Αρχική › Αρχείο Πολλαπλών Γλωσσών Δείκτης › Ακουστική

Ακουστική

Ακουστική είναι η διεπιστημονική επιστήμη που εξετάζει τη μελέτη ήχος, υπέρηχος και infrasound (όλα τα μηχανικά κύματα στα αέρια, τα υγρά, και τα στερεά). Ένας επιστήμονας που εργάζεται στον τομέα της ακουστικής είναι acoustician. Η εφαρμογή της ακουστικής στην τεχνολογία καλείται ακουστική εφαρμοσμένη μηχανική. Υπάρχει συχνά πολλές επικάλυψη και αλληλεπίδραση μεταξύ των συμφερόντων των acousticians και των ακουστικών μηχανικών.

Ακρόαση είναι ένα από τα κρισιμότερα μέσα της επιβίωσης στο ζωικό κόσμο, και ομιλία είναι ένα από τα πιό διακριτικά χαρακτηριστικά της ανθρώπινων ανάπτυξης και του πολιτισμού. Έτσι δεν είναι καμία έκπληξη ότι η επιστήμη της ακουστικής διαδίδει σε τόσες πολλές απόψεις της κοινωνίας μας - μουσική, ιατρική, αρχιτεκτονική, βιομηχανική παραγωγή, εχθροπραξία και περισσότεροι. Η τέχνη, η τέχνη, η επιστήμη και η τεχνολογία έχουν προκαλέσει το ένα άλλη για να προωθήσουν το σύνολο, όπως σε πολλούς άλλους τομείς της γνώσης.

Η λέξη «ακουστική» προέρχεται από την αρχαία ελληνική λέξη ακουστός, σημασία ικανή να ακουστεί (Woodhouse, 1910, 392). Το λατινικό συνώνυμο είναι «ηχιτικό». Αφότου είχαν επεκτείνει τα acousticians τις μελέτες τους συχνότητες επάνω από και κάτω από την ευδιάκριτη σειρά, έγινε συμβατικό για να προσδιορίσει αυτά τα φάσματα συχνότητας όπως «υπερηχητικός» και «infrasonic» αντίστοιχα, αφήνοντας τη λέξη «ακουστική» να αναφερθεί το σε ολόκληρο φάσμα συχνότητας χωρίς όριο.

Ιστορία της ακουστικής

Πρόωρη έρευνα στην ακουστική

Η επιστήμη της ακουστικής είχε τις αρχές της Ελληνικά και Ρωμαίος πολιτισμοί μεταξύ του 6ου αιώνα BCE και του 1$ου αιώνα BCE. Άρχισε με τη μουσική, που εήταν ασκημένη ως τέχνη για χιλιάδες έτη, αλλά δεν μελετήθηκε προφανώς κατά τρόπο επιστημονικό μέχρι Πυθαγόρας έδειξε ένα ενδιαφέρον στη φύση των μουσικών διαστημάτων. Θέλησε να ξέρει γιατί μερικά διαστήματα φάνηκαν ομορφότερα από άλλα, και βρήκε τις αριθμητικές αναλογίες απαντήσεων από άποψη. Αριστοτέλης (384-322 Π.Χ.) κατάλαβε ότι ο ήχος αποτελέσθηκε από τις συστολές και τις επεκτάσεις του αέρα «που πέφτει επάνω και που χτυπά τον αέρα που είναι δίπλα σε το…», μια πολύ καλή έκφραση της φύσης κύμα κίνηση. Σε περίπου 20 Π.Χ., το ρωμαϊκούς αρχιτέκτονα και το μηχανικό Vitruvius έγραψε μια πραγματεία στις ακουστικές ιδιότητες των θεάτρων συμπεριλαμβανομένης της συζήτησης της παρέμβασης, των ηχώ, και της αντήχησης - οι αρχές της αρχιτεκτονικής ακουστικής.^[1]

Η φυσική κατανόηση των ακουστικών διαδικασιών που προωθούνται γρήγορα κατά τη διάρκεια και μετά από Επιστημονική επανάσταση. Γαλιλαίος (1564-1642) και Mersenne (1588-1648) ανεξάρτητα ανακάλυψε τους πλήρεις νόμους των δομένος σειρών (που ολοκληρώνουν ποιος Πυθαγόρας είχε αρχίσει 2000 έτη νωρίτερα). Γαλιλαίος έγραψε ότι «τα κύματα παράγονται από δονήσεις από ένα ηχηρό σώμα, το οποίο διαδίδει μέσω του αέρα, που φέρνει στο tympanum αυτί ένα ερέθισμα που το μυαλό ερμηνεύει ως ήχο ", μια αξιοπρόσεκτη δήλωση που δείχνει τις αρχές της φυσιολογικής και ψυχολογικής ακουστικής. Πειραματικές μετρήσεις ταχύτητα του ήχου στον αέρα πραγματοποιήθηκε επιτυχώς μεταξύ 1630 και 1680 από διάφορους ανακριτές συμπεριλαμβανομένου Mersenne. Εν τω μεταξύ Newton (1642-1727) παρήγαγε τη σχέση για την ταχύτητα κυμάτων στα στερεά, ένας ακρογωνιαίος λίθος της φυσικής ακουστικής (Principia, 1687).

Η ηλικία του Διαφωτισμού και προς τα εμπρός

Ο δέκατος όγδοος αιώνας είδε σημαντικές προόδους στην ακουστική στα χέρια των μεγάλων μαθηματικών εκείνης της εποχής, οι οποίοι εφάρμοσαν τις νέες τεχνικές του υπολογισμού στην επεξεργασία της θεωρίας διάδοσης κυμάτων. Στο δέκατο έννατο αιώνα οι γίγαντες της ακουστικής ήταν Helmholtz στη Γερμανία, η οποία παγίωσε τον τομέα της φυσιολογικής ακουστικής, και Λόρδος Rayleigh στην Αγγλία, η οποία συνδύασε την προηγούμενη γνώση με τις άφθονες συνεισφορές του στον τομέα στη μνημειακή εργασία του «η θεωρία του ήχου». Επίσης στο 19$ο αιώνα, Wheatstone, το ωμ, και Henry ανέπτυξαν το ανάλογο μεταξύ της ηλεκτρικής ενέργειας και της ακουστικής.

Ο εικοστός αιώνας είδε να φυτρώσει των τεχνολογικών αιτήσεων του μεγάλου σώματος της επιστημονικής γνώσης που ήταν έως τότε σε ισχύ. Η πρώτα τέτοια εφαρμογή ήταν groundbreaking εργασία Sabine στην αρχιτεκτονική ακουστική, και πολλές άλλες που παρακολουθήθηκαν. Η υποβρύχια ακουστική χρησιμοποιήθηκε για την ανίχνευση των υποβρυχίων στον πρώτο παγκόσμιο πόλεμο. Υγιής καταγραφή και το τηλέφωνο διαδραμάτισε τους σημαντικούς ρόλους σε έναν σφαιρικό μετασχηματισμό της κοινωνίας. Η υγιής μέτρηση και η ανάλυση έφθασαν στα νέα επίπεδα ακρίβειας και εκλέπτυνσης μέσω της χρήσης της ηλεκτρονικής και του υπολογισμού. Το υπερηχητικό φάσμα συχνότητας επέτρεψε πλήρως τα νέα είδη εφαρμογής στην ιατρική και τη βιομηχανία. Τα νέα είδη μετατροπέων (γεννήτριες και δέκτες της ακουστικής ενέργειας) εφευρέθηκαν και τέθηκαν στη χρήση.

Θεμελιώδεις έννοιες της ακουστικής

Η μελέτη της ακουστικής περιστρέφεται γύρω από την παραγωγή, τη διάδοση και την υποδοχή των μηχανικών κυμάτων και των δονήσεων.

Τα βήματα που παρουσιάζονται στο ανωτέρω διάγραμμα μπορούν να βρεθούν σε οποιαδήποτε ακουστική γεγονός ή διαδικασία. Υπάρχουν πολλά είδη αιτίας, και φυσικής και βουλητικής. Υπάρχουν πολλά είδη διαδικασίας μεταγωγής που μετατρέπουν την ενέργεια από κάποια άλλη μορφή στην ακουστική ενέργεια, παράγοντας το ακουστικό κύμα. Υπάρχει μια θεμελιώδης εξίσωση που περιγράφει τη διάδοση ακουστικών κυμάτων, αλλά τα φαινόμενα που προκύπτουν από την είναι ποικίλα και συχνά σύνθετα. Το κύμα φέρνει την ενέργεια σε όλο το μέσο διάδοσης. Τελικά αυτή η ενέργεια είναι πάλι σε άλλες μορφές, στους τρόπους που μπορούν πάλι να είναι φυσικοί ή/και volitionally σχεδιασμένοι. Η τελική επίδραση μπορεί να είναι καθαρώς φυσική ή μπορεί να φθάσει μακριά στις βιολογικές ή βουλητικές περιοχές. Τα πέντε βασικά βήματα βρίσκονται εξίσου καλά εάν μιλάμε για σεισμός, υποβρύχιο χρησιμοποιώντας sonar για να εντοπίσει τον εχθρό του, ή μια ορχήστρα που παίζει σε μια συναυλία βράχου.

Το κεντρικό στάδιο στην ακουστική διαδικασία είναι διάδοση κυμάτων. Αυτό εμπίπτει στην περιοχή της φυσικής ακουστικής. ρευστά, ο ήχος διαδίδει πρώτιστα ως κύμα πίεσης. Στα στερεά, τα μηχανικά κύματα μπορούν να λάβουν πολλές μορφές συμπεριλαμβανομένου διαμήκη κύματα, εγκάρσια κύματα και κύματα επιφάνειας.

Η ακουστική εξετάζει πρώτα τα επίπεδα και τις συχνότητες πίεσης στο υγιές κύμα. Οι διαδικασίες μεταγωγής είναι επίσης πρόσθετης σπουδαιότητας.

Διάδοση κυμάτων: επίπεδα πίεσης

Στα ρευστά όπως ο αέρας και το ύδωρ, τα υγιή κύματα διαδίδουν ως διαταραχές στο επίπεδο περιβαλλοντικής πίεσης. Ενώ αυτή η διαταραχή είναι συνήθως μικρή, είναι ακόμα αξιοπρόσεχτη στο ανθρώπινο αυτί. Ο μικρότερος ήχος που ένα πρόσωπο μπορεί να ακούσει, γνωστός ως κατώτατο όριο της ακρόασης, είναι εννέα μεγέθη μικρότερα από την περιβαλλοντική πίεση. Η ηχηρότητα αυτών των διαταραχών καλείται επίπεδο υγιούς πίεσης, και μετριέται σχετικά με μια λογαριθμική κλίμακα decibels. Από μαθηματική άποψη, το επίπεδο υγιούς πίεσης καθορίζεται

όπου Π_REF είναι το κατώτατο όριο της ακρόασης και το Π είναι η αλλαγή στην πίεση από την περιβαλλοντική πίεση. Ο ακόλουθος πίνακας δίνει μερικά παραδείγματα των ήχων και των δυνάμεών τους decibels και PASCAL ^[2].

Διάδοση κυμάτων: συχνότητα

Οι φυσικοί και οι ακουστικοί μηχανικοί τείνουν να συζητήσουν τις συχνότητες επιπέδων υγιούς πίεσης από άποψη, εν μέρει επειδή έτσι μας αυτιά ερμηνεύστε τον ήχο. Τι δοκιμάζουμε ως «υψηλότερο που ρίχνεται» ή «που ρίχνεται χαμηλότερα» ήχοι είναι δονήσεις πίεσης που έχουν έναν υψηλότερο ή χαμηλότερο αριθμό κύκλων ανά δευτερόλεπτο. Σε μια κοινή τεχνική ακουστικής μέτρησης, τα ακουστικά σήματα επιλέγονται εγκαίρως, και παρουσιάζονται έπειτα με σημαντικότερες μορφές όπως οι ζώνες οκτάβας ή οι πλοκές χρονικής συχνότητας. Και οι δύο αυτές οι δημοφιλείς μέθοδοι χρησιμοποιούνται για να αναλύσουν υγιής και καλύτερος καταλαβαίνουν το ακουστικό φαινόμενο.

Το ολόκληρο φάσμα μπορεί να διαιρεθεί σε τρία τμήματα: ακουστικός, υπερηχητικός, και infrasonic. Οι ακουστικές πτώσεις σειράς μεταξύ 20 Hz και 20.000 Hz. Αυτή η σειρά είναι σημαντική επειδή οι συχνότητές της μπορούν να ανιχνευθούν από το ανθρώπινο αυτί. Αυτή η σειρά έχει διάφορες εφαρμογές, συμπεριλαμβανομένης της λεκτικής επικοινωνίας και της μουσικής. Η υπερηχητική σειρά αναφέρεται στις πολύ υψηλές συχνότητες: 20,000 Hz και υψηλότερος. Αυτή η σειρά έχει τα πιό σύντομα μήκη κύματος που επιτρέπει το καλύτερο ψήφισμα στις τεχνολογίες απεικόνισης. Οι ιατρικές εφαρμογές όπως το ultrasonography και το elastography στηρίζονται στο υπερηχητικό φάσμα συχνότητας. Στο άλλο τέλος του φάσματος, οι χαμηλότερες συχνότητες είναι γνωστές ως infrasonic σειρά. Αυτές οι συχνότητες μπορούν να χρησιμοποιηθούν στο γεωλογικό φαινόμενο μελέτης όπως οι σεισμοί.

Μεταγωγή στην ακουστική

Α μετατροπέας είναι ακριβώς μια συσκευή για μια μορφή ενέργειας σε άλλη. Σε ένα ακουστικό πλαίσιο, αυτό σημαίνει συνήθως την υγιή ενέργεια στην ηλεκτρική ενέργεια (ή αντίστροφα). Για σχεδόν όλες τις ακουστικές εφαρμογές, κάποιος τύπος ακουστικού μετατροπέα είναι απαραίτητος. Οι ακουστικοί μετατροπείς περιλαμβάνουν μεγάφωνα, μικρόφωνα, hydrophones, sonar προβολείς, και εξοπλισμός απεικόνισης υπερήχου. Οι περισσότεροι από αυτούς είναι ηλεκτρομηχανικές συσκευές που μετατρέπουν ένα ηλεκτρικό σήμα σε ή από ένα κύμα υγιούς πίεσης.

Ένα κοινό παράδειγμα είναι ένα subwoofer που χρησιμοποιείται για να παραγάγει τις χαμηλότερες σημειώσεις στα ακουστικά συστήματα ομιλητών. Το Subwoofers παράγει τα κύματα χρησιμοποιώντας ένα ανασταλμένο διάφραγμα που ταλαντεύεται, στέλνοντας μακριά τα κύματα πίεσης. Τα μικρόφωνα Electret είναι ένας κοινός τύπος μικροφώνου που λειτουργούν χρησιμοποιώντας μια παρόμοια αρχή. Δεδομένου ότι το υγιές κύμα χτυπά την επιφάνεια των electret, η επιφάνεια κινεί και στέλνει μακριά ένα ηλεκτρικό σήμα.

Τμήματα της ακουστικής

Αμέτρητα subfields έχουν δημιουργηθεί δεδομένου ότι έχουμε τελειοποιήσει την κατανόησή μας της ελλοχεύουσας φυσικής της ακουστικής. Ο πίνακας παρουσιάζει κατωτέρω δεκαεπτά σημαντικά subfields της ακουστικής που καθιερώνονται στο σύστημα ταξινόμησης PACS. Αυτοί έχουν ομαδοποιηθεί σε τρεις περιοχές: φυσική ακουστική, βιολογική ακουστική και ακουστική εφαρμοσμένη μηχανική.

Δείτε επίσης

• Ακουστική εκπομπή
• Ακουστική σύνθετη αντίσταση
• Ακουστικός μετεωρισμός
• Ακουστική θέση
• Ακουστική ροή
• Ακουστικός thermometry
• Ακουολογία
• Ακουστικό σύστημα
• Διάθλαση
• Επίδραση Doppler
• Helioseismology
• Κύμα αρνιών
• Γραμμική ελαστικότητα
• Ιατρικό ultrasonography
• Έλεγχος θορύβου
• Ηχορρύπανση
• Π-κύμα
• Phonon
• Κύμα του Ραίηλυ
• S-κύμα
• Σεισμολογία
• Sonochemistry
• Υγιής πίεση
• Soundproofing
• Κύμα κλονισμού
• Ηχιτικός βραχίονας
• Sonoluminescence
• Ακουστικό κύμα επιφάνειας
• Thermoacoustics
• Εξίσωση κυμάτων

Αναφορές

Benade, αρθούρος (1976), Βασικές αρχές της μουσικής ακουστικής, Νέα Υόρκη, Νέα Υόρκη, Ηνωμένες Πολιτείες: Ντόβερ .

Rayleigh, J. W. Το S. (1894), Η θεωρία του ήχου, Νέα Υόρκη, Νέα Υόρκη, Ηνωμένες Πολιτείες: Ντόβερ .

Wilson, Charles E. (2006), Έλεγχος θορύβου, Malabar, ΛΦ, Ηνωμένες Πολιτείες: Krieger Publishing Company .

Stephens, Ρ. W. Β. και μειώστε, Α. Ε. (1966), Ακουστική και παλμική φυσική, οι 2$οι ΕΔ., Λονδίνο, UK: Edward Arnold .