Акустика как наука это

Краткая теория акустики

Акустика – наука, изучающая физическую природу звуковых волн и вопросы, связанные с возникновение распространением и восприятием звуковых волн. Акустика как наука, с одной стороны является одним из направлений физики (точнее – механики), которое занимается вопросами создания и распространения механических колебаний, с другой стороны тесно связана с психологией человека (восприятие звука человеком).

Звуковая волна в газах является продольной (колебания происходят в направлении, параллельном распространении волны).

Звуковая волна представляет собой области сгущения и разрежения молекул воздуха.

Распределение плотности воздуха в звуковой волне

Разность между мгновенным значением давления в данной точке среды и атмосферным давлением называют звуковым давлением: Pзв = Pмгн — Pатм .
Звуковое давление – величина знакопеременная.

Звуковое давление измеряется в паскалях (Па): 1 Па = 1 Н/кв.м. Слуховая система человека способна определить огромный диапазон разностей между мгновенным значением звукового давления и атмосферным.

Источник звука	Расстояние до источника, м	Звуковое давление, Па	Уровень звукового давления, дБ
Шум самолета	5	20	120
Большой оркестр	10	2-4	100-106
Орган	3,6	2	100
Камерный ансамбль	4	0,8 — 1	92-94
Труба	0,9	0,8	92
Флейта	1	0,06	70
Речь	1	0,02-0,05	60-68
Шепот	1	0,0002	20
Писк комара	0,5	0,0002	0

Слуховая система человека может оценивать звуковое давление в пределах от 0,00 002 Па до 20 Па. Разница между самым тихим (0,00 002 Па) и самым громким (20 Па) составляет 1 000 000. Использовать при измерениях такую большую шкалу неудобно, поэтому используется логарифмическая шкала, которая обеспечивает “сжатие” масштаба изменения давления. Для этого используется понятие “уровень звукового давления” (правая колонка таблицы): L = 20 lg P/Po, где Po=0,00 002 Па. Уровень звукового давления измеряется в дБ.

Отражения и поглощение

Когда звуковая волна достигает границы раздела среды, в которой она распространяется (в помещении границами являются потолок, пол, стены), происходят следующие процессы;

• часть звуковой энергии поглощается
• часть звуковой энергии отражается, угол падения равен углу отражения
• часть звуковой энергии проходит через границу раздела

Поведение звуковой волны при встрече с физической преградой

Для описания процессов вводят коэффициенты:
коэффициент поглощения альфа = Iотраж/Iпад
коэффициент отражения бетта = Iпогл/Iпад
коэффициент прохождения гамма = Iпрош/Iпад

Коэффициенты бетта и гамма — величины безразмерные, для коэффициента поглощения альфа используют размерность “сэбин”. (Коэффициент поглащения в 1 сэбин равен поглощению звука открытым окном площадью 1 кв.м.

Распространение звука

В помещении всегда присутствуют прямые и отраженные звуковые волны. Прямой звук – звук, который распространяется от источника до приемника. Отраженный звук – звук, который идет по траектории источник-отражающая поверхность-приемник. На рисунке видно, что прямой и отраженный звуки преодолевают различные расстояния, прежде чем достигнут приемника. Кроме того, отраженный звук может претерпевать несколько отражений от различных поверхностей, прежде чем достигнет приёмника. Различают:

• прямой звук (источник -> приемник),
• первое отражение (источник -> отражающая поверхность-приемник),
• второе отражение (источник -> отражающая поверхность №1 -> отражающая поверхность №2 -> приемник).

Скорость распространения звуковых волн в воздушной среде при нормальных условия составляет

Типичные схемы распространения звука в закрытом помещении

Звуковые волны расходятся от источника, отражаются от различных поверхностей, затем снова попадают на эти поверхности и снова отражаются, взаимодействуя с предыдущими отражениями. Прежде чем достигнуть приемника (попасть в ухо) энергия звуковых волн в течение некоторого времени, от полусекунды для небольших комнат до нескольких секунд в больших аудиториях, будет циркулировать по помещению, отражаясь от всевозможных поверхностей. Отражения смешиваются, возникают конструктивные и деструктивные эффекты интерференции, различные для каждой точки помещения. Число отражений звуковых волн в любых практически важных случаях по существу бесконечно.

Акустика помещений определяется всего тремя факторами:

Источник

Наука о звуках

Акустика, наука о звуке, находится на границе музыки и физики. Сам термин «акустика» придумал глухой от рождения французский математик и акустик Жозеф Совер в 1701 году. Ученые этой специальности изучают физическую природу звука и проблемы, связанные с его возникновением, распространением, восприятием и воздействием. В этой области проходят удивительные эксперименты — о них мы и расскажем.

Одна нота на два дня

Однажды в 1845 году в Голландии проводился интересный эксперимент: два трубача попеременно играли ноту соль, подхватывая друг друга, чтобы звук не прерывался. При этом музыканты находились в постоянном движении: они курсировали с переменной скоростью между Амстердамом и Утрехтом на грузовом прицепе, прикрепленном к паровозу. На платформе между станциями находилась группа наблюдателей с отличным музыкальным слухом. Они должны были отмечать, какая нота им слышится — а слышались им разные ноты в зависимости от скорости поезда. Затем музыканты и слушатели поменялись местами. В общей сложности музицирование продолжалось два дня.

Этот эксперимент, организованный голландским метеорологом Христофором Бёйс-Баллотом, доказал правильность предположений австрийского физика Кристиана Доплера. Он в 1842 году высказал теорию о том, что восприятие частоты колебаний меняется в зависимости от скорости и направления движения источника волн, а также зависит от положения наблюдателя относительно источника звука.

Музыка и животные

Русский ученый-фармаколог Иван Догель изучал влияние музыки на животных и людей и еще в 1898 году отметил, что, как у человека, так и у кроликов, кошек, морских свинок и собак под воздействием музыки изменяется кровяное давление, увеличивается частота сердечных сокращений, уменьшается ритм и глубина дыхательных движений вплоть до полной остановки дыхания. Самой чувствительной породой собак оказался пинчер: его давление в ходе опыта изменилось на 70 мм ртутного столба.

Собаки умеют различать на слух музыкальные звуки. Это было доказано в лаборатории Павлова его сотрудником Сергеем Клещовым. Он установил, что собаки способны различать тона независимо от их высоты, а рефлексы на диссонирующие звуки у них больше, чем на консонирующие. Да и без всяких ученых многие хозяева отмечали, что их собаки начинают «подпевать» определенным мелодиям или музыкальному инструменту.

Даже у слонов есть музыкальный слух и музыкальная память. Это доказал исследователь Берхард Ренш в ходе экспериментов в зоопарке города Мюнстера. Он сумел выработать у слонов условные рефлексы на шесть пар разных по высоте звуков. В каждой паре был положительный звук, на который слон должен был реагировать, и отрицательный, отстоящий от него на один тон, — на него реакции не требовалось. В результате был выработан рефлекс: услышав положительный сигнал, слониха просовывала хобот через решетку и ударяла по специальной педали, за что автомат выдавал ей кусочек хлеба в качестве награды. Также ученые сочинили для слонов мелодии, каждая из которых состояла из трех нот. Животные прекрасно их различали.

Однажды для слонов устроили концерт. Было замечено, что им нравится композиция «О моя нежная волынка», а вот квартет Луиджи Боккерини с высокой флейтой вызывает зевоту. Под «Прелестную Габриэллу», богатую низкими звуками баса и рога, слоны начали покачиваться, размахивать хоботами и даже трубить.

Исследователи из Техасского университета выяснили, какую музыку предпочитают крысы. Три группы новорожденных крысят в течение двух месяцев слушали разную музыку: первая группа — Моцарта, вторая — современную атональную музыку, третья — шум вентилятора. Затем всех крысят поместили в клетку с клавишами на полу. Одна клавиша включала Моцарта, другая — атональную музыку, третья — шум. Как вы думаете, что выбрали крысята? В основном они предпочитали слушать Моцарта, изредка включали современную музыку и старательно избегали клавиши вентилятора.

Воздействие рок-музыки на организм животных случайным образом выяснилось в финском городе Котка. Коровы со скотобойни вынуждены были долгое время слушать репетиции рок-группы, и вскоре потребители мяса стали жаловаться на странный вкус говядины. Специалисты провели анализ мяса и отметили, что уровень щелочности повысился — по мнению ученых, это случилось из-за сильных эмоциональных потрясений рогатых слушательниц рока.

В Бразилии отметили еще один интересный эффект от музыки: оказалось, что она снижает агрессивность у пчел. Новый вид плодоносных пчел был выведен путем скрещивания бразильской породы с «иностранной» и отличался крайне агрессивным поведением: эти пчелы без разбора жалили скот, домашних животных и людей. Ища спасение от бедствия, кто-то попробовал включать на пасеке классические симфонии. Оказалось, это усмиряет насекомых, однако имеет и другой эффект: пчелы перестают трудиться и приносить мед.

О других интересных исследованиях в этой области можно прочесть в книге «Занимательная биоакустика» Владимира Морозова.

Музыка и растения

На музыку реагируют даже растения. Опыты показали: мимоза и петуния значительно быстрее растут под мажорные трезвучия, причем петуния под такую музыку расцветает на две недели раньше, чем обычно. Ученые смогли под микроскопом увидеть, как протоплазма растительных клеток ускоряет свои движения под воздействием музыки и как замедляет в тишине. Эти опыты демонстрировались по телевидению.

Музыка и человек

Одним из первых музыкальные опыты на людях провел русско-грузинский физиолог Иван Тарханов. Он выяснил, что мелодии, создающие хорошее настроение и доставляющие человеку удовольствие, увеличивают силу сердечных сокращений, расширяют сосуды, замедляют пульс, снижают артериальное давление, а также способствуют выделению пищеварительных соков, улучшают аппетит и обмен веществ, работоспособность и сон. Неприятная, раздражающая музыка вызывает обратный эффект. Современные исследования доказывают справедливость этих выводов: любимая музыка воздействует на человека как наркотик и вызывает эйфорию.

Японские акустики опытным путем изучили воздействие музыки на организм кормящей матери. В эксперименте участвовали 120 женщин. Одной части подопытных дали слушать европейскую классическую музыку, после чего количество молока у них увеличилось на 20–100%. Другим давали слушать поп-музыку и джаз — в результате отделение молока у них сократилось на 20–50%.

Исследователи из Женевского университета на днях заявили, что музыка помогает недоношенным младенцам лучше развиваться. В одной из больниц Швейцарии малышам, родившимся раньше срока, включали традиционную индийскую музыку заклинателей змей, в которой звучат флейта, арфа и колокольчики. Ученые отметили, что восстановление нейронных связей в мозге у детей в музыкальной палате происходило быстрее, чем у постояльцев тихой палаты. МРТ-сканирование недоношенных младенцев из этой группы меньше отличалось от снимков рожденных в срок детей.

Что такое абсолютный слух?

Современным ученым точно известно, как воздействует музыка на мозг, какие отделы отвечают за узнавание мелодий и звуковых рядов, как происходит реакция на ритмы. Абсолютный музыкальный слух — один из предметов исследования когнитивной нейрофизиологии. В 1998 году ученые выяснили, как реагируют на звуки люди с разными музыкальными способностями. Оказалось, что при попытке опознать высоту звука у людей без абсолютного слуха активируются зоны головного мозга, ответственные за память, а у обладателей абсолютного слуха подобного не происходит. Это означает, что одаренным от природы музыкантам не нужно ничего вспоминать и сравнивать, они сразу четко определяют ноту. Еще два интересных факта о нашем восприятии музыки: чем сложнее ритм, тем большая мозговая активность наблюдается у человека — мы способны автоматически распознавать «аномалии» и фальшивые ноты в незнакомых мелодиях. Акустики говорят, что это связано с наличием механизма автоматического сравнения нашим мозгом поступающей информации с уже имеющимися представлениями о должных свойствах звукоряда.

Источник

Акустика

Аку́стика (от греч. ἀκούω (аку́о) — слышу) — наука о звуке, изучающая физическую природу звука и проблемы, связанные с его возникновением, распространением, восприятием и воздействием. Акустика является одним из направлений физики (механики), исследующих упругие колебания и волны от самых низких (условно от 0 Гц ) до высоких частот. [1]

Акустика является междисциплинарной наукой, использующей для решения своих проблем широкий круг дисциплин: математику, физику, психологию, архитектуру, электронику, биологию, медицину, гигиену, теорию музыки и другие.

Иногда (в обиходе) под акустикой понимают также акустическую систему — электрическое устройство, предназначенное для преобразования тока переменной частоты в звуковые колебания при помощи электро-акустического преобразования. Также термин акустика применим для обозначения колебательных свойств, связанных с качеством распространения звука в какой-либо системе или каком-либо помещении, например, «хорошая акустика концертного зала».

Термин «акустика» (фр. acoustique ) был введён в 1701 году Ж. Совёром [2] .

Содержание

Основные направления современной акустики

• Общая (физическая) акустика — теория излучения и распространения звука в различных средах, теория дифракции, интерференции и рассеяния звуковых волн. Линейные и нелинейные процессы распространения звука.
• Геометрическая акустика — раздел акустики, предметом изучения которого являются законы распространения звука. В основе лежит представление о том, что звуковые лучи — это линии, касательные к которым совпадают с направлением распространения энергии акустических колебаний.
• Архитектурная акустика — законы распространения звука в закрытых (полуоткрытых, открытых) помещениях, методы управления структурой поля и т. д.
• Строительная акустика — защита от шума зданий, промышленных предприятий (расчёт конструкций и сооружений, выбор материалов и т. д.).
• Психоакустика — основные законы слухового восприятия, определения связи объективных и субъективных параметров звука, определения законов расшифровки «звукового образа».
• Музыкальная акустика — проблемы создания, распространения и восприятия звуков, используемых в музыке.
• Биоакустика — теория восприятия и излучения звука биологическими объектами, изучение слуховой системы различных видов животных и др.
• Электроакустика — раздел прикладной акустики, занимающийся теорией, методами расчёта и созданием электроакустических преобразователей
• Аэроакустика (авиационная акустика) — излучение и распространение шумов в авиационных конструкциях.
• Гидроакустика — распространение, поглощение, затухание звука в воде, теория гидроакустических преобразователей, теория антенн и гидроакустических эхолокаторов, распознавание движущихся объектов и др.
• Акустика транспорта — анализ шумов, разработка методов и средств звукопоглощения и звукоизоляции в различных видах транспорта (самолётах, поездах, автомобилях и др.)
• Медицинская акустика — разработка медицинской аппаратуры, основанной на обработке и передаче звуковых сигналов (слуховые аппараты, диагностические приборы)
• Ультразвуковая акустика — теория ультразвука, создание ультразвуковой аппаратуры, в том числе ультразвуковых преобразователей для промышленного применения в гидроакустике, измерительной технике и др.
• Квантовая акустика (акустоэлектроника) — теория гиперзвука, создание фильтров на поверхностных акустических волнах
• Акустика речи — теория и синтез речи, выделение речи на фоне шумов, автоматическое распознавание речи и т. д.
• Цифровая акустика — связана с созданием микропроцессорной (аудиопроцессорной) и компьютерной техники.

Интересными направлениями исследования в акустике на макроскопическом уровне являются

• распространение звука в движущихся средах
• рассеяние звука на неоднородностях среды и распространение звука в неупорядоченных средах
• характер макроскопических течений в поле звуковой волны
• поведение вещества в поле сильной ультразвуковой волны, кавитационные явления

На микроскопическом уровне упругое колебание среды описывается фононами — коллективными колебаниями атомов или ионов. В металлах и полупроводниках такие колебания ионов приводят и к колебаниям электронной жидкости, то есть, на макроскопическом уровне, звук может порождать электрический ток. Подраздел акустики, изучающий такие явления и возможности их использования, называется акустоэлектроникой.

Другое близкое по духу направление исследования — акустооптика, то есть изучение взаимодействия звуковых и световых волн в среде, в частности, дифракция света на ультразвуке.

См. также

Примечания

1. ↑Акустика — статья из Большой советской энциклопедии
2. ↑ В работе «Principes d’acoustique et de musique, ou systême general» [1]; см. также в списке литературы Алдошина — Приттс, с. 11 (Глава 1).

Литература

• Аннотация // Лепендин Л. Ф. Акустика. — 1978. — 448 с.
• Дж. В. Стрэтт (Лорд Рэлей) Теория звука. пер. с англ. в 2-х томах. М.: Государственное издательство технико-теоретической литературы, 1940. — т. 1 — 500 с., т. 2 — 476 с.
• Маньковский В.С. Акустика студий и залов для звуковоспроизведения. — М.: Искусство, 1966. — 376 с.
• Алдошина И., Приттс Р. Музыкальная акустика. Учебник. — СПб.: Композитор, 2006. — 720 с. ISBN 5-7379-0298-6

Ссылки

• Акустика // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона: В 86 томах (82 т. и 4 доп.). — СПб. , 1890—1907.
• Акустический институт имени академика Н. Н. Андреева
• Научные публикации по акустике

Для улучшения этой статьи желательно ? :

• Исправить статью согласно стилистическим правилам Википедии.
• Проставив сноски, внести более точные указания на источники.
• Добавить иллюстрации.

Общая (физическая) акустика • Геометрическая акустика • Психоакустика • Биоакустика • Электроакустика • Гидроакустика • Ультразвуковая акустика • Квантовая акустика (акустоэлектроника) • Акустическая фонетика (Акустика речи)
Прикладная акустика	Архитектурная акустика (Строительная акустика) • Аэроакустика • Музыкальная акустика • Акустика транспорта • Медицинская акустика • Цифровая акустика
Смежные направления	Акустооптика

Геометрическая оптика • Физическая оптика • Волновая оптика • Квантовая оптика • Нелинейная оптика • Теория испускания света • Теория взаимодействия света с веществом • Спектроскопия • Лазерная оптика • Фотометрия • Физиологическая оптика • Оптоэлектроника • Оптические приборы
Смежные направления	Акустооптика • Кристаллооптика

Общая (физическая) акустика • Геометрическая акустика • Психоакустика • Биоакустика • Электроакустика • Гидроакустика • Ультразвуковая акустика • Квантовая акустика (акустоэлектроника) • Акустическая фонетика (Акустика речи)
Прикладная акустика	Архитектурная акустика (Строительная акустика) • Аэроакустика • Музыкальная акустика • Акустика транспорта • Медицинская акустика • Цифровая акустика
Смежные направления	Акустооптика

Классическая радиофизика • Квантовая радиофизика • Статистическая радиофизика

Теория атома • Атомная спектроскопия • Рентгеноспектральный анализ • Радиоспектроскопия • Физика атомных столкновений

Термодинамика газов • Термодинамика растворов

Физика плазмы • Физика атмосферы • Лазерная физика • Физика ускорителей Связанные науки Агрофизика • Физическая химия • Математическая физика • Космология • Астрофизика • Геофизика • Биофизика • Метрология • Материаловедение См. также Кибернетика • Синергетика • Нелинейная динамика Портал «Физика»

Методы сжатия
Теория	Информация Собственная · Взаимная · Энтропия · Условная энтропия · Сложность · Избыточность Единицы измерения Бит · Нат · Ниббл · Хартли · Формула Хартли
Без потерь	Энтропийное сжатие Алгоритм Хаффмана · Адаптивный алгоритм Хаффмана · Алгоритм Шеннона — Фано · Арифметическое кодирование (Интервальное) · Коды Голомба · Дельта · Универсальный код (Элиаса · Фибоначчи) Словарные методы RLE · Deflate · LZ (LZ77/LZ78 · LZSS · LZW · LZWL · LZO · LZMA · LZX · LZRW · LZJB · LZT) Прочее RLE · CTW · BWT · MTF · PPM · DMC
Аудио	Теория Свёртка · PCM · Алиасинг · Дискретизация · Теорема Котельникова Методы LPC (LAR · LSP) · WLPC · CELP · ACELP · A-закон · μ-закон · MDCT · Преобразование Фурье · Психоакустическая модель Прочее Компрессор аудиосигнала · Сжатие речи · Полосное кодирование
Изображения	Термины Цветовое пространство · Пиксель · Субдискретизация насыщенности · Артефакты сжатия Методы RLE · DPCM · Фрактальный · Вейвлетный · EZW · SPIHT · LP · ДКП · ПКЛ Прочее Битрейт · Test images · PSNR · Квантование
Видео	Термины Характеристики видео · Кадр · Типы кадров · Качество видео Методы Компенсация движения · ДКП · Квантование · Вейвлетный Прочее Видеокодек · Rate distortion theory (CBR · ABR · VBR)

Wikimedia Foundation . 2010 .

Полезное

Смотреть что такое «Акустика» в других словарях:

АКУСТИКА — (от греч. akustikos слуховой, слушающийся), область физики, исследующая упругие колебания и волны от самых низких частот (условно от 0 Гц) до предельно высоких частот (1011 1013 Гц), их вз ствия с в вом и разнообразные применения. А. одна из… … Физическая энциклопедия

Акустика — Акустика. Спектры звука различных музыкальных инструментов. АКУСТИКА (от греческого akustikos слуховой), в широком смысле раздел физики, исследующий упругие волны от самых низких частот до самых высоких (1012 1013 Гц); в узком смысле учение о… … Иллюстрированный энциклопедический словарь

АКУСТИКА — (от греческого akustikos слуховой), в широком смысле раздел физики, исследующий упругие волны от самых низких частот до самых высоких (1012 1013 Гц); в узком смысле учение о звуке. Общая и теоретическая акустика занимаются изучением… … Современная энциклопедия

АКУСТИКА — (от греч. akustikos слуховой) в широком смысле раздел физики, исследующий упругие волны от самых низких частот до самых высоких (1012 1013 Гц); в узком смысле учение о звуке. Общая и теоретическая акустика занимаются изучением закономерностей… … Большой Энциклопедический словарь

АКУСТИКА — (от греч. akuein слышать). Часть физики, излагающая законы и свойства звуков. Словарь иностранных слов, вошедших в состав русского языка. Чудинов А.Н., 1910. АКУСТИКА 1) учение о звуке (часть физики); 2) условие для слышания; напр., акустика залы … Словарь иностранных слов русского языка

АКУСТИКА — (от греч. akouo слушаю), учение о звуке, одна из древнейших и наиболее развитых отраслей физики. Акустика может быть разделена на 1) общую, 2) физиологическую, 3) атмосферную, 4) архитектурную, 5) музыкальную. Общая акустика изучает процессы… … Большая медицинская энциклопедия

акустика — соника Словарь русских синонимов. акустика сущ., кол во синонимов: 12 • автоакустика (1) • … Словарь синонимов

акустика — и ж. acoustique f., нем. Akustik <лат. acustica. <гр. 1700. Лексис. 1. физ. Наука. Свойства звука, учение о воспящении гласа, о трубах, чрез которые говорят и прочая предлагается в акустике. Уч. П. 2 54. Акустика или наука звонов,… … Исторический словарь галлицизмов русского языка

АКУСТИКА — АКУСТИКА, наука о звуке, преимущественно о свойствах звуковых волн. Архитекторы учитывают требования акустики при проектировании общественных зданий, таких как концертные и лекционные залы, чтобы обеспечить более отчетливое звучание. Инженеры… … Научно-технический энциклопедический словарь

АКУСТИКА — АКУСТИКА, акустики, мн. нет, жен. (от греч. akustikos слуховой). 1. Отдел физики, изучающий звук. 2. Условия слышимости музыки или речи в помещениях. В этом зале нельзя устраивать концертов вследствие его плохой акустики. Толковый словарь Ушакова … Толковый словарь Ушакова

АКУСТИКА — АКУСТИКА, и, жен. 1. Раздел физики, изучающий звук. 2. Слышимость звуков музыки, речи в каком н. специальном помещении. Хорошая а. зала. | прил. акустический, ая, ое. Толковый словарь Ожегова. С.И. Ожегов, Н.Ю. Шведова. 1949 1992 … Толковый словарь Ожегова

Источник