Hang és ultrahang. Sugárzások. A hang/ultrahang mint hullám. A hang mechanikai hullám. Terjedéséhez közegre van szükség vákuumban nem terjed

Méret: px

Mutatás kezdődik a ... oldaltól:

Download "Hang és ultrahang. Sugárzások. A hang/ultrahang mint hullám. A hang mechanikai hullám. Terjedéséhez közegre van szükség vákuumban nem terjed"

Mária Bognár
5 évvel ezelőtt
Látták:

Sugárzások mechanikai Nem ionizáló sugárzások Ionizálo sugárzások elektromágneses elektromágneses részecske Hang és ultrahang IH hallható hang

1 Sugárzások mechanikai Nem ionizáló sugárzások Ionizálo sugárzások elektromágneses elektromágneses részecske Hang és ultrahang IH hallható hang UH alfa sugárzás béta sugárzás rádió hullámok infravörös fény látható fény ultraibolya fény röntgen sugárzás gamma sugárzás A hang/ultrahang mint hullám Longitudinális vs. transzverzális hullám hullámhossz A hang mechanikai hullám Terjedéséhez közegre van szükség vákuumban nem terjed longitudinális hullám (gázokban és folyadékok belsejében csak ilyen) transzverzális hullám is kialakulhat szilárd testekben, folyadékok felszínén

A hullám leírása hangvilla S ű r ű s ö d é s Mechanikai hullám (model) A nyomás eriódikus változása A közeg részecskéinek sűrűsödése és ritkulása a terjedési irány

x) Δmax sin π amlitúdó t T fázis x λ trough A nyomás eriódikus változása alahang frekvenciája hangmagasság felhangok aránya (sektrum) nyomás / intenzitás* hangszín

2 A hullám leírása hangvilla S ű r ű s ö d é s Mechanikai hullám (model) A nyomás eriódikus változása A közeg részecskéinek sűrűsödése és ritkulása a terjedési irány mentén sűrűsödés rugó R i t k u l á s Térbeli és időbeli eriodicitás ritkulás kitérés crest hidrosztatikainyomás teljes hidrosztat + Δ nyomásváltozás, hangnyomás Δ( t, x) Δmax sin π amlitúdó t T fázis x λ trough A nyomás eriódikus változása alahang frekvenciája hangmagasság felhangok aránya (sektrum) nyomás / intenzitás* hangszín hangosság hangszín: felhangok aránya (sektrum) Tkv. IV.3. ábra. 3 (t) sin( ωt) + sin(ωt) + sin(3ωt) (t) sin( ωt) + sin(ωt) + sin(3ωt) +. Periódikus jelekre Tkv. IV.3. ábra.

Mechanikai hullámok tartományai frekvencia és intenzitás alaján alahang frekvenciája

hangszín: felhangok aránya (sektrum) db l0lg 0 0 - W/m 9 Tkv. IV.4. ábra. Tkv. IV.3.

hallásvesztesége ezen a frekvencián 5 db?

3 Mechanikai hullámok tartományai frekvencia és intenzitás alaján alahang frekvenciája hangmagasság felhangok aránya (sektrum) hangszín nyomás / intenzitás* * 0 hangosság hangszín: felhangok aránya (sektrum) db l0lg W/m 9 Tkv. IV.4. ábra. Tkv. IV.3. ábra. l0lg db 0 Mekkora intenzitású 300 Hz-es hangot hall meg az az ember, akinek a hallásvesztesége ezen a frekvencián 5 db? A normális hallásküszöb ezen a frekvencián 3*0 - W/m. 5 0lg db 0lg 3* W/m 3*0,5 0 Azonos hangosságszintű görbék 9,5*0 [ ] 9 Wm

A hang/ultrahang terjedése A hang terjedési sebessége a rugalmas közeg szeree A hang/uh sebessége különféle közegekben c fλ ΔV κ V Δ [ Pa ] c ρκ κ

) 4 vö. Tkv. II.4. táblázat A hang/ultrahang terjedése c Z ρκ Z v cρ v max max ρ κ Akusztikus imedancia (definició) acoustic imedance (useful

annak, hogy részecskéit rezgésbe hozzuk.

4 A hang/ultrahang terjedése A hang terjedési sebessége a rugalmas közeg szeree A hang/uh sebessége különféle közegekben c fλ ΔV κ V Δ [ Pa ] c ρκ κ a közeg komresszibilitása ρ a közeg sűrűsége Szilárd anyagokban nagyobb a terjedési sebesség, mint gázokban, mert ρ κ lágy szövet: 540 m/s (!) 4 vö. Tkv. II.4. táblázat A hang/ultrahang terjedése c Z ρκ Z v cρ v max max ρ κ Akusztikus imedancia (definició) acoustic imedance (useful form) ΔV / V κ Δ ( Z elelktromo s [ kg / m s] U ) I Az akusztikus imedancia Z v Z ρc v Mértékegység: [ kg / m s] mennyire áll ellen a részecske annak, hogy részecskéit rezgésbe hozzuk. max max ρ κ anyag akusztikus imedancia/ akusztikus ellenállás/ akusztikus keménység (definíció) ρ κ c Z [kg/m 3 ] [/GPa] [m/s] [kg/(m s)] levegő, , víz, 0 C 998 0,45 49, aluminium 700 0, ,8 0 6 kvarc 650 0, , 0 6 U Z el I

5 Példa: Egy 3 MHz-es, 50 mw/cm intenzitású hullám terjed vérben. Mekkora a nyomás, a rezgő részecskék maximális kitérése és sebessége ebben a hullámban? Z vér,66x0 6 kg/m s Megoldás: Intenzitás: Részecske sebessége: Kitérés: max Z Z 40.74kPa 3 40,74 0 Z,66 0 v 6 0,045m / s 4,5mm / s v 4,5 6 A,3 0 mm,3nm 6 ω Π 3 0 rel A hang/ultrahang terjedése Intenzitásgyengülés terjedés közben D /μ f MHz-re 0 e D levegő ~ cm D víz ~ m μx X csillaítás (db) Δ Z eff α 0 lg 0 α 0 μ x lg e μ a diagnosztikai frekvencia tartományban arányos a frekvenciával fajlagos csillaítás α f x μ α/x μ a diagnosztikai (db/cm) frekvencia tartományban arányos a frekvenciával α db ~ f x cm MHz μ ~ f k, k ~ (?) logμ ~ k logf ha egyenest kaunk, akkor jó a hatványfüggvény közelítés fajlagos csillaítás lágy szövetre: α db ~ f x cm MHz f (MHz) k 3 k k szövet fajlagos csillaítás Máj 0,6 0,9 Vese 0,8,0 Zsír,0,0 Vér 0,7 0,4 csont 6 3

frekvenciatartománya Törés sin α c sin β c

khz delfin Visszaverődés R R 0 Z Z R Z + Z

ember f > 0 khz f < 0 Hz Gyakorlatban: 0,8

6 A hang/ultrahang terjedése Hang - ultrahang Hallható hangok frekvenciatartománya Törés sin α c sin β c * Snellius-Descartes macska szöcske 0 Hz 0 khz delfin Visszaverődés R R 0 Z Z R Z + Z * c ρκ denevér kutya Ultrahang: Infrahang: ember f > 0 khz f < 0 Hz Gyakorlatban: 0,8 5 MHz Piezoelektromos hatás Ultrahang előállítása Inverz iezoelektromos hatás Mechanikai deformáció (nyomás) hatására elektromos feszültség Piezoelektromos kristály tiikus szerkezet Az elektromos otenciál- különbség deformációt okoz

Ultrahang előállítása Inverz iezoelektromos hatás Oszcillátor LC-kör L eriodikus (szinuszos) elektromos jel eriodikus deformáció rezgés L : induktivitás [H]

visszacsatolt erősítő A U, visszacsatolt βa U, erősítés végtelen szinuszoszcillátor bemenő jel: nincs, kimenet: szinuszos feszültség A A U β U n(db) ontozott

7 Ultrahang előállítása Inverz iezoelektromos hatás Oszcillátor LC-kör L eriodikus (szinuszos) elektromos jel eriodikus deformáció rezgés L : induktivitás [H] azaz [s Ω ] f π LC mechanikai rezgés L ~ A N P Af P out in Elektromos jelforrás: szinuszoszcillátor A A β Elektromos jelforrás: szinuszoszcillátor ozitív módon visszacsatolt erősítő A U, visszacsatolt βa U, erősítés végtelen szinuszoszcillátor bemenő jel: nincs, kimenet: szinuszos feszültség A A U β U n(db) ontozott iros nyíl: a szinuszoszcillátor frekvenciája n max n max -3 kihúzott fekete görbe: frekvencia karakterisztika visszacsatolás nélkül f π LC f a átviteli sáv f f f(log)

Piezoelektromos hatás Ultrahang detektálása Magnetostrikció Ultrahang előállítása Mechanikai deformáció (nyomás) hatására elektromos feszültség Ultrahang transzducer kettős funkciója: Adás elektromos

8 Piezoelektromos hatás Ultrahang detektálása Magnetostrikció Ultrahang előállítása Mechanikai deformáció (nyomás) hatására elektromos feszültség Ultrahang transzducer kettős funkciója: Adás elektromos jelből ultrahang (inverz iezoelektromos hatás) ferromágneses anyagok (l. Co) viselkedése mágneses térben. Vétel ultrahangból elektromos jel (iezoelektromos hatás Az ultrahang-fej feléítése földelt elektród Az UH imulzusok jellemzői transzducer: adó és vevő egyben időbeli szétválasztás folyamatos hullám helyett imulzusok imulzus ismétlődési idő: ms aktív elektród UH kibocsátás bőr imulzus ismétlődési frekvencia: 000/s khz nλ/ nλ/4 tomító egység iezoelektromos egység UH detektálás illesztő egység transzducer imulzusidőtartam: μs UH frekvenciája: -0 MHz UH terjedési sebessége (lágy szövetekben): 540 m/s Tkv. VIII.3. ábra

9 elalak Sektrum Fókuszálás szinuszos Vonalas sektrum ( vonal) négyszög Vonalas sektrum szinuszos sorozat Szinuszos sorozat (több sorozat) Aeriodikus Sávos sektrum US ulse Sávos sektrum Folytonos sektrum 33 Vö. Tkv. 500.o.. ábra Fókuszáláskor a nyaláb divergenciája nő a távoltérben és romlik a mélységélesség. Kacsolódó fejezetek: Damjanovich, Fidy, Szöllősi: Orvosi Biofizika II..4. VIII. 4..

Hasonló dokumentumok

Hang és ultrahang. Sugárzások. A hang/ultrahang mint hullám. A hang mechanikai hullám. Terjedéséhez közegre van szükség vákuumban nem terjed

Hang és ultrahang. Sugárzások. A hang/ultrahang mint hullám. A hang mechanikai hullám. Terjedéséhez közegre van szükség vákuumban nem terjed Sugárzások mechanikai Nem ionizáló sugárzások Ionizálo sugárzások elektromágneses elektromágneses részecske Hang és ultrahang IH hallható hang UH alfa sugárzás béta sugárzás rádió hullámok infravörös fény