Инфразвук
Инфразвук — звуковые волны, имеющие частоту ниже воспринимаемой человеческим ухом. Поскольку обычно человеческое ухо способно слышать звуки в диапазоне частот 16—20’000 Гц, за верхнюю границу частотного диапазона инфразвука обычно принимают 16 Гц. Нижняя же граница инфразвукового диапазона условно определена как 0.001 Гц. Практический интерес могут представлять колебания от десятых и даже сотых долей герц, то есть с периодами в десятки секунд.
Характеристики инфразвука:
Инфразвук подчиняется общим закономерностям, характерным для звуковых волн, однако обладает целым рядом особенностей, связанных с низкой частотой колебаний упругой среды:
— Инфразвук имеет гораздо большие амплитуды колебаний в сравнении с равномощным слышимым человеком звуком;
— Инфразвук гораздо дальше распространяется в воздухе, поскольку поглощение инфразвука атмосферой незначительно;
— Благодаря большой длине волны для инфразвука характерно явление дифракции, вследствие чего он легко проникает в помещения и огибает преграды, задерживающие слышимые звуки;
— Инфразвук вызывает вибрацию крупных объектов, так как входит в резонанс с ними.
Перечисленные особенности инфразвука затрудняют борьбу с ним, поскольку обычные способы противошумовой борьбы (звукопоглощение, звукоизоляция, удаление от источника звука) против инфразвука малоэффективны.
Инфразвук, образующийся в море, называют одной из возможных причин появления «летучих голландцев» — судов, покинутых экипажем в открытом море в ситуации, когда физической опасности судну нет.
Природные источники инфразвука:
Инфразвук генерируется планетарной корой при землетрясениях, ударах молний, при сильном ветре (инфразвуковой аэродинамический шум) во время бурь и ураганов (в последнем случае регистрация инфразвука, в том числе нарастание инфразвукового фона, — верный признак приближения шторма. В частности прибрежные сухопутные и морские животные уходят в глубь суши и воды соответственно, заслышав нарастающий инфразвуковой шум и следовательно ожидая приближение шторма).
При помощи инфразвука общаются между собой киты и слоны. Инфразвук был зарегистрирован и при взрыве Челябинского метеорита в 2013 году инфразвуковыми станциями систем обнаружения ядерных взрывов по всей Земле.
Техногенные источники инфразвука:
Техногенный инфразвук генерируется разнообразным оборудованием при колебаниях поверхностей больших размеров, мощными турбулентными потоками жидкостей и газов, при ударном возбуждении конструкций, вращательном и возвратно-поступательном движении больших масс. Основными техногенными источниками инфразвука являются тяжёлые станки, ветрогенераторы, вентиляторы, электродуговые печи, поршневые компрессоры, турбины, виброплощадки, сабвуферы, водосливные плотины, реактивные двигатели, судовые двигатели. Кроме того, инфразвук возникает при наземных, подводных и подземных взрывах.
Распространение инфразвука:
Для инфразвука характерно малое поглощение в различных средах, вследствие чего инфразвуковые волны в воздухе, воде и в земной коре могут распространяться на очень большие расстояния, и инфразвук может служить предвестником бурь, ураганов, цунами. Это явление находит практическое применение при определении места сильных взрывов или положения стреляющего орудия. (Последнее может быть использовано в контрбатарейной борьбе.) Звуки взрывов, содержащие большое количество инфразвуковых частот, применяются для исследования верхних слоёв атмосферы, свойств водной среды, геодезического зондирования земной коры с дневной поверхности.
Физиологическое действие:
Физиологическое действие инфразвука на живые существа (в том числе человека) зависит только от его спектральных, временных и мощностных характеристик и не зависит от того, на открытом пространстве или в помещении находится живой объект воздействия.
Патогенное действие инфразвука заключается в повреждении нервной системы (в частности головного мозга), органов эндокринной системы и внутренних органов вследствие развития тканевой гипоксии из-за ликвор-гемодинамических и микроциркуляторных нарушений.
При 180—190 дБ действие инфразвука смертельно вследствие разрыва лёгочных альвеол. Другие зоны интенсивных кратковременных воздействий вызывают синдром резко выраженного инфразвукового дискомфорта, предел переносимости которого наблюдается при 154 дБ. Исследования показали, что низкочастотные акустические колебания, в том числе и инфразвуковые, продолжительностью от 25 с до 2 мин с удельным звуковым давлением от 145 до 150 дБ в диапазоне частот от 1 до 100 Гц, вызывали у испытуемых ощущение вибрации грудной стенки, сухость в полости рта, нарушение зрения, головные боли, головокружение, тошноту, кашель, удушье, беспокойство в области подреберий, звон в ушах, модуляцию звуков речи, боли при глотании и некоторые другие признаки нарушений в деятельности организма.
Обнаружение и регистрация инфразвука:
Обнаружение и регистрация инфразвука представляют определённые трудности в силу того, что из-за низкой частоты колебаний волны имеют многометровую длину и, представляя собой упругие механические колебания среды распространения, легко смешиваются с механическими колебаниями не инфразвуковой природы. Таким образом датчики инфразвука требуют защиты от наводимых ветром помех и других возмущений от близкорасположенных объектов. При этом сам инфразвук может быть зафиксирован за многие километры от его источника.
Для обнаружения инфразвука могут быть использованы устройства, основанные на принципе резонансного вибратора (струны, рупоры, трубы). Недостатком таких устройств является узкий диапазон обнаруживаемых ими частот, совпадающих с их собственной резонансной частотой и огромные многометровые размеры, которые должны равняться или быть кратным длинам обнаруживаемых волн. Преимуществом является высокая чувствительность и КПД.
На практике для обнаружения инфразвуковых волн используют в основном компактные датчики, преобразующие акустические колебания в электрические сигналы с их дальнейшим усилением и обработкой средствами электроники:
— Низкочастотные конденсаторные микрофоны свободного поля (для высокочастотного инфразвука от 0.5 Гц и выше, к примеру 40AZ — ½”, BSWA MP-201 и др.). Так как ЭДС микрофонов связана не с амплитудой движения их чувствительной мембраны, а с ускорением её движения, то при низкочастотном инфразвуке (одно колебание за несколько секунд) ЭДС в капсюлях микрофонов практически отсутствует, из-за чего низкочастотный инфразвук невозможно регистрировать микрофонами физически;
— Микробарометры (для низкочастотного инфразвука). Так как инфразвук является упругими колебаниями среды распространения, представляющими собой чередующиеся зоны сжатия-разрежения, то периодическое изменение давления (с периодичностью 1 колебание в секунды и минуты) по фронту его распространения возможно зафиксировать микробарометрами. Высокочастотный же инфразвук микробарометрами невозможно фиксировать из-за их реактивности (не успевают реагировать на столь быстрые незначительные изменения давления).
Компактные датчики инфразвука применяются в инфразвуковых станциях обнаружения и мониторинга за ядерными взрывами, в системах раннего оповещения о природных катаклизмах (бури, цунами), в шумомерах-анализаторах.
Мифы об инфразвуке:
В ряде кино- и телефильмов активно эксплуатируется тема инфразвукового оружия, которое физически вполне возможно, однако при его описании сценаристы попадают впросак, поскольку слабо или вообще не знакомы с физикой излучения и приёма волн, в том числе акустических. Например, в эпизоде «Крысобой» телесериала «След» фигурирует носимый преступником автономный компактный направленный (то есть безопасный для оператора) излучатель инфразвуковых волн, встроенный в корпус компьютера-планшета, из-за которого гибнут несколько человек.
Однако такое устройство нереализуемо вследствие физических причин: для частоты 7 Гц длина инфразвуковой волны составляет около 47 м. Величину не менее порядка этого значения должен иметь линейный размер акустического излучателя для хорошей её генерации. Причём если предположить, что каким-либо образом излучатель инфразвука размером с носимый в руках планшет (линейным размером 25-30 см, много меньшим длины волны в 47 м) способен генерировать волну с интенсивностью, достаточной для летального воздействия на организм человека (например за счёт направляемой в него большой мощности), то исходя из фундаментальных свойств излучения волн его действие будет всенаправленным, и первой жертвой станет сам оператор такого устройства. Кроме того, на настоящем этапе развития техники обеспечение генерирования инфразвуковых волн с достаточной для летального действия энергией является серьёзной технической проблемой. В качестве реализуемого на сегодняшний день источника такого акустического излучения предполагается использование мощных авиационных реактивных двигателей с резонаторами, что снова исключает возможность переноса и использования такого устройства одним человеком.
Имеет длину волны больше чем слышимые звуки
Источники инфразвука бывают природного и техногенного происхождения. В природных условиях это ряд геофизических явлений. Инфразвуковые акустические колебания возникают при шторме, торнадо, морском прибое, движении воздуха над земной поверхностью, изрезанной горным рельефом, в районах дальнего севера в виде полярных сияний, при различных сейсмических явлениях, таких как извержение вулканов, землетрясения, сильные грозы, молнии, падение метеоритов, а также вблизи больших водопадов. Как ни странно, но инфразвук не обошла та же участь что и др. вредные физические, химические и биологические факторы, а именно – уровень его прямо пропорционален с активностью человека на земле. Мощными источниками инфразвука в условиях города становятся ветровые потоки между зданиями. Естественная деятельность человека, такая как ходьба, вставание, приседание и прыжки сама по себе является причиной инфразвукового воздействия. Так бег, при котором происходит смещение головы на 15 см по высоте, обуславливает воздействие звукового давления уровнем 90 ДБ (или 20 микропаскалей).
Вредные и опасные факторы производственной среды: инфразвук — «тихий» убийца
Голландское судно «Уранг Медан» проходя Меллакский пролив подало сигнал бедствия. Отчаянный призыв раздавался в течение минуты. Затем следовала неразборчивая серия точек и тире, далее тишина. Береговая служба недоумевала, в зоне пролива спокойная вода, ясное небо. Спасатели быстро обнаружили судно, которое было без следов повреждения, но весь экипаж был мертв. Ни у кого, ни ран, ни признаков насильственной смерти. Поражало одно, выражение ужаса на лицах всех погибших…
Сообщения информационных агентств о находке в океане кораблей и яхт с запасами питания, воды, спасательного снаряжения, но без людей, не так уж редки. Что объединяет загадочные случаи на земле и на море. Объединяет их только то, что люди испытали на себе какое-то внешнее воздействие, не улавливаемое ни зрением, ни слухом, ни другими органами чувств. Среди множества гипотез привлекает внимание та, которая объясняет происшествия воздействием на людей инфразвука. Коварного, неслышимого нами, но при определенной частоте и интенсивности способного вызвать и недомогание и болевые ощущения и панический страх и даже смерть.
Ежегодно на земле регистрируют от 100 до 150 сильных землетрясений, в том числе катастрофических, которые в считанные минуты полностью разрушают населенные пункты. Между тем каждое землетрясение, каждое извержение вулкана, каждый шторм всегда заранее предупреждают о себе, сигнализируя об опасности «инфразвуковым голосом». Человек, к сожалению, утратил способность воспринимать эти сигналы. Однако известно, что собаки, кошки, лошади, дикие звери рыбы задолго до землетрясения проявляют беспокойство, стараются покинуть опасные районы. Рыбы, птицы, многие дикие и домашние животные слышат «инфразвуковые голоса».
ИСТОЧНИКИ ИНФРАЗВУКА В ПРОИЗВОДСТВЕННОЙ СРЕДЕ
Источники инфразвука бывают природного и техногенного происхождения. В природных условиях это ряд геофизических явлений. Инфразвуковые акустические колебания возникают при шторме, торнадо, морском прибое, движении воздуха над земной поверхностью, изрезанной горным рельефом, в районах дальнего севера в виде полярных сияний, при различных сейсмических явлениях, таких как извержение вулканов, землетрясения, сильные грозы, молнии, падение метеоритов, а также вблизи больших водопадов. Как ни странно, но инфразвук не обошла та же участь что и др. вредные физические, химические и биологические факторы, а именно — уровень его прямо пропорционален с активностью человека на земле. Мощными источниками инфразвука в условиях города становятся ветровые потоки между зданиями. Естественная деятельность человека, такая как ходьба, вставание, приседание и прыжки сама по себе является причиной инфразвукового воздействия. Так бег, при котором происходит смещение головы на 15 см по высоте, обуславливает воздействие звукового давления уровнем 90 ДБ (или 20 микропаскалей).
ФИЗИЧЕСКАЯ ПРИРОДА ИНФРАЗВУКА
Инфразвук представляет собой механические колебания упругой среды одинаковой с шумом физической природы, но имеющие частоту меньше 20 Гц. Инфразвук в производственных условиях чаще всего возникает при работе тихоходных крупногабаритных машин и механизмов (вентиляторов, компрессоров и т.д.), циклы работы которых повторяются не чаще 20 раз в секунду. Инфразвуковые колебания вызывают у человека чувство глубокой подавленности и необъяснимого страха, слабые звуки действуют на внутреннее ухо, создавая эффект морской болезни, сильные вызывают вибрацию органов человека, нарушая их функции.
Какова физическая природа инфразвука? По физической сущности инфразвук — это шум. А шум в свою очередь — это механические колебания частиц упругой среды (газа, жидкости, твердого тела), возникающие под воздействием какой либо возмущающей силы. Если проще, шум — это любой нежелательный звук или совокупность таких звуков.
При этом звуком называют регулярные периодические колебания, а шумом — непериодические, случайные колебательные процессы. Физическое понятие о звуке охватывает как слышимые, так и неслышимые колебания упругих сред. Акустические колебания, лежащие в зоне 20 гц — 20 КГц, воспринимаемые человеком с нормальным слухом называют звуковыми, а пространство где они распространяются звуковым полем.
Акустические колебания с частотой менее 20 Гц называют инфразвуком, а выше 20 КГц — ультразвуком. Итак, инфразвуком называют акустические колебания с частотой менее 20 герц. Основными характеристиками звуковых волн являются их частота, длина волны, интенсивность. Как и в любом волновом процессе, длина волны связана простой зависимостью с частотой и скоростью звука (длина волны — частное, от деления скорости звука на частоту колебаний). Интенсивность генерируемых волн определяется звуковой мощностью источника (Вт). Плотность потока звуковой мощности (энергии) приходящейся на единицу площади (перпендикулярной к направлению волны) называется интенсивностью или силой звука (Вт/м2).
В современной акустике и в гигиенической практике для целей измерения силы звука принято использовать относительные величины децибелы. Скорость распространения инфразвука более 1000 м/сек. Как физическое явление ультразвук подчиняется общим закономерностям, характерным для звуковых волн, однако обладает целым рядом особенностей, связанных с низкой частотой колебаний упругой среды: распространяется на большие расстояния (тысячи км).
Распространяются звуковые волны весьма своеобразно: cначала излучение идет вверх, на высотах 50 км изменяет свое направление, а потом на расстоянии 200-300 км от источника возвращается к поверхности земли, отражается от нее и вновь уходит вверх. Затухание инфразвуковой волны на таких расстояниях незначительно (до 1%); на больших расстояниях ощущается только звуковым давлением (звуковая энергия равна нулю (не слышен); мало поглощается по сравнению с высокочастотными колебаниями вызывает вибрацию крупных объектов, вследствие явления резонанса; отличается от слышимых звуков значительно большей длиной волны. Более выражено явление дифракции (огибание).
Инфразвуковые колебания, образованные производственными источниками, представляют собой часть механической энергии, генерируемой машинами, механизмами, транспортом, газами. В последние годы наблюдается интенсивное увеличение количества промышленных источников звука, а также рост единичной звуковой мощности этих источников. Ярко выраженными источниками инфразвука являются газотурбинные установки, выброс отработанных газов двигателями внутреннего сгорания, всасывание воздуха компрессорными установками, потоки движущегося транспорта, двигательные установки современных самолетов и вертолетов, а также промышленные агрегаты вибрационного действия с низкой частотой.
Инфразвук всегда маскируется в общем шумовом фоне. Ориентировочную оценку инфразвука предлагается производить по разности уровней в дБ А и дБ «лин» (т.е. по шкале А и линейный) шумомеров 1 класса. Разность уровней в 10-20 дб определяется как наличие инфразвука и его надо замерять.
ТЕХНОГЕННЫЕ ИСТОЧНИКИ ИНФРАЗВУКА
Легковые автомобили на скорости 100 км/час генерируют инфразвуковые колебания интенсивностью 100 дб, которое оказывает вредное влияние на водителей и пассажиров. Источниками инфразвуковых колебаний высоких уровней (свыше 90 дб) являются бетономешалки, поршневые компрессорные установки, дизельные генераторные установки.
Установлено, что к источникам акустической энергии, максимальный уровень которых находится в инфразвуковой части спектра относятся:
— вентиляторы (98-104дб);
— компрессоры (117-123 дб);
— газотурбинные установки (126 дб);
— виброплощадки на пневмоподушке (128 дб); грохоты (117 дб); дизельные двигатели (115-135 дб);
— молоты (108 дб);
— э лектропоезда метрополитена (110 дб) (в вагонах электропоездов и дизельных поездов более 100 дб).
На судах инфразвук от выхлопа низкооборотных дизелей значительно усиливается при всевозможных общих и локальных резонансных явлениях, часто возникающих в структуре судна. Поэтому на судах инфразвук образовывается не только в МКО но и на открытых палубах.
Системы кондиционирования и вентиляции создают шум интенсивностью до 75 дб, но в отдельных частотах уровни давления составляют 80-95 дб. При взлете и посадке реактивных и турбовинтовых самолетов зафиксированы высокие уровни инфразвука, но еще большие (до 120 дб) регистрируются при полете вертолетов. Следует отметить, что при изучении шумового режима в производственных условиях высокие уровни инфразвукового давления регистрировались в помещениях без собственных источников шума, а также в жилых домах, расположенных на значительном расстоянии от производственных источников шума. Характерной особенностью производственного инфразвука является то, что в промышленности (стационарное оборудование) он присутствует в сочетании с низкочастотным шумом, а на транспортных средствах, как правило, с низкочастотной вибрацией.
ВРЕДНОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ ИНФРАЗВУКА НА ЗДОРОВЬЕ РАБОТНИКОВ
Влияние инфразвука на организм человека разнообразно. Патологические проявления со стороны различных органов и систем организма при действии инфразвука многими исследователями объясняется резонансной теорией. Резонанс человеческого тела находится в интервале между 5 и 7 Гц. Со стороны крупных внутренних органов (желудок, сердце, печень, легкие) наиболее выраженное явление резонанса проявляется до 10 Гц, а колебания выше 10 Гц вызывают неприятные ощущения в мочевом пузыре, прямой кишке и носоглотке.
Особую опасность для человека представляет инфразвук 7 Гц. Данная частота совпадает с ритмом биотоков мозга. Отсюда становится понятным, что во время инфразвукового воздействия человек испытывает тошноту, головные боли, чувства сотрясения грудной клетки и брюшной полости, чувство давления в ухе, которое заставляет совершать глотательные движения.
Даже при кратковременном воздействии инфразвук вызывает процессы торможения в центральной нервной системе (снижение зрительно-моторных реакций, концентрации внимания, скорости выполнения простых задач).
При колебаниях средней мощности наблюдаются внутренние расстройства органов пищеварения и мозга с самыми различными последствиями (обморок, общая слабость и т.д.). Инфразвук является вредным фактором производственной среды вызывает изменения нервной, сердечно-сосудистой, дыхательной, эндокринной и других систем организма, причем выраженность изменений зависит от уровня, частоты, длительности воздействия. Инфразвук с уровнем 90 дБ принят за допустимый для окружающей среды, т.к. он не вызывает изменений физиологических показателей в организме человека. При воздействии инфразвука с уровнем 105 дБ отмечены психофизиологические реакции в форме повышения тревожности и неуверенности, эмоциональной неустойчивости.
Со стороны сердечно-сосудистой системы — кровоизлияния и отеки головного мозга, а при очень высоких уровнях — кровоизлияние в паренхиму легких. Для органа слуха инфразвук не является адекватным раздражителем, но оказывает патологическое воздействие на звукопроводящую систему, что субъективно воспринимается как чувство давления и небольшой вибрации в ухе. Слуховая функция у лиц, подвергающихся воздействию инфразвук, снижается в области низких и средних частот. Причем степень снижения имеет прямую зависимость от стажа работы. Наиболее эффективным и практически единственным средством борьбы с инфразвуком является снижение его в источнике.
Инфразвук уровнем 110-115 дБ субъективно воспринимается как раздражающий фактор. Звук низкой частоты вызывает резонанс в различных органах человека. Физиологически наиболее активным для человека является диапазон частот от 2 до 17 Гц из-за резонансных явлений со стороны внутренних органов. Частота 7 Гц совпадает с альфа-ритмом биоэлектрической активности мозга. Проведенные в США исследования (C.W. Nixon, 1974) максимально переносимой человеком интенсивности инфразвука показали, что предельные уровни составляют для частот 1-7 Гц — 150 дБ, 8-11 Гц — 145 дБ, 12-20 Гц — 140 дБ для 8-ми минутных экспозиций с 16-часовыми перерывами между двумя воздействиями. В диапазоне 20-100 Гц предельные уровни установлены 135 дБ при ежедневной однократной экспозиции 20 мин.
ПРИМЕНЕНИЕ МЕР ПО СНИЖЕНИЮ ВРЕДНОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ ИНФРАЗВУКА
Борьбу с инфразвуком в источнике образования необходимо вести в направлении изменения режима работы технологического оборудования — увеличения его быстроходности. Должны приниматься меры по снижению интенсивности аэродинамических процессов — ограничения скоростей движения транспорта, снижения скоростей истекания жидкостей (авиационные и ракетные двигатели, двигатели внутреннего сгорания, системы сброса пара тепловых электростанций и т.д.).
В борьбе с инфразвуком на путях распространения определенный эффект оказывают глушители интерференционного типа. Поглотители резонансного типа могут применяться в виде панелей, кожухов. В качестве средств индивидуальной защиты рекомендуется применение наушников, вкладышей, защищающих ухо от неблагоприятного действия сопутствующего шума. Работающие в условиях воздействия инфразвука должны проходить предварительные, при поступлении на работу, и периодические медицинские осмотры. Рекомендуются лечебные и профилактические процедуры применяемые для работников шумных и виброопасных профессий.
Имеет длину волны больше чем слышимые звуки
Оптический и акустический каналы являются основными источниками информации, с помощью которых человек получает сведения об окружающем его мире. Обычно, сравнивая эти два канала, обращают внимание на их отличия: разная разрешающая способность, информационная емкость и т.п. [1]. Однако сопоставление некоторых физических характеристик оптических и акустических волн дает неожиданные результаты. О них и пойдет речь ниже.
Оказывается, что в определенном диапазоне звуковых частот существует соответствие между произведением длины световой волны λсв на скорость света в вакууме c и произведением длины звуковой волны λзв на скорость звука v,
а именно:
cλсв ≈ vλзв (1)
Соотношение (1) дает возможность сопоставить длины волн света и звука, воспринимаемые человеком. Перепишем (1) следующим образом: fзв ≈ v2/cλсв. Тогда, подставляя значения c и v (3108 и 331 м/с), получаем, что видимому диапазону света (0,4–0,8 мкм) соответствует диапазон слышимых звуков (456–913 Гц). Возникает естественный вопрос: Является ли соотношение (1) случайным? Попытаемся ответить на него, учитывая некоторые особенности восприятия звука и света человеком.
Напомним некоторые факты из области музыкальной акустики, в частности сведения о построении 12-ступенчатого звукоряда [2]. Ряд тонов, составляющих октаву, разделен интервалами. Интервал определяется как отношение (а не разница) частот соответствующих тонов. Отношение частот ближайших полутонов составляет величину 1,0595. Отношение частот тонов, соответствующих октаве, равно 2. Величины одноименных интервалов в различных октавах равны между собой. Диапазон используемых в музыке частот близок к максимальному от 16 до 7900 Гц (9 октав, рояль). Реально воспроизводится диапазон 30–4000 Гц (речь: 40–3000 Гц).
Подставляя значения частот музыкальных тонов в выражение для fзв, можно определить соответствующие им длины волн электромагнитного излучения. В результате получаем:
* видимый свет (400–800 нм) соответствует звуку второй половины первой октавы и первой половины второй октавы;
* каждой ноте в диапазоне 456–913 Гц с помощью формулы (1) можно сопоставить участок видимого спектра, соответствующий разложению белого света;
* акустическая октава, которая соответствуют видимому спектральному диапазону света, наиболее употребительна в музыке и речи. Отметим, что первая форманта (резонанс) голоса человека лежит в области 400–800 Гц (в этом интервале лежит и максимум мощности мужского голоса – 500 Гц [3]).
Удалось обнаружить следующий любопытный факт. Как известно, максимумы спектральной чувствительности цветовых рецепторов глаз – колбочек – приходятся на длины волн 420, 534, 564 нм, а черно-белых палочек – на длину волны 498 нм [4,5]. Соответствующие им по формуле (1) музыкальные тона оказываются разделенными интервалами, которые приблизительно совпадают с величинами музыкальных интервалов: 3, 4 и 5 полутонов. В музыкальной терминологии это малая терция, большая терция, кварта – так называемые благозвучные интервалы.
Мы проанализировали ряд доступных работ, в частности многочисленные работы по цветомузыке, и не нашли публикаций, в которых соответствие между длинами волн света и звука определялось бы с помощью соотношения (1). Из приведенных выше оценок следует, что соотношение (1) не является простым численным совпадением, а отражает особенности восприятия и обработки информации органами зрения и слуха человека. В пользу такой интерпретации можно привести следующие соображения.
Длины звуковых волн, слышимых человеком, оптимальны для работы альтернативного (дополнительного к оптическому) акустического канала приема информации. Действительно, можно ввести понятие «значимые для человека объекты». Очевидно, что размер таких объектов может составлять от сантиметров до десятков метров. Эти размеры согласуются с диапазоном звуковых волн, слышимых человеком. Объяснение такому соответствию в том, что благодаря дифракции звук в этом диапазоне обтекает «значимые» непрозрачные объекты так, что дает возможность человеку «услышать» невидимое.
С другой стороны, существует предложенная Лейбницем звукоподражательная теория возникновения корневого первичного языка. Она связывает акустический образ, сопровождающий какое-либо природное явление (и его зрительное восприятие), с тем, как человек произносит звуки, соответствующие этому явлению. Возможно, древний человек находил в звуковых конструкциях, сопровождающих природные процессы, примеры для подражания и повторения. Но максимум спектральной плотности акустического излучения, вызванного природными явлениями, лежит в пределах от десятков герц до 3 килогерц [6], что как раз укладывается в речевой диапазон человека. Этот диапазон определяется строением звуковоспроизводящих органов человека, которые развивались в процессе его эволюции.
Можно предложить два других физических подхода к пониманию обсуждаемого соотношения (1).
1. Первый основан на понятии «зона Френеля». Площадь первой зоны Френеля равна величине λs, где s – расстояние от излучающего отверстия до области наблюдения. Так как s=tс, где t – время распространения излучения на расстояние s, то выражение для волнового параметра p примет вид: p=λсt/S, где S – площадь излучающего отверстия. Рассмотрим произведение λсI, где I – интенсивность излучения, ее размерность – Вт/с. Тогда произведение λс в (1) можно трактовать, как величину, характеризующую скорость нарастания (убывания) мощности излучения, приходящего в зону наблюдения, при изменении площади первой зоны Френеля (варьирование параметрами λ или t).
Учитывая, что человек в основном реагирует на изменение интенсивности воздействующего фактора (в данном случае оптического или акустического излучения), такое объяснение представляется вполне правдоподобным.
2. В теории распространения электромагнитных пучков в параболическом приближении произведение cλсв – это коэффициент поперечной диффузии волнового фронта оптического пучка*. Расплывание волнового фронта в пространстве скрывает его мелкие искажения, которые также несут информацию об источнике излучения. То есть потеря оптической и акустической информации происходит со скоростью, определяемой равными друг другу произведениями cλсв и vλзв.
Хотя приведенные выше объяснения носят качественный характер, можно утверждать, что в результате наших исследований:
* найдено количественное соотношение, связывающее длины волн видимого света и слышимого звука, причем в это соотношение входят обычные физические параметры – скорости распространения света и звука.
* показано, что длины волн видимого света соответствуют, согласно (1), области, наиболее употребляемой человеком для акустического (вербального) общения;
* показано, что расположение максимумов спектральной чувствительности рецепторов глаз на шкале длин волн таково, что они соотносятся так, как соотносятся
* музыкальные консонансные интервалы (малая терция, большая терция, кварта). Это позволяет, в частности, более объективно обосновать воздействие цветомузыки на человека и построить законы ее синтеза.
Обнаруженное соответствие длин волн света и звука, по нашему мнению, может быть использовано в исследованиях высшей нервной деятельности человека.
Авторы благодарят своих коллег, принявших участие в обсуждении этой работы, за полезные замечания и конструктивную критику.
На рис. 1 представлены диапазоны слышимых звуков для человека и различных животных, а на рис. 2 – диапазоны, приходящиеся на инфразвук, звук и ультразвук. Используя данные рисунков, из предложенного перечня утверждений выберите два правильных. Укажите их номера.
1)
Длина волны ультразвука больше длины волны инфразвука.
2)
Из представленных животных наиболее широкий диапазон слышимых звуков имеет волнистый попугай.
3)
Диапазон слышимых звуков у кошки сдвинут в область ультразвука по сравнению с человеческим диапазоном.
4)
Звуки с частотой 10 кГц принадлежат инфразвуковому диапазону.
5)
Звуковой сигнал, имеющий в воздухе длину волны 3 см, услышат все представленные животные и человек. (Скорость звука в воздухе равна 340 м/с.)
1) нет, не всегда
2) Нет, это дельфин
3) Да, верно, на рисунке 2 это видно
4) Нет
5) Да, верно, Частота этого сигнала v=V/λ=340/0.03=11.3кГц. По рисунку видно, что все представленные животные и человек услышат этот сигнал.
Новые вопросы в Физика
Антрацит якої маси потрібно спалити, щоб отримати 600 МДж теплоти
Лабораторная работа Помогите
Як змінюється вертикальна складова швидкості при русі тіла, кинутого горизонтально?
Мідний кубик із довжиною ребра 10 см підвішено за нитку і частково занурено у воду. Яка частина кубика перебуває над водою, якщо сила натягу нитки дор … івнює 81 Н? переведите пожалуйста в CI Формулу и решение пожалуйста даю 75!
фізика хто розбирається допоможіть