Акустиката е науката за звука. Основни направления на съвременната акустика

Звукът е феномен, който вълнува човешкия ум от дълбока древност. Всъщност светът на различни звуци възниква на Земята много преди появата на човешки същества на нея. Първите звуци бяха чути дори по време на раждането на нашата планета. Те са причинени от мощни удари, колебания на материята и кипене на горещата субстанция.

Звук в естествена среда

Когато първите животни се появиха на планетата, те в крайна сметка имаха спешна нужда да получат възможно най-много информация за заобикалящата реалност. И тъй като звукът е един от основните носители на информация, еволюционните промени в мозъка започват да се появяват във фауната, която постепенно води до образуването на слухови органи.

Сега примитивните животни могат да получат чрез улавянето на звукови вибрации необходимата информация за опасността, често идваща от невидими предмети. По-късно живите същества се научиха да използват звуци за други цели. Прилагането на аудиоинформация е нараснало в процеса на еволюция на самите животни. Звуковите сигнали започват да служат като средство за примитивна комуникация между тях. Чрез звуци те започнаха да се предупреждават взаимно за опасността, той също служи като призив да се обединят за създания с стадни инстинкти.

Човекът - господар на звуците

Но само един човек успя да се научи как да използва напълно звука за своите собствени цели. В един момент хората се сблъсквали с необходимостта да прехвърлят знания помежду си и от поколение на поколение. Човекът, подчинен на тези цели, е разнообразието от звуци, които е научил да публикува и възприема с течение на времето. От това множество звуци се появи реч. Звукът също се превърна в пълнеж на свободното време. Хората откриха за себе си мелодичността на свирката на низходяща тетиво от лук, силата на ритмичните удари на дървени предмети един срещу друг. Така възникват първите, най-прости музикални инструменти, а оттам и самото изкуство на музиката.

Но човешката комуникация и музика не са единствените звуци, които се появяват на Земята с появата на хора. Звуците бяха придружени от многобройни трудови процеси: производство на различни предмети от камък и дърво. И с появата на цивилизацията, с изобретяването на колелото, хората за първи път се сблъскаха с проблема на силния шум. Известно е, че вече в древния свят, чукането на колела по пътищата, покрити с камък, често предизвиква лош сън сред жителите на крайпътните къщи. В борбата с този шум е изобретен първият инструмент за намаляване на шума: на тротоара е положена слама.

Нарастващ проблем с шума

Когато човечеството знаеше ползите от желязото, проблемът с шума започна да се развива в глобален мащаб. Изобретил барут, човекът създал по този начин звуков източник с такава сила, който е достатъчен, за да причини забележимо увреждане на собствения му слухов апарат. В епохата индустриална революция сред тези отрицателни странични ефекти като замърсяване на околната среда изчерпването на природните ресурси, не на последно място е проблемът с големия промишлен шум.

Анекдот от живота

Въпреки това, дори и в момента, не всички производители на промишлено оборудване обръщат малко внимание на този въпрос. Управлението на далеч от всички растения и фабрики е загрижено за запазването на здравословния слух у подчинените си.

Понякога чувате подобни истории. Главният инженер на едно от големите промишлени предприятия нарежда да инсталира микрофони в най-шумните работилници, свързани с високоговорители, разположени извън сградите. Според него по този начин микрофоните ще смучат част от шума. Разбира се, с цялата комичност на тази история, човек се чуди за причините за подобна неграмотност по въпроси, свързани с намаляване на шума и шумоизолация. И единствената причина за това е в образователни институции на висше, средно професионално и средно специално ниво на образование едва през последните десетилетия започнаха да се въвеждат специални курсове по акустика.

Звукова наука

Първите опити за разбиране на естеството на звука са направени от Питагор, който изучава вибрациите на струна. След Pythagoras в продължение на много векове, тази област не предизвиква интерес сред изследователите. Разбира се, редица древни учени се занимават с изграждането на собствените си акустични теории, но тези научни изследвания не се основават на математически изчисления, а са по-скоро като изолирани философски аргументи.

И само след повече от хиляда години Галилео започна нова наука за звука - акустика. Най-известните пионери в тази област бяха Рейли и Хелмхолц. През деветнадесети век те създават теоретичната основа на съвременната акустика. Херман Хелмхолц е известен предимно с изучаването на свойствата на резонаторите, а Рейли става Нобелов лауреат заради фундаменталната си работа по теорията на звука.

Основни направления на съвременната акустика

Много по-късно бяха публикувани многобройни научни изследвания за естеството на шума и въпросите за намаляване на шума и звукоизолация. Първите работи в тази област се занимават главно с шума, произвеждан от авиационните технологии и наземния транспорт. Но с течение на времето границите на тези проучвания значително се разшириха. В момента повечето индустриализирани страни имат свои собствени изследователски институти, които участват в разработването на решения на тези проблеми.

Днес най-известни са следните раздели на акустиката: обща, геометрична, архитектурна, строителна, психологическа, музикална, биологична, електрическа, авиационна, транспортна, медицинска, ултразвукова, квантова, реч, цифрова. Следващите глави ще обхванат някои от изброените раздели на науката за звука.

Общи разпоредби

На първо място, е необходимо да се даде определение на науката, което се обсъжда в тази статия. Акустиката е поле на познание за природата на звука. Тази наука изучава такива явления като появата, разпространението, усещането за звук и различните ефекти, произвеждани от звука върху органите на слуха. Както всички други науки, акустиката има свой собствен концептуален апарат.

Акустиката е наука, която се счита за един от клоновете на физическата наука. Но това е и интердисциплинарна индустрия, т.е. тя има тесни връзки с други области на знанието. Най-ясно се вижда взаимодействието на акустиката с механиката, архитектурата, теорията на музиката, психологията, електрониката и математиката. Най-важните формули на акустиката се отнасят до свойствата на разпространение. звукови вълни в условията на еластична среда: уравнения на равнинни и стоящи вълни, формули за изчисляване на скоростта на вълните.

Приложение в музиката

Музикална акустика - клон, изследващ музикалните звуци от гледна точка на физиката. Тази индустрия също е интердисциплинарна. В научните трудове по музикалната акустика активно се използват постиженията на математическата наука, музикалната теория и психологията. Основните понятия на тази наука: терена, динамични и тонални нюанси, използвани в музикалните звуци. Този раздел на акустиката е насочен предимно към проучване на усещанията, които възникват, когато човек възприема звуци, както и характеристиките на музикалната интонация (възпроизвеждане на звуци с определена височина). Една от най-обширните изследователски теми на музикалната акустика е темата на музикалните инструменти.

Практическо приложение

Учените, занимаващи се с теория на музиката, използват резултатите от изследванията на музикалната акустика за изграждане на музикални концепции, основани на естествените науки. Физици и психолози бяха въвлечени в музикалното възприятие. Вътрешните учени, работещи в тази област, работят както за разработване на теоретична основа (Н. Гарбузов е известен с теорията си за зоните на музикалното възприятие), така и за използване на постиженията в практиката (L. Termen, A. Volodin, E. Murzin) ).

През последните години все повече започват да се появяват интердисциплинарни научни творби, в които се разглежда цялостно акустиката на сградите, принадлежащи към различни архитектурни стилове и епохи. Данните, получени от изследванията в тази област, се използват за изграждане на техники за развитие на музикални слухове и техники за настройка на музикални инструменти. Затова можем да заключим, че музикалната акустика е клон на науката, който не е загубил своето значение днес.

ултразвук

Не всички звуци могат да се възприемат от човешки органи на слуха. Ултразвукова акустика - акустичната секция, която изучава звукови вибрации с обхват от двадесет kHz. Звуците на тази честота са извън човешкото възприятие. Ултразвукът е разделен на три типа: нискочестотен, средночестотен, високочестотен. Всеки вид има своя собствена специфичност на възпроизвеждане и практическо приложение. Ултразвукът може да бъде създаден не само изкуствено. Често се срещат в дивата природа. По този начин шумът, излъчван от вятъра, отчасти се състои от ултразвук. Също така такива звуци се възпроизвеждат от някои животни и се улавят от техните органи на слуха. Всеки знае това бухалка е едно такова създание.

Ултразвукова акустика е клон на акустиката, който намери практическо приложение в медицината, в различни научни експерименти и изследвания, във военната индустрия. По-специално, в началото на ХХ век в Русия е създадено устройство за откриване на подводни айсберги. Работата на това устройство се основава на генерирането и улавянето на ултразвукови вълни. От този пример е ясно, че ултразвуковата акустика е наука, чиито постижения се използват на практика повече от сто години.