Исследовательская работа «Влияние музыки на организм человека c точки зрения физики»

Министерство образования РФ

Исследовательская работа
«Влияние музыки на организм человека c точки зрения физики»
Выполнила:
Ивлева Ирина

ученица 9 класса

МОУ СОШ д. Большие Боры

Старорусского района

Новгородской области
Руководитель:

Трофимова О.Е.

учитель физики

Старая Русса

2008

План

1. Актуальность вопроса

   1. Определение проблемы

Физика звука и слуха представлена в школьном курсе физики, но многие важные аспекты физических процессов не рассматриваются. Нас заинтересовали вопросы, связанные с влиянием музыкальных звуков на организм человека.

Музыка очень многогранна. Это целый мир. По этой причине музыкальные вкусы людей различны: кто-то любит популярную музыку (попсу), кто-то классическую, кому-то нравится рок, а кто-то его физически не переносит. Люди, одинаковые по интеллекту и духовному развитию, находящиеся в одной среде, слушают совсем разную музыку. Поэтому мы решили исследовать вопрос о том, каким образом музыка оказывает влияние на организм человека.

В ходе работы выяснилось: для того, чтобы разобраться в этом вопросе, необходимо понять, что собой представляют музыкальные звуки, в чем их особенности, какими величинами их можно характеризовать.

1. Цели исследования

• 
  выяснить, как различные типы музыки c точки зрения физики влияют на организм человека.
  

3. Задачи исследования

• 
  найти учебный материал в литературе, в Интернет-ресурсах и СМИ;
  
• 
  изучить физические характеристики звука;
  
• 
  исследовать с помощью и медицинских приборов параметры зависимости влияния музыки на организм человека;
  
• 
  проанализировать результаты эксперимента;
  
• 
  определить перспективы.
  

4. Методы исследования

• 
  работа с учебниками;
  
• 
  работа с Интернет-ресурсами;
  
• 
  анкетирование учащихся;
  
• 
  эксперимент.
  

2. Теоретическая часть

   1. Физические характеристики звука

      1. Типы звуков

С точки зрения физики звук – это волна. Звуковые волны – частный случай механических волн. Они представляют собой периодически сменяющие друг друга сжатия и разрежения среды, распространяющиеся в пространстве с некоторой конечной скоростью. В акустике принято различать следующие типы звуков: тоны, шумы и звуковые удары.

Тоны (или музыкальные звуки) - обусловлены периодическими колебательными процессами. Если такой процесс гармонический, тон называют чистым, или простым. Простой тон издает, например, камертон при ударе по нему молоточком. Основная физическая характеристика чистого тона – частота.

Звуковые удары – это кратковременные звуковые воздействия (подобные хлопкам или взрывам).

Шумы - представляют собой звуки, отличающиеся сложной, неповторяющейся временной зависимостью. (Звуки от вибрации машин, аплодисменты, шорохи, скрипы, согласные звуки речи и др.) Шум и низкочастотная вибрация относятся к физическим загрязнениям окружающей среды. Шум – это звуковые волны, воспринимаемые людьми как неприятный, мешающий или даже вызывающий болезненные ощущения фактор.

2. Характеристики звука и связь между ними

А) Объективные характеристики:

• 
  Частота – число колебаний источника звука, совершаемых за единицу времени. Единица измерения в СИ – 1 Гц (Герц).
  
• 
  Интенсивность - энергетическая характеристика звука, которая измеряется энергией звуковой волны, прошедшей за единицу времени через единицу площади некоторой поверхности, перпендикулярной направлению распространения волны (т.е. отношением падающей на поверхность звуковой мощности к площади этой поверхности).
  

I=∆W/S∆t (1)

Единица интенсивности звука - 1 Вт/м ² .

Эти характеристики объективны и могут быть оценены различными физическими приборами независимо от человека.
Б) Субъективные характеристики звука

• 
  Высота тона - характеристика, обусловленная частотой колебаний.
  

Чем больше частота колебаний, тем выше звук. Колебаниям малых частот соответствуют низкие звуки. Например, писк комара соответствует 500 – 600 взмахам его крыльев в секунду, жужжание шмеля 220 взмахам. Колебания голосовых связок певцов могут создавать звуки в диапазоне от 80 до 1400 Гц.

Для сложного тона высота зависит от интенсивности: звук большей интенсивности воспринимается иногда как звук более низкого тона.

• 
  Тембр.
  

Тембр определяется спектральным составом сложного тона. Тембр отличает звучание одной и той же ноты в исполнении различных музыкальных инструментов или голоса.

• 
  Громкость.
  

Громкость звука зависит от амплитуды колебаний давления в звуковой волне. Чем же она определяется? В начале рассмотрим ряд важных понятий.
Уровень интенсивности
Нормальное человеческое ухо воспринимает довольно широкий диапазон интенсивностей. От минимальной I₀ = 10^-12 Вт /м² на частоте 1000 Гц (в дальнейшем речь пойдет именно об этой частоте) до наибольшей I max = 1 Вт /м², вызывающей болевые ощущения. Следовательно, болевой порог отличается по интенсивности звука от порога слышимости на 12 порядков.

Приведем значения уровней интенсивности для звуков, с которыми человек чаще всего встречается.

При увеличении уровня интенсивности, начиная примерно с 75 дБ, человек, который слышит звук, испытывает дискомфорт. В области дискомфорта лежат уровни интенсивности звуков, издаваемых отбойным молотком (~ 90 дБ), мотором тяжелого грузовика (~100 дБ), оркестром поп-музыки (~ 110дБ), шумом в поезде метро (~80-90 дБ). При очень высоких уровнях интенсивности необходимо использовать различные защитные приспособления. Болевым порогом считается уровень интенсивности ~ 130дБ. (Рис. 1)

Таблица 1 (Рис.1)

Источник звука	Уровень интенсивности, дБ	Источник звука	Уровень интенсивности, дБ	Источник звука	Уровень интенсивности, дБ
Порог слышимости Шорох листьев Мурлыканье кошки Шепот Комната в городе Офис	0 10 15 20 40 50	Разговор (на расст. 1м) Кабина автомобиля Громкая музыка Улица города Громкий крик (на расст. 1,5 м)	60 70 80 80 100	Проходящий поезд в метро Отбойный молоток Рок - концерт Реактивный двигатель самолета Космическая ракета	100 110 120 140 180

Кривая порога слышимости показана на рис. 2. Как видим, порог слышимости меняется в очень широких пределах в зависимости от частоты. Наибольшей чувствительностью ухо обладает в области частот 2500 - 3500 Гц, где порог слышимости имеет наименьшую величину.
Зависимость громкости звука от интенсивности
В начале XX в. связь между мерой раздражения (интенсивностью звуковой волны) и мерой ощущения (громкостью) изучал немецкий физиолог и психолог Вебер. Исходя из экспериментов Вебера, физиолог Г.Фехнер сформулировал

закон:

При изменении интенсивности каждый раз в 10 раз уровень громкости увеличивается на 10 единиц.
Зависимость громкости от частоты
Минимальное изменение давления, которое может фиксироваться человеческим ухом, определяет порог слышимости. Максимальное изменение давления, которое еще в состоянии фиксироваться человеческим ухом, определяет болевой порог.

Болевой порог соответствует изменению давления 10!!! атмосфер, или 10 Па.

В процессе жизнедеятельности человека в результате воздействия большого числа различных факторов чувствительность уха уменьшается.

2. Различные типы музыки

Звучание электронных музыкальных инструментов или звуковоспроизводящих устройств мы все чаще воспринимаем как шум. Многие "меломаны" все достоинства музыки видят в ее громкости. Не задумываясь, они вынуждают своих домашних и соседей участвовать в электронных "звуковых оргиях", даже не осознавая, что их ближние страдают от этого. В экологии человека предложено даже понятие "шумовое опьянение" – возбуждение, возникающее в результате резонанса клеточных структур в ответ на громкие ритмические звуки. Это "опьянение" по субъективным ощущениям аналогично алкогольному опьянению или одурманиванию наркотиками. "Шумовое опьянение" – одна из причин успеха современной шумной музыки. Уровень шума, создаваемый современной электронной музыкой, иногда превышает болевой порог – 130 дБ.

Практически каждый подросток имеет плеер. Но вряд ли кто-то из них задумывается о последствиях использования этого прибора. Исследования показывают, что каждый пятый подросток плохо слышит, хотя сам он об этом не всегда догадывается. Причина – злоупотребление переносными плеерами и шумы на дискотеках: уровень шума на дискотеках составляет от 80 до 100 дБ, а уровень интенсивности плеера – 110 дБ. Но для рабочих при наличии источников звука с такими данными предусмотрена шумовая защита!

Злоупотребление повышенным шумовым фоном вызывает массу негативных последствий. Это звон в ушах, головокружение, головная боль, переутомление, снижение способности к концентрации внимания, падение производительности труда, неуравновешенная психика.

Для того чтобы понять, как действует музыка на человека с точки зрения физики, рассмотрим два наиболее полярных жанра: классическую и рок -музыку.

1. Рок-музыка

Особенности

Рок (англ. от rock - качаться, трястись) - тип современной музыки, ведущий свое происхождение от песенно-танцевальных жанров негритянского городского фольклора 1920-30-х гг. Важная характеристика рок-музыки - ее техническое оснащение и специфическая ритмика.

Влияние на организм человека

Были проведены различные исследования с целью оценки различных воздействий рок-музыки, влекущих за собой травмы зрения, слуха, позвоночника, эндокринной и нервной системы. Музыкальный терапевт Адам Книст, анализируя это явление, пишет: "Основная проблема действия рок-музыки на пострадавших вытекает из уровня ее звука, вызывающего неприязненность, истощение, нарциссизм, панику, расстройство пищеварения, гипертонию, необычное наркотическое состояние". Несколько лет назад нейрохирурги Университета штата Иллинойс открыли болезненный синдром, который они назвали "ритмическим токсикозом". У человека, злоупотребляющего прослушиванием рок-музыки, проявлялись все признаки алкогольного или наркотического отравления, хотя следов этих веществ в организме не обнаруживалось. Следствием воздействия рок-музыки является также нервное сверхвозбуждение, вызывающее эйфорию, внушаемость, истерию, вплоть до галлюцинаций, депрессивное состояние, доходящее до невроза и психоза, самоизувечивание в разных формах, особенно на больших сборищах, необузданные порывы к разрушению, вандализму и мятежу после концертов и фестивалей рока. Было отмечено, что тенденции к самоубийству и убийству значительно усиливаются при повседневном и продолжительном слушании рок-музыки.

Ученые зафиксировали следующее: после 10-минутного прослушивания рока семиклассники на некоторое время забывали таблицу умножения (см. практическую часть). А японские журналисты в крупнейших рок-залах Токио произвольно задали зрителям один простой вопрос: как вас зовут? И ни один из опрошенных не ответил на него. Временная потеря памяти происходит потому, что такая музыка вызывает выделение так называемых стресс-гормонов, которые стирают часть запечатленной в мозгу информации.

Приемы воздействия на организм

Почему молодежь любит рок? Один из первых распространителей рок-музыки Хэл Зигер писал еще в 50-х годах ХХ века: «Я понял, что эта музыка проникает в молодежь, потому что ее ритм совпадает с ритмами в их организме. Я знал, что никто не сможет вышибить эту музыку из них...». Существуют четыре технических приема, которые создают условия, при которых рок- музыка оказывает максимальное воздействие на организм.

• 
  Модуляция частоты - использование очень низких частот (14-20 Гц) и очень высоких частот (17000-20000 Гц), использование переменной скорости, что может быть замечено только с помощью специальной аппаратуры.
  
• 
  Бит (ритмические удары) и его подсознательное действие - может вызвать ускорение сердечного пульса и увеличение содержания адреналина, а значит возбуждение всего организма.
  
• 
  Подсознательный сигнал - когда мозг в течение продолжительного времени подвергается воздействию подобного звукового сигнала, в нем происходит биохимическая реакция, аналогичная той, которую вызывает укол морфия. Эта реакция производит двойное действие: необычное ощущение чего-то приятного и активизацию мозговых процессов.
  

Личность утрачивает свои автоматические рефлексы и механизмы собствен- ной защиты. Именно поэтому выражение «изнасилование сознания» означает тот умственный, нравственный и духовный ущерб, который испытывает аудитория рок-музыки.

2. Классическая музыка

Особенности

Классическая музыка до 20-го века была ориентирована на образованные и состоятельные слои общества. Ситуация несколько изменилась в 20-м веке, когда больше людей получило доступ к образованию. Известный исследователь Дон Кэмбелл считает, что спокойная классическая музыка увеличивает интеллектуальную работу мозга человека, понижает давление и активизирует иммунную систему организма.  В ходе многочисленных опытов установлено, что спокойная музыка ведет к уменьшению амплитуды электромагнитных волн головного мозга. Это действует успокаивающе. Одновременно происходит синхронизация работы левого и правого полушарий, что резко повышает способность к интеллектуальной деятельности.

Новейшие исследования показали также, что под воздействием классической музыки происходят важные изменения в составе крови, когда резко сокращается количество гормонов, вызывающих перенапряжение нервной системы и усиливается иммунная защита организма от вирусов.

Классическая музыка и интеллект

Ученые Центра нейробиологии Калифорнийского университета протестировали студентов из 36 колледжей, пытаясь определить уровень их интеллектуального развития. В течение десяти минут после проведения теста студенты слушали сонату Моцарта для двух фортепьяно. Повторное тестирование сразу же после прослушивания показало увеличение IQ на 8-9 баллов. Правда, примерно через 15 минут показатели вернулись на прежний уровень, но этот факт позволил ученым предположить, что именно бессмертная музыка явилась причиной временного интеллектуального роста.

Уставшие клетки мозга должны время от времени подзаряжаться. Одним из способов подзарядки является прослушивание высокочастотных звуков - 5000-8000 Гц.
Музыка Моцарта содержит наибольшее число звуков нужного частотного диапазона, а тяжелый рок - наименьшее.

Альберт Эйнштейн впервые взял в руки скрипку в шестилетнем возрасте. К тому времени, когда ему исполнилось 14, он исполнял сонаты Бетховена и Моцарта и долгими часами импровизировал на фортепьяно. На протяжении всей жизни Эйнштейн оставался страстным скрипачом, обращаясь к музыке во время творческих застоев. О своих увлечениях музыкой и физикой он говорил: "Оба они имеют один источник и дополняют друг друга..." Не исключено, что необычайно мощный интеллект Эйнштейна является результатом любви к классике.

Неоднозначность влияния классической музыки на организм человека

Долгое время считалось, что прослушивание классической музыки крайне позитивно влияет на человеческое здоровье. Но на самом деле все оказывается не так просто, что подтверждают многолетние исследования российских и французских ученых. Например, от некоторых симфоний снижается острота слуха, а также наступает околодепрессивное состояние.

3. Популярная музыка

Популярная музыка, которая, как принято считать, отражает дух времени, оказывает на человеческий организм благоприятное воздействие. Исследования показали, что от русского и французского шансона не только поднимается настроение, но и снижается артериальное давление, упорядочиваются аппетит и сон, нормализуется уровень сахара в крови. Это ярко выраженная мелодика, наложенная на оптимальный ритмический рисунок - 130 ударов в минуту. Исследования показали, что именно такой ритм наиболее благоприятен для человеческого организма. Он повышает жизненный тонус, раскрепощает, снимает нервные перегрузки.
Итак, музыка может очень многое: спокойная и мелодичная поможет быстрее и лучше отдохнуть, восстановить силы, а бодрая и ритмичная - улучшит настроение. Музыка снимает раздражение, нервное напряжение, активизирует мыслительные процессы, помогает подолгу не уставать. Мелодии, доставляющие человеку удовольствие, создающие приятное настроение, замедляют пульс, увеличивают силу сердечных сокращений, снижают артериальное давление, расширяют сосуды. Удивительно, но человеческий организм воспринимает звуки даже в эмбриональном состоянии!

Несмотря на ограниченность наших знаний о музыке, мы проверили влияние различных ее типов на организм, насколько это позволили наши технические возможности.

3. Практическая часть

Цель: выяснить, как различные типы музыки оказывают влияние на физическое, психическое и интеллектуальное состояние школьников.

Оборудование: тонометр полуавтоматический, магнитофон, аудиозаписи классической, рок- и поп-музыки; плеер.

План эксперимента:

1. 
   Сбор информации о музыкальных увлечениях учащихся школы (анкетирование)
   
2. 
   Исследование влияния различных типов музыки на медицинские показатели
   
3. 
   Исследование влияния различных типов музыки на уровень внимания и скорость реакции
   

1. Сбор информации о музыкальных увлечениях учащихся

Анкета для учащихся:

1. 
   Какую музыку ты предпочитаешь слушать:
   

А. Рок-музыку - 28%

Б. Классическую музыку - 4%

В. Популярную (поп-музыку) - 78%
2) Слушаешь ли ты музыку во время приготовления уроков?

А. Да, всегда - 15%

Б. Никогда - 17%

В. Иногда - 68%
3) Считаешь ли ты, что некоторые типы музыки могут отрицательно влиять на организм человека?

А. Скорее да, чем нет - 70%

Б. Скорее нет, чем да -18%

В. Нет, музыка оказывает только положительное влияние на человека - 2%

(Число опрошенных: 46)

2. Исследование влияния различных типов музыки на медицинские показатели

Рок-музыка (Rammstein: Sehnsuht, Du hast,)

Время прослушивания: 7 минут

Учащиеся (выборочно)	До		После
	Давление	Пульс	Давление	Пульс
Петров А.	117/59	63	121/58	71
Семенова Л.	115/69	70	114/71	82
Григорьев Н.	125/64	56	130/67	62
Яковлева И.	120/70	55	119/66	56
Ивлева И.	108/64	72	104/63	78
Васильев В.	117/68	80	94/65	84
Иванова М.	130/63	78	121/62	73
Алексеева С.	90/72	78	139/75	86
В среднем	115/59	69	118/66	74

Вывод:

Результаты наших исследований показали, что давление и пульс увеличились не у всех испытуемых. Значит, результаты исследований, проведенных специалистами и описанные в теоретической части, достаточно субьективны.

В среднем давление увеличилось у 40% учащихся, а пульс у 88%.
Классическая музыка (Бетховен «К Элизе», Дебюсси «Лунный свет», Бетховен «Пятая симфония»)

Учащиеся (выборочно)	До		После
	Давление	Пульс	Давление	Пульс
Петров А.	115/64	73	128/84	70
Семенова Л.	115/69	74	117/70	70
Григорьев Н.	86/57	59	121/63	61
Яковлева И.	90/54	53	108/55	56
Ивлева И.	100/58	79	167/25	77
Васильев В.	101/54	76	99/57	83
Иванова М.	125/70	73	120/68	70
Алексеева С.	118/66	85	115/59	89
В среднем	106/59	71	123/57	73

Вывод:

Результаты наших исследований показали, что давление и пульс увеличились не у всех испытуемых.

В среднем давление и давление увеличились у 50% учащихся.

Поп-музыка (МакSим «Мой рай»)

Учащиеся	До		После
	Давление	Пульс	Давление	Пульс
Петров А.	117/59	63	129/61	65
Семенова Л.	115/69	70	89/68	95
Григорьев Н.	125/64	56	115/62	58
Яковлева И.	120/70	55	98/57	56
Ивлева И.	108/64	72	107/55	80
Васильев В.	117/68	80	99/60	73
Иванова М.	130/63	78	103/62	71
Алексеева С.	90/72	78	129/69	79
В среднем	115/59	69	104/62	76

Вывод:

Результаты наших исследований показали, что давление и пульс увеличились не у всех испытуемых. Значит, результаты исследований, проведенных специалистами и описанные в теоретической части, достаточно субьективны.

В среднем давление увеличилось у 25% учащихся, а пульс у 40%.

3. Исследование влияния различных типов музыки на внимание и скорость реакции

Возраст обследуемых: 10-14 лет

Число обследуемых: 15

Время прослушивания: 7 минут

	Процент ошибок
	Без прослушивания	После прослушивания классической музыки	После прослушивания рок-музыки
Таблица умножения	3%	2%	5%
Пример в несколько действий	31%	28%	39%

4. Анализ полученных результатов

1. 
   Мы выяснили, что очень высокие и очень низкие частоты, а особенно их сочетание неблагоприятно действуют на организм человека;
   

2. 
   В ходе эксперимента мы убедились в том, что музыка может оказывать на человека как благотворное, так и неблагоприятное воздействие;
   

3. 
   Воздействие музыки на человека неоднозначно по следующим причинам: во-первых, каждый вид музыки очень разнообразен
   

4. 
   Мы убедились, что «тяжелая» музыка (рок) все же оказывает на организм в большей степени неблагоприятное воздействие, особенно, если прослушивание происходит длительное время;
   

5. 
   Результаты исследования выявили необходимость проведения среди школьников агитационно-просветительской деятельности:
   

А) организация конференции по оглашению результатов эксперимента;

Б) разъяснительная работа по убеждению ребят в необходимости мер по ограничению музыкально-шумовой нагрузки на органы слуха и на их психическое здоровье;

В) выпуск спецгазеты "Спасите наши уши!" в рамках недели по ОБЖ.

5. Перспективы исследования

В 10 классе мы продолжим изучение звуковых явлений. Я предполагаю, что рассмотрю вопрос о том, как на человека влияют шумы и как человеческий организм реагирует на различные шумовые фоны, в которых он оказывается.

6. Список литературы

1. А.В. Перышкин, Е.М. Гутник. Физика 9 класс. Изд-во «Дрофа». 2000.

2. В.А. Касьянов. Физика 10 класс. Изд-во «Дрофа». 2002.

3. Физика в школе. Научно-методический журнал. № 7, 2005, стр. 74.

4. Энциклопедия юного физика. Просвещение. 1985.

5. Интернет-ресурсы http://www.beatles.ru/books/articles.asp?article_id=569