Contents
ix
5.7
Acoustical Impedance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129
5.8
Sound Propagation in Non-uniform Matter. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132
5.9
Dispersion of Sound . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133
5.10
Non-linear Sound Waves . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134
5.11
Absorption of Sound . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134
5.12
Resonance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137
5.13
Supersonic and Subsonic Motion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139
5.14
Non-biological Sound Wave Production . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140
5.14.1
Mechanically Generated Sounds . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140
5.14.2
Electromechanical Devices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142
5.15
Biological Generation of Sounds. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143
5.15.1
Vocalization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143
5.15.2
Vibration of Elastic Biomembranes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144
5.16
Physical Sound Wave Detection. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146
5.16.1
Microphones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147
5.16.2
Radiation Pressure Devices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149
5.16.3
Heat Detectors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149
5.16.4
Light Scattering Detectors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150
5.16.5
Detectors Using Electron-Phonon Interaction . . . . . . . . . . 150
5.17
Biodetectors of Sound . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150
5.18
Medical Instruments for Detecting Sound . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151
5.18.1
Stethoscope. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151
5.18.2
Medical Microphones. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153
5.18.3
Phonocardiogram . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153
5.18.4
Ballistocardiogram . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154
5.19
Human Hearing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154
5.19.1
General Properties of Human Hearing . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155
5.19.2
Loudness . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155
5.19.3
Pitch . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157
5.19.4
Binaural Directional Sensation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159
5.19.5
The Human Ear . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159
5.19.6
Music . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160
5.20
Reverberation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165
5.21
The Doppler Shift . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166
5.22
Medical Applications of Ultrasonics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 167
5.22.1
Acoustical Imaging . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 167
5.22.2
Doppler Rheology . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 170
5.22.3
Physiotherapy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 170
5.22.4
Ultrasound Diagnostics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171
5.22.5
Other Applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172
5.23
Acoustical Dosimetry . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172
5.24
Ultrasonic Dosimetry . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 174
5.24.1
Absorption of Ultrasonic Waves in Materials . . . . . . . . . . 174
5.24.2
Effects of High-Level Ultrasonics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 175
5.24.3
Ultrasonic Dosimetry Standards . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 177
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5.7
Acoustical Impedance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129
5.8
Sound Propagation in Non-uniform Matter. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132
5.9
Dispersion of Sound . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133
5.10
Non-linear Sound Waves . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134
5.11
Absorption of Sound . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134
5.12
Resonance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137
5.13
Supersonic and Subsonic Motion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139
5.14
Non-biological Sound Wave Production . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140
5.14.1
Mechanically Generated Sounds . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140
5.14.2
Electromechanical Devices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142
5.15
Biological Generation of Sounds. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143
5.15.1
Vocalization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143
5.15.2
Vibration of Elastic Biomembranes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144
5.16
Physical Sound Wave Detection. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146
5.16.1
Microphones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147
5.16.2
Radiation Pressure Devices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149
5.16.3
Heat Detectors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149
5.16.4
Light Scattering Detectors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150
5.16.5
Detectors Using Electron-Phonon Interaction . . . . . . . . . . 150
5.17
Biodetectors of Sound . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150
5.18
Medical Instruments for Detecting Sound . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151
5.18.1
Stethoscope. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151
5.18.2
Medical Microphones. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153
5.18.3
Phonocardiogram . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153
5.18.4
Ballistocardiogram . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154
5.19
Human Hearing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154
5.19.1
General Properties of Human Hearing . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155
5.19.2
Loudness . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155
5.19.3
Pitch . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157
5.19.4
Binaural Directional Sensation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159
5.19.5
The Human Ear . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159
5.19.6
Music . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160
5.20
Reverberation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165
5.21
The Doppler Shift . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166
5.22
Medical Applications of Ultrasonics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 167
5.22.1
Acoustical Imaging . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 167
5.22.2
Doppler Rheology . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 170
5.22.3
Physiotherapy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 170
5.22.4
Ultrasound Diagnostics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171
5.22.5
Other Applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172
5.23
Acoustical Dosimetry . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172
5.24
Ultrasonic Dosimetry . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 174
5.24.1
Absorption of Ultrasonic Waves in Materials . . . . . . . . . . 174
5.24.2
Effects of High-Level Ultrasonics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 175
5.24.3
Ultrasonic Dosimetry Standards . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 177