Акустика (от греч. akustikos - слуховой) - область физики, в к-рой 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 неск. веков до н. э. как учение о звуке, т. е. об упругих волнах,
воспринимаемых человеческим ухом (отсюда и происхождение назв. "А.").
Начало становления А. как физ. науки (17 в.) связано с исследованиями
системы, музыкальных тонов, их источников (струны, трубы), с измерениями
скорости распространения звука. До нач. 20 в. А. развивалась как раздел
механики. Создавалась общая теория ме-ханич. 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 колебат.
процесса на простые составляющие (метод Фурье) заложило основы анализа
звука н синтеза сложного звука из простых составляющих. Весь этот
классич. этап развития А. подытожен к нач. 20 в. Рэлеем (Дж. У. Стретт,
J. W. Strutt).
Новый этап развития А. начался в 20-е гг. 20 в. в связи с развитием
радиотехники и радиовещания, к-рые вызвали необходимость разработки
методов и средств преобразвания эл--магн. энергии в акустическую, и
обратно. В связи с развитием электроники и физики строения вещества
возникли новые направления в А.
В совр. А. можно выделить ряд разделов. Общие закономерности излучения,
распространения и приёма упругих колебаний п волн изучает теория звука,
широко использующая матем. методы, разработанные в общей теории
колебаний и волн. Наряду с волновым подходом для рассмотрения задач
распространения звука в определ. условиях (малость длины волны
по сравнению с масштабом препятствий) пользуются и представлениями о
звуковых лучах. По этому методич. признаку из общей теории звука
выделяется раздел лучевой А., или геометрической акустики (аналогично геом. оптике).
Применительно к различным характерным моделям сред распространения волн и
адекватным им методам рассмотрения акустич. полей сформировались такие
направления теории звука, как статистич. А., акустика движущихся сред, кристаллоакустика. Быстро развивается нелинейная акустика
,связанная с изучением волн большой амплитуды, для к-рых свойства среды
нельзя, как при классич. подходе, считать неизменными; сами звуковые
волны большой интенсивности возмущают среду, вследствие чего нарушается принцип суперпозиции
и возникает взаимодействие разл. волновых мод. Развитие нелинейной А.
обусловлено, в частности, мощным техн. прогрессом и возникшей
необходимостью рассмотрения излучения звука источниками большой
мощности.
Важнейший раздел А., наиб. тесно связанный
с другими ведущими областями совр. физики,- физ. А., занимающаяся изучением
особенностей распространения упругих волн в веществе - газообразном, твёрдом
или жидком, исследованием взаимодействия волн с веществом на разных уровнях,
в частности акустоэлектронного взаимодействия, акустооптического, фонон-фононного
взаимодействия и др. видов взаимодействия упругих волн с квазичастицами. Подразделами
физ. А. являются молекулярная акустика ,квантовая А., оптоакустика и др. Методы физ. А.- неотъемлемая часть арсенала эксперим. средств совр.
физики.
Распространение акустич. волн в естеств. средах - атмосфере, водах
Мирового океана, в земной коре и связанные с этим явления изучаются в атмосферной акустике, гидроакустике, геоакустике.
Акустич. 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 эл--акустич. преобразований и связана со всеми др.
областями А., т. к. аппаратура для разл. видов акустич. измерений, как
правило, базируется на преобразовании акустич. сигналов в электрические,
а способы излучения звука в большинстве случаев основаны на
преобразовании электрич. энергии в акустическую. К электроакустике
относится и изучение фундам. физ. вопросов, связанных с эффектами
эл--механич. и эл--акустич. преобразований в веществе, поэтому здесь она
тесно смыкается с физ. А.
К прикладным областям А. можно отнести архитектурную А., строительную
А., музыкальную А., а также весьма большой раздел совр. А., связанный с
изучением шумов
и вибраций и созданием методов борьбы с ними. Изучение аэродинамич.
генерации шумов большой интенсивности относится к проблемам нелинейной
акустики; здесь имеется также самая тесная связь с совр. аэродинамикой,
так что иногда говорят о спец. разделе А.- аэроакустике.
Огромное прикладное значение как в технике физ. эксперимента, так и в
промышленности, на транспорте, в медицине и др. имеет т. н. УЗ-техника
(см. Ультразвук
).В устройствах УЗ-техники используются как ультразвуковой, так и
гиперзвуковой, а частично и звуковой диапазоны частот. УЗ применяется
как средство воздействия на вещество (напр., УЗ-технология в
промышленности, терапия и хирургия в медицине), для получения информации
(контрольно-измерит. применения УЗ, УЗ-диагностика, гидролокация),
обработки сигналов (акустоэлектроника, акустооптика).
Особый раздел А.- биол. А.- 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 физиологич. и психологич. А. Результаты этих исследований используются в звукотехнике, архитектурной А., при разработке систем передачи речи, в теории информации и связи, в музыке, медицине, биофизике и т. п.
И. П. Голямина
|
|
 |
