Ultrabunyi

Sebuah pemeriksaan ultrasonik dijalankan

Ultrabunyi ialah gelombang bunyi dengan frekuensi yang lebih tinggi daripada had atas pendengaran remaja manusia. Ultrabunyi tidak berbeza daripada bunyi 'normal' (boleh dengar) dari segi sifat fizikalnya, kecuali pada yang manusia tidak boleh mendengarnya. Had ini berbeza dari individu ke individu dengan kira-kira 20 kilohertz^[1] (20,000 hertz) pada remaja sihat. Peranti ultrabunyi beroperasi dengan frekuensi dari 20 kHz hingga ke beberapa gigahertz.

Ultrabunyi digunakan dalam pelbagai bidang yang berbeza. Alat-alat ultrabunyi digunakan untuk mengesan objek dan mengukur jarak. Pengimejan ultrabunyi atau sonografi sering digunakan dalam bidang perubatan. Dalam ujian tanpa musnah produk dan struktur, ultrabunyi digunakan untuk mengesan kelemahan yang tidak kelihatan. Dalam konteks industri pula, ultrabunyi digunakan untuk pembersihan, pencampuran serta mempercepatkan proses kimia. Haiwan seperti kelawar dan ikan lumba-lumba menggunakan ultrabunyi untuk mencari mangsa dan halangan.^[2] Saintis kini menyelidiki ultrabunyi menggunakan diafragma grafena sebagai suatu kaedah komunikasi.^[3]

Takrifan

Ultrabunyi ditakrifkan oleh Institut Piawai Negara Amerika Syarikat sebagai "bunyi pada frekuensi yang lebih tinggi daripada 20 kHz." Dalam udara bertekanan atmosfera, gelombang ultrasonik mempunyai panjang gelombang sebanyak 1.9 sm atau kurang.

Persepsi

Pada manusia

Had atas frekuensi pada manusia (kira-kira 20 kHz) disebabkan batasan telinga tengah. Penderiaan pendengaran boleh berlaku jika ultrabunyi berkuasa tinggi disuap secara langsung ke dalam tengkorak manusia dan mencapai koklea melalui pengaliran tulang tanpa perlu melalui tengah telinga.^[4]

Pada haiwan

Kelawar menggunakan ultrabunyi untuk bergerak dalam persekitaran yang gelap.

Kelawar menggunakan pelbagai teknik penentuan ultrasonik (echolocation atau "gemalokasi") untuk mengesan mangsa buruannya. Ia dapat mengesan frekuensi melebihi 100 kHz, mungkin juga 200 kHz.^[5]

Lingkungan pendengaran anjing dan kucing meluas ke ultrabunyi; had atas pendengaran anjing lingkungan adalah kira-kira 45 kHz, sementara had atas bagi kucing pula adalah 64 kHz.^[6]^[7]

Ikan paus bergigi, yang termasuk juga ikan lumba-lumba, boleh mendengar ultrabunyi dan menggunakan apa-apa bunyi dalam sistem pengemudian (biosonar) untuk menyesuaikan arah dan menangkap mangsanya.^[8] Lumba-lumba mempunyai had atas pendengaran tertinggi yang diketahui sekitar 160 kHz.^[9] Beberapa jenis ikan boleh mengesan ultrasound. Dalam order Clupeiformes, ahli subfamili Alosinae telah ditunjukkan dapat mengesan bunyi setinggi 180 kHz, sementara subfamili yang lain (seperti ikan hering) hanya boleh mendengar sehingga 4 kHz.^[10]

Pemprosesan dan kuasa

Pemakaian ultrabunyi berkuasa tinggi sering menggunakan frekuensi antara 20 kHz dan beberapa ratus kHz. Kekuatannya boleh menjadi sangat tinggi; melebihi 10 watt satu sentimeter, peronggaan boleh dimasukkan dalam media cecair, dan beberapa pemakaian tertentu menggunakan sehingga 1000 watt bagi satu sentimeter. Kekuatan yang meninggi sebegini boleh menyebabkan perubahan kimia atau menghasilkan kesan yang besar melalui tindakan mekanikal langsung, serta boleh membunuh mikroorganisma yang berbahaya.^[11]

Keselamatan

Pendedahan ultrabunyi dalam pekerjaan melebihi 120 dB boleh membawa kepada kepekakan. Pendedahan yang melebihi 155 dB boleh menghasilkan kesan pemanasan yang berbahaya kepada tubuh manusia, dan terdapat perkiraan bahawa pendedahan melebihi 180 dB boleh membawa maut.^[12] Pada 2010, sebuah kumpulan bebas United Kingdom iaitu Kumpulan Penasihat mengenai Sinaran Tanpa Pengionan (Advisory Group on Non-ionising Radiation, AGNIR) telah menghasilkan laporan terbitan Agensi Perlindungan Kesihatan negara tersebut menyarankan satu had pendedahan orang awam kepada tahap tekanan bunyi (sound pressure level, SPL) ultrabunyi bawaan udara sebanyak 70 dB (pada 20 kHz) dan 100 dB (pada 25 kHz ke atas).^[13]

Rujukan

^ Dance, D.R.; Christofides, S.; Maidment, A.D.A.; McLean, I.D.; Ng, K.H., penyunting (2014). "12: Physics of Ultrasound". Diagnostic Radiology Physics: A Handbook for Teachers and Students. Vienna, Austria: Agensi Tenaga Atom Antarabangsa. m/s. 291. ISBN 978-92-0-131010-1.
^ Novelline, Robert (1997). Squire's Fundamentals of Radiology (ed. 5th). Harvard University Press. m/s. 34–35. ISBN 0-674-83339-2.
^ "Acoustic chatter". economist.com. 2015-07-11. Dicapai pada 2015-07-23.
^ Corso, J. F. (1963). "Bone-conduction thresholds for sonic and ultrasonic frequencies". Journal of the Acoustical Society of America. 35 (11): 1738–1743. Bibcode:1963ASAJ...35.1738C. doi:10.1121/1.1918804.
^ Hearing by Bats (Springer Handbook of Auditory Research, vol. 5. Art Popper and Richard R. Fay (Editors). Springer, 1995
^ Krantz, Les (2009). Power of the Dog: Things Your Dog Can Do That You Can't. MacMillan. m/s. 35–37. ISBN 0312567227.
^ Strain, George M. (2010). "How Well Do Dogs and Other Animals Hear?". Prof. Strain's website. School of Veterinary Medicine, Louisiana State University. Dicapai pada 21 Julai 2012.
^ Whitlow W. L. Au (1993). The sonar of dolphins. Springer. ISBN 978-0-387-97835-2. Dicapai pada 13 November 2011.
^ "Audiogram of a harbor porpoise (Phocoena phocoena) measured with narrow-band frequency modulated signals". The Journal of the Acoustical Society of America. 112 (1): 334–344. 2002. Bibcode:2002ASAJ..112..334K. doi:10.1121/1.1480835. PMID 12141360.
^ Mann DA; Higgs, Dennis M.; Tavolga, William N.; Souza, Marcy J.; Popper, Arthur N. (2001). "Ultrasound detection by clupeiform fishes". JASA. 109 (6): 3048–3054. Bibcode:2001ASAJ..109.3048M. doi:10.1121/1.1368406.
^ Gail D Betts et al, Inactivation of Food-borne Microorganisms using Power Ultrasound in Encyclopedia of Food Microbiology, Academic Press, 2000 ISBN 0-12-227070-3 page 2202
^ Part II, industrial and commercial applications. Guidelines for the Safe Use of Ultrasound Part II – Industrial & Commercial Applications – Safety Code 24. Health Canada. 1991. ISBN 0-660-13741-0. Diarkibkan daripada yang asal pada 2013-01-10. Dicapai pada 2017-09-27.
^ AGNIR (2010). Health Effects of Exposure to Ultrasound and Infrasound. Health Protection Agency, UK. m/s. 167–170.