| 37kb. | 04.12.2011 06:39 |
- Смотрите также:
- [ документ ]
- [ реферат ]
- [ реферат ]
- [ реферат ]
- [ реферат ]
- [ документ ]
- [ документ ]
- [ документ ]
- [ реферат ]
- [ реферат ]
- [ документ ]
- [ реферат ]
БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ КУЛЬТУРЫ И ИСКУССТВ
ФАКУЛЬТЕТ ПОВЫШЕНИЯ КВАЛИФИКАЦИИ И ПЕРЕПОДГОТОВКИ КАДРОВ
РЕФЕРАТ
НА ТЕМУ:
ОСНОВНЫЕ АКУСТИЧЕСКИЕ ПОНЯТИЯ
Выполнила: Комар С.А.
Группа: 19Г 09
Минск 2010
Акустика (от греч. akustikós — слуховой, слушающийся), в узком смысле слова — учение о звуке т. е. об упругих колебаниях и волнах в газах, жидкостях и твёрдых телах, слышимых человеческим ухом (частоты таких колебаний находятся в диапазоне 16 гц—20 кгц); в широком смысле — область физики, исследующая упругие колебания и волны от самых низких частот (условно от 0 гц) до предельно высоких частот 1012 —1013 гц, их взаимодействия с веществом и применения этих колебаний (волн).
^
Период средневековья мало что дал развитию акустики; её прогресс становится заметным, начиная с эпохи Возрождения. Итальянский учёный Леонардо да Винчи (15—16 вв.) исследовал отражение звука, сформулировал принцип независимости распространения звуковых волн от разных источников.
Историю развития акустики, как физической науки, можно разбить на 3 периода. Первый период — от начала 17 в. до начала 18 в. — характеризуется исследованиями системы музыкальных тонов, их источников(струны, трубы), скорости распространения звука. Г. Галилей обнаружил, что звучащее тело испытывает колебания ,и что высота звука зависит от частоты этих колебаний, а интенсивность звука— от их амплитуды. Это подтверждает и характеристика понятия высоты звука в энциклопедии ( т.е. качество звука, определяемое человеком субъективно на слух и зависящее в основном от его частоты, т. е. от числа колебаний в секунду. С ростом частоты Высота звука повышается. В небольших пределах Высота звука изменяется также в зависимости от громкости звука и от его тембра. Высота сложных звуков определяется частотой основного тона, вне зависимости от соотношения между его амплитудой и амплитудой более высоких слагающих).
Французский учёный М.Мерсенн, следуя Галилею, уже мог определить число колебаний звучащей струны; он впервые измерил скорость звука в воздухе (Скорость звука, скорость распространения какой-либо фиксированной фазы звуковой волны; называется также фазовой скоростью, в отличие от групповой скорости. Скорость звука обычно
величина постоянная для данного вещества при заданных внешних условиях и не зависит от частоты волны и её амплитуды. В тех случаях, когда это не выполняется и Скорость звука зависит от частоты, говорят о дисперсии звука ( дисперсия звука является причиной изменения формы звуковой волны (звукового импульса) при распространении его в среде).
Скорость звука в газах растет с ростом температуры и давления; в жидкостях Скорость звука, как правило, уменьшается с ростом температуры. Исключением из этого правила является вода, в которой Скорость звука увеличивается с ростом температуры и достигает максимума при температуре 74 °С, а с дальнейшим ростом температуры уменьшается. В морской воде Скорость звука зависит от температуры, солёности и глубины, что определяет ход звуковых лучей в море и, в частности, существование подводного звукового канала).
Р. Гук (Англия) устанавливает на опыте пропорциональность между деформацией тела и связанным с ней напряжением— основной закон теории упругости и акустики (это основной закон, выражающий связь между напряжённым состоянием и деформацией упругого тела), а Х. Гюйгенс (Голландия)— важный принцип волнового движения, названный его именем.
Второй период охватывает два века — от создания основ механики И. Ньютоном (конец 17 в.) и до начала 20 в. В этот период акустика развивается как раздел механики. Создаётся общая теория механических колебаний, излучения и распространения звуковых (упругих) волн в среде, разрабатываются методы измерения характеристик звука (звукового давления в среде, которое представляет собой переменную часть давления, т. е. колебания давления относительно среднего значения, частота которых соответствует частоте звуковой волны. Звуковое давление — основная количественная характеристика звука), импульса, энергии и потока энергии звуковых волн, скорости распространения звука).
Диапазон звуковых волн расширяется и охватывает как область инфразвука (до 16 гц) (это упругие волны, аналогичные звуковым, но с частотами ниже области слышимых человеком частот), так и ультразвука (свыше 20 кгц).
Выясняется физическая сущность тембра звука, как качества звука (его «окраска», «характер»), которое позволяет различать звуки одной и той же высоты, исполняемые на различных инструментах или различными голосами. Тембр связан со сложным характером звуковых колебаний и зависит от того, какие обертоны, (частичные тоны) сопутствуют основному тону и в каких областях звукового спектра они особенно сильны. Всё это определяется материалом и формой звучащего тела, участвующими в образовании звука резонаторами, способом извлечения звука. Большое влияние на тембровую окраску звука оказывает
также момент его возбуждения и угасания. В речи, благодаря тембру, различаются гласные и другие сонорные звуки; основную роль при этом играют первая и вторая форманты (это акустическая характеристика звуков речи (прежде всего гласных), связанная с уровнем частоты голосового тона и образующая тембр звука).
Характеризуясь именно тембром, каждый звук речи может быть любой высоты и интенсивности. В то же время соотношение частоты основного тона с формантами и гармоническими обертонами определяет индивидуальные особенности речи говорящего; ведущая роль принадлежит здесь третьей и более высоким формантам. В речевой интонации благодаря тембру различают всевозможные оттенки эмоций: радость, неудовольствие, угрозу и т. п.
С работ Ньютона начинается расцвет классической физики. Механика, гидродинамика и теория упругости, теория волн, акустика и оптика развиваются в тесной связи друг с другом. Члены Петербургской Академии наук Л. Эйлер и Д. Бернулли и французские учёные Ж.Д`Аламбер и Ж.Лагранж разрабатывают теорию колебаний струн, стержней и пластинок, объясняют происхождение обертонов. Немецкий учёный Э. Хладни (конец 18 — начало 19 вв.) экспериментально исследует формы звуковых колебаний, совершаемых различными звучащими телами —мембранами, пластинами, колоколами. Т. Юнг (Англия) и О. Френель (Франция) развивают представления Гюйгенса о распространении волн, создают теорию интерференции и дифракции волн, т.е. явления, наблюдаемые при прохождении волн мимо края препятствия, связанные с отклонением волн от прямолинейного распространения при взаимодействии с препятствием. Из-за дифракции волны огибают препятствия, проникая в область геометрической тени. Именно дифракцией звуковых волн объясняется возможность слышать голос человека, находящегося за углом дома. Х. Доплер (Австрия) устанавливает закон изменения частоты волны при движении источника звука относительно наблюдателя. Огромное значение не только для акустики, но и для физики в целом имело создание методов разложения сложного колебательного процесса на простые составляющие — анализа колебаний — и синтеза сложных колебаний из простых. Математический метод разложения периодически повторяющихся процессов на простые гармонические составляющие был найден французским учёным Ж. Фурье. Экспериментально анализ звука — разложение его в спектр гармонических колебаний с помощью набора резонаторов — и синтез сложного звука из простых составляющих осуществил немецкий учёный Г. Гельмгольц. Подбором камертонов с резонаторами Гельмгольцу удалось искусственно
воспроизвести различные гласные. Он исследовал состав музыкальных звуков, объяснил тембр звука характерным для него набором добавочных тонов (гармоник).
На основе своей теории резонаторов Гельмгольц дал первую физическую теорию уха как слухового аппарата. Его исследования заложили основу физиологической акустики (психофизиологическая акустика, раздел акустики, изучающий устройство и работу звуковоспринимающих и звукообразующих органов у человека и животных) и музыкальной акустики (наука, изучающая объективные физические закономерности музыки в связи с её восприятием и исполнением).
Весь этот этап развития акустики подытожен английским физиком Рэлеем (Дж. Стретт) в его классическом труде «Теория звука».
На рубеже 19 и 20 вв. важные работы по акустике были выполнены русским физиком Н. Умовым, который ввёл понятие плотности потока энергии для упругих волн. Американский учёный У. Сэбин заложил основы архитектурной акустики — акустика помещений, область акустики, изучающая распространение звуковых волн в помещении, отражение и поглощение их поверхностями, влияние отражённых волн на слышимость речи и музыки. Целью исследований служит создание приёмов проектирования залов (театральных, концертных, лекционных, радиостудий и т. п.) с заранее предусмотренными хорошими условиями слышимости. Русский физик П.Н. Лебедев (вместе с Н. П. Неклепаевым) выделил из резкого звука электрической искры ультразвуковые волны с частотами до нескольких сот кгц и исследовал их поглощение в воздухе.
К началу 20 в. Интерес к акустике ослабевает; акустику считают теоретически и экспериментально завершенной областью науки, в которой остались нерешенными лишь задачи частного характера.
Третий, современный период в истории акустики, начинающийся в 20-х гг. 20 в., связан, прежде всего, с развитием электроакустики (раздел прикладной акустики, содержание которого составляют теория, методы расчёта и конструирование электроакустических преобразователей. Часто к электроакустике относят теорию и методы расчёта представляющих интерес для прикладной акустики электромеханических преобразователей (например, звукоснимателей, рекордеров, виброметров, электромеханических фильтров и трансформаторов и др.), связанных с электроакустическими преобразователями общностью физического механизма, методов расчёта и конструирования. Основная задача электроакустики — установление соотношений между сигналами на входе и выходе преобразователя и
отыскание условий, при которых преобразование осуществляется наиболее эффективно или с минимальными искажениями), и созданием радиотехники и радиовещания. Перед акустикой встал новый круг проблем – преобразование звуковых сигналов в электромагнитные и обратно, их усиление и неискажённое воспроизведение. В то же время радиотехника и электроакустика открыли невиданные ранее возможности развития акустики. Электроакустика появилась ещё в последней четверти 19 в. В 1876 был изобретён телефон (Белл, США), в 1877 —фонограф (Эдисон, США).
В 1901 была разработана магнитная запись звука, примененная затем в магнитофоне и звуковом кино. В начале 20 в. Электромеханические преобразователи звука были применены в громкоговорителях, а в 20-х гг. стали основой всей современной акустической аппаратуры.
Электронная лампа дала возможность усиления чрезвычайно слабых акустических сигналов, преобразованных в электрические. Были разработаны методы радиоакустических измерений, анализа и воспроизведения звука. Эти новые возможности революционизировали акустику, превратив её из считавшейся завершенной области механики в самостоятельный раздел современной физики и техники.
Развитие акустики в 1-й половине 20 в. получило мощный импульс в связи с запросами военной техники. Задача определения положения и скорости самолёта (звуковая локация в воздухе), подводной лодки (гидролокация), определение места, времени и характера взрыва, глушение шумов самолёта — все эти проблемы требовали более глубокого изучения механизма образования и поглощения звука, распространения звуковых (в частности, ультразвуковых) волн в сложных условиях. Проблемы генерации звука стали предметом обширных исследований и в связи с развитием общей теории колебаний, охватывающей воедино механические, электрические и электромеханические колебательные процессы. В 20-х и 30-х гг. много работ было посвящено теории автоколебаний— самоподдерживающихся колебаний системы, связанной с постоянным источником энергии; большой вклад в разработку этой теории внесла советская школа физиков, возглавлявшаяся Л. И. Мандельштамом и Н.Д. Папалекси. Особый интерес вызвал вопрос о распространении звуковых волн большой интенсивности (например, взрывных волн); работы русских физиков акустиков Эйхенвальда и Н. Н. Андреева в этой области внесли значительный вклад в нелинейную акустику , предметом исследования которой являются мощные звуковые поля. М. Лайтхилл (Англия, 1952) дал общую теорию аэродинамической
генерации звука, изучающую возникновение звука в движущейся среде за счёт неустойчивости потока газа. Н. Н. Андреев и И. Г. Русаков (1934), Д.И. Блохинцев (1947) разработали основы акустики движущихся сред – раздел акустики, в котором изучаются звуковые явления (характер распространения звуковых волн, их излучение и приём) в движущейся среде или при движении источника звука.
Первые успехи в гидроакустике были достигнуты французским физиком П. Ланжевеном (1916), применившим ультразвуковые волны для измерения глубины моря и обнаружения подводных лодок. Явление сверхдальнего распространения звука взрыва в море в подводных звуковых каналах было открыто независимо американскими учёными (М. Ивингом и Д. Ворцелем, 1944) и советскими учёными (Л.М. Бреховских, Л. Д. Розенбергом, 1946).
Проблемам звукопоглощения и звукорассеивания, которые приобрели особую актуальность в связи с развитием архитектурной и строительной акустики, были посвящены исследования С. Н. Ржевкина, Г. Д. Малюжинца и В. В. Фурдуева. Большое внимание было уделено изучению акустических шумов и методам их устранения.
Изучение влияния структуры среды на распространение звука в свою очередь создало возможность применения звуковых волн для зондирования среды, в частности атмосферы; это привело к развитию атмосферной акустики — раздел акустики, в котором изучаются распространение и генерация звука в реальной атмосфере и исследуется атмосфера акустическими методами
В последние два десятилетия чрезвычайно большое значение приобрели исследования ультразвука, особенно высоких частот и больших интенсивностей, ставшего средством изучения структуры и свойств вещества. Ещё в 20-х гг. советский учёный С.Я. Соколов применил ультразвук для дефектоскопии металлов. В Германии Х. О. Кнезер (1933) обнаружил явление сильного поглощения и дисперсии ультразвука в многоатомных газах. Позднее дисперсия и аномальное поглощение ультразвука были обнаружены также и в жидкостях. Общая теория этих явлений, т. н. релаксационная теория, была дана Л. И. Мандельштамом и М. Акустика Леонтовичем (1937).
Ультразвуковые колебания высокой частоты вызывают также перестройку структуры жидкостей, диссоциацию молекул и многие другие эффекты.
Круг вопросов, связанных с влиянием молекулярной структуры вещества на распространение ультразвука, называют молекулярной акустикой, которая изучает поглощение и дисперсию ультразвука, в многоатомных газах, жидкостях и твёрдых телах. Ультразвук оказался не только средством исследования, но и мощным орудием воздействия на вещество.
Важное значение приобрели исследования гиперзвука (частоты 1 Ггц и выше).
Интенсивно исследуются взаимодействия гиперзвуковых волн с электронами в металлах и полупроводниках. Глубокие преобразования произошли и в старых разделах акустики. В середине 20 в. начинается быстрое развитие психофизиологической акустики, вызванное необходимостью разработки методов неискажённой передачи и воспроизведения множества звуковых сигналов — речи и музыки — по ограниченному числу каналов связи. Эти вопросы акустики входят в круг проблем общей теории информации и связи. Исследовались механизмы образования различных звуков речи, характер их звукового спектра, основные показатели качества речи, воспринимаемой на слух. Созданы приборы видимой речи, дающие видимые изображения различных звуков. Разрабатываются методы кодирования речи (сжатой передачи её основных элементов) и её расшифровки (синтеза), развернулись исследования механизмов слухового восприятия, ощущения громкости, определения направления прихода звука (венгерский учёный Д. Бекеши).
В этой области акустика сомкнулась с физиологией органов чувств и биофизикой.
Таким образом, современная акустика по своему содержанию и значению далеко перешагнула те границы, в которых она развивалась до 20 в.
^
Общая акустика
На распространение, генерацию и приём упругих волн оказывает влияние огромное число факторов, связанных со свойствами и состоянием среды. Рассмотрением этого занимается физическая акустика. К её задачам относятся, в частности, изучение зависимости скорости и поглощения упругих волн от температуры и вязкости среды и др. факторов.
К важным вопросам физической акустики относятся также взаимодействие элементарных звуковых волн (фонов) с электронами и фотонами. Эти взаимодействия становятся особенно существенными на очень высоких ультразвуковых и гиперзвуковых частотах при низких температурах. В области таких частот и температур начинают проявляться квантовые эффекты. Этот раздел физики акустики иногда называют квантовой акустикой. Нелинейная акустика изучает интенсивные звуковые процессы, когда принцип суперпозиции не выполняется и звуковая волна при распространении изменяет свойства среды.
Прикладная акустика
Атмосферная акустика исследует особенности распространения звука в атмосфере, обусловленные неоднородностью её структуры, и является частью метеорологии. Геоакустика изучает применения звука в инженерной геофизике и геологии.
Огромное прикладное значение как в технике физического эксперимента, так и в промышленности, на транспорте, в медицине и др. имеют ультразвук и гиперзвук. Например, в измерительной технике — ультразвуковые линии задержки, измерение сжимаемости жидкостей, модулей упругости твёрдых тел и т. д.; в промышленном контроле —дефектоскопия металлов и сплавов, контроль протекания химических реакций и т. д.; технологические
применения — ультразвуковое сверление , очистка и обработка поверхностей, коагуляция аэрозолей и др.
Психофизиологическая акустика
Список литературы:
[Электронный ресурс]//URL: https://litfac.ru/referat/akustika-muzyikalnyih-instrumentov/
- Стретт Дж. В. (лорд Рэлей), Теория звука, пер. с англ., 2 изд., М., 1955;
- Скучик Е., Основы акустики, пер. с нем. , т. 1 — 2, М., 1958 — 59;
- Красильников В. Акустика, Звуковые и ультразвуковые волны в воздухе, воде и твердых телах, 3 изд., М., 1960.
Большая Советская Энциклопедия
