Akustyka - Acoustics


Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
Sztuczne dookólne źródła dźwięku w komorze bezodbiciowej

Akustycznych jest gałąź fizyki , które dotyczy wszystkich badań fale mechaniczne gazów, cieczy i ciał stałych oraz dziedzinach takich jak wibracje , dźwięku , USG i infradźwięków . Naukowiec pracujący w dziedzinie akustyki jest akustyk gdy ktoś pracuje w dziedzinie technologii akustyka mogą być nazywane akustyczny inżynier . Stosowanie akustyki jest obecna w prawie wszystkich aspektów współczesnego społeczeństwa z najbardziej oczywistym jest audio i kontroli hałasu przemysłu.

Słysząc to jeden z najważniejszych środków przetrwania w świecie zwierząt i mowy jest jedną z najbardziej charakterystycznych cech rozwoju i kultury ludzkiej. W związku z tym nauka akustyki rozprzestrzenia się w wielu aspektach społeczeństwie ludzkim muzyki, medycyny, architektury, produkcji przemysłowej, wojny i więcej. Podobnie, gatunków zwierząt, takich jak ptaki śpiewające i żaby wykorzystują dźwięk i słuchu jako kluczowy element rytuałów godowych lub terytoriów znakowania. Sztuki, rzemiosła, nauka i technologia wywołały siebie nawzajem, aby przejść całość, podobnie jak w wielu innych dziedzinach wiedzy. Robert Bruce Lindsay „s 'Wheel of Acoustics' jest dobrze przyjmowana przegląd różnych dziedzin w akustyce.

Słowo „akustyczny” wywodzi się z greckim słowem ἀκουστικός ( akoustikos ), czyli „z lub na rozprawie, gotowe, aby usłyszeć” i że od ἀκουστός ( akoustos ), „usłyszał głośny”, które z kolei wywodzi się od czasownika ἀκούω ( akouo ), "słyszę".

Łacińskie jest synonimem „sonic”, po którym termin Sonics kiedyś synonimem akustyki i później oddział akustyki. Częstotliwości powyżej i poniżej zakresu słyszalnego nazywane są „ ultradźwiękowe ” i „ infrasonicznymi ”, odpowiednio.

Historia

Wczesne badania nad akustyką

Podstawowym i pierwsze 6 podteksty z drgającej struny. Najwcześniejsze wzmianki o badaniu tego zjawiska są przypisane do filozofa Pitagorasa w 6 wieku pne.

W 6 wieku pne, starożytny grecki filozof Pitagoras chciał wiedzieć, dlaczego niektóre kombinacje dźwięków muzycznych wydawało piękniejsze niż inne, i znalazł odpowiedź w kategoriach wskaźników liczbowych reprezentujących harmonicznych serii wydźwięk na sznurku. On jest podobno zaobserwowali, że gdy długość drgających strun są jak do ekspresji w stosunkach liczb (np 2 do 3, 3 do 4), dźwięki wytwarzane będzie harmonijny, i im mniejsza całkowitymi bardziej harmonijne dźwięki. Jeśli, na przykład, łańcuch o określonej długości, że dźwięk szczególnie harmonijny sznurkiem dwukrotnej długości (inne czynniki są takie same). We współczesnej terminologii, jeśli ciąg brzmi uwaga C gdy oskubane, ciąg dwa razy tak długo będzie brzmieć C o oktawę niżej. W jednym z układu strojenia muzycznego , tony pomiędzy nimi są następnie przez 16: 9 do D, 8: 5 do E, 3: 2 do F, 4: 3 g, 6: 5 do 16:15, a A dla B, w porządku rosnącym.

Arystoteles (384-322 BC), rozumie się, że dźwięk składał uciskania i rozrzedzenia powietrza, które „spada na pada na powietrze, które znajduje się obok ...”, bardzo dobrą ekspresję charakter fal ruchu.

W około 20 pne, rzymski architekt i inżynier Witruwiusz napisał traktat o właściwościach akustycznych teatrach w tym omówienie zakłóceń, echa i pogłosu, początków- akustyki architektonicznej . W księdze V jego De architectura ( Dziesięć Książki Architecture ) Witruwiusz opisuje jako fala dźwiękowa porównywalnej do fali wody przedłużony do trzech wymiarów, które po przerwana przez przeszkody, by płynąć z powrotem i rozkładają się następujące fale. Opisał siedzeń rosnąco starożytnych teatrów jak zaprojektowany, aby zapobiec tej pogorszenie dźwięku, a także zaleca naczynia z brązu odpowiednich rozmiarach umieścić w teatrach rezonować z czwartego, piątego i tak dalej, aż do podwójnej oktawie, aby rezonować z tym bardziej pożądane, harmonijny notatki.

Podczas islamskiego złotego wieku , Abū Rayhan Biruni (973-1048) Uważa się, postuluje się, że prędkość dźwięku była znacznie wolniejsza niż prędkość światła.

Zasady akustyki były stosowane od czasów starożytnych: A Roman teatr w mieście Amman .

Fizyczne zrozumienie procesów akustycznych wyprzedza szybko w czasie i po rewolucji naukowej . Głównie Galileo Galilei (1564-1642), ale także Marin Mersenne (1588-1648), niezależnie odkryli pełne prawa wibrujących strun (ukończenie co Pitagorasa i pitagorejczyków zaczęły 2000 rok wcześniej). Galileusz napisał „fale są wytwarzane przez drgania o dźwięcznym ciała, które rozprzestrzenia się w powietrzu, doprowadzając do tympanonem z ucha bodźcem którym umysł interpretuje jako dźwięk”, niezwykłe oświadczenie, że wskazuje na początki fizjologicznych i psychologicznych akustyki , Wyniki pomiarów doświadczalnych z prędkością dźwięku w powietrzu przeprowadzono skutecznie pomiędzy 1630 i 1680 przez kilka grup badaczy, widocznie Mersenne. Tymczasem Newtona (1642-1727) pochodzi stosunku do prędkości fali zawartości części stałych, a fundament akustyki fizycznej ( Principia , 1687).

Wiek Oświecenia i naprzód

XVIII wieku nastąpił znaczny postęp w akustyce jak matematycy zastosowali nowe techniki rachunku opracowanie teorii propagacji fali dźwiękowej. W XIX wieku główne postacie akustyki matematycznych były Helmholtza w Niemczech, który skonsolidował dziedzinie akustyki fizjologicznych, a Pan Rayleigha w Anglii, który w połączeniu z poprzednią wiedzę z własnymi dużą składek na polu w swoim monumentalnym dziele Teoria of Sound (1877). Również w 19 wieku, Wheatstone'a, Ohm, a Henry rozwinął analogię między elektryczności i akustyki.

Dwudziesty wiek widział rosnące zastosowań technologicznych dużego zasobu wiedzy naukowej, która była wtedy na miejscu. Pierwsza taka aplikacja była Sabine przełomowa praca jest w akustyce architektonicznej i wielu innych przestrzegane. Podwodny akustyka została wykorzystana do wykrywania okrętów podwodnych w pierwszej wojnie światowej. Nagrywania dźwięku i telefon odegrały ważną rolę w globalnej transformacji społeczeństwa. Pomiar i analiza dźwięku osiągnęła nowy poziom dokładności i wyrafinowania dzięki zastosowaniu elektroniki i informatyki. Ultradźwiękowy Zakres częstotliwości włączony całkowicie nowe rodzaje zastosowań w medycynie i przemyśle. Nowe rodzaje przetworniki (generatorów i odbiorników energii akustycznej) zostały wynalezione i oddany do użytku.

Podstawowe pojęcia z akustyki

Na Jay Pritzker pawilonu , A LARES systemowe jest łączone z strefowego systemu wzmacniającego dźwięk zarówno zawieszone na górnym stalowej kraty, do syntezy krytym warunki akustyczne zewnątrz.

Definicja

Akustycznych jest określony przez ANSI / ASA S1.1-2013 jako „(a) Science of dźwięku , łącznie z jego produkcji, przesyłania, oraz skutki, w tym skutki biologiczne i psychologiczne. (B) Te cechy pomieszczeniu, które razem określenia jego charakter w stosunku do efektów dźwiękowych „.

Badanie akustyki obraca się wokół generacji, propagacji i odbioru fal mechanicznych i wibracji.

Podstawowym procesem akustyczny

Etapy pokazane na rysunku powyżej można znaleźć w każdym przypadku akustycznego lub sposobu. Istnieje wiele rodzajów przyczyn, zarówno naturalne jak i wolicjonalne. Istnieje wiele rodzajów procesie transdukcji, które przekształcają energię z innej formie do energii dźwiękowej, wytwarzając falę dźwiękową. Jednym podstawowym równanie opisuje dźwięk rozchodzenia się fal, równanie fali akustycznej , ale zjawisko, które pojawiają się z niego są różne, często złożone. Fala przenosi energię, w medium rozmnożeniowego. Ostatecznie ta energia jest ponownie transdukcji w innych formach, w sposób, który znowu może być naturalne i / lub volitionally wymyślony. Efekt końcowy może być czysto fizyczne lub może dotrzeć daleko w domenach biologicznych lub wolicjonalne. Pięć podstawowych kroków znajdują się równie dobrze, czy mówimy o trzęsieniu ziemi , łodzi podwodnej przy użyciu sonaru zlokalizować jego wroga, czy zespół grający na koncercie rockowym.

Centralny etap procesu jest propagacji fali akustycznej. Ten należy do dziedziny akustyki fizycznej. W płynach , dźwięk rozchodzi się głównie jako fali ciśnienia . W postaci stałej, fale mechaniczne mogą przybierać różne formy, w tym wzdłużnych fal , fal poprzecznych i fal powierzchniowych .

Akustyka patrzy najpierw na poziomie ciśnienia i częstotliwości w fali dźwiękowej i jak fala współdziała z otoczeniem. To oddziaływanie można opisać jako albo dyfrakcji , zakłócenia lub odbicie lub mieszankę tych trzech. Jeśli kilka mediów są obecne, o załamanie może również wystąpić. Procesy transdukcji są również szczególne znaczenie dla akustyki.

propagacji fali: poziom ciśnienia

Spektrogram młodej dziewczyny mówiąc: „Och, nie”

W płynach, takich jak powietrze i woda, fale dźwiękowe propagują zaburzeń poziomu ciśnienia otoczenia. Choć to zaburzenie jest zwykle niewielka, to nadal zauważalna dla ludzkiego ucha. Najmniejszy dźwięk, że człowiek może usłyszeć, znany jako próg słuchu jest dziewięć rzędów wielkości mniejsze niż ciśnienie otoczenia. Głośność tych zaburzeń wiąże się z poziomu ciśnienia akustycznego (SPL), która jest mierzona w skali logarytmicznej w decybelach.

propagacji fali: częstotliwość

Fizycy i inżynierowie akustyczne mają tendencję do omówienia poziom ciśnienia akustycznego w zakresie częstotliwości, częściowo dlatego, że jest to, jak nasze uszy zinterpretować dźwięk. To, czego doświadczamy jako „wyższej” lub „rozbił niższe skośnych” dźwięki są wibracje ciśnienia o większej lub mniejszej liczby cykli na sekundę. W powszechnie znanych technik pomiaru akustycznych, sygnały akustyczne są próbkowane w czasie, a następnie przedstawione bardziej znaczących postaciach, takich jak zespoły oktawy wykresów częstotliwości czasowych. Zarówno tych popularnych metod są wykorzystywane do analizy dźwięku i lepiej zrozumieć zjawiska akustyczne.

Cała widmowa może być podzielona na trzy sekcje: audio, ultradźwiękowe, infrasonicznych. Zakres dźwięku mieści się w zakresie 20 Hz do 20.000 Hz. Zakres ten jest ważny, ponieważ jego częstotliwości mogą być wykrywane przez ludzkiego ucha. Zakres ten ma wiele zastosowań, w tym komunikacji mowy i muzyki. Ultradźwiękowy zakres odnosi się do bardzo wysokich częstotliwościach: 20000 Hz i wyższej. Ta seria ma fal krótszych, które umożliwiają lepszą rozdzielczość w technologii obrazowania. Zastosowania medyczne, takie jak USG i elastografii polegać na ultradźwiękowym zakresie częstotliwości. Na drugim krańcu spektrum najniższe częstotliwości, są znane jako infrasonicznymi zakresu. Częstotliwości te mogą być stosowane do badania zjawisk geologicznych, takich jak trzęsienia ziemi.

Przyrządy analityczne, takie jak analizator widma ułatwienia wizualizacji i pomiarów sygnałów akustycznych i ich właściwości. Spektogram produkowane przez takiego instrumentu jest graficzny wyświetlacz czasu różnym poziomie ciśnienia i częstotliwości profili, które dają specjalny sygnał akustyczny określającą jej charakter.

Transdukcji w akustyce

Niedroga niska wierność 3,5 cala kierowca , zwykle w małych radiach

Przetwornik jest urządzenie do przetwarzania energii jednej formy do drugiej. W elektroakustycznego kontekście, oznacza to przekształcenie energii dźwiękowej w energię elektryczną (lub vice versa). Przetworników elektroakustycznych obejmuje głośniki , mikrofony , hydrofony i sonaru projektorów. Urządzenia te przetwarzają falę ciśnienia akustycznego, albo z sygnału elektrycznego. Najszerzej stosowane są zasady przekazywania elektromagnetycznymi , elektrostatyka i piezoelektryczność .

Przetworników w najczęstszych kolumn (np niskotonowe i tweetery ) są urządzeniami, które generują fale elektromagnetyczne za pomocą zawieszonego membranę napędzany elektromagnetycznego cewki drgającej , wysyłając falę ciśnienia. Mikrofon elektretowy i mikrofony wykorzystują elektrostatyczne, gdy fala dźwiękowa uderza membranę mikrofonu, porusza się i wywołuje zmiany napięcia. Ultradźwiękowe systemy stosowane w ultrasonografii medycznej zatrudniać przetworników piezoelektrycznych. Są wykonane ze specjalnych materiałów ceramicznych, w której drgania mechaniczne i pola elektryczne są ze sobą powiązane poprzez właściwości samego materiału.

akustyk

Akustyka jest ekspertem w nauce dźwięku.

Edukacja

Istnieje wiele rodzajów akustyk, ale zwykle mają licencjat lub wyższe kwalifikacje. Niektóre posiadają stopień w akustyce, podczas gdy inni wprowadzić dyscyplinę poprzez badania w dziedzinach takich jak fizyka czy inżynierii . Dużo pracy w akustyce wymaga dobrego uziemienia w matematyki i nauki . Wielu naukowców akustyczne pracy w badania i rozwój. Niektóre prowadzenie badań podstawowych do poszerzenia naszej wiedzy na temat percepcji (np słuchowych , psychoakustyka lub neurofizjologii ) z mowy , muzyki i hałasu . Inni naukowcy akustyczne advance zrozumienia jak dźwięk wpływa gdyż przechodzi przez środowiskach, np akustyki podwodnej , akustyka architektoniczna lub akustyce budowlanej . Pozostałe obszary pracy są wymienione poniżej dyscyplin poniżej. Akustyczne naukowcy pracują w rządowych, akademickich i branżowych prywatne laboratoria. Wiele przejść do pracy w Acoustical Inżynierii . Niektóre pozycje, takie jak wydziału (nauczycieli akademickich) wymagają doktorem filozofii .

subdyscypliny

Te subdyscypliny są nieznacznie zmodyfikowana lista z PACS ( fizyka i astronomia systemu klasyfikacji ) kodowanie stosowane przez Acoustical Society of America .

Archaeoacoustics

Archaeoacoustics to nauka o dźwięku w archeologii. To zazwyczaj obejmuje badania akustyki archeologicznych i artefaktów.

aeroakustyki

Aeroakustyki jest badanie hałasu generowanego przez przepływ powietrza, na przykład za pomocą turbulencji i ruch dźwięku w powietrzu płynu. Wiedza ta jest stosowana w inżynierii akustycznej , aby zbadać, jak uspokajać samolotu . Aeroakustyki jest ważne, aby zrozumieć, jak wiatr instrumenty muzyczne i pracę.

Acoustic przetwarzanie sygnału

Przetwarzanie sygnału akustycznego jest manipulacja elektronicznych sygnałów akustycznych. Zastosowania obejmują: aktywne sterowanie szumu ; konstrukcja aparaty słuchowe lub implanty ślimakowe ; echa ; wyszukiwanie informacji muzyka i percepcyjne kodowanie (np MP3 lub Opus ).

akustyka architektoniczna

Boston Symphony Hall, gdzie rozpoczął akustyka audytorium

akustyka architektoniczna (znane również jako akustyki budowlanej) polega na wiedzy naukowej, jak osiągnąć dobry dźwięk wewnątrz budynku. To zazwyczaj obejmuje badania zrozumiałości mowy, prywatność mowy, jakość muzyki i redukcji wibracji w środowisku zbudowanym.

Bioakustyka

Bioakustyka jest badanie naukowe rozprawy i połączeń połączeń zwierzęcych, a także w jaki sposób zwierzęta są dotknięte przez akustycznych dźwięków i ich siedliska.

Elektroakustyka

Ten subdyscypliny dotyczy nagrywania, manipulacji i reprodukcji dźwięku przy użyciu elektroniki. Może to obejmować produkty, takie jak telefony komórkowe , na dużą skalę nagłośnieniowych systemów lub wirtualnej rzeczywistości systemów w laboratoriach badawczych.

hałas środowiskowy i pejzaże

Akustyka środowiskowa dotyczy hałasu i wibracji spowodowanych przez koleje, ruchu drogowego, samolotów, urządzeń przemysłowych i rekreacyjnych. Głównym celem tych badań jest zmniejszenie poziomu hałasu w środowisku i wibracji. Prace badawcze teraz ma również skupić się na pozytywnym wykorzystaniu dźwięku w środowisku miejskim: dźwięków i spokoju .

akustyka muzyczne

Podstawowym kora słuchowa jest jednym z głównych obszarów związanych z najwyższej rozdzielczości skoku.

Akustyka muzyczna jest badanie fizyki instrumentów akustycznych; przetwarzanie sygnału audio wykorzystywany w muzyce elektronicznej; analiza komputerowa muzyki i kompozycji oraz percepcji i poznawczych neurologii muzyki .

psychoakustyka

Psychoakustyka wyjaśnia, w jaki sposób ludzie reagować na dźwięki.

Przemówienie

Akustycy studiować produkcji, przetwarzania i percepcji mowy. Rozpoznawanie mowy i synteza mowy są dwa ważne obszary przetwarzania mowy przy użyciu komputerów. Przedmiotem pokrywa się również z dziedzin fizyki , fizjologii , psychologii i lingwistyki .

Ultradźwięki

USG obraz płodu w łonie matki, oglądane w 12 tygodniu ciąży (Dwuwymiarowe-scan)

Ultradźwięki zajmuje się dźwięki o częstotliwościach zbyt wysokie, aby być wysłuchanym przez ludzi. Specjalizacje obejmują ultradźwięków medyczną ( USG medycznego ), sonochemii , opisu materiałów i wodą akustycznych ( Sonar ).

podwodne akustyka

Podwodny akustyka jest naukowe badanie naturalnych i syntetycznych dźwięków podwodnych. Zastosowania obejmują sonar do zlokalizowania okręty podwodne , podwodny komunikację przez wieloryby, monitorowania zmian klimatu poprzez pomiar temperatury morza akustycznie lrad i morskich bioakustyki .

Drgania i dynamika

Jest to badanie, w jaki sposób systemy mechaniczne wibracje i interakcji z otoczeniem. Aplikacje mogą obejmować: drgań gruntu z kolei; Wibroizolacja celu zmniejszenia wibracji w salach operacyjnych; studia jak drgania mogą spowodować uszkodzenie zdrowia ( zespół wibracyjny ); kontrola wibracji , aby chronić budynek przed trzęsieniami ziemi lub mierzono, jak struktura przenoszonych dźwięków przechodzi przez budynków.

stowarzyszenia zawodowe

Czasopisma akademickie

Zobacz też

Przypisy

Dalsza lektura

Linki zewnętrzne