Преглед на кода на Акустика

'''Акустиката''' е дял от [[физика]]та, [[наука]] за [[звук]]а и трептенията (колебанията) на твърдите, течни и газообразни [[вещество|вещества]],<ref>[http://rechnik.info/акустика rechnik.info]</ref> а [[електроакустика]]та изучава методите и техническите средства за превръщане на тези трептения в електрически сигнали и обратно – превръщането на електрическите трептения в механични и от тях – в [[звукова вълна|звукови вълни]].

== История ==
Акустиката е възникнала още в зората на човешката история вследствие на интереса на хората към [[музика]]та. Първоначалните познания в тази област са имали чисто емпиричен, а често дори и мистичен характер. Например, [[китай]]ският [[Философия|философ]] [[Фохи]], живял около 3000 г. преди новата ера, се е опитвал да намери връзка между височината на [[Музикален тон|тона]] и петте елемента – [[земя]], [[вода]], [[въздух]], [[огън]] и [[вятър]].

В общ план, понятията на древните източни народи като [[китайци]], [[индуси]] и [[араби]] в областта на музиката и акустиката значително са се отличавали от съвременните – индусите в своите музикално-теоретични трудове „Морето на звуците“ и „Огледало на музиката“ разделят [[октава]]та на 22 тонални промеждутъка, а арабите разделят октавата на 17 тона.

За първи път в музикалните теории на древните [[гърци]] се появяват много елементи, приближаващи се до съвременните теории. [[Питагор|Питагор Самоски]], повече познат като [[математик]], допълнил тоналната скала на орфеевата [[лира (музикален инструмент)|лира]], която съдържала само до-фа-сол-до, до пълната диатонична гама до-ре-ми-фа-сол-ла-си-до. Пак той е открил връзката между дължината на [[струна]]та или тръбата на [[музикален инструмент|музикалния инструмент]] и височината на тона, а [[Квинталион]] доказал с помощта на сламка наличието на [[резонанс]] на струната.

Първите сведения за физическата природа на звука се отнасят към [[5 век]]. Учените [[Архелой]] и [[Зенон от Елея|Зенон]], които принадлежат към различни [[философска школа|философски школи]], са смятали, че звукът е процес на свиване и разреждане на въздуха. Най-точна формулировка намираме във втората книга на „Физика“ на [[Хрисип]]: „Чуването става, защото въздухът между слушателите и звучащия предмет трепти кръгообразно, а след това се разпространява като вълни и достига ухото подобно на водата във водоема, която се раздвижва във вид на кръгови вълни около хвърления камък.“ [[Витрувий]] също е привеждал използвания и до днес пример с водните кръгове за нагледна илюстрация на разпространението на звука, като при това е изтъквал, че за разлика от повърхностните вълни във водата, при звука това разпространение става във вид на пространствени, т.е. сферични вълни.

[[Древна Гърция|Древните гърци]] са познавали в общи черти и законите за разпространение и отражение на звука. За това може да се съди от [[архитектура]]та на античните [[театър|театри]].

Античните артисти са използвали [[рупор]]а за усилване на говора, а според описанията [[Александър Македонски]] е използвал за събиране на [[Армия|войската]] си [[рог]], който се е чувал на 18 километра.

Развитието на акустиката, както впрочем и на всички [[естествени науки]], е било задържано от [[Аристотел]], който смятал, че [[експеримент]]ът е недостойно занимание за един учен.

Развитието на акустиката като физическа наука може да се раздели на три периода:

=== Първи период ===
Първият период обхваща годините от началото на седемнадесети до началото на [[18 век]]. Той се характеризира с изследване на системата от музикални [[Музикален тон|тонове]] и техните източници – струни и тръби. Тогава станала известна връзката между височината на тона и броя трептения за единица време, което се споменава едновременно в „Диалозите“ на [[Галилей]] и в „Книга за хармонията“ на [[Мърсен]]. Последният освен това за пръв път определил скоростта на звука по броя удари на [[пулс]]а между блясъка на изстрела и възприемането на звука, като въпреки примитивните средства е получил твърде точни резултати. Пак той определил, че скоростта на звука не зависи от височината на тона, като измервал скоростта на звука от изстрел с пушка и оръдие. През [[1678]] г. [[Робърт Хук]] формирал своя знаменит закон за пропорционалността между силата и деформацията, с което създал основата за развитие на учението за звука, а [[Кристиан Хюйгенс]] формулирал принципите на вълновото движение.

През седемнадесети век се очертава един стремеж на хората към развлеченията и увлечение по необичайното и вълшебното. Забележителната работа на [[Кирхер]] „Фонургия – новото изкуство на отгласите и звуците“ се занимава почти изключително с явленията [[ехо]] и шепнещи сводове. В същата книга авторът убедително препоръчва сериозната музика като средство за лечение на ухапване от тарантул. Впрочем, някои хора по това време наистина са смятали, че в затворена кутия вследствие на големия път при многократно ехо, звукът може да се запази дълго време.

=== Втори период ===
Вторият период, започващ от началото на осемнадесети век, се характеризира с това, че акустиката се развива като дял от [[механика]]та. Тогава се създава общата теория на механичните трептения, излъчването и разпространението на звуковите вълни. Разработват се методи за измерване на характеристиките на звука. Изяснява се физическата същност на [[тембър]]а.

Учените [[Леонард Ойлер]], [[Даниел Бернули]], [[Жан Д'Аламбер]] и [[Лагранж]] разработват теорията на трептението на струни, прътове и пластини и обясняват произхода на [[обертон]]овете.

За основател на експерименталната акустика може да се смята [[Германия|немският]] учен [[Ернст Хладни]] ([[1756]] – [[1827]]), чието знаменито ръководство „Акустика“ се появява през [[1802]] г. В него се изследва експериментално характерът на трептенията на различни звучащи тела – мембрана, пластина и камбана. Това е ставало с помощта на така наречените „пясъчни фигури на Хладни“ – при посипването на вибрираща повърхност със сух ситен [[пясък]] той се изтласква от зоните, където амплитудата на вибрациите е максимална, и се натрупва в зоните с минимална амплитуда на вибрациите, като по този начин те стават „видими“.

[[Англия|Англичанинът]] [[Томас Юнг]] и [[Франция|французинът]] [[Френел]] развиват представата на Хюйгенс за разпространението на вълните и създават теорията на интерференцията и [[дифракция]]та. Австриецът [[Кристиан Доплер]] открива закона за изменение на честотата на звука при взаимно движение на излъчвателя и приемника.

През този период [[Шарл Фурие]] създава математическия метод за разлагане на периодичните процеси на синусоидални хармоници. На базата на това [[Херман фон Хелмхолц]] експериментално анализира звука с помощта на резонатори. Използвайки [[камертон]]и и [[резонатор]]и, Хелмхолц успява да възпроизведе различни гласни. Пак той е създал първата физическа теория на [[ухо]]то като слухов апарат.

Свой принос в акустиката са дали [[Вилхелм Вебер]], [[Готфрид Лайбниц]], Симон, [[Георг Ом]], а [[Джон Уилям Стрът|Лорд Релей]] обобщава целия този етап в своя класически труд „Теория на звука“.

На границата между [[19 век|19-и]] и [[20 век]] американският учен У. [[Себин]] положил основите на [[архитектурна акустика|архитектурната акустика]]. Той открил закона, свързващ времето на [[реверберация]] (послезвучене) в помещението със звукопоглъщането, и затова единицата мярка за звукопоглъщане носи неговото име.

=== Трети период ===
През месец юли [[1861]] г. във [[Франкфурт]]ското физическо общество [[Филип Рейс]] осъществява за пръв път предаване на говор по първообраза на [[телефон]]а, като по този начин поставя началото на третия етап в развитието на акустиката – етапа на електроакустиката. Предложените от него микрофон и слушалка след това били усъвършенствани от [[Бел]] (слушалката) и [[Юз]], който предложил въгленовия [[микрофон]], използван и в повечето телефонни апарати. През [[1917]] г. [[Венте]] изобретява кондензаторния микрофон, а през [[1924]] г. се появява разработеният от [[Валтер Шотки]] и [[Валтер Герлах]] лентов микрофон. Широко използваният динамичен микрофон е предложен от Венте и [[Терас]] през [[1931]] г.

Електродинамичният [[високоговорител]] във вида, в който се използва днес, е предложен от [[Гейс]] и [[Келог]] от фирмата [[Дженерал Електрик]].

Развитието на електроакустиката продължава и в наши дни, като все още се очакват новите открития, които биха извели електроакустичните преобразуватели и главно излъчвателите на нивото на качествените показатели на съвременната [[звукозапис]]на и усилвателна апаратура.

== Основни понятия ==
=== Сила на звука ===
Сила на звука се нарича интензивността на звуковата вълна. Измерва се в W/m<sup>2</sup>. Тя се изменя обратнопропорционално на квадрата от разстоянието, на което се намира точковият източник. Диапазонът, в който човек възприема звуковите трептения, е от 10<sup>-12</sup> W/m<sup>2</sup> до 1 W/m<sup>2</sup>. Понякога долната граница се нарича праг на чуване, а горната – праг на болката.

Ултразвукови вълни с висока интензивност (от порядъка на 10<sup>6</sup> W/m<sup>2</sup>) се използват за механична обработка на материали (рязане, шлифоване), за получаване на хомогенни емулсии и др.

=== Ниво и гръмкост ===
Специфична особеност на човешкото ухо е, че ако интензивността на звука нараства в геометрична прогресия, интензивността на възприемане на звука се увеличава в аритметична прогресия, т.е. интензивността на звука, възприеман от ухото, е пропорционална на логаритъма на физичната интензивност (закон на Вебер-Фехнер).

За сравняване интензивността на звукови вълни се дефинира величината ''ниво на звука''
: <math>L = 10 lg I/I<sub>0</sub></math>
където I<sub>0</sub> e интензивност за сравнение, равна на 10<sup>-12</sup> W/m<sup>2</sup>, т.е приема се прагът на чуване при честота 1000 Hz. Единицата за ниво на звука е [[децибел]] (dB).

Освен това се оказва, че чувствителността на човешкото ухо към интензивността на звука за различни честоти е различна. Затова се въвежда величината ''гръмкост на звука''. Тя се дефинира като величина, чиято числена стойност при 1000 Hz съвпада с нивото на звуковата интензивност, изразено в децибели. За да се прави разлика, гръмкостта се измерва с единицата фон ([[phon]]). Гръмкостта на звука е 1 phon при ниво на звука 1 dB и честота 1000 Hz. При други честоти гръмкостта се определя, като се сравнява със звук с [[честота]] 1000 Hz. Зависимостта на чувствителността на човешкото ухо от честотата се изразява с кривите на еднаква гръмкост. Те се получават по експериментален път като средни стойности от измервания, проведени с голям брой лица с нормален слух.

=== Височина и тембър ===
Височината на звука се определя от честотата му. Но музикални звуци с еднаква височина и гръмкост, изпълнени на различни музикални инструменти, се възприемат различно или както се казва, имат различен [[тембър]]. Звукът от музикален инструмент с дадена височина е сложно периодично трептене, което може да се представи като [[наслагване на трептения|наслагване]] (суперпозиция) на прости [[Синус (математика)|синусоидални]] трептения с различни [[честота|честоти]] и [[амплитуда|амплитуди]]. Честотите на простите (хармоничните) трептения са целочислено кратни на честотата на основното трептене и се наричат ''хармоници'' на основната честота, или ''обертонове''. Съвкупността от всички хармоници (всеки със своята амплитуда) се нарича ''[[спектър]] на сложното трептене''. Тембърът на звука се определя от неговия спектър.

== Основни направления ==
Приложната акустика изследва акустичните явления от гледна точка на практическото им приложение и има много области, често твърде отдалечени една от друга.
* Физиологичната акустика се занимава с проблемите и устройството на слуха и [[Говорен апарат|звуко-говорния апарат]] на хората и животните.
* Архитектурната акустика се занимава проблемите на звукоизолацията и предаването и възприемането на звук в помещения, зали, театри (с нея се срещаме най-често).
* Музикалната акустика изучава и оптимизира [[Музикален инструмент|музикалните инструменти]]. Чрез нея и с помощта на компютри се създават неразличими по звучене и тембър двойници на инструментите, правени от старите майстори.
* Електроакустиката разработва [[микрофон]]и, [[високоговорител]]и и устройства за [[звукозапис]], звуковъзпроизвеждане и радиоразпространение.
* [[Хидроакустика]]та изследва разпространението на звука във водна среда (по-специално в [[океан]]ите и моретата). Постиженията ѝ са в основната на подводната звукова връзка, предсказването на морски бури и [[Земетресение|земетресения]], търсенето на рибни пасажи и потънали кораби.

== Бележки ==
<references/>

{{Портал Физика}}

{{Физика раздели}}

[[Категория:Акустика| ]]