Aкустика

Акустиката е гранка на физиката која се занимава со проучување на сите механички бранови на гасови, течности и цврсти материи вклучувајќи теми како што се вибрации, звук, ултразвук и инфразвук. Научник кој работи во областа на акустиката е акустичар, додека некој што работи во областа на акустичната технологија може да се нарече акустичен инженер. Примената на акустиката е присутна во речиси сите аспекти на современото општество, а најочигледна е индустријата за контрола на звукот и бучавата.

Вештачки омни-директен извор на звук во бесконечна комора

Слушањето е едно од најважните средства за преживување во животинскиот свет, а говорот е една од најрелигиозните одлики на човековиот развој и култура. Според тоа, науката за акустика се шири низ многу аспекти на човечкото општество - музика, медицина, архитектура, индустриско производство, војна и многу повеќе. Исто така, животинските видови, како што се птиците и жабите, го користат звукот и слухот како клучен елемент на ритуалите на парење или означување на териториите. Уметноста, занаетот, науката и технологијата се провоцираа меѓусебно да напредуваат како целина, како и во многу други области на знаење. Тркалото на акустиката на Роберт Брус Линдзи е добро прифатен преглед на различните полиња во акустиката.^[1] Акустичната музика е жанр на музика која користи инструменти кои произведуваат звук исклучиво преку акустични средства, без електронско засилување.

Историја

Потекло на поимот

Зборот „акустичен“ е изведен од грчкиот збор ἀκουστικός (akoustikos), што значи „за или за слух, подготвен да слушне“ и од ἀκουστός (akoustos), „слушнав, звучен“, кој пак произлегува од глаголот ἀκούω (акуо), „слушам“.

Латинскиот синоним е „звучен“, по што терминот sonics беше синоним за акустика, а подоцна и за гранка на акустиката. Честотите над и под звучниот опсег се нарекуваат „ултразвучни“ и „инфразонски“, соодветно.

Рано истражување на акустика

Основните и првите 6 призвуци на вибрирачка низа. Најраните записи за проучувањето на овој феномен им се припишуваат на филозофот Питагора во 6 век п.н.е.

Во 6 век п.н.е., античкиот грчки филозоф Питагора сакал да знае зошто некои комбинации на музички звуци изгледале поубаво од другите, и тој ги нашол одговорите во однос на бројчените коефициенти претставувајќихармонична обертон серија на конец. Тој забележал дека кога должините на вибрирачките жици се изразуваат како стапки на цели броеви (на пр. Од 2 до 3, 3 до 4), тоновите произведени ќе бидат хармонични, а помалите од целите ќе бидат похармонични звуците. Ако, на пример, низа од одредена должина звучеше особено хармонично со низа од двојно поголема должина (други фактори се еднакви). Во модерен јазик, ако стрингот звучи со белешка C кога извалка, стринг двапати подолго ќе звучи C октава пониска. Во еден систем на музичко подесување, тоновите помеѓу нив потоа се дадени со 16: 9 за D, 8: 5 за E, 3: 2 за F, 4: 3 за G, 6: 5 за A и 16:15 за Б, во растечки редослед.^[2]

Аристотел (384-322 п.н.е.) сфатил дека звукот се состоел од компресии и рефракции на воздух кој "паѓа и го погодува воздухот кој е до него...",^[3] многу добар израз на природата на движењето на брановите.

Околу 20 век п.н.е., римскиот архитект и инженер Витрувиус напишал расправа за акустичните својства на театрите, вклучително и дискусија за мешање, ехо и реверберација - почетоците на архитектонската акустика.^[4] Во Книгата V од неговата De architectura (Десет книги за архитектурата) Витрувиј опишува звук како бран спореден со воден бран продолжен до три димензии, кои, кога ќе прекинат со опструкции, ќе се вратат назад и да ги разбие следните бранови. Тој ги опиша северните места во античките театри како што е направено за да се спречи ова влошување на звукот, а исто така и препорачаните бронзени садови со соодветни големини да бидат поставени во театрите за да резонираат со четвртата, петтата и така натаму, до двојната октава, со цел да резонираат со попосакуваните, хармонични белешки.^[5][6][7]

За време на исламското златно доба, се верува дека Абу Рајан ал-Бируни (973-1048) претпоставува дека брзината на звукот е многу побавна од брзината на светлината.^[8][9]

Принципите на акустиката се применуваат уште од античките времиња  : Римски театар во градот Аман.

Физичкото разбирање на акустичните процеси напредувало брзо за време и по Научната револуција. Главно Галилео Галилеј (1564-1642), но исто така и Марин Мерсен (1588-1648), независно, ги откриле комплетните закони на вибрирачки стрингови (завршувајќи ги Питагорите и Питагорејците што започнале 2000 години порано). Галилео напишал: "Брановите се создадени од вибрациите на звучното тело кое се шири низ воздухот, доведувајќи до тимпанумот на увото стимул што умот го толкува како звук", извонредна изјава која укажува на почетоците на физиолошката и психолошката акустика. Експериментални мерења на брзината на звукот во воздухот биле извршени успешно помеѓу 1630 и 1680 година од страна на голем број истражувачи, истакнат бил Мерсен. Во меѓувреме, Њутн (1642-1727) ја добил врската за брзината на бран во цврсти тела, камен темелник на физичката акустика ( Принциа, 1687).

Период на просветителството и натаму

Во осумнаесеттиот век се забележува голем напредок во акустиката, бидејќи математичарите ги примениле новите техники на анализа за да ги елаборираат теориите за размножување на звучен бран. Во XIX век главните фигури на математичката акустика биле Хелмхолц во Германија, кој ги консолидирал областа на физиолошката акустика и лордот Рејли во Англија, кој го комбинирал претходното знаење со своите огромни придонеси на теренот во неговото монументално дело Теорија на звукот (1877). Исто така, во 19 век, Wheatstone, Ом и Хенри ја развиле аналогијата помеѓу електричната енергија и акустиката.

Во дваесеттиот век се забележува растеж на технолошките примени на големото научно знаење кое дотогаш беше на место. Првата таква примена беше префинетата работа на Сабине во архитектонската акустика, а многу други следеа. Подводната акустика беше искористена за откривање на подморници во првата светска војна. Снимањето на звукот и телефонот играа важна улога во глобалната трансформација на општеството. Мерењето и анализата на звукот достигнаа нови нивоа на точност и софистицираност преку употреба на електроника и компјутери. На ултразвуков честотен опсег овозможи целосно нови видови на примена во медицината и индустријата. Нови видови на трансформери (генератори и приемници на акустична енергија) беа измислени и ставени во употреба.

Основни концепти на акустиката

Дефиниција

Акустиката е дефинирана од ANSI / ASA S1.1-2013 како "(а) Наука за звук, вклучувајќи го и неговото производство, пренос и ефекти, вклучувајќи биолошки и психолошки ефекти. (Б) Оние квалитети на просторијата кои заедно карактер во однос на аудитивни ефекти. "

Студијата за акустика се врти околу генерациите, ширењето и примањето на механички бранови и вибрации.

Наводи

1. „What is acoustics?“, Acoustical Research Group, Brigham Young University, Архивирано од изворникот на 2020-05-08
2. C. Boyer and U. Merzbach. A History of Mathematics. Wiley 1991, p. 55.
3. „How Sound Propagates“ (PDF). Princeton University Press. Посетено на 9 February 2016. (quoting from Aristotle's Treatise on Sound and Hearing)
4. ACOUSTICS, Bruce Lindsay, Dowden – Hutchingon Books Publishers, Chapter 3
5. Vitruvius Pollio, Vitruvius, the Ten Books on Architecture (1914) Tr. Morris Hickey Morgan BookV, Sec.6–8
6. Vitruvius article @Wikiquote
7. Ernst Mach, Introduction to The Science of Mechanics: A Critical and Historical Account of its Development (1893, 1960) Tr. Thomas J. McCormack
8. Sparavigna, Amelia Carolina (December 2013). „The Science of Al-Biruni“ (PDF). International Journal of Sciences. 2 (12): 52–60. arXiv:1312.7288. Bibcode:2013arXiv1312.7288S. doi:10.18483/ijSci.364.
9. „Abu Arrayhan Muhammad ibn Ahmad al-Biruni“. School of Mathematics and Statistics, University of St. Andrews, Scotland. November 1999. Архивирано од изворникот на 2016-11-21. Посетено на 2018-08-20.