Akustika

(ot grech. akustikos - sluhovoi).

Oblast' fiziki, v kotoroi issleduyutsya uprugie kolebaniya i volny ot samyh nizkih chastot (uslovno ot 0 Gc) do predel'no vysokih (10¹²-10¹³ Gc), processy ih vozbuzhdeniya i rasprostraneniya, vzaimodeistvie ih s veshestvom i raznoobraznye primeneniya.

Akustika - odna iz samyh drevnih oblastei znaniya. Ona voznikla za neskol'ko vekov do n. e. kak uchenie o zvuke, t.e. ob uprugih volnah vosprinimaemyh chelovecheskim uhom (otsyuda i proishozhdenie nazvaniya akustika). Nachalo stanovleniya akustiki kak fizicheskoi nauki (17 v.) svyazano s issledovaniyami sistemy muzykal'nyh tonov, ih istochnikov (struny, truby), s izmereniyami skorosti rasprostraneniya zvuka. Do nachala 20 veka akustika razvivalas' kak razdel mehaniki. Sozdavalas' obshaya teoriya mehanicheskih kolebanii, izlucheniya i rasprostraneniya zvukovyh voln v srede, razrabatyvalis' metody izmerenii parametrov zvukovyh voln - zvukovogo davleniya, potoka energii, skorosti rasprostraneniya. Diapazon issleduemyh uprugih voln rasshirilsya i ohvatil oblasti nizhe (infrazvuk) i vyshe (ul'trazvuk) oblasti slyshimyh chastot. Sozdanie metodov razlozheniya slozhnogo kolebatel'nogo processa na prostye sostavlyayushie (metod Fur'e) zalozhilo osnovy analiza zvuka i sinteza slozhnogo zvuka iz prostyh sostavlyayushih. Ves' etot klassicheskii etap razvitiya akustiki podytozhen k nachalu 20 v. Releem (Dzh.U.Strett, J.W.Strutt).

Novyi etap razvitiya akustiki nachalsya v 20-e gg. 20 v. v svyazi s razvitiem radiotehniki i radioveshaniya, kotorye vyzvali neobhodimost' razrabotki metodov i sredstv preobrazovaniya elektromagnitnoi energii v akusticheskuyu, i obratno. V svyazi s razvitiem elektroniki i fiziki stroeniya veshestva voznikli novye napravleniya v akustike.

V sovremennoi akustike mozhno vydelit' ryad razdelov. Obshie zakonomernosti izlucheniya, rasprostraneniya i priema uprugih kolebanii i voln izuchaet teoriya zvuka, shiroko ispol'zuyushaya matematicheskie metody, razrabotannye v obshei teorii kolebanii i voln. Naryadu s volnovym podhodom dlya rassmotreniya zadach rasprostraneniya zvuka v opredelennyh usloviyah (malost' dliny volny po sravneniyu s masshtabom prepyatstvii) pol'zuyutsya i predstavleniyami o zvukovyh luchah. Po etomu metodicheskomu priznaku iz obshei teorii zvuka vydelyaetsya razdel luchevoi akustiki, ili geometricheskoi akustiki (analogichno geometricheskoi optike).

Primenitel'no k razlichnym harakternym modelyam sred rasprostraneniya voln i adekvatnym im metodam rassmotreniya akusticheskih polei sformirovalis' takie napravleniya teorii zvuka, kak statisticheskaya akustika, akustika dvizhushihsya sred, kristalloakustika. Bystro razvivaetsya nelineinaya akustika, svyazannaya s izucheniem voln bol'shoi amplitudy, dlya kotoryh svoistva sredy nel'zya, kak pri klassicheskom podhode, schitat' neizmennymi; sami zvukovye volny bol'shoi intensivnosti vozmushayut sredu, vsledstvie chego narushaetsya princip superpozicii i voznikaet vzaimodeistvie razlichnyh volnovyh mod. Razvitie nelineinoi akustiki obuslovleno, v chastnosti, moshnym tehnicheskim progressom i voznikshei neobhodimost'yu rassmotreniya izlucheniya zvuka istochnikami bol'shoi moshnosti.

Vazhneishii razdel akustiki, naibolee tesno svyazannyi s drugimi vedushimi oblastyami sovremennoi fiziki, - fizicheskaya akustika, zanimayushayasya izucheniem osobennostei rasprostraneniya uprugih voln v veshestve - gazoobraznom, tverdom ili zhidkom, issledovaniem vzaimodeistviya voln s veshestvom na raznyh urovnyah, v chastnosti akustoelektronnogo vzaimodeistviya, akustoopticheskogo, fonon-fononnogo vzaimodeistviya i dr. vidov vzaimodeistviya uprugih voln s kvazichasticami. Podrazdelami fizicheskoi akustiki yavlyayutsya molekulyarnaya akustika, kvantovaya akustika, optoakustika i dr. Metody fizicheskoi akustiki - neot'emlemaya chast' arsenala eksperimental'nyh sredstv sovremennoi fiziki.

Rasprostranenie akusticheskih voln v estestvennyh sredah - atmosfere, vodah Mirovogo okeana, v zemnoi kore i svyazannye s etim yavleniya izuchayutsya v atmosfernoi akustike, gidroakustike, geoakustike. Akusticheskie volny yavlyayutsya vazhneishim sredstvom zondirovaniya etih sred, srodstvom polucheniya informacii ob ih stroenii i o nalichii v nih raznoobraznyh vklyuchenii. K gidroakustike tesno primykaet takaya vazhnaya i shiroko razvitaya prikladnaya oblast', kak gidrolokaciya.

Elektroakustika izuchaet voprosy elektroakusticheskih preobrazovanii i svyazana so vsemi drugimi oblastyami akustiki, t. k. apparatura dlya razlichnyh vidov akusticheskih izmerenii, kak pravilo, baziruetsya na preobrazovanii akusticheskih signalov v elektricheskie, a sposoby izlucheniya zvuka v bol'shinstve sluchaev osnovany na preobrazovanii elektricheskoi energii v akusticheskuyu. K elektroakustike otnositsya i izuchenie fundamental'nyh fizicheskih voprosov, svyazannyh s effektami elektromehanicheskih i elektroakusticheskih preobrazovanii v veshestve, poetomu zdes' ona tesno smykaetsya s fizicheskoi akustikoi.

Ogromnoe prikladnoe znachenie kak v tehnike fizicheskogo eksperimenta, tak i v promyshlennosti, na transporte, v medicine i dr. imeet t. n. UZ-tehnika (sm. Ul'trazvuk). V ustroistvah UZ-tehniki ispol'zuyutsya kak ul'trazvukovoi, tak i giperzvukovoi, a chastichno i zvukovoi diapazony chastot. UZ primenyaetsya kak sredstvo vozdeistviya na veshestvo (naprimer, UZ-tehnologiya v promyshlennosti, terapiya i hirurgiya v medicine), dlya polucheniya informacii (kontrol'no-izmeritel'nye primeneniya UZ, UZ-diagnostika, gidrolokaciya), obrabotki signalov (akustoelektronika, akustooptika).

Osobyi razdel akustiki - biologicheskaya akustika - zanimayushayasya voprosami rasprostraneniya akusticheskih voln v zhivyh tkanyah, vozdeistviya UZ na biotkan', izucheniem zvukoizluchayushih i zvukoprinimayushih organov u zhivyh organizmov. Issledovaniem organov i processov zvukovospriyatiya i zvukoizlucheniya u cheloveka, a takzhe problemami recheobrazovaniya, peredachi i vospriyatiya rechi zanimaetsya fiziologicheskaya i psihologicheskaya akustika. Rezul'taty etih issledovanii ispol'zuyutsya v zvukotehnike, arhitekturnoi akustike, pri razrabotke sistem peredachi rechi, v teorii informacii i svyazi, v muzyke, medicine, biofizike i t. p.