Звук и его восприятие.

 

2.1 Источник, помещенный в воду, создает ультра­звук с длиной волны 2·10^{-3 м. Чему равна длина волны звука, выходящего из воды? Температуру воды и воздуха считать равной 20°С?}

2.2. Изменится ли амплитуда колебания частиц в пло­ской звуковой волне с увеличением частоты звука, если интенсивность его будет оставаться постоянной?

2.3. Известно, что человеческое ухо воспринимает упругие волны в интервале частот от ν₁ = 20 Гц до ν₂ = 20 кГц. Каким длинам волн соответствует этот интервал в воздухе? в воде? Скорости звука в воздухе и воде равны соответственно J₁ = 340 м/с и J₂ = 1400 м/с.

2.4. Согласно измерениям, проведенным Г. В. Беке­ши, логарифмический декремент затухания колебаний резонаторов основной мембраны внутреннего уха состав­ляет 1,4. Какую часть от предыдущей составляет каждая последующая амплитуда колебаний мембраны?

2.5. Определить амплитуды смещения молекул воз­духа в звуковой волне, которые могут вызвать у человека ощущение звука и болевое ощущение.

2.6. Почему проще получить направленныйпучокультразвуковых волн, чем волн, воспринимаемыхухом человека?

2.7. При диагностировании патологического измене­ния в тканях организма ультразвуковым методом отра­женный сигнал был принят через 5·10^-5 с после излуче­ния. На какой глубине в тканях была обнаружена неод­нородность?

2.8. Разность хода звуковых волн, приходящих в левое и правое ухо человека, составляет 1 см. Определить сдвиг фаз между обоими звуковыми ощущениями для то­на с частотой 1000 Гц. Скорость звука 340 м/с.

2.9. Для определения расстояния до окружающих предметов слепой человек пользуется прибором, основной частью которого является низкочастотный ультразвуковой генератор, посылающий в пространство 10 имп/с с дли­тельностью каждого импульса 8,8·10^-3 с. Определить ми­нимальную и максимальную дальности действия прибора. Затуханием ультразвука в воздухе при относительно низ­ких частотах можно пренебречь. Скорость ультразвука 340 м/с.

2.10. Автомобильная сирена издает звук частотой 800 Гц. Какой частоте колебаний будет соответствовать звук сирены для неподвижного наблюдателя при прибли­жающемся и удаляющемся автомобиле, если скорость его 90 км/ч?

2.11. Определить скорость движения передней стенки желудочка сердца в сторону груди, если при эхолокации ультразвуком частотой 800 кГц отраженный сигнал вос­принимался на частоте 800, 21 кГц. Скорость ультразвука принять равной 1540 м/с.

2.12. Источник звука частотой 1000 Гц и наблюдатель перемещаются относительно друг друга. Одинаковой ли высоты будет казаться звук, если: 1) источник звука дви­жется навстречу неподвижному наблюдателю со скоро­стью 360 км/ч; 2) с такой же скоростью движется навстре­чу неподвижному источнику звука наблюдатель? Ско­рость звука 340 м/с.

2.13. На каких физических явлениях основан клини­ческий метод исследования — перкуссия, т. е. исследова­ние внутренних органов посредством постукивания по по­верхности тела и анализа возникающих при этом звуков?

2.14. Барабанная перепонка в норме имеет неправильную форму и не­равномерное натяжение на различных участках. Как это влияет на восприятие звуковых колебаний в диапазоне слышимых частот?

2.15. Почему при ультразвуковой терапии необходимо избегать воздушной прослойки между излучателем ультразвука и облучаемыми участками тела?

2.16. Почему наиболее целесообразно в качестве про­межуточных передающих сред между источником ультра­звука и облучаемой тканью использовать парафиновое масло или воду?

2.17. В определенном диапазоне частот (700 – 800 Гц) барабанная перепонка работает почти как идеальный приемник звука, т. е. звуковые волны, поступающие в слу­ховые пути, от нее почти не отражаются. При каком усло­вии возможно такое явление?

2.18. Волновое сопротивление мышечной ткани человека равно 1,63·10⁶ Па·с/м. Определить скорость распро­странения ультразвука в мышечной ткани, если ее плотность 1060 кг/м³.

2.19. Голос человека можно слышать на большом рас­стоянии, но слова разобрать трудно. Чем это объяснить, если учесть, что скорость распространения звуков разной частоты одинакова?

2.20. Для ультразвука частотой 800 кГц коэффициент поглощения мышечной ткани равен 0,19 см^-1. Опре­делить толщину ткани, соответствующую уменьшению интенсивности ультразвука вдвое.

2.21. Определить амплитудное значение давления в ткани организма на глубине 2 см при облучении ее ультразвуком интенсивностью 2 Вт/см². Коэффициент поглощения ткани считать равным 0,19см^-1, а ее плот­ность 1,06 г/см³.

2.22. Интенсивность ультразвуковой волны на рас­стоянии 2 см от точечного источника 1 Вт/см². Опреде­лить интенсивность волны на расстоянии 10 см от источника, если коэффициент поглощения среды 0,2 см^-1.

2.23. На расстоянии 9 м от человека интенсивность звука равна 10^-6 мкВт/см². На каком расстоянии от источника звука находится человек, если в секунду на его барабанную перепонку площадью 70 мм² попадает энергия 7·10^-11 Дж?

2.24. Определить силы, действующие на барабанную перепонку человека площадью 70 мм² при болевом по­роге ощущения и пороге слышимости при частоте 1000 Гц.

2.25. Головка облучателя ультразвукового генерато­ра имеет диаметр 6 см. Определить энергию, излучае­мую головкой за десятиминутную процедуру, если ин­тенсивность ультразвука 1 Вт/см². Генератор работает в импульсном режиме с частотой 50 имп/с и длительностью каждого импульса 10 мс.

2.26. Площадь излучающей поверхности процедур­ной головки ультразвукового генератора равна 10 см². Во сколько раз возрастет интенсивность ультразвука, сконцентрированного с помощью акустической линзы в фокальном пятне диаметром 6 мм, если через линзу про­ходит 30 % концентрируемой энергии?

2.27. Определить интенсивность сердечных тонов у входа в воронку стетоскопа диаметром 6 см, если на барабанную перепонку площадью 70 мм² попа­дает 74 % звуковой энергии при интенсивности 10^-15 Вт/см².

2.28. Интенсивность сердечных тонов, воспринима­емых через стетоскоп, равна 10^-9 мкВт/см². Определить уровень интенсивности тонов сердца.

2.29. Произнесенный человеком звук плохо достига­ет его уха, так как оно находится в звуковой тени. По­чему же ослабление слуха относительно собственного голоса происходит только на 5 – 10 фонов?

2.30. Определить величину давления у наружного слухового прохода при пороговом давлении на барабан­ную перепонку, равном 2·10^-5 Па, учитывая, что в кана­ле уха на резонансной частоте усиление давления равно 10 дБ.

2.31. Интенсивность звука автосирены равна 10^-7 Вт/см². С учетом допустимого предела уровня шума (70 дБ) объяснить, почему в городах запрещены авто­сирены.

2.32. Для большинства людей с нормальным слухом изменение громкости звука частотой 1000 Гц ощущается при изменении интенсивности звука на 26 %. Какому интервалу громкости соответствует указанное изменение интенсивности звука?

2.33. Определить амплитудное значение звукового давления для чистого тона частотой 1000 Гц, при кото­ром может наступить разрыв барабанной перепонки. Разрыв барабанной перепонки наступает при уровне интенсивности в 160 дБ.

2.34. Определить отношение величины амплитудного звукового давления на пороге слышимости при частоте 1000 Гц к давлению, обусловленному броуновским дви­жением молекул воздуха при комнатной температуре, примерно равному 10^-6 Па.

2.35. Шум мотора грузового автомобиля с уровнем интенсивности 80 дБ воспринимается в закрытом поме­щении, как шум с уровнем интенсивности звука 50дБ.Найти отношение интенсивностей звука на улице и в ком­нате.

2.36. Все шумы в зависимости от их частотного спектра разделяют на три класса: низкочастотные – ниже 350 Гц; среднечастотные – 350 – 800 Гц и высокочастот­ные – выше 800 Гц. Для первого класса допустимый уровень интенсивности 90 – 100 дБ; второго 85 – 90дБ; третьего – 75 – 85 дБ. Чем обусловлено различие допу­стимых уровней?

2.37. Если в 60-е гг. XIX в. на магистралях крупных городов уровень интенсивности шума достигал 60 дБ,то в настоящее время на тех же магистралях он равен при­мерно 110 дБ. Во сколько раз увеличилась интенсивность шума?

2.38. Скольким фонам равен порог слышимости и по­рог болевого ощущения для звука частотой 1000 Гц?

2.39. Уровень громкости звука частотой 200 Гц повысился с 20 до 50 фон. Во сколько раз увеличилась интенсивность звука?

2.40. Определить интенсивность звуков, которые обла­дают уровнем громкости 50 фон на частотах 100, 1000 и 5000 Гц.

2.41. Интенсивность звука частотой 200 Гц после прохождения через стенку уменьшалась с 10^-10 до 10^-12 Вт/см². На сколько при этом уменьшился уровень громкости?

2.42. Определить уровни громкости звуков, имеющих уровень интенсивности 60 дБ, если их частоты 50, 100, 800, 7000 Гц.

2.43. Одинаково ли громко воспринимаются ухом тон с частотой 1000 Гц и интенсивностью 10 ^-10 Вт/м² и тон частотой 200 Гц и интенсивностью 10^-8 Вт/м²?

2.44. Сложный звук состоит из основного тона с частотой 200 Гц и двух обертонов с частотами 700 и 5000 Гц. Интенсивность основного тона 10^-12 Вт/см², а интенсивности основного тона и обертонов относятся как 10: 1: 1. Определить уровни громкости тонов звука.

2.45. Рассматривая биения сердца как гармонические колебания, определить разность фаз в пульсовой волне между двумя точками артерии, расположенными на рас­стоянии 25 см друг от друга (локтевая ямка и нижняя треть предплечья). Скорость пульсовой волны считать равной 8 м/с, а частота биений сердца – 70 ударов в минуту.

2.46. Источник звука колеблется по уравнению . Найти уравнение волны, если скорость распространения колебаний равна 340 м/с, и записать уравнение колебаний точки, находящейся на расстоянии 85 м от источника.

2.47. Звуковая волна распространяется со скоростью 340 м/с. Две точки, расположенные на одной прямой с источником, колеблются по закону синуса с амплитуда­ми, равными 0,1 см, и с разностью фаз 135°. Записать уравнение волны и определить смещение точек в момент времени 1,1 с, если расстояния от источника до точек соответственно равны 19 и 34 м.