Физическая энциклопедия - акустика

(от греч. akustikos слуховой, слушающийся), область физики, исследующая упругие колебания и волны от самых низких частот (условно от 0 Гц) до предельно высоких частот (1011-1013 Гц), их вз-ствия с в-вом и разнообразные применения. А.одна из самых древних областей знания.

Она возникла как учение о звуке, т. е. об упругих волнах, воспринимаемых человеческим ухом. Ещё Пифагор (6 в. до н. э.) обнаружил связь между высотой слышимого тона и длиной струны или трубы. Аристотель (4 в. до н. э.) понимал, что звучащее тело вызывает сжатия и разрежения воздуха, и объяснил эхо отражением звука от препятствий. Леонардо да Винчи (15-16 вв.

) исследовал отражение звука, сформулировал принцип независимости распространения звук. волн от разных источников. В кон. 17 нач. 18 вв. Г. Галилей обнаружил, что звучащее тело испытывает колебания и что высота звука зависит от частоты, а интенсивность от их амплитуды; скорость звука в воздухе впервые измерил франц. учёный М. Мерсенн. С кон. 17 до нач. 20 вв. А. развивается как раздел механики. На базе основ механики Ньютона, осн. закона теории упругости Гука и принципа волн. движения Гюйгенса (см. ВОЛНЫ) создаётся общая теория механич. колебаний, излучения и распространения звуковых (упругих) волн в среде, разрабатываются методы измерения хар-к звука (звук.

давления в среде, импульса, энергии и потока энергии звук. волн, скорости распространения звука). Диапазон звук. волн расширяется и охватывает как область инфразвука (до 16 Гц), так и ультразвука (св. 20 кГц). Выясняется физ. сущность тембра звука (его «окраски»). Разрабатывается теория колебаний струн, стержней и пластинок, объясняется происхождение обертонов.

Англ. учёный Т. Юнг и франц. учёный О. Френель создают теорию интерференции и дифракции волн, австр. учёный X. Доплер устанавливает закон изменения частоты волны при движении источника звука относительно наблюдателя (Доплера эффект). Создание методов разложения сложного колебат. процесса на простые составляющие (метод Фурье) заложило основы анализа звука и синтеза сложного звука из гармонич.

составляющих. Весь этот этап развития А, подытожен англ. учёным Рэлеем (Дж. Стретт) в его классич. труде «Теория звука» (1877-78). С 20-х гг. 20 в. начался новый этап развития А., связанный прежде всего с развитием радиотехники, в частности радиовещания. Возникла необходимость преобразования звук. сигналов в электромагнитные и обратно, их усиления и неискажённого воспроизведения.

Появляются новые области применения А., связанные с запросами техники; звук. локация самолётов в воздухе, гидролокация и акустич. навигация, определение места, времени и хар-ра взрывов, глушение шумов в авиации, в пром-сти, на транспорте.

Все эти проблемы требовали более глубокого изучения механизма образования и поглощения звука, распространения звуковых (в частности, УЗ) волн в сложных условиях. Особый интерес вызвал вопрос о распространении звук. волн большой интенсивности (напр., взрывных волн), что послужило толчком для развития т. н. нелинейной акустики, значит.

вклад в развитие к-рой внесли работы А. А. Эйхенвальда и Н. Н. Андреева. Англ. учёный М. Лайтхилл (1952) дал общую теорию аэродинамич. генерации звука, возникающего в движущейся среде за счёт неустойчивости потока газа. Изучение влияния структуры среды на распространение звука создало возможность применения звук. волн для зондирования возд.

и вод. среды, что привело к развитию гидроакустики и атмосферной акустики. Проблемы городского строительства привели к развитию архитектурной и строит. акустики. Примерно с сер. 20 в. чрезвычайно большое значение приобрели исследования УЗ. Ещё в 20-х гг. было положено начало применению УЗ для дефектоскопии материалов и изделий.

После обнаружения сильного поглощения и дисперсии звука в многоат. газах, а затем и в жидкостях возникло новое направление в А.исследование структуры в-ва УЗ методами (молекулярная А.). Значит. роль в его становлении сыграла релаксац. теория Л. И. Мандельштама и М. А. Леонтовича (1937), а также теория рассеяния света на УЗ волнах в жидкостях и тв.

телах (см. МАНДЕЛЬШТАМА БРИЛЛЮЭНА РАССЕЯНИЕ). Мощный УЗ оказался не только средством исследования, но и орудием воздействия на в-во, что послужило основой развития УЗ технологии. В 60-70-х гг. важное значение приобрели исследования гиперзвука (частоты выше 1 ГГц), а также исследования вз-ствия ультразвук. и гиперзвук. волн с эл-нами проводимости в металлах и ПП и др. вз-ствий акустич. волн с элем. возбуждениями (квазичастицами) в тв. теле. На базе этих исследований возникли акустоэлектроника и акустооптика.

В сер. 20 в. начинается быстрое развитие психофизиол. А., вызванное необходимостью разработки методов неискажённой передачи и воспроизведения множества звук. сигналов речи и музыки по огранич. числу каналов связи. Исследуется слуховое восприятие звука человеком и животными, создаются теории слуха, развивается применение акустич.

методов в биологии и медицине. Совр. А. охватывает широкий круг вопросов и смыкается с рядом областей человеческого знания. В ней можно выделить ряд разделов. Общие закономерности излучения, распространения и приёма упругих колебаний и волн изучает теория звука, где широко используются общие методы колебаний и волн теории. Спец.

вопросами теории звука занимаются статистич. А., акустика движущихся сред, кристаллоакустика, нелинейная акустика. Физическая а к у с т и к а изучает особенности распространения акустич. волн в жидких, твёрдых и газообразных в-вах, вз-ствие их с в-вом, и в частности с электронами, фононами и др.

квазичастицами. Подразделами физ. А. можно считать молекулярную акустику, квант. акустику, тесно связанные с мол. физикой и физикой твёрдого тела. Распространение акустич. волн в естеств. средах атмосфере, вод. среде, земной коре изучается в атмосферной акустике, геоакустике и гидроакустике; к последней примыкает важная прикладная область гидролокация.

На базе электроакустики, занимающейся вопросами электроакустич. преобразования, возникла прикладная область звукотехника, связанная с разработкой аппаратуры для передачи, записи, воспроизведения речи и музыки. С электроакустикой тесно связана и область акустич. измерений. К прикладным областям А. можно отнести архитектурную акустику и строительную акустику, а также весьма большой раздел, связанный с изучением шумов и вибраций и борьбой с ними.

Огромное прикладное значение имеют УЗ и гиперзвук, используемые в УЗ технике, акустоэлектронике и акустооптике. Особый раздел А.-биологическая А., занимается изучением звукоизлучающих и звукопринимающих органов человека и животных, проблемами речеобразования, передачи и восприятия речи, воздействия акустич. волн на биол. объекты.

К её подразделам относятся психологическая и физиологическая акустика. Результаты биол. А. используются в электроакустике, архитектурной А., системах передачи речи, теории информации и связи, в музыке, медицине, биофизике и т. п. .