on-line
Сейчас на сайте 0 пользователей и 36 гостей.
Вход в систему
Яндекс.Метрика

Акустика

 Раздел физики, в котором рассматриваются свойства звуковых волн, закономерности их возбуждения, распространения и действия на встречные препятствия, называются акустикой.
Звуковые волны с частотами от 16 до 2•104 Гц воздействуют на органы слуха человека, вызывают слуховые ощущения и называются слышимыми звуками.
 Звуковые волны с частотами менее 16 Гц называются инфразвуками, а с частотами более 2•104 Гц − ультразвуками.

Что изучает акустика?

 Акустика(от греч. akustikos − слуховой) − область физики, в которой исследуются упругие колебания и волны от самых низких частот (условно от 0 Гц) до предельно высоких (1012 − 1013 Гц), процессы их возбуждения и распространения, взаимодействие их с веществом и разнообразные применения.
 Акустика − одна из самых древних областей знания. Она возникла за несколько веков до н. э. как учение о звуке, т. е. об упругих волнах, воспринимаемых человеческим ухом (отсюда и происхождение названия «Акустика»). Начало становления акустики как физической науки (17 в.) связано с исследованиями системы, музыкальных тонов, их источников (струны, трубы), с измерениями скорости распространения звука. До начала 20 в. акустика развивалась как раздел механики. Создавалась общая теория механических колебаний, излучения и распространения звуковых волн в среде, разрабатывались методы измерений параметров звуковых волн − звукового давления, потока энергии, скорости распространения. Диапазон исследуемых упругих волн расширился и охватил области ниже (инфразвук) и выше (ультразвук) области слышимых частот. Создание методов разложения сложного колебательного процесса на простые составляющие (метод Фурье) заложило основы анализа звука и синтеза сложного звука из простых составляющих. Весь этот классический этап развития акустики подытожен к началу 20 в. Рэлеем (Дж. У. Стретт, J. W. Strutt).
 Новый этап развития акустики начался в 20-е гг. 20 в. в связи с развитием радиотехники и радиовещания, которые вызнали необходимость разработки методов и средств преобразвания элекромагнитной энергии в акустическую, и обратно. В связи с развитием электроники и физики строения вещества возникли повые направления в акустике.


 В современной акустике можно выделить ряд разделов. Общие закономерности излучения, распространения и приёма упругих колебаний и волн изучает теория звука, широко использующая математические методы, разработанные в общей теории колебаний и волн. Наряду с волновым подходом для рассмотрения задач распространения звука в определенных условиях (малость длины волны по сравнению с масштабом препятствий) пользуются и представлениями о звуковых лучах. По этому методическому признаку из общей теории звука выделяется раздел лучевой акустики, или геометрической акустики (аналогично геометрической оптике).
 Применительно к различным характерным моделям сред распространения волн и адекватным им методам рассмотрения акустических полей сформировались такие направления теории звука, как статистическая акустика, акустика движущихся сред, кристаллоакустика. Быстро развивается нелинейная акустика, связанная с изучением волн большой амплитуды, для которых свойства среды нельзя, как при классическом подходе, считать неизменными; сами звуковые волны большой интенсивности возмущают среду, вследствие чего нарушается принцип суперпозиции и возникает взаимодействие разл. волновых мод. Развитие нелинейной акустики обусловлено, в частности, мощным техн. прогрессом и возникшей необходимостью рассмотрения излучения звука источниками большой мощности.

 Важнейший раздел акустики, наиболее тесно связанный с другими ведущими областями современной физики, − физическая акустика, занимающаяся изучением особенностей распространения упругих волн в веществе − газообразном, твёрдом или жидком, исследованием взаимодействия волн с веществом на разных уровнях, в частности акусто-электронного взаимодействия, акустооптического, фонон-фононного взаимодействия и других видов взаимодействия упругих волн с квазичастицами. Подразделами физической акустики являются молекулярная акустика, квантовая акустика, оптоакустика и другие. Методы физической акустики − неотъемлемая часть арсенала экспериментальных средств современной физики.
 Распространение акустических волн в естественных средах − атмосфере, водах Мирового океана, в земной коре и связанные с этим явления изучаются в атмосферной акустике, гидроакустике, геоакустике. Акустические волны являются важнейшим средством зондирования этих сред, средством получения информации об их строении и о наличии в них разнообразных включений. К гидроакустике тесно примыкает такая важная и широко развитая прикладная область, как гидролокация.

 Электроакустика изучает вопросы электрических акустических преобразований и связана со всеми другими областями акустики, так как аппаратура для различных видов акустических измерений, как правило, базируется на преобразовании акустических сигналов в электрические, а способы излучения звука в большинстве случаев основаны на преобразовании электрической энергии в акустическую. К электроакустике относится и изучение фундаментальных физических вопросов, связанных с эффектами электронно-механических и электронно-акустических преобразований в веществе, поэтому здесь она тесно смыкается с физической акустикой.
 К прикладным областям акустики можно отнести архитектурную акустику, строительную акустику, музыкальную акустику, а также весьма большой раздел современной акустики, связанный с изучением шумов и вибраций и созданием методов борьбы с ними. Изучение аэродипамической генерации шумов большой интенсивности относится к проблемам нелинейной акустики; здесь имеется также самая тесная связь с современной аэродинамикой, так что иногда говорят о специальном разделе акустики − аэроакустике.
 Огромное прикладное значение как в технике физического эксперимента, так и в промышленности, на транспорте, в медицине и др. имеет так назывемая УЗ-техника (ульра-звуковая). В устройствах УЗ-техники используются как ультразвуковой, так и гиперзвуковой, а частично и звуковой диапазоны частот. УЗ применяется как сродство воздействия на вещество (например, УЗ-технология в промышленности, терапия и хирургия в медицине,), для получения информации (контрольно-измерительного применения УЗ, УЗ-диагностика, гидролокация), обработки сигналов (акустоэлектроника, акустооптика).
 Особый раздел акустики − биологическая акустика − занимающаяся вопросами распространения акустич. волн в живых тканях, воздействия УЗ на биоткань, изучением звукоизлучающих и звукопринимающих органов у живых организмов. Исследованием органов и процессов звуковосприятия и звукоизлучения у человека, а также проблемами речеобразования, передачи и восприятия речи занимается физиологическая и психологическая акустика. Результаты этих исследований используются в звукотехнике, архитектурной акустике, при разработке систем передачи речи, в теории информации н связи, в музыке, медицине, биофизике и так далее.
Литература: Стретт Дж. В. (лорд Рэлей), Теория звука, пер. с англ., 2 изд., т. 1 − 2, М., 1955; Михайлов И. Г., Соловьев в. А., Сырников Ю. IT., Основы молекулярной акустики, М., 1964; Физическая акустика, [под ред. У. Мэзона и Р. Терстона]. пер. с англ. т. 1 − 7, М., 1966 − 74; Физика и техника мошного ультра ;вука, под ред. JI. Д. Розенберга, [кн. 1 − 3], М., 1967 − 70; Исакович М. А., Общая акустика, М., 1973; Эльпинер И. Е., Биофизика ультразвука, М., 1973; Руденко О. В., Солуян С. И., Теоретические основы нелинейной акустики, М., 1975; Скучик Е., Основы акустики, пер. с англ., т. 1 − 2, М., 1976; Тэйлор Р., Шум, [пер. с англ.], М., 1978; Урик Р. Д., Основы гилроакустики, пер. с англ., Л., 1978; Бреховских Л. М., Лысанов Ю. П., Теоретические основы акустики океана, Л., 1982; Xаясака Т., Электроакустика, пер. с япон., М., 1982. И. П. Голямина.


Физические явления, интересные физические вопросы, о физике интересно
Качественные задачи и вопросы по физике
Электронный учебник физики для профильника
Нобелевские лауреаты по физике.