Aplicaciones prácticas de la acústica
Se han logrado grandes avances en campos de investigación como las ondas superficiales, la holografía acústica, la imagen acústica, la acústica no lineal, los pulsos térmicos, la emisión acústica, la microscopía ultrasónica y el infrasonido basado en el estudio de las propiedades de los materiales.
Las ondas superficiales, conocidas desde la época de Rayleigh, se han utilizado en el desarrollo de la miniaturización de sistemas de microondas. Los dispositivos de ondas superficiales se pueden fabricar recubriendo electrodos transceptores sobre materiales piezoeléctricos (como los piezoeléctricos) o recubriendo películas piezoeléctricas sobre materiales aislantes (como el vidrio). La velocidad de las ondas acústicas superficiales es sólo unas pocas milésimas de la de las ondas electromagnéticas y la longitud de onda es mucho más corta a la misma frecuencia. Por lo tanto, los dispositivos de ondas acústicas de superficie se caracterizan por su tamaño pequeño, son superiores a los componentes eléctricos en el almacenamiento y filtrado de señales y pueden desempeñar un papel importante en la miniaturización de circuitos.
La holografía acústica y las imágenes acústicas son un avance importante en los métodos de prueba no destructivos. La señal acústica se convierte en una señal eléctrica, que puede ser almacenada y procesada por una computadora electrónica. Cuanta más información proporciona la holografía acústica o las imágenes acústicas, se puede reflejar de manera integral la condición del objeto que se detecta, lo cual es mucho mejor que el ultrasonido general. método de detección. La emisión acústica de dislocaciones en sólidos es la base de otro método de ensayo no destructivo.
Las características no lineales de las ondas sonoras en sólidos y líquidos se pueden estudiar a través de pequeños cambios en la velocidad del sonido en el medio. La aplicación de las características no lineales de las ondas sonoras puede realizar y estudiar la interacción entre sonido y sonido, y también se utiliza en sonar paramétrico de alta resolución (ver acústica no lineal). La frecuencia de las ondas ultrasónicas generadas por pulsos térmicos puede alcanzar más de 1.012 Hz, lo que abre un nuevo campo de investigación para la física de la materia condensada.
La subacústica estudia principalmente las fluctuaciones de presión en la atmósfera con períodos que van desde un segundo hasta varias horas. Los fenómenos naturales como las erupciones volcánicas, los terremotos, las tormentas y los tifones son fuentes secundarias de sonido. El estudio de los infrasonidos puede ayudarnos a obtener una comprensión más profunda de estos fenómenos naturales. El infrasonido también tiene importantes aplicaciones en la investigación de defensa, donde puede utilizarse para detectar e identificar explosiones y lanzamientos de cohetes a gran escala. Los infrasonidos se absorben muy poco en la atmósfera. Los infrasonidos de erupciones volcánicas relativamente grandes y las pruebas de bombas de hidrógeno todavía pueden recibirse en la Tierra durante semanas. Estos eventos pueden medirse mediante infrasonidos. El estudio de las ondas sonoras en la Tierra sólida ha evolucionado hacia la sismología.
También es muy significativo estudiar la propagación del sonido en helio líquido. Ya en los años 40, Landau predijo que cuando la temperatura del helio líquido es inferior al punto lambda, pueden producirse fluctuaciones periódicas de temperatura. Posteriormente, esta onda de temperatura se denominó segundo sonido y la onda de presión, primer sonido. Del estudio del primer y segundo sonido se obtuvieron otros dos sonidos: el tercer sonido es la onda longitudinal del superfluido en la membrana de helio superfluido, y el cuarto sonido es el superfluido de helio líquido en los poros del material poroso. onda de compresión. El estudio en profundidad de estos fenómenos se ha convertido en un medio importante para estudiar las propiedades físicas del helio líquido, especialmente las propiedades cuánticas (ver acústica cuántica).
Las ondas sonoras pueden penetrar todos los objetos: transparentes u opacos, conductores o no conductores, incluidas sustancias que otras radiaciones (como las ondas electromagnéticas) no pueden penetrar. Por lo tanto, todo, desde grandes partes como la atmósfera, el interior de la Tierra y los océanos hasta partes pequeñas como el tejido humano y las redes cristalinas, son todos laboratorios acústicos. En los últimos años, en las observaciones sísmicas se han medido las vibraciones normales de la Tierra sólida y se ha encontrado un modelo preciso del movimiento interno de la Tierra. Los receptores de sonido terrestres colocados en la Luna también han dado resultados satisfactorios para monitorear el interior de la Luna. Una mayor vigilancia de los movimientos dentro de la Tierra permitirá en última instancia realizar predicciones precisas de los terremotos, evitando así víctimas masivas y pérdidas económicas. Comunicación lingüística
Este artículo estudia principalmente el análisis, la síntesis y el reconocimiento automático del lenguaje. Estas tareas se vieron enormemente facilitadas por el desarrollo de equipos de grabación y reproducción de sonido y de ordenadores electrónicos.
El lenguaje se puede sintetizar en sonidos de acuerdo con reglas acústicas basadas en textos mecanografiados. El lenguaje hablado con vocabulario limitado puede ser reconocido automáticamente por máquinas. El lenguaje hablado también se puede convertir en códigos o de códigos a sonidos (vocoder) conservando las características del habla original. idioma. En la actualidad, los equipos de comunicación lingüística siguen siendo relativamente complejos y es necesario mejorar la calidad y las limitaciones del sistema. Esta mejora no es sólo técnica, sino también una comprensión básica de la producción y percepción del lenguaje. Esto sólo podrá resolverse mediante una investigación fundamental en profundidad sobre el habla y la audición, y no en un futuro próximo (ver Acústica del habla).
Audición
El proceso de audición implica acústica fisiológica y psicoacústica. Puede expresar cuantitativamente la cantidad subjetiva de sonido producido en el oído humano (tono y volumen) y obtener la relación funcional con cantidades físicas (frecuencia e intensidad), lo cual es un resultado importante de la investigación en psicofísica. También se han establecido técnicas de audiometría y técnicas de medición de la impedancia acústica del tímpano, que son herramientas efectivas para el estudio de patologías del oído medio e interno. En la investigación de la audición, el equipo utilizado es sencillo pero los resultados son sorprendentemente ricos. En 1961, el físico G. von Bekasey ganó el Premio Nobel de Medicina o Fisiología por su trabajo de investigación sobre la audición. Este es un ejemplo del reconocimiento del trabajo de los físicos en disciplinas marginales. Dado que las actividades y mecanismos exactos del sistema nervioso y del cerebro aún no están claros, todavía no se ha formado una teoría completa de la audición. Sin embargo, desde los años 50, ha atraído la atención de muchos investigadores de la acústica y ha logrado grandes logros. A través de una gran cantidad de experimentos fisiológicos y psicofísicos, se pueden sacar algunas conclusiones y proponer algunas ideas: una vez que el sonido llega al oído humano, el oído lo convierte en vibración mecánica, que es amplificada por el oído medio y llega al oído interno. haciendo que la membrana basilar del conducto coclear vibre. Las unidades sensoriales son las filas interna y externa de células ciliadas de la membrana basilar. Las células ciliadas externas son básicamente una serie de amplificadores químicos que transmiten vibraciones a las células ciliadas internas, estimulándolas para que se doblen y vibren. Cuando las vibraciones alcanzan un cierto umbral, las terminaciones nerviosas en contacto con las células ciliadas internas envían impulsos eléctricos que envían señales a través del sistema nervioso hasta el cerebro. Los núcleos nerviosos conectados a las células ciliadas internas responden principalmente a la velocidad de vibración de la membrana basilar y las células ciliadas externas responden al desplazamiento de la membrana basilar. Las señales nerviosas son pulsos eléctricos de decenas de milivoltios, con una duración de pulso de aproximadamente decenas de milisegundos. Las señales se envían al cerebro a través de impulsos nerviosos, y la Figura 4 es un diagrama de flujo hipotético desde donde las señales se distribuyen a varios centros de la corteza cerebral para su almacenamiento, análisis, integración o descarte. Esta es una comprensión preliminar. Para establecer una teoría auditiva completa y explicar todos los fenómenos auditivos, es necesario realizar mucho trabajo, que implica el estudio de la función cerebral.
En los campos del habla y la audición, la investigación básica ha llevado a la producción de muchos dispositivos médicos importantes: audífonos que se ajustan al canal auditivo; tapones para los oídos, laringes artificiales para personas con lesiones en las cuerdas vocales, sintetizadores de voz, sensores táctiles, personas con sordera, implantes cocleares, etc.
Velocidad
En general, los sólidos viajan más rápido que el agua y el agua viaja más rápido que el aire.
Médico
La aplicación de la acústica en el tratamiento médico incluye el diagnóstico asistido por ultrasonido y el tratamiento con ultrasonido.
Diagnóstico asistido por ultrasonido, el más común es la ecografía B, denominada ecografía B. Normalmente, este tipo de ultrasonido de diagnóstico se utiliza para obtener imágenes no invasivas del abdomen. Otro tipo común de ecografía para ayudar al diagnóstico es la ecografía M o ecocardiografía. En comparación con los rayos X y la tomografía computarizada, la ecografía tiene la ventaja de no dañar el cuerpo humano por radiación. Las ondas sonoras son un tipo de onda mecánica y algunas de ellas se reflejan al pasar a través de los tejidos del cuerpo. Al recibir y procesar estas ondas sonoras reflejadas ricas en información, podemos utilizar esta información para formar imágenes en escala de grises en tiempo real dentro del cuerpo. En las imágenes de tejidos blandos, el efecto es mejor que en las imágenes de rayos X. Sin embargo, debido a la fuerte reflexión y absorción del ultrasonido por los huesos, la ecografía transcraneal B está todavía en sus inicios. Ha habido informes en el extranjero sobre el uso de transductores en fase. Imágenes por ultrasonido B. Su bajo precio, su rápida velocidad de obtención de imágenes, su alta precisión y su ausencia de efectos secundarios son razones por las que la ecografía es insustituible en los exámenes abdominales de rutina. La tecnología de diagnóstico asistido por ultrasonido utilizada clínicamente también incluye el uso del efecto Doppler para examinar los movimientos del cuerpo (incluido el movimiento fetal y la velocidad del flujo sanguíneo en los vasos sanguíneos, etc.).
Utilizar las características del ultrasonido y La oscilación periódica de ondas mecánicas, la terapia con ultrasonido tiene diferentes aplicaciones clínicas. La neurocirugía utiliza ultrasonido enfocado para causar daño profundo en el cerebro para tratar tumores cerebrales, enfermedad de Parkinson, trombosis cerebral, etc.
Este método de tratamiento no solo reduce el daño al cerebro (es posible un tratamiento sin craneotomía), sino que no afecta la función de otras partes del cerebro. En cirugía general, la ecografía focalizada es eficaz en el tratamiento de tumores hepáticos abdominales, tumores ginecológicos, cáncer de próstata y cáncer de vejiga. La perforación ultrasónica dental puede reducir significativamente las molestias del paciente sin afectar en absoluto los tejidos blandos.
La acústica tiene muchas aplicaciones en medicina, pero no se ha desarrollado lo suficiente o no se ha desarrollado en absoluto, especialmente en el tratamiento. La razón principal es que no se puede determinar la dosis adecuada. El profesor Niu Fengqi del Instituto de Acústica de la Academia de Ciencias de China, el profesor Jian Xiqi de la Universidad Médica de Tianjin y el profesor Wang Zhibiao de la Universidad Médica de Chongqing deberían haber realizado una investigación en profundidad sobre la teoría, la simulación y la práctica clínica del ultrasonido enfocado. y las cuestiones de dosis también son uno de sus focos de investigación. Uno de los principales problemas medioambientales contemporáneos es la contaminación acústica. La mitad de las opiniones (incluidas las quejas) sobre la contaminación medioambiental en la sociedad están relacionadas con cuestiones acústicas. Además de trabajar durante mucho tiempo bajo un ruido fuerte (superior a 90 dB) que puede provocar sordera, un ruido menos fuerte también puede molestar a las personas. Por ejemplo, cuando el nivel de ruido alcanza los 70 dB, resulta difícil hablar cara a cara y el sueño y el descanso en un ambiente de 50 dB se ven gravemente afectados. En los últimos años, la investigación sobre el mecanismo de la fuente del sonido ha recibido mucha atención y se han logrado muchos logros. Por ejemplo, la investigación teórica sobre el sonido de impacto, el sonido del flujo de aire y el sonido de vibración mecánica ha logrado resultados importantes. Según el mecanismo de generación de ruido, se pueden derivar métodos eficaces para controlar el ruido.
La vibración también es muy perjudicial para las personas, aunque afecta a menos personas que el ruido. Los trabajadores mineros que a menudo sostienen perforadoras de roca sufrirán el síndrome del dedo blanco cuando resulten gravemente heridos por la vibración, y sus dedos pueden incluso caerse uno por uno. La vibración de todo el cuerpo puede causar molestias, reducir la eficiencia del trabajo e incluso causar daños al cuerpo, y también debe protegerse. La protección contra vibraciones generalmente utiliza sistemas de resortes de masa o materiales amortiguadores (ver aislamiento de vibraciones y reducción de vibraciones). Controlar las vibraciones también es una forma básica de reducir el ruido.
El rango de potencia de las fuentes de sonido que se encuentran a menudo en el control de ruido es muy amplio, lo que también aumenta la complejidad del control de ruido. Por ejemplo, la potencia del ruido de un gran motor de cohete puede hacer arrancar un gran avión de pasajeros, y la potencia del ruido de un gran avión de pasajeros puede hacer arrancar un camión. Una de las claves para un mayor desarrollo del transporte industrial es la reducción del ruido. La contaminación acústica es el resultado de la industrialización. Reducir el ruido es una medida importante para mejorar el medio ambiente, mejorar la eficiencia del trabajo de las personas y prolongar la vida útil de las máquinas. La acústica (código: 070203W) se incluye en la categoría de ciencia y física.
Duración de los estudios: cuatro años
Título: Licenciatura en Ciencias. Esta especialización forma principalmente estudiantes de último año que tienen una base sólida y sistemática en acústica aplicada y ciencias de la información, dominan la tecnología electrónica, la tecnología informática y la tecnología de medición acústica correspondientes y pueden satisfacer las necesidades del desarrollo de alta tecnología, la economía, la educación y otros aspectos. y nos dedicamos a la investigación, el desarrollo y la docencia científica.
A través del aprendizaje tendrás las siguientes habilidades:
1. Tener una base matemática sólida, una visión científica amplia y ciertas capacidades de investigación e innovación científica;
2, Dominar los conocimientos básicos de software y hardware de computadora y dominar sistemáticamente las teorías básicas, los conocimientos básicos, las habilidades básicas y los métodos básicos de esta disciplina;
4. capacidad práctica integral;
5. Comprender la dinámica y las tendencias de desarrollo de esta disciplina en el país y en el extranjero. Universidad de Nanjing (10284), Universidad de Pekín (1001), Instituto de Tecnología de Beijing (10007), Universidad Normal de Beijing (10027), Universidad Tecnológica de Dalian (10108). Universidad Tongji (10247), Universidad de Ciencia y Tecnología de China (10358), Universidad Tsinghua (10003), Universidad Fudan (10246), Universidad Nankai (10055), Universidad Zhejiang (65438). Universidad Normal de Hunan (13250), Universidad Normal del Este de China (10269), Universidad de Ciencia y Tecnología de Huazhong (10487), Universidad de Xiamen (10384), Universidad de Chongqing (106165438)