Рассмотрим подробнее некоторые направления акустики

Nbsp;

Проскуряков С. А.

Музыкальная акустика.

Акустика́ (от греч. ἀκούω (аку́о) — слышу) — наука о звуке, изучающая физическую природу звука, его возникновение, распространение, восприятие. Является междисциплинарной наукой, заключающей в себе математику, физику, психологию, архитектуру, электронику, биологию, химию, медицину, гигиену, теорию музыки и другие. Термин «акустика» (фр. acoustique) был введён в 1701 году Жозефом Совёром .

Жозеф Совёр (JosephSauveur; 24 марта 1653 - 9 июля 1716) — французский математик и акустик. С рождения Совёр был глух и до семи лет нем. Ещё в детстве проявил одарённость в области математики. С 1670 года преподавал в Париже, а в 1681 году стал ассистентом французского физика Эдма Мариотта. Именно тогда начал проводить опыты в области слуховых явлений. С 1686 член Королевской академии наук. Совёр первым предложил способ определения числа колебаний звука с помощью биений, первым объяснил феномен обертонов, основываясь на исследованиях Марена Мерсе́ нна.́

Основные направления современной акустики:

• Общая (физическая) акустика — теория излучения и распространения звука в различных средах, теория дифракции, интерференции и рассеяния звуковых волн. Линейные и нелинейные процессы распространения звука.

• Геометрическая акустика — раздел акустики, предметом изучения которого являются законы распространения звука. В основе лежит представление о том, что звуковые лучи — это линии, касательные к которым совпадают с направлением распространения энергии акустических колебаний.

• Архитектурная акустика — законы распространения звука в закрытых (полуоткрытых, открытых) помещениях, методы управления структурой поля и т. д.

• Строительная акустика — защита от шума зданий, промышленных предприятий (расчёт конструкций и сооружений, выбор материалов и т. д.).

• Психоакустика — основные законы слухового восприятия, определения связи объективных и субъективных параметров звука, определения законов расшифровки «звукового образа».

• Музыкальная акустика — проблемы создания, распространения и восприятия звуков, используемых в музыке.

• Биоакустика— теория восприятия и излучения звука биологическими объектами, изучение слуховой системы различных видов животных и др.

• Электроакустика — раздел прикладной акустики, занимающийся теорией, методами расчёта и созданием электроакустических преобразователей

• Аэроакустика (авиационная акустика) — излучение и распространение шумов в авиационных конструкциях.

• Гидроакустика — распространение, поглощение, затухание звука в воде, теория гидроакустических преобразователей, теория антенн и гидроакустических эхолокаторов, распознавание движущихся объектов и др.

• Акустика транспорта — анализ шумов, разработка методов и средств звукопоглощения и звукоизоляции в различных видах транспорта (самолётах, поездах, автомобилях и др.)

• Медицинская акустика — разработка медицинской аппаратуры, основанной на обработке и передаче звуковых сигналов (слуховые аппараты, диагностические приборы)

• Ультразвуковая акустика — теория ультразвука, создание ультразвуковой аппаратуры, в том числе ультразвуковых преобразователей для промышленного применения в гидроакустике, измерительной технике и др.

• Квантовая акустика (акустоэлектроника) — теория гиперзвука, создание фильтров на поверхностных акустических волнах

• Акустика речи — теория и синтез речи, выделение речи на фоне шумов, автоматическое распознавание речи и т. д.

• Цифровая акустика — связана с созданием микропроцессорной (аудиопроцессорной) и компьютерной техники.

Интересными направлениями исследования в акустике на макроскопическом уровне являются:

• распространение звука в движущихся средах

• рассеяние звука на неоднородностях среды и распространение звука в неупорядоченных средах

• характер макроскопических течений в поле звуковой волны

• поведение вещества в поле сильной ультразвуковой волны, кавитационные явления

На микроскопическом уровне упругое колебание среды описывается фононами — коллективными колебаниями атомов или ионов.

В металлах и полупроводниках такие колебания ионов приводят и к колебаниям электронной жидкости, то есть, на макроскопическом уровне, звук может порождать электрический ток. Подраздел акустики, изучающий такие явления и возможности их использования, называется акустоэлектроникой.

Другое близкое по духу направление исследования — акустооптика, то есть изучение взаимодействия звуковых и световых волн в среде, в частности, дифракция света на ультразвуке.

Рассмотрим подробнее некоторые направления акустики

Геометри́ческая акустика́ — раздел акустики, предметом изучения которого являются законы распространения звука. В основе лежит представление о том, что звуковые лучи — это линии,касательныек которым совпадают с направлением распространения энергии акустических колебаний.

Геометрическая акустика представляет предельный случай волновой акустикипри стремлениидлины звуковой волнык нулю. Поэтому точность методов геометрической акустики повышается с уменьшением длины волны. Для геометрической акустики в основном применимы те же законы и уравнения, что и вгеометрической оптике.

Геометрическая акустика применима в случае пренебрежения волновой природой упругих колебаний и связанных с нейдифракционных явлений. Основной задачей геометрической акустики является вычисление траектории звуковых лучей. Применение геометрической акустики зависит от длины звуковой волны, размеров отражающей поверхности и её расположения по отношению к источнику звука и точке приема.

Методы геометрической акустики применяют вархитектурной акустике,гидроакустикеи др. На основе её законов можно создать приближенную теорию распространения звука в неоднородных средах.

Архитектурная акустика —наука, изучающая законы распространениязвуковыхволн в закрытых (полуоткрытых, открытых) помещениях, отражение и поглощение звука поверхностями, влияние отражённых волн на слышимость речи и музыки, методы управления структурой звукового поля, шумовыми характеристиками интерьеров и т. п.

Практическая цель — создание методов проектирования помещений с заданными параметрами слышимости и разборчивости.

Первоначально архитектурная акустика занималась проектированием оперных театров и концертных залов. С распространением звукового кинематографаакустический расчёт стал обязательным для всехкинотеатров.В дальнейшем, по мере развития техники и роста городов (особенно вXIX веке), первоочередными её задачами стали подавление шума в многоквартирных домах,звукоизоляцияпроизводственных помещений и вопросы сохранения здоровья рабочих, а также организация помещений увеселительных заведений, создающих существенный уровень шума.

Развитие транспортаи увеличение его скоростей в XX векевовлекли в сферу архитектурной акустикиландшафтное проектирование, вопросы архитектурного дизайна жилых массивов в целом, их транспортных артерий, вокзалов и проектирование крупных торговых площадей. Развитиеавиациитакже привнесло свои задачи.

В настоящее время архитектурная акустика в массовом применении включает в себя акустику студийных помещений длязвукозаписи, акустику жилых комнат,домашних кинотеатрови акустику увеселительных заведений.

Проблемы изоляции помещений от проникающих извне звуков выделены в настоящее время в самостоятельную область — строительную акустику.

Акустика интерьера

Находящийся в закрытом помещении слушатель воспринимает, помимо непосредственно доходящего до него прямого звука от источника, ещё и ряд его запаздывающих повторений, возникающих в результате отражения от стен, потолков и иных поверхностей, и следующих друг за другом с малыми интервалами.

Так как при отражениях часть звуковой энергии поглощается, более поздние повторы обычно оказываются слабее, однако резонансная структура отражений может оказывать существенное влияние на затихающий звук. После выключения источника звука количество отражённой энергии в помещении убывает до тех пор, пока она не будет поглощена. Процесс постепенного затухания звука называетсяреверберацией.

Продолжительность реверберации — важнейший параметр, влияющий на акустическое качество помещения. Излишне длительное затухание может уменьшать чёткость звучания и разборчивость речи, однако это не является обязательно плохим результатом. Выбор целевых значений реверберации зависит от функционального назначения помещения. Так в специализированных религиозно-культовых помещениях реверберация может достигать значений более 5 секунд, в то время, как в лекционных аудиториях время реверберации должно быть существенно меньше.

Оптимизация выбора целевых значений реверберации в зависимости от функционального назначения помещений является актуальной задачей архитектурной акустики.

1 – залы для ораторий и органной музыки;

2 – залы для симфонической музыки;

3 – залы камерной музыки и музыкально-драматических театров;

4 – залы многоцелевого назначения, залы драматических театров;

5 – концертные залы современной эстрадной музыки, лекционные залы, залы заседаний, пассажирские залы, залы ожидания, спортивные залы.

Но даже при оптимальном значении времени реверберации акустические свойства зала могут очень отличаться на разных направлениях из-за отличия траекторий звуковых волн от источника звука до слушателя. Поэтому кроме реверберации существует целый набор критических параметров архитектурной акустики.

Оптимальные параметры реверберации (время, АЧХ) существенно отличаются не только для речи и музыки, но принципиально зависят от характера и жанра музыкальных произведений. Для камерной, симфонической и эстрадной музыки оптимальные условия отличаются, во многом, это предопределяет объём и форму соответствующего помещения.

Следует различать акустику интерьеров больших (объёмом более 2000м³), средних (200-2000м³) и малых (менее 200м3) помещений, проектирование которых имеет существенные различия. Одним из важнейших факторов, определяющих качество воспроизведения звука в помещении, является выбор его размеров и формы.

Акустическое проектирование больших залов, включающее в себя выбор площади и формы зала, размещение слушателей, применение материалов для стен, рассеивающих и поглощающих конструкций, установка отдельных элементов и т. п., часто подразумевает выбор компромиссных решений.

В залах большой вместимости, наряду с известными архитектурными приёмами, условия слышимости улучшают применением электронных систем звукоусиления с коррекцией акустических параметров зала. Это позволяет контролировать свойства зала, однако, выдающимися акустическими свойствами по-прежнему обладают залы, где были использованы архитектурные решения, например, Венский зал Musikverein, знаменитый СarnegieHall или современный WaltDisneyConcertHallи другие.

Musikvrein

CarnegieHall

WaltDisneyConcertHall

Отечественные примеры электроакустически оснащенного зала универсального назначения (конгрессы, концерты, опера, звуковой кинопоказ) — Государственный Кремлёвский Дворец (6000 мест), Светлановский зал Московского Дома Музыки.

ГКД

Светлановский зал «Московского дома музыки».

«История вопроса»

В открытых театрах и других строениях Древней Греции и Рима уже можно заметить результаты применения примитивных акустических знаний. Уже тогда строители сознательно достигали хорошей слышимости в помещениях с большим количеством слушателей.

Считается, что современная архитектурная акустика начинается с работ учёногоXIX векаУоллесаСэбина, который показал, что в замкнутом помещении постепенно ослабевающие отражения звука сливаются в гул и сопровождают всякий звук. Он и установил, что скорость затухания этого гула является наиболее существенным показателем слышимости.

Уо́ллесКлементСэбин́ (WallaceClementSabine, 1868—1919) — американский физик, основательархитектурной акустики. ОкончилУниверситет штата Огайов 1886 году в возрасте 18 лет. После этого поступил в Гарвардский университет, где после окончания продолжил работать преподавателем. Сэбин был акустическим архитектором Симфонического зала в Бостоне, одного из лучших концертных залов в мире по части акустики. Ввёл понятие «времени реверберации»

Формула Сэбина: T = 0.164 V *

Где: V – объём помещения, A – общее звукопоглощение. A = α₁S₁+ α₂S₂+…

α_i– коэффициент звукопоглощения (зависит от материала, его дисперсных, или фрикционных характеристик), S – площадь поверхности.

* - в некоторых источниках встречаются «отличия»: 0,161… 0,163

BostonSymphonyHall

Строительная акустика — научная дисциплина, занимающаяся вопросами защиты жилых и иных помещений, территорий и зданий от шума и решающая эти вопросы архитектурно-планировочными и строительными (конструктивными) методами.

Строительная акустика может рассматриваться как отрасль прикладной акустики, или как разделстроительной физики.

Строительная акустика в современном строительстве имеет большое значение: меры по борьбе с шумом, принятые на её основе, улучшают санитарно-гигиенические условия жизни и работы населения, благоприятствуют повышению производительности труда, способствуют комфорту и росту эксплуатационных качеств зданий, территорий и сооружений.

Строительная акустика действует в теоретических рамкахобщей акустики. Эксперименты ставятся в лабораторных и натурных условиях. Применяется, в частности, метод моделирования при исследовании звукоизолирующей способности ограждающих конструкций и изучении распространения шума в помещениях, инженерных коммуникациях, а также на территориях городской застройки.

Основные направления исследований:

• разработка теории звукоизоляции ограждающих конструкций, создание методик их расчёта и проектирования.

• изыскание наиболее эффективных шумоглушащих и звукоизолирующих конструкций и устройств

• совершенствование методов расчёта

• разработка облегчённых ограждающих конструкций с повышенной звукоизоляционной способностью

• разработка новых градостроительных принципов, способствующих защите жилой застройки от транспортного шума

Применение:

Архитектурно-планировочные методы

• Рациональные объёмно-планировочные решения построек и помещений

• Размещение источников шума на достаточном удалении от защищаемых объектов

• Определённая планировка жилых районов, микрорайонов, территорий промышленных предприятий и транспортных узлов

Строительно-акустические методы

• Использованиеконструкцийи устройств, обеспечивающих эффективнуюзвукоизоляциюСнижение уровня шума непосредственно в источнике его возникновения

«История вопроса»

Строительная акустика была выделена из архитектурной акустики в самостоятельную дисциплину в начале30-х гг. XX векаи стала особенно бурно развиваться с50-х гг.в связи с тем, что:

• Значительно возросли число и мощность источников шума внутри жилых помещений (инженерное и санитарно-техническое оборудование, радиоприёмники, телевизоры, магнитофоны, бытовые электрические приборы и т. д.)

• Выросли скорости, мощности и плотность потока средств автомобильного, воздушного и железнодорожного транспорта

• В индустрии расширилось применение облегчённых ограждающих и несущих конструкций, обладающих сравнительно низкой звукоизолирующей способностью

Психоакустика́ — научная дисциплина, изучающая психологические и физиологические особенности восприятия звука человеком. В сугубомузыкальномаспекте, основными задачами психоакустики являются:

• понять, как система слухового восприятия человека расшифровывает тот или иной звуковой образ;

• установить основные соответствия между физическими стимулами и слуховыми ощущениями;

• выявить, какие именно параметры звукового сигнала являются наиболее значимыми для передачи семантической (смысловой) иэстетической(эмоциональной) информации.

Музыкальная акустика — разделакустики, изучающий физические свойствамузыкальных звуков. Как и общая акустика, музыкальная акустика — междисциплинарная наука. В своих исследованиях она привлекает данные и (частично) понятийный аппарат других наук, главным образом,математики, физики, теории музыкиипсихологии.

Основной предмет музыкальной акустики — высота, динамика, тембр музыкальных (т. е. применяемых в музыке,эммелических) звуков, главным образом с точки зрения их восприятия слухом и воспроизведения (так называемого «интонирования») музыкантами-исполнителями. Особая и обширная область музыкально-акустических исследований — музыкальные строии темперации (в историческом и теоретическом аспектах).

Акустика речи или акусти́ческаяфоне́тика — самостоятельная научная дисциплина, возникшая на стыкелингвистики,физикиибиоакустики, изучающая физические свойстваречевого сигнала.

В рамках данной дисциплины исследуются акустические характеристики звуковых средств языка, а также связь междуартикуляциейи еёаэродинамическимии акустическими свойствами.

Акустический раздел фонетики имеет особое значение для приложений, в которых разрабатываются технические средства анализа речевого сигнала, и для речевых технологий. Акустическая фонетика опирается на ряд базовых физических понятий, относящихся к учению околебаниях.

Благодаря знанию общих законов, управляющих колебаниями, акустическая фонетика оформилась в самостоятельную научную дисциплину (середина1940-хгодов), представляющую собой одну из самых разработанных разделов фонетической науки. Центральной областью исследований данной дисциплины являетсяакустическая теория речеобразования, изучающая связь между органической фазой артикуляции и акустическим результатом артикуляционных процессов.

Дата добавления: 2018-04-04; просмотров: 380; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

Мы поможем в написании ваших работ!