Материал к уроку
Как это устроено?.. Ультразвуковой прожектор
Как это устроено?..
УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ПРОЖЕКТОР. Представьте себе, что вы идёте в маркете вдоль прилавков и вдруг слышите: «Хочешь пить? Купи меня!» Вы останавливаетесь – вокруг никого, да и продавец довольно далеко. Оказывается, вы стоите прямо в звуковом луче. Обычный громкоговоритель излучает звук во всех направлениях, как лампа накаливания – свет, а направленный громкоговоритель – только в узком луче. Этот луч – ультразвуковой, так что вы не можете его слышать, но оказывается, что при его распространении в воздухе генерируются звуковые частоты, которые можно услышать при определённых условиях. Описав процесс распространения ультразвука в воздухе математически, инженеры обнаружили, что можно «уговорить» ультразвуковой луч нести музыку, речь и другие звуковые сигналы. Эти исследования начались ещё в 60-х гг. прошлого века, но долго не удавалось передать ничего, кроме отдельных искажённых звуков. В 1998 г. Джон Помпеи (Массачусетский технологический институт) придумал алгоритм, который позволял устранять искажения до уровня нескольких процентов. Он сконструировал усилитель, электронные блоки и громкоговорители, с помощью которых можно было воспроизводить звуковое наполнение ультразвукового луча. Свой метод от назвал «Звуковой прожектор» и в 1999 г. основал фирму Holosonics (объёмный звук). Громкоговорители Помпеи установлены в Музее изящных искусств в Бостоне и во Всемирном центре У.Диснея в Эпкоте. Встав перед ними, посетитель – и только он один – слышит дикторский текст при полной тишине в остальной аудитории. Производители автомашин пытаются сейчас создать ультразвуковой дисплей, позволяющий каждому пассажиру слушать свою музыку или смотреть свой фильм, не мешая другим пассажирам. Установленное в квартире, такое устройство позволит отцу семейства смотреть футбол по телевизору, в то время, как остальные члены семьи смогут читать в тишине. Пока что такие системы дороги: от 600 до 1000 долл. и более, но всё ещё впереди...
Направленный громкоговоритель излучает сфокусированный ультразвуковой луч, в котором на воздухе воспроизводится слышимый звук.
Обычные громкоговорители генерируют звук во всех направлениях
УЗ-громкоговоритель общей толщиной около 12 мм преобразует напряжение звуковой частоты с выхода обычного громкоговорителя в ультразвук с помощью тонкой металлополимерной плёнки, которая колеблется с частотой 60 кгц
Однородные УЗ-волны (слева) создают флуктуации плотности воздуха, в результате чего эти волны искажаются (в центре) и из них выделяется слышимый звук (справа)
Знаете ли вы, что?..
Ультразвуковой луч остаётся узконаправленным, если он отражается от твёрдой гладкой поверхности. Полиция использует УЗ-локаторы для поимки преступников в темноте.
Ультразвук (частотный диапазон 40 кГц–80 кГц) человек не слышит (наш слух имеет частотный диапазон от 20 Гц до 20 кГц), но его могут слышать некоторые животные. Так, собаки слышат звук частотой до 40 кГц, обычные мыши – до 90 кГц, летучие мыши, дельфины и киты-белухи – до 100 кГц и даже выше.
Однажды на книжной ярмарке, где презентовалась новая книга «Убийство по написанному» патрон, слоняясь по павильону, неожиданно вдруг услышал голос ниоткуда: «Эй ты, не оборачивайся! Слышишь? Ты когда-нибудь думал об убийстве? Подбирал подходящее? А я всё время думаю об этом. И мне за это платят. Я – автор криминальныхх бестселлеров».
Кости нашего среднего уха ограничивают диапазон слышимых звуков частотой 20 кГц. Однако если приложить источник ультразвука частотой 200 кГц непосредственно к костям черепа, то человек слышит его!
Посетители публичной библиотеки Нью-Йорка могут индивидуально прослушать сообщение из микрофона (наверху), встав под ультразвуковой луч.
Все остальные при этом не слышат никакого звука – в зале полная тишина
Scientific American, 2000, September, p. 96–97.
Сокр. пер. с англ. Н.Д.КОЗЛОВОЙ
УЛЬТРАЗВУК КАК СРЕДСТВО ИССЛЕДОВАНИЯ ЖИВОЙ И НЕЖИВОЙ ПРИРОДЫ. ПРИМЕНЕНИЕ
Компьютерные изображения зародышей в материнской утробе. Но это не фантазия художника… Изображения были созданы с помощью ультразвуковой технологии 4D: отсканированное с помощью ультразвука изображение тела беременного животного помещались в компьютер, и в результате сложного совмещения появились эти удивительные изображения. www.topnews.ru/photo_id_660.html
Профессии ультразвука:
– изготовление смесей, гомогенных растворов, эмульсий, взвесей и дисперсий из различных продуктов;
– дегазация среды или, наоборот, её насыщение кислородом или озоном, удаление пены из жидкостей;
– измельчение цветных частиц минералов, порошков, красок и лаков в нанодиапазоне для различных отраслей промышленности: от фармацевтической до печатной – даже частиц шоколада для приготовления ликёров;
– запуск процесса кристаллизации с помощью кавитационных пузырьков, что исключает необходимость присутствия посторонних веществ – центров кристаллизации;
– очистка сточных вод путём отделения частиц загрязнений, что способствует уменьшению их объёма и, следовательно, приводит к сокращению затрат на утилизацию. Кроме того, технология позволяет эффективно контролировать распространение нитчатых бактерий, которые образуют плавающую корку (пену на поверхности сточной жидкости) и вспухший активный ил;
– очищение питьевой воды в cочетании с облучением ультрафиолетом и обработкой озоном;
– очищение водной массы от водорослей и других биологических культур без использования каких-либо химических добавок;
– дефектоскопия;
– визуализация изображений;
– охранные системы.
www.windeq.ru/oborud/sonochemy
http://www.cultinfo.ru/fulltext/1/001/008/114/006.htm
www.diagram.com.ua/list/u-zv_s.shtml
Продолжение см. в № 11/08