Понятие инфразвука и ультразвука

Что такое инфразвук и ультразвук

Звук является колеблющейся волной давления, которая создается в результате колебаний материи. Звуковые волны, проходящие, например, через воздух, смещают частицы воздуха. Звуковые волны распространяются с определенной частотой. Звук, который мы воспринимаем, зависит от частоты колебаний.

Источники

Инфразвук может производиться различными природными источниками, такими как землетрясения, вулканы, грозы, гром, водопады производят инфразвуковые звуковые волны. Метеоры и океанские волны также генерируют инфразвук.

Кроме того, многие виды животных используют инфразвук. Слоны издают грохот, который может быть обнаружен за километры. Есть свидетельства того, что другие слоны могут улавливать грохот сначала через землю, а затем через слуховые структуры слонов. В тропических лесах из-за высокого уровня окружающего шума слоны, по-видимому, не могут общаться на большие расстояния посредством грохота. Они могут обнаруживать надвигающиеся бури на расстоянии более 100 км от своего местонахождения. Считается, что обнаружение бурь дает этим животным возможность двигаться к ним в поисках воды. Существуют также доказательства того, что птицы могут улавливать приближающиеся бури. Чувство надвигающейся бури может послужить для них сигналом к отходу от места обитания.

Помимо природных источников, инфразвук создается многими искусственными устройствами и событиями. Люди, как правило, не могут генерировать инфразвук своими голосовыми связками. Есть несколько человек, способных создавать инфразвук, который не слышен другим людям. К таким источникам относятся ядерные взрывы, процессы горения, химические взрывы, низкоскоростные вентиляторы, двигатели, машины, самолеты, вертолеты, ракеты и подводные лодки. Тяжелое оборудование, такое как воздушные компрессоры и насосы, также производит инфразвук.

В то время как определение инфразвука описывает звук с частотами слишком низкими, чтобы люди могли его услышать, ультразвук — это звук с частотами слишком высокими, чтобы люди могли его услышать. Существует спектр звуковых волн, в котором инфразвук находится на низком уровне, слышимый звук — в середине, а ультразвук — на высоком уровне.

Ультразвук широко используется в медицинской визуализации для создания изображений внутренних органов. Во время ультразвукового исследования на кожу помещается небольшое устройство, называемое датчиком, которое излучает высокочастотные звуковые волны, проникающие в ткани тела. Звуковые волны отражаются от датчика, который преобразует их в изображение, которое можно увидеть на мониторе компьютера. Ультразвуковая визуализация неинвазивна, безболезненна и не связана с воздействием ионизирующего излучения, что делает ее безопасным и широко используемым диагностическим инструментом.

Ультразвук также используется в различных других областях, например, при очистке и сварке, а также в промышленных и научных испытаниях. Ультразвуковые волны могут использоваться для обнаружения дефектов в материалах, измерения толщины объектов и определения свойств жидкостей и газов. Кроме того, ультразвук иногда используется в терапии, чтобы способствовать заживлению поврежденных тканей и облегчить боль.

Частота звука

Звук возникает благодаря распространению звуковых волн через среду, такую как воздух, вода или твердые тела. Когда объект вибрирует, он создает волны давления в окружающей среде, которые распространяются наружу в виде звуковых волн.

Частота звуковой волны определяет ее высоту, при этом волны более высокой частоты производят более высокочастотные звуки, а волны более низкой частоты — более низкочастотные. Например, высокочастотный свист производит звуковые волны с высокой частотой, а низкочастотная бас-гитара производит звуковые волны с низкой частотой.

Человеческий слух чувствителен к звуковым волнам с частотой от 20 Гц до 20000 Гц, хотя этот диапазон может меняться в зависимости от возраста и других факторов. Звуки с частотами выше этого диапазона называются ультразвуковыми, а звуки с частотами ниже этого диапазона — инфразвуковыми. Изучением звуковых частот и их свойств занимается акустика.

Чем ультразвук отличается от инфразвука

Ультразвук и инфразвук различаются по диапазонам частот, применению и воздействию на живые организмы.

Ультразвук относится к звуковым волнам, частота которых превышает верхний предел человеческого слуха — выше 20000 Гц. Ультразвуковые волны используются в различных областях, включая медицинскую визуализацию, очистку, сварку и научные испытания. В медицине ультразвук используется для создания изображений внутренних органов и тканей, а также для лечения некоторых заболеваний. Ультразвук оказывает относительно слабое воздействие на живые организмы и считается безопасным для диагностических и терапевтических целей.

Инфразвук относится к звуковым волнам, частота которых ниже нижнего предела человеческого слуха — ниже 20 Гц. Инфразвуковые волны создаются природными явлениями, такими как землетрясения, вулканы и грозы, а также искусственными источниками, такими как ветряные турбины, самолеты и промышленное оборудование. Инфразвук может оказывать большее воздействие на живые организмы, чем ультразвук, вызывая физические эффекты, такие как вибрация тела, а также психологические эффекты, такие как чувство тревоги и беспокойства. Инфразвуковые волны могут распространяться на большие расстояния, поскольку они распространяются с чрезвычайно малым затуханием. 

Применение

Инфразвук используется в различных областях: научные исследования, промышленные испытания и военные операции.

1. Одним из распространенных применений инфразвука является изучение землетрясений и других геологических явлений. Инфразвуковые волны могут проходить большие расстояния сквозь землю и могут использоваться для обнаружения сейсмической активности и мониторинга вулканических извержений. Инфразвук также используется при изучении поведения животных, поскольку многие животные могут обнаруживать инфразвуковые сигналы и реагировать на них.
2. Он также используется в промышленных испытаниях для обнаружения утечек в трубопроводах, контроля работы оборудования и измерения структурной целостности зданий и других сооружений. Может использоваться в аэрокосмической промышленности для изучения аэродинамических свойств самолетов и космических аппаратов.
3. В армии инфразвук используется в качестве несмертельного оружия для дезориентации и выведения из строя вражеских комбатантов. Инфразвуковые волны могут вызывать чувство тошноты, головокружения и дезориентации, что делает их эффективным инструментом для контроля толпы и других тактических операций.

Ультразвук имеет широкий спектр применения, особенно в области медицины. Вот некоторые примеры того, как и где используется ультразвук:

1. Одно из самых распространенных применений ультразвука — это медицинская визуализация. Ультразвуковые волны используются для создания изображений внутренних органов, тканей и кровотока. Этот метод используется для диагностики и мониторинга различных медицинских состояний, таких как беременность, болезни сердца и рак.
2. Ультразвук иногда используется в физиотерапии, чтобы способствовать заживлению травмированных тканей и облегчить боль. Высокочастотные ультразвуковые волны могут проникать глубоко в ткани, способствуя притоку крови и уменьшая воспаление.
3. Очистка и сварка: высокочастотные ультразвуковые волны могут использоваться для удаления грязи и загрязнений с поверхностей, а также для сварки пластмасс и других материалов.
4. Научные испытания: для измерения свойств жидкостей и газов. С его помощью можно определить вязкость, плотность и другие физические свойства материалов.
5. Ультразвук может использоваться для обнаружения дефектов и изъянов в материалах без их повреждения. Этот метод обычно используется для проверки целостности деталей самолетов, трубопроводов и других важных компонентов.
6. Сонар использует ультразвук для обнаружения объектов под водой. Звуковая волна отражается от дна океана. Время, необходимое для возвращения звуковой волны, используется для расчета глубины воды. Расстояние, которое проходит волна, в два раза больше глубины океана. Это расстояние до дна океана плюс расстояние для возвращения волны.

Влияние ультразвука и инфразвука на организм человека

Влияние инфразвука

1. Инфразвуковые волны могут вызывать вибрацию в теле, особенно в груди и животе. Это может привести к ощущению дискомфорта, тревоги и даже тошноты.
2. Повреждение слуха: Хотя инфразвук находится ниже частотного диапазона человеческого слуха, он все же может вызвать повреждение слуховой системы, если его интенсивность достаточно высока. Это может привести к потере слуха или тиннитусу (звону в ушах).
3. Психологическое воздействие: Инфразвук был связан с психологическими эффектами, такими как беспокойство, тревога и ощущение, что за вами наблюдают. Такие эффекты чаще всего возникают в ситуациях, когда инфразвук является неожиданным или необъяснимым.
4. Могут вызвать чувство дезориентации, замешательства и головокружения. Особенно опасно в таких ситуациях, как вождение автомобиля или работа с тяжелой техникой.
5. Физиологические эффекты: Некоторые исследования показали, что длительное воздействие инфразвука может быть связано с негативными физиологическими эффектами, такими как изменение частоты сердечных сокращений, кровяного давления и режима сна. Однако для полного понимания долгосрочных последствий воздействия инфразвука необходимы дополнительные исследования.

Хотя он не слышен человеку, он ощущается как вибрация тела, а также может оказывать различное воздействие на поведение и физиологию человека и животных. Одним из наиболее распространенных побочных эффектов воздействия инфразвука является раздражение. Научные исследования показали, что многие люди сообщают о головной боли, тошноте и затуманенном зрении в ответ на воздействие инфразвука. Кроме того, сообщается о головокружении, рвоте и спазмах кишечника — побочных эффектах воздействия инфразвуковых звуковых волн. Есть также свидетельства того, что некоторые люди ощущают резонанс своего сердца и других внутренних органов. Обычно сообщается об ощущении вибрации внутри тела.

Профессиональное воздействие высоких уровней инфразвуковых звуков наблюдается у людей, которые работают в помещениях с трансформаторами, компрессорами и машинными отделениями. В одном исследовании рабочие, подвергавшиеся воздействию промышленного инфразвукового симулятора в течение 15 минут, описывали симптомы усталости, апатии, депрессии, давления в ушах, сонливости и резонанса внутренних органов. В этом же исследовании сообщалось об изменениях в центральной нервной, сердечно-сосудистой и дыхательной системах участников.

Влияние ультразвука

Считается, что высокие уровни воздействия ультразвука могут привести к необратимому повреждению биологических тканей. Однако при низких уровнях, например, используемых в диагностических исследованиях, они не должны вызывать повреждений, поскольку не выделяют больше тепла, чем физиологическая тепловая температура.

Ультразвуковое воздействие, вызывающее повышение температуры более или равное 41 °C в течение 5 мин или дольше, является потенциально опасным. Ограничение уровней интенсивности менее или равное 137 дБ предотвращает нагревание любой части тела.

1. Нагревание: может быть полезно в терапевтических целях, когда тепло способствует заживлению и уменьшению боли. Однако чрезмерный нагрев может повредить ткани, поэтому во время лечения необходимо следить за температурой.
2. Кавитация: ультразвуковые волны могут вызвать образование крошечных пузырьков в жидкостях и тканях, этот процесс известен как кавитация. Полезна в сварке.
3. Повреждение тканей: кровотечение, кровоподтеки и даже гибель тканей. Именно поэтому ультразвук всегда используется под наблюдением квалифицированного медицинского специалиста, который может контролировать интенсивность и продолжительность воздействия.
4. Психологические эффекты: беспокойство, нервозность и дискомфорт.

Распространение волн с частотой выше 300 кГц через воздух ограничено одним миллиметром из-за поглощения среды. Ультразвуковая волна может оказывать воздействие на ткани человека только в том случае, если она сопровождается жидкостью или твердым телом, помещенным между устройством, излучающим ультразвук, и тканями организма. Нагрев, производимый в ткани, будет зависеть от толщины обрабатываемой ткани, теплопроводности ткани и влияния кровяного давления. Кальцифицированные кости поглощают больше энергии ультразвуковой волны, поэтому прилегающие ткани будут нагреваться. Нагрев ткани в месте приложения ультразвука может уменьшиться, если мы изменим угол падения. Чем круче угол излучения, тем меньше будет нагрев в ткани.

Защита от ультразвука и инфразвука

Защита от ультразвука и инфразвука зависит от конкретного применения и уровня воздействия. Ниже приведены некоторые общие меры, которые можно предпринять для защиты от воздействия:

1. Избегание: По возможности избегайте ситуаций, в которых вы можете подвергнуться воздействию высокоинтенсивного ультразвука или инфразвука. Например, держитесь подальше от промышленных объектов, где высокочастотный звук используется для очистки или сварки, или от мест, где есть крупные источники низкочастотного звука, например, ветряные турбины.
2. Средства индивидуальной защиты: В некоторых случаях для снижения воздействия ультразвука или инфразвука можно использовать средства индивидуальной защиты. Например, в промышленных условиях работники могут носить беруши или наушники для защиты от высокочастотного шума.
3. Ограничения по времени: Если вы должны подвергаться воздействию ультразвука или инфразвука, ограничьте время воздействия. Например, при медицинской визуализации продолжительность ультразвукового исследования тщательно контролируется, чтобы свести к минимуму риск повреждения тканей.
4. Расстояние: Интенсивность ультразвуковых и инфразвуковых волн уменьшается по мере удаления от источника. Поэтому, по возможности, держитесь на безопасном расстоянии от источника звука, чтобы уменьшить воздействие.
5. Экранирование: В некоторых случаях для уменьшения воздействия ультразвука или инфразвука можно использовать экранирование. Например, при медицинской визуализации можно использовать ультразвуковой гель, чтобы минимизировать количество ультразвуковых волн, проникающих через кожу.