По закону Вебера-Фехнера ощущение громкости E связано с создающим его физическим раздражителем I логарифмической зависимостью:
где k – некоторый коэффициент пропорциональности, зависящий от частоты и интенсивности; I0 - пороговая интенсивность звука. Т.о., нулевая точка шкалы громкости соответствует 0дБ при 1кГц. Если бы коэффициент k был постоянным, то логарифмическая шкала интенсивностей звука совпадала бы со шкалой громкости. Однако сильная зависимость k от частоты и интенсивности звука не позволяет свести измерение громкости к простому измерению интенсивности звука. Условно считают, что на частоте 1 кГц шкалы громкости и интенсивности звука полностью совпадают. Для отличия шкалы интенсивности звука от шкалы громкости, в шкале громкости децибелы называют фонами – это и есть единица громкости.
https://studopedia.ru/3_176519_harakteristiki-sluhovogo-oshchushcheniya-porogi-slishimosti.html
Ультразвук. Основные свойства и особенности распространения. Действие ультразвука на биологические ткани. Ультразвук в диагностике
Физика слуха.
Звуковая волна, пройдя наружное ухо, наталкивается на барабанную перепонку, приводя её в движение. Барабанная перепонка через систему слуховых косточек передаёт колебания во внутреннее ухо - улитку. Движение жидкости в вестибулярном и базилярном каналах внутреннего уха заставляет колебаться базилярную мембрану, стимулируя рецепторные клетки.
Среднее ухо системой косточек усиливает давление в 17 раз (или на 25дБ).
Внутреннее ухо заполнено жидкостью. Длина развёрнутой улитки 35мм. Благодаря неоднородным механическим свойствам базилярной мембраны, волны разной частоты приводят в движение различные её участки.
Слуховой аппарат очень чувствителен: пороговые колебания барабанной перепонки составляют 10-11м.
Локализация источника звука основана на двух механизмах:
При низких частотах ухо улавливает разность фаз звуковой волны в левом и в правом ухе.
При высоких частотах ухо реагирует на разность интенсивностей звука, достигших левого и правого уха. Вокруг головы образуется звуковая тень и если разница будет в 1дБ то можно локализовать источник звука (с точностью + 100).
Ультразвук - механические колебания и волны, частоты которых более 20 кГц. Верхний предел ультразвуковых частот - 109 – 1010 Гц.
Для генерирования ультразвука применяют излучатели, основанные на обратном пьезоэффекте, который заключается в механической деформации тел под действием электрического поля. Для регистрации ультразвука может быть использован прямой пьезоэффект, когда под действием механической деформации тела возникает электрическое поле. Применение ультразвука в медицине связано с его особенностями распространения и характерными свойствами. Отражение ультразвуковых волн (УЗ) на границе двух сред зависит от соотношения их волновых сопротивлений. Так, УЗ хорошо отражается на границах мышца – надкостница – кость, на поверхности полых органов и т.д. Поэтому можно определить расположение и размер неоднородных включений, полостей, внутренних органов и т.п. (УЗ – локация). При УЗ – локации используют как непрерывное, так и импульсное излучения. В первом случае исследуется стоячая волна, возникающая при интерференции падающей и отраженной волн от границы раздела. Во втором случае наблюдается отраженный импульс и измеряют время распространения ультразвука до исследуемого объекта и обратно. Зная скорость распространения ультразвука, определяют глубину залегания объекта.
Волновое сопротивление биологических сред в 3000 раз больше волнового сопротивления воздуха. Поэтому, если УЗ - излучатель приложить к телу человека, то УЗ не проникнет внутрь, а будет отражаться из-за тонкого слоя воздуха между излучателем и биологическим объектом. Чтобы исключить воздушный слой, поверхность УЗ –излучателя покрывают слоем масла.
Скорость распространения УЗ и их поглощение существенно зависят от состояния среды; на этом основано использование ультразвука для изучения молекулярных свойств вещества. Исследования такого рода являются предметом молекулярной акустики. При распространении ультразвука в среде возникают зоны сжатия и разряжения, которые приводят к образованию разрывов жидкости – кавитации. Кавитации существуют недолго и быстро захлопываются, при этом в небольших объемах выделяется значительная энергия, что приводит к разогреванию вещества, а также ионизации и диссоциации молекул.