Akustyka to nauka o dźwięku. Główne kierunki nowoczesnej akustyki

Dźwięk jest zjawiskiem, które pobudziło ludzkie umysły z głębokiego starożytności. W rzeczywistości świat różnych dźwięków pojawił się na Ziemi na długo przed pojawieniem się na nim ludzi. Pierwsze dźwięki słyszano nawet podczas narodzin naszej planety. Zostały spowodowane potężnymi uderzeniami, oscylacjami materii i gotowaniem gorącej substancji.

Dźwięk w naturalnym środowisku

Kiedy pierwsze zwierzęta pojawiły się na planecie, w końcu miały pilną potrzebę uzyskania jak największej ilości informacji o otaczającej rzeczywistości. A ponieważ dźwięk jest jednym z głównych nośników informacji, zmiany ewolucyjne w mózgu zaczęły pojawiać się w faunie, która stopniowo doprowadziła do powstania narządów słuchowych.

Teraz prymitywne zwierzęta mogły uzyskać, poprzez uchwycenie zdrowych wibracji, niezbędną informację o niebezpieczeństwie, często pochodzącą z niewidzialnych obiektów. Później żywe istoty nauczyły się używać dźwięków do innych celów. Zastosowanie informacji audio wzrosło w procesie ewolucji samych zwierząt. Sygnały dźwiękowe zaczęły służyć jako środek do prymitywnej komunikacji między nimi. Dźwięki zaczęły ostrzegać się nawzajem o niebezpieczeństwie, był także wezwaniem do zjednoczenia się ze stworzeniami o instynktach stadnych.

Człowiek - mistrz dźwięków

Ale tylko człowiekowi udało się nauczyć, jak w pełni wykorzystać dźwięk do własnych celów. W pewnym momencie ludzie mieli do czynienia z potrzebą przekazywania wiedzy między sobą iz pokolenia na pokolenie. Człowiek podporządkowywał sobie te cele różnorodnością dźwięków, których nauczył się publikować i postrzegać w czasie. Z tego mnóstwa dźwięków powstała później mowa. Dźwięk stał się również wypełnieniem wolnego czasu. Ludzie odkryli dla siebie melodyjność gwizdka zstępującej cięciwy cebuli, wigor rytmicznych uderzeń drewnianych obiektów przeciwko sobie. Powstały więc pierwsze, najprostsze instrumenty muzyczne, a więc i sama muzyka.

Jednak ludzka komunikacja i muzyka to nie jedyne dźwięki, które pojawiły się na Ziemi wraz z pojawieniem się ludzi. Dźwiękom towarzyszyły liczne procesy pracy: produkcja różnych przedmiotów z kamienia i drewna. Wraz z nadejściem cywilizacji, wraz z wynalezieniem koła, ludzie po raz pierwszy stanęli przed problemem głośnego hałasu. Wiadomo, że już w starożytnym świecie kołowanie kół na drogach wyłożonych kamieniem często powodowało słaby sen wśród mieszkańców przydrożnych domów. W walce z tym hałasem wynaleziono pierwsze narzędzie do redukcji hałasu: słomę ułożono na chodniku.

Narastający problem z hałasem

Kiedy ludzkość znała zalety żelaza, problem hałasu zaczął nabierać globalnej skali. Po wynalezieniu prochu, człowiek wytworzył w ten sposób źródło dźwięku o takiej mocy, które jest wystarczające, aby spowodować zauważalne uszkodzenie jego własnego aparatu słuchowego. W erze rewolucja przemysłowa wśród takich negatywnych efektów ubocznych jak zanieczyszczenie środowiska wyczerpywanie się zasobów naturalnych, także problem hałasu przemysłowego o dużej głośności.

Anegdota z życia

Niemniej jednak, nawet obecnie, nie wszyscy producenci sprzętu przemysłowego poświęcają choć trochę uwagi temu zagadnieniu. Zarządzanie daleko od wszystkich zakładów i fabryk jest zaniepokojone zachowaniem zdrowego słuchu u podwładnych.

Czasami słyszysz takie historie. Główny inżynier jednego z dużych przedsiębiorstw przemysłowych zlecił instalację mikrofonów w najgłośniejszych warsztatach, podłączonych do głośników znajdujących się poza budynkami. Jego zdaniem mikrofony wyssają część tego hałasu. Oczywiście, z całą komizmem tej historii, zastanawia się ona nad przyczynami takiego analfabetyzmu w sprawach związanych z redukcją hałasu i izolacją akustyczną. A jedynym tego powodem są placówki edukacyjne wyższego, średniego zawodowego i średniego specjalnego poziom edukacji dopiero w ostatnich dekadach zaczęto wprowadzać specjalne kursy z zakresu akustyki.

Solidna nauka

Pierwsze próby zrozumienia natury dźwięku zostały wykonane przez Pitagorasa, który badał wibracje struny. Po Pitagorasie przez wiele stuleci obszar ten nie budził zainteresowania wśród badaczy. Oczywiście, wielu starożytnych uczonych zaangażowało się w budowanie własnych teorii akustycznych, ale te badania naukowe nie opierały się na obliczeniach matematycznych, ale bardziej przypominały izolowane argumenty filozoficzne.

I dopiero po ponad tysiącu lat Galileusz rozpoczął nową naukę dźwięku - akustykę. Najbardziej znanymi pionierami w tej dziedzinie byli Rayleigh i Helmholtz. W XIX wieku stworzyli teoretyczne podstawy współczesnej akustyki. Hermann Helmholtz słynie przede wszystkim ze swoich badań nad właściwościami rezonatorów, a Rayleigh został laureatem Nagrody Nobla dzięki swojej fundamentalnej pracy nad teorią dźwięku.

Główne kierunki nowoczesnej akustyki

Liczne badania naukowe nad naturą hałasu oraz zagadnieniami redukcji hałasu i izolacji akustycznej zostały opublikowane jakiś czas później. Pierwsze prace w tym obszarze dotyczyły głównie hałasu wytwarzanego przez technologię lotniczą i transport naziemny. Ale z biegiem czasu granice tych badań znacznie się rozszerzyły. Obecnie większość uprzemysłowionych krajów ma własne instytuty badawcze zaangażowane w opracowywanie rozwiązań tych problemów.

Dzisiaj najbardziej znane są następujące sekcje akustyki: ogólna, geometryczna, architektoniczna, konstrukcyjna, psychologiczna, muzyczna, biologiczna, elektryczna, lotnicza, transportowa, medyczna, ultrasonograficzna, kwantowa, mowy, cyfrowa. Poniższe rozdziały omawiają niektóre z wymienionych sekcji nauki o dźwięku.

Przepisy ogólne

Przede wszystkim konieczne jest podanie definicji nauki, o której mowa w tym artykule. Akustyka to dziedzina wiedzy o naturze dźwięku. Nauka ta bada takie zjawiska, jak występowanie, rozkład, odczuwanie dźwięku i różne efekty wytwarzane przez dźwięk w narządach słuchu. Podobnie jak wszystkie inne nauki, akustyka ma swój własny aparat pojęciowy.

Akustyka to nauka uważana za jedną z dziedzin fizyki. Jest to jednak także przemysł interdyscyplinarny, tzn. Ma bliskie powiązania z innymi dziedzinami wiedzy. Najwyraźniej widać interakcję akustyki z mechaniką, architekturą, teorią muzyki, psychologią, elektroniką i matematyką. Najważniejsze wzory akustyki dotyczą właściwości propagacyjnych. fale dźwiękowe w warunkach ośrodka sprężystego: równania fal płaskich i stojących, formuły do ​​obliczania prędkości fal.

Zastosowanie w muzyce

Akustyka muzyczna - gałąź badająca dźwięki muzyczne z punktu widzenia fizyki. Ta branża ma również charakter interdyscyplinarny. W pracach naukowych nad akustyką muzyczną aktywnie wykorzystywane są osiągnięcia matematyki, teorii muzyki i psychologii. Podstawowe pojęcia tej nauki: tonacja, dynamiczne i tonalne odcienie używane w dźwiękach muzycznych. Ta sekcja akustyki ma głównie na celu zbadanie odczuć, które pojawiają się, gdy dana osoba odbiera dźwięki, a także cechy intonacji muzycznej (reprodukcja dźwięków o określonej wysokości). Jednym z najbardziej obszernych tematów badawczych dotyczących akustyki muzycznej jest temat instrumentów muzycznych.

Praktyczne zastosowanie

Naukowcy zaangażowani w teorię muzyki, wykorzystali wyniki badań akustyki muzycznej do budowy pojęć muzycznych opartych na naukach przyrodniczych. Fizycy i psychologowie byli zaangażowani w percepcję muzyczną. Naukowcy domowi, którzy pracowali w tej dziedzinie, pracowali zarówno nad stworzeniem bazy teoretycznej (N. Garbuzov znany jest z teorii stref percepcji muzycznej), jak i wykorzystując osiągnięcia w praktyce (L. Termen, A. Volodin, E. Murzin) ).

W ostatnich latach coraz częściej pojawiają się interdyscyplinarne prace naukowe, w których kompleksowo rozważana jest akustyka budynków należących do różnych stylów architektonicznych i epok. Dane uzyskane z badań w tej dziedzinie są wykorzystywane do budowy technik rozwoju słuchu muzycznego i technik strojenia instrumentów muzycznych. Można zatem stwierdzić, że akustyka muzyczna jest gałęzią nauki, która dziś nie straciła na aktualności.

Ultradźwięki

Nie wszystkie dźwięki mogą być odbierane przez ludzkie narządy słuchu. Akustyka ultradźwiękowa - sekcja akustyczna badająca wibracje dźwięku o zakresie od dwudziestu kHz. Dźwięki tej częstotliwości są poza ludzką percepcją. Ultradźwięki dzielą się na trzy typy: o niskiej częstotliwości, średniej częstotliwości i wysokiej częstotliwości. Każdy gatunek ma własną specyfikę reprodukcji i praktycznego zastosowania. Ultradźwięki można tworzyć nie tylko sztucznie. Często występują w dzikiej przyrodzie. Tak więc hałas emitowany przez wiatr, częściowo składa się z ultradźwięków. Również takie dźwięki są reprodukowane przez niektóre zwierzęta i uchwycone przez ich narządy słuchu. Każdy to wie nietoperz jest jednym z takich stworzeń.

Akustyka ultradźwiękowa to gałąź akustyki, która znalazła praktyczne zastosowanie w medycynie, w różnych eksperymentach naukowych i badaniach w przemyśle wojskowym. W szczególności na początku XX wieku w Rosji wynaleziono urządzenie do wykrywania podwodnych gór lodowych. Działanie tego urządzenia opierało się na generowaniu i wychwytywaniu fal ultradźwiękowych. Z tego przykładu jasne jest, że akustyka ultradźwiękowa jest nauką, której osiągnięcia były wykorzystywane w praktyce przez ponad sto lat.