Звук. Применение звука, ультразвука и инфразвука в медицине

Правда, как пишет газета «Скотсмен» (“Scot’s Men”), в США фирмой 
American Technology Corporation разрабатывается ружье, использующее направленный поток ультразвуковых волн, которые при встрече с препятствием будут трансформироваться в звук громкостью 140 децибел. Разработчики считают, что если в качестве источника звука использовать запись детского плача, пущенную в обратном направлении, то это заставит солдат противника запаниковать и обратиться в бегство. Само оружие имеет вид трубки с ультразвуковым излучателем, и оператор оружия не будет чувствовать никакого дискомфорта. Ультразвук здесь служит лишь средством синтезирования громкого слышимого звука, что в принципе схоже со светошумовой гранатой у спецслужб. Если подобное устройство будет создано, оно может быть применено не только для военных целей, но и для обезвреживания террористов.

Сегодня огромное распространение  получили всевозможные аппараты с использованием ультразвуковых импульсов. И распространение  не только в промышленности, но и  хозяйстве современных россиян. Один из самых известных аппаратов  – ультразвуковая стиральная машинка: небольшая «таблетка», подсоединяющаяся к сети и стирающая без моющих средств. Такое приспособление получает самые положительные отзывы: стирка бесшумна и экономична – аппарат требует крайне мало вспомогательных моющих средств и потребляет энергии меньше 50-ваттовой лампочки, белье не только очищается, но и дезинфицируется.

Пьезокерамические излучатели возбуждают ультразвуковые колебания, образующие в растворе огромное количество микроскопических пузырьков (кавитация) с высолим давлением внутри, которые, взрываясь, нарушают сцепление загрязненных микрочастиц с волокнами изделий и облегчают их удаление поверхностно-активными веществами моющего раствора стирального порошка или мыла. Таким образом, очищение волокон ткани происходит изнутри, что позволяет достигать высокой эффективности стирки. (см. раздел 
«Иллюстрации» )

Также используются ультразвуковые ванны, как для дезинфекции инструментов, так и в косметических целях  – массаж ступней ног, рук, лица. Очень эффективны ультразвуковые увлажнители воздуха и форсунки, а также дальномеры (во всем известных радарах скорости дорожной полиции также используются ультразвуковые импульсы).

Перспективы использования ультразвука

В перспективе предполагается более широкое использование  ультразвуковых импульсов в косметических  целях – ученые уже в ближайшем  будущем собираются представить  технологию применения ультразвука  для очистки пор, освежения, омоложения увядшей кожи – ультразвуковой пилинг. Ведутся работы по созданию ультразвукового оружия, а также разработки систем защиты от него. Предполагается более широкое использование ультразвука в бытовом хозяйстве.

6. Инфразвук. Его применение в медицине

Что такое инфразвук?

Развитие техники и  транспортных средств, совершенствование  технологических процессов и  оборудования сопровождаются увеличением  мощности и габаритов машин, что  обусловливает тенденцию повышения  низкочастотных составляющих в спектрах и появление инфразвука, который  является сравнительно новым, не полностью  изученным фактором производственной среды.

Инфразвуком называют акустические колебания с частотой ниже 20 Гц. 
Этот частотный диапазон лежит ниже порога слышимости и человеческое ухо не способно воспринимать колебания указанных частот. Производственный инфразвук возникает за счет тех же процессов что и шум слышимых частот. Наибольшую интенсивность инфразвуковых колебаний создают машины и механизмы, имеющие поверхности больших размеров, совершающие низкочастотные механические колебания (инфразвук механического происхождения) или турбулентные потоки газов и жидкостей (инфразвук аэродинамического или гидродинамического происхождения). Максимальные уровни низкочастотных акустических колебаний от промышленных и транспортных источников достигают 
100-110 дБ.

Влияние инфразвука на организм людей

Исследования биологического действия инфразвука на организм показали, что при уровне от 110 до 150 дБ и  более он может вызывать у людей  неприятные субъективные ощущения и  многочисленные реактивные изменения, к числу которых следует отнести  изменения в центральной нервной, сердечно- сосудистой и дыхательной системах, вестибулярном анализаторе. Имеются данные о том, что инфразвук вызывает снижение слуха преимущественно на низких и средних частотах. Выраженность этих изменений зависит от уровня интенсивности инфразвука и длительности действия фактора. В соответствии с Гигиеническими нормами инфразвука на рабочих местах (№ 2274-80) по характеру спектра инфразвук подразделяется на широкополосный и гармонический. Гармонический характер спектра устанавливают в октавных полосах частот по превышению уровня в одной полосе над соседними не менее чем на 10 дБ. По временным характеристикам инфразвук подразделяется на постоянный и непостоянный. Нормируемыми характеристиками инфразвука на рабочих местах являются уровни звукового давления в децибелах в октавных полосах частот со среднегеометрическими частотами 2, 4, 8, 16 Гц. 
Допустимыми уровнями звукового давления являются 105 дБ в октавных полосах 
2, 4, 8, 16 Гц и 102 дБ в октавной полосе 31,5 Гц. При этом общий уровень звукового давления не должен превышать 110 дБ Лин. Для непостоянного инфразвука нормируемой характеристикой является общий уровень звукового давления.

Инфразвук отнюдь не является недавно открытым явлением. В действительности органистам он известен уже более 250 лет. Во многих соборах и церквях  есть столь длинные органные трубы, что они издают звук частотой менее 20 Гц, не воспринимаемый человеческим ухом. Но, как выяснили британские исследователи, такой инфразвук может вселить  в аудиторию разнообразные и  не слишком приятные чувства —  тоску, ощущение холода, беспокойство, дрожь в позвоночнике. Люди, подвергшиеся воздействию инфразвука, испытывают примерно те же ощущения, что и при  посещении мест, где происходили  встречи с призраками.

Сотрудник Национальной лаборатории  физики в Англии доктор Ричард Лорд и профессор психологии Ричард Вайсман из Хертфордширского университета провели довольно странный эксперимент над аудиторией из 750 человек. С помощью семиметровой трубы им удалось примешать к звучанию обычных акустических инструментов на концерте классической музыки сверхнизкие частоты. После концерта, слушателей попросили описать их впечатления. "Подопытные" сообщили, что почувствовали внезапный упадок настроения, печаль, у некоторых по коже побежали мурашки, у кого-то возникло тяжелое чувство страха. Самовнушением это можно было бы объяснить лишь отчасти. Из четырех сыгранных на концерте произведений, инфразвук присутствовал только в двух, при этом слушателям не сообщали, в каких именно. "Некоторые ученые полагают, что инфразвуковые частоты могут присутствовать в местах, которые, по легендам, посещают призраки, и именно инфразвук вызывает странные впечатления, обычно ассоциирующиеся с привидениями, - наше исследование подтверждает эти идеи", - заявил Вайсман.

26 сентября 2002 года в Ливерпуле  посетители концерта органной  музыки стали участниками научного  эксперимента: британские исследователи  хотели проверить, как слушатели  будут реагировать на инфразвук,  то есть звуковые вибрации, недоступные  для восприятия человеческим  ухом. Учёные ожидали, что во  время 50-минутного концерта российской  органистки Евгении Чудинович, который прошел в центральном соборе города (Metropolitan Cathedral), инфразвук вызовет у аудитории сугубо положительные эмоции, к примеру, у людей поднимется настроение. С другой стороны, от "беззвучной музыки" у слушателей могут возникнуть и рвотные позывы.

Результаты свидетельствуют, что странные ощущения возрастали на 22% при прослушивании самых низких нот. По мнению профессора Ричарда Вайсмана, именно наличием таких труб в органе можно объяснить таинственный трепет, охватывающий многих прихожан, который они отождествляют с Богом. "Странные ощущения" включали в себя: "дрожь в суставах", "странное ощущение в животе", "участившееся сердцебиение", "ужасное беспокойство", "внезапное воспоминание об утрате".

Профилактика  и лечение заболеваний, вызванных  инфразвуком

Наиболее эффективным  и практически единственным средством  борьбы с инфразвуком является снижение его в источнике. При выборе конструкций  предпочтение должно отдаваться малогабаритным машинам большой жесткости, так  как в конструкциях с плоскими поверхностями большой площади  и малой жесткости создаются  условия для генерации инфразвука. Борьбу с инфразвуком в источнике  возникновения необходимо вести  в направлении изменения режима работы технологического оборудования - увеличения его быстроходности 
(например, увеличение числа рабочих ходов кузнечно-прессовых машин, чтобы основная частота следования силовых импульсов лежала за пределами инфразвукового диапазона). Должны приниматься меры по снижению интенсивности аэродинамических процессов - ограничение скоростей движения транспорта, снижение скоростей истечения жидкостей (авиационные и ракетные двигатели, двигатели внутреннего сгорания, системы сброса пара тепловых электростанций и т.д.). В борьбе с инфразвуком на путях распространения определенный эффект оказывают глушители интерференционного типа, обычно при наличии дискретных составляющих в спектре инфразвука. Выполненное в последнее время теоретическое обоснование течения нелинейных процессов в поглотителях резонансного типа открывает реальные пути конструирования звукопоглощающих панелей, кожухов, эффективных в области низких частот. В качестве индивидуальных средств защиты рекомендуется применение наушников, вкладышей, защищающих ухо от неблагоприятного действия сопутствующего шума. К мерам профилактики организационного плана следует отнести соблюдение режима труда и отдыха, запрещение сверхурочных работ. При контакте с ультразвуком более 50% рабочего времени рекомендуются перерывы продолжительностью 15 мин через каждые 1,5 часа работы. Значительный эффект дает комплекс физиотерапевтических процедур - массаж, УТ-облучение, водные процедуры, витаминизация и др.

Инфразвуковые аномалии

Береговая линия Северной Америки в районе мыса Гаттерас, полуостров 
Флорида и остров Куба образуют гигантский рефлектор. Шторм, происходящий в 
Атлантическом океане, генерирует инфразвуковые волны, которые, отразившись от этого рефлектора, фокусируются в районе "Бермудского треугольника". Колоссальные размеры фокусирующей структуры позволяют предположить наличие областей, где инфразвуковые колебания могут достигать значительной величины, что и является причиной происходящих здесь аномальных явлений.Как известно, сильные инфразвуковые колебания вызывают у человека панический страх вместе с желанием вырваться из замкнутого пространства. Очевидно, такое поведение является следствием выработанной ещё в далеком прошлом 
"инстинктивной" реакции на инфразвук как предвестник землетрясения. Именно эта реакция заставляет экипаж и пассажиров в панике покидать свой корабль. Они могут сесть в шлюпки и уплыть от своего судна или выбежать на палубу и броситься за борт. При очень большой интенсивности инфразвука, они могут и вовсе погибнуть - попадая в резонанс с биоритмами человека, инфразвук особо высокой интенсивности может вызвать мгновенную смерть.

Инфразвук может быть причиной резонансного колебания корабельных  мачт, приводящих к их поломке (к  аналогичным последствиям может  привести воздействие инфразвука на элементы конструкции самолёта). Низкочастотные звуковые колебания могут быть причиной появления над океаном быстро возникающего и также быстро исчезающего густого ("как молоко") тумана - атмосферная влага, сконденсировавшиеся за время фазы разряжения, может не успевать растворяться в воздухе за время последующей фазы сжатия, но в тоже время способна "мгновенно" исчезнуть, в течение несколько периодов отсутствия инфразвуковых колебаний. И, наконец, инфразвук частотой 5 — 7 герц может попасть в резонанс с маятником механических, ручных часов, имеющих тот же период колебаний.

Очевидно, подобные фокусирующие структуры имеются и в других областях земного шара. По всей видимости, панический страх, вызываемый интенсивными инфразвуковыми колебаниями в одной  из таких структур, послужил в качестве 
"отправной точки" мифа о сиренах...

Инфразвук может распространяться под водой, а фокусирующая структура  — образовываться рельефом дна. Источником инфразвуковых колебаний могут  быть подводные вулканы и землетрясения. Естественно, форма "ландшафтных" отражателей весьма далека от совершенства. Поэтому следует говорить о системе отражающих элементов, конкретной для каждого случая. При размерах, соизмеримых с длиной волны, структура может быть резонирующей. Необходимо исследовать связь между параметрами источников инфразвуковых волн и распределением интенсивности инфразвуковых колебаний в каждом "подозрительном" районе. Закономерности возникновения опасных зон определят характер необходимых предупредительных мер.

Влияние инфразвука на человека, очевидно, не ограничивается прямым воздействием на его организм, в частности на нервную систему. Как уже сказано, в процессе эволюции у человека, видимо, сформировался центр, чувствительный к инфразвуковым колебаниям, —  предвестникам землетрясений и  вулканических извержений. Комплекс реакций, которые должны проявляться  при воздействии на этот центр, можно  определить, зная его назначение —  обеспечивать выживание при подобных стихийных бедствиях.

Какие же это реакции? Очевидно следующие. Избегать замкнутых пространств, для того чтобы не попасть в  завал. Стремиться удалиться от рядом  находящихся объектов, грозящих обвалиться. Бежать "куда глаза глядят", для  того чтобы выйти из района стихийного бедствия. Естественно, что всё это  должно сопровождаться ("подогреваться") чувством панического ужаса. В пользу наличия такого механизма говорит  достаточно чёткая целенаправленность поведения. В тоже время, при непосредственном воздействии на организм возникают  неконкретные реакции, такие как  вялость, слабость и различные расстройства, так же, как, например, при облучении  рентгеновскими лучами, высокочастотными радиоволнами.