, o esant pakankamai intensyviam infragarsui, širdis gali sustoti.

Ypač pavojingas yra 7 Hz ir jam artimo dažnio infragarsas. Šis dažnis sutampa su smegenų alfa ritmų svyravimų dažniu. Tokio dažnio 120 – 140 dB infragarsui galima apalpti, laikinai apakti, o apie 180 dB infragarsas gali sukelti paralyžių, dėl jo gali sprogti plaučių alveolės, jam paveikus, gali ištikti mirtis.

Šiandien naminius gyvulius kompleksuose veikia vis didesnis infragarso ir garso triukšmas: įvairūs variliai, motorai, kompresoriai, elektriniai melžimo aparatai. dėl to kkarvės duoda mažiau pieno, sumažėja jų produktyvumas ir kt.

Kai kurie gyviai junta infragarsą: pavyzdžiui, medūzos junta 8 – 13 Hz dažnio svyravimus, kurie, atsiradę audrų rajonuose, maždaug 1,5 km/s greičiu slinda vandenyje. Šie svyravimai pasiekia jūros krantą keliomis valandomis ankčiau, negu atslenka pati audra. Medūzų nervų galūnės rezonuoja, ir jos pasišalina iš tokių pavojingų rajonų. Ištyrę, kaip medūzos suvokia infragarsus, mokslininkai sukūrė analogiškus aparatus, kuriais dabar nustatoma, kad atslenka audra 10 – 15 h anksčiau.

Kai kurie gyviai jjunta ir būsimą žemės drebėjimą: pavyzdžiui, gyvatės, gyluminės žuvys pasišalina iš pavojingų zonų. Spėjama, kad gal ir šie gyviai junta infragarsą.

Sukurti specialūs infragarsinio dažnio aparatai, kurie naudojami masažui.

ULTRAGARSU vadinamos tamprioje aplinkoje sklindančios bangos, kurių dažnis aukštesnis kaip 20 kkHz. Ultragarso dažnių diapozonas skirstomas į 3 sritis: žemojo dažnio – 2· 104 – 105 Hz, vidutinio dažnio – 105 – 107 Hz ir aukštojo dažnio – 107 – 109 Hz, o ultragarsas, kurio dažnis aukštesnis kaip 109 Hz, vadinamas hipergarsu. Ultragarsui kurti dažniausiai vartojami metodai,pagrįsti MAGNETOSTRIKCINIU ir ATVIRKŠTINIU PJEZOELEKTRINIU EFEKTAIS. Magnetostrikcinį generatorių sudaro feromagnetinis strypas, įstatytas į solenoidą, kuriuo teka aukštojo dažnio kintamoji srovė. Jei strypo savasis dažnis sutampa su kintamosios srovės dažniu, tai strype susidaro rezonansiniai virpesiai, ir tuomet išspinduliuojamos žemojo dažnio ultragarso bangos, paprastai apie 20- 60 kHz. Aukštesniems dažniams kurti naudojami pjezoelektriniai generatoriai, kuriuose pritaikomas atvirkštinis pjezoelektrinis efektas. Generatorių spinduliuojamos ultragarso bangos yra išilginės.

Ultragarsui priimti ir registuoti naudojami taip pat magnetostrikciniai ir pjezoelektriniai imtuvai. MMagnetostrikcinio imtuvo feromagnetinis strypas turi būti visai toks pat, kaip ir generatoriaus. Ultragarso bangos, pasiekusios šio feromagnetinio strypo galą, deformuoja jį savo dažniu, o šios strypo deformacijos sukelia imtuvo selenoide to paties dažnio kintamąją evj ir kintamąją srovę, kurią stiprintuvas sustiprina ir perduoda į indikatorių, parodantį, kad ultragarsas priimtas. O pjezoelektriniuose imtuvuose naudojamas TIESIOGINIS PJEZOELEKTRINIS EFEKTAS.

Trumpos ultragarso bangos, kurių ilgis yra gerokai mažesnis už garso šaltinio matmenis, gali būti išspinduliuojamos siauru pluoštu. Be to, aukštojo dažnio ultragarso bangas sstipriai absorbuoja dujos, tuo tarpu skysčiuose ir kietuosiuose kūnuose jos gali nusklisti didelius nuotolius. Šios ultragarso savybės yra pritaikomos ultragarsiniuose hidrolokatoriuose ir defektoskopuose. Hidrolokatoriai naudojami povandeniniams laivams sekti, jūrų gilumui nustatyti, žuvų telkiniams ieškoti. Ultragarsiniais defektoskopais aptinkami įvairūs defektai stambių detalių viduje.

Turime ir daugiau ultragarsinių įrengimų, naudojamų technikoje. Ultragarsinės staklės apdirba kietąsias (deimantą, kietlydinius) ir trapiąsias (keramiką, stiklą) medžiagas. Ultrgarsinis lituoklis lituoja aliuminį ir jo lydinius. Ultragarsu nuvalomos mašinų detalės nuo riebalų, tepalų ir kitų nešvarumų. Taikomas ultragarsas ir medicinoje: chirurgijoje, onkologijoje, diagnostikoje ir kt.

Ultragarsas sutinkamas ir gyvojoje gamtoje. Tyrimai parodė, kad šikšnosparniai skleidžia ultragarso bangas impulsais ir po to įsiklauso į savo “šaukimo” aidą, kuris ateina nuo kliūties. Todėl, nors ir blogai matydami, jie net ir nakties metu gerai orientuojasi aplinkoje ir neužlekia ant kliūčių. Panašiu principu sukonstruoti ultragarsiniai lokatoriai akliesiems. Ultragarsą skleidžia ir juo naudojasi ir daugelis kitų gyvų būtybių, pradedant uodais ir baigiant delfinais, banginiais. Bitės skleidžia ultragarsus spietimosi metu. Daugelis vabzdžių ir gyvūnų junta ultragarsą, pavyzdžiui, naktinės peteliškės, svirpliai, žiogai, pelės, jūrų kiaulytės, šunys. Atliekami tyrimai ultragarsu išbandyti augalų kenkėjus.

Įvairaus diapozono ultragarsai aptinkami vėjo, jūros bangų, krioklių ūžesiuose, traukinių, lėktuvų (ypač reaktyvinių) triukšme.

Stiprios ultragarso bangos gali užmušti kai kuriuos gyvus organizmus, ppavyzdžiui, žuveles, buožgalvius, įvairius mikroorganizmus. Ši jo savybė naudojama vandeniui, pienui ir kitiems maisto produktams sterilizuoti. Tačiau kai kuriais atvejais ultragarsu galima ir stimuliuoti gyvybės procesus. Buvo bandyta, parinkus ultragarso dažnį ir dozę, paveikti žirnių, miežių, cukrinių runkelių sėklas. Gauti įdomūs rezultatai: ultragarso paveiktos sėklos greičiau sudygo, augalai sparčiau augo ir brendo. Kai kuriais atvejais derlius padidėjo, o ilgas augalų vegetacijos periodas šiek tiek sutrumpėjo. Tačiau ultragarso poveikiu reikia naudotis atsargiai, nes tos pačios sėklos, paveikus didesne ultragarso doze, žuvo.