Тема 4 Биоакустика.

1.Возникновение и распространение механических волн в упругих средах.Энергетические показатели мех.Волн.

Упругой средой называют такую, в которой при смещение частиц от положения равновесия возникает внутренняя упругая сила, стремящаяся возвратить частицу в исходное состояние. При периодическом изменении объема поверхность заставляет колебаться молекулу вдоль оси Х, исходное положение которой совпадает с началом координат Х = Xm cos wt.В результате распространения механической волны вдоль оси Х колебания молекул на рас-стоянии R будут запаздывать от колебаний в начале координат на время t, необходимое для прохождения волной расстояния R. Х = Xm cos w(t - j), где Xm - амплитуда колебаний поверхности тела S вдоль оси Х, j-время запаздывания. Если скорость распространения колебательного процесса в среде С, то: j = R/C.Частота колебаний, как известно, связана с периодом соотношением: w = 2 п /T, где Т - пе-риод колебаний. Расстояние, которое проходит волна за один период называется длиной волны y = СТ. Тогда: Х = Х m cos 2п(t/T - R/y) -- уравнением волны. Оно описывает процесс колебаний (смещения частиц среды относительно своего положения равновесия) в зависимости от времени t и расстояния R от источника колебаний. Если механическая волна проходит через некоторый объем среды V, то заключенная в нем масса m частиц будет совершать колебательное движение. колеблющаяся масса m обладает полной механической энергией:

Е = (mw2 Хo2)/2.

полная энергия частиц будет равна:

Е = (pVw2Xo2)/2

удельная плотность энергии - количество энергии в единице объема пространства, через который распространяется механическая волна:

W = E/ V (Дж/м3 )

. Интенсивность волны определяется как произведение скорости распространения С на удельную плотность энергии W:

I = C W

2.Механический импеданс.Давление механической волны.

Произведение скорости распространения волны на плотность среды называется механическим импедансом Z = C р

Если механические волна встречает на своем пути препятствие, она оказывает радиацион-ное давление P в направлении своего распространения. , величина этого давления зависит от интенсивности:

Р = √ 2zi

3.Отражение механических волн на границе раздела сред.

Если механическая волна достигает границы раздела двух сред, то происходит ее отражение и во вторую среду попадает только часть энергии. Для коли-чественного описания этого процесса используют коэффициент отражения отношение интенсивности отраженной к интенсивности падающей волны k = I/Io. коэффициент отражения зависит от соотношения механических импедансов сред по обе стороны от

от границы раздела:

k =

где Z1 и Z2 соответствующие импедансы первой и второй среды. Отражение будет выражено тем больше, чем сильнее различаются импедансы сред. В процессе распространения механических волн в упругих средах часть энергии тратится на преодоление вязких сил сопротивления, и поэтому интенсивность уменьшается тем сильнее, чем большее расстояние Х проходит волна. Закон, описывающий энергетические потери вы-глядит следующим образом:

I = = Io e ^X

Здесь обозначено : I - интенсивность волны на расстоянии Х от источника, Io - интен-сивность, излучаемая источником механических волн,  - коэффициент поглощения, е = 2,71 - основание натуральных логарифмов. Чем больше коэффициент поглощения  тем значительнее поглощается механическая энергия на единицу проходимого пути Х.

Занятие10 Биофизика слуха.

1.Классификация звуков в зависимости от спектра.Физические и биологические характеристики звуковых волн.

Звук представляет субъективное ощущение, которое возникает при воздействии на орган слуха механических волн в диапазоне частот от 16 до 20000 Гц. Волны, частота которых меньше 16 Гц называются инфразвуковыми, а с частотой выше 20000 Гц - ультразвуковы-ми. В зависимости от характера спектра все звуки можно разделить на три группы: чистые тоны, музыкальные звуки и шумы. Чистый тон характеризуется тем, что колебания осуществляются на одной частоте. Музыкальные звуки содержат набор колебаний с различными частотам, причем более высокие частоты кратны самой низкой частоте:

f1 = fo, f2 = 2fo , f3 = 3o и т.д.

Звук с самой низкой частотой f называется основным тоном, звуки с большими частотами - обертонами. В зависимости от содержания колебаний с различными частотами и соотношени-ями амплитуд изменяется характер восприятия. Поэтому различают окраску музыкальных звуков или тембр. Чем больше амплитуды высокочастотных составляющих, тем выше кажется тембр звука. Шумы отличаются от предыдущих звуков тем, что они имеют сплошной спектр - т.е. колебания со всеми частотами в некоторой области звукового диапазоне. В зависимости от положения этого диапазона различают низкочастотный (1), высокочастотный (3), среднечастотный

(2) и белый шум (4). Белый шум характеризуется тем, что он содержит все колебания, приблизительно оди-наковых амплитуд во всем звуковом диапазоне. Шумы оказывают весьма неблагоприятное влияние не только на орган слуха но и на весь организм