Акустическая энциклопедия

Акустика

(от греч. akustikos - слуховой, слушающийся), в узком смысле слова - учение о звуке, т. е. об упругих колебаниях и волнах в газах, жидкостях и твёрдых телах, слышимых человеческим ухом (частоты таких колебаний находятся в диапазоне 16 гц-20 кгц); в широком смысле - область физики, исследующая упругие колебания и волны от самых низких частот (условно от 0 гц) до предельно высоких частот 1012-1013 гц, их взаимодействия с веществом и применения этих колебаний (волн).

Акустический институт Академии наук СССР (АКИН)

научно-исследовательское учреждение, в котором ведутся работы в области акустики. Создан в Москве в 1953 на базе Акустической лаборатории Физического института им. П. Н. Лебедева АН СССР. Основные направления работ института (1968): исследования по распространению и дифракции звука, физиологической акустике, нелинейной акустике, ультразвуку, физической акустике жидкости и газов, акустике твёрдого тела и квантовой акустике, акустике океана; изыскание новых материалов, применяемых в акустических преобразователях; изыскание новых вибропоглощающих материалов и методов борьбы с шумами и вибрациями. Архитектурная акустика - акустика помещений, область акустики, изучающая распространение звуковых волн в помещении, отражение и поглощение их поверхностями, влияние отражённых волн на слышимость речи и музыки. Целью исследований служит создание приёмов проектирования залов (театральных, концертных, лекционных, радиостудий и т. п.) с заранее предусмотренными хорошими условиями слышимости.

Бел

единица логарифмической относительной величины (логарифма отношения двух одноимённых физических величин), применяется в электротехнике, радиотехнике, акустике и других областях физики; обозначается б или В, названа по имени американского изобретателя телефона А. Г. Белла. Число N белов, соответствующее отношению двух энергетических величин P1 и P2 (к которым относятся мощность, энергия, плотность энергии и т.д.), выражается формулой N = lg(P1/P2), а для "силовых" величин F1 и F2 (напряжения, силы тока, давления, напряжённости поля и др.) N = 2·lg(F1/F2). Обычно применяют 0,1 долю Бел, называемою децибелом (дб, dB).

Белый шум

шум, в котором звуковые колебания разной частоты представлены в равной степени, т. е. в среднем интенсивности звуковых волн разных частот примерно одинаковы, например шум водопада. Название "Белый шум" - по аналогии с белым светом. См. также Шум.

Воспринимаемый уровень звука (PN дБ)

уровень звукового давления случайного шума в полосе от одной трети октавы до одной октавы в окрестности частоты 1000 Гц, соответствующий, по оценке «нормальных» слушателей, громкости рассматриваемого шума.

Время реверберации

промежуток времени после выключения источника звука, в течение которого реверберационный звук данной частоты ослабевает на 60 дБ. Обычно измеряют время для первых 30 дБ ослабления и экстраполируют результат.

Высота звука

характеристика слухового восприятия, позволяющая распределить звуки по шкале от низких до высоких звуков. Зависит преимущественно от частоты, но также от величины звукового давления и формы волны.

Громкость звука

величина, характеризующая слуховое ощущение для данного звука. Громкость звука сложным образом зависит от звукового давления (или интенсивности звука), частоты и формы колебаний. При неизменной частоте и форме колебаний громкость звука растет с увеличением звукового давления. При одинаковом звуковом давлении Громкость звука чистых тонов (гармонических колебаний) различной частоты различна, т. е. на разных частотах одинаковую громкость могут иметь звуки разной интенсивности. Громкость звука данной частоты оценивают, сравнивая её с громкостью простого тона частотой 1000 гц. Уровень звукового давления (в дб) чистого тона с частотой 1000 гц, столь же громкого (сравнением на слух), как и измеряемый звук, называется уровнем громкости данного звука (в фонах). Громкость звука для сложных звуков оценивают по условной шкале в сонах. Громкость звука является важной характеристикой музыкального звука.

Децибел

(от деци... и бел) - дольная единица от бела - единицы логарифмической относительной величины (десятичного логарифма отношения двух одноимённых физических величин - энергий, мощностей, звуковых давлений и др.); равна 0,1 бел. Обозначения: русское дб, международное dB. Децибел чаще применяется на практике, чем основная единица - бел.

Звуковое давление

давление, дополнительно возникающее при прохождении звуковой волны в жидкой и газообразной среде. Распространяясь в среде, звуковая волна образует сгущения и разрежения, которые создают добавочные изменения давления по отношению к среднему значению давления в среде. Т. о., звуковое давление представляет собой переменную часть давления, т. е. колебания давления относительно среднего значения, частота которых соответствует частоте звуковой волны. Звуковое давление - основная количественная характеристика звука. Единица измерения Звукового давления в системе единиц СИ - ньютон на м2 (ранее употреблялась единица бар: 1 бар = 10-1 н/м2). Иногда для характеристики звука применяется уровень звукового давления - выраженное в дб отношение величины данного звукового давления к пороговому значению З. д. ро = 2-10-5 н/м2. При этом число децибел N = 20 lg (p/po). Звуковое давление в воздухе изменяется в широких пределах - от 10-5 н/м2 вблизи порога слышимости до 103 н/м2 при самых громких звуках, например шумах реактивных самолётов. В воде на ультразвуковых частотах порядка нескольких Мгц с помощью фокусирующих излучателей получают значение З. д. до 107 н/м2. При значительном звуковом давлении наблюдается явление разрыва сплошности жидкости - кавитация. Звуковое давление следует отличать от давления звука.

Звукоизоляция ограждающих конструкций зданий

ослабление звука при его проникновении через ограждения зданий в более широком смысле - совокупность мероприятий по снижению уровня шума, проникающего в помещения извне. Количественная мера звукоизоляции ограждающих конструкций, выражаемая в децибелах (дб), называется звукоизолирующей способностью. Различают звукоизоляцию от воздушного и ударного звуков. Звукоизоляция от воздушного звука характеризуется снижением уровня этого звука (речи, пения, радиопередачи) при прохождении его через ограждение и оценивается частотной характеристикой звукоизоляции в диапазоне частот 100-3200 гц с учётом влияния звукопоглощения изолируемого помещения. Звукоизоляция от ударного звука (шагов людей, передвигания мебели и т.п.) зависит от уровня звука, возникающего под перекрытием, и оценивается частотной характеристикой приведённого уровня звукового давления в том же диапазоне частот при работе на перекрытии стандартной ударной машины, также с учётом звукопоглощения изолируемого помещения.

Звукопоглощающие конструкции

устройства для поглощения падающих на них звуковых волн. Звукопоглощающие конструкции включают звукопоглощающие материалы, средства их укрепления, иногда - декоративные покрытия. Наиболее распространённые типы звукопоглощающих конструкций - звукопоглощающие облицовки внутренних поверхностей (потолков, стен, вентиляционных каналов, шахт лифтов и т. п.), штучные звукопоглотители, элементы активных глушителей шума.

Импеданс акустический

комплексное сопротивление, которое вводится при рассмотрении колебаний акустических систем (излучателей, рупоров, труб и т. п.). Импеданс акустический представляет собой отношение комплексных амплитуд звукового давления и объёмной колебательной скорости частиц среды (последняя равна произведению усреднённой по площади колебательной скорости на площадь, для которой определяется И. а.). Комплексное выражение «Импеданс акустический» имеет вид Za = Ra + i Xa, где i - мнимая единица. Разделяя комплексный Импеданс акустический на вещественную и мнимую части, получают активную Ra и реактивную Xa составляющие Импеданс акустический - активное и реактивное акустические сопротивления. Первое связано с трением и потерями энергии на излучение звука акустической системой, а второе - с реакцией сил инерции (масс) или сил упругости (гибкости). Реактивное сопротивление в соответствии с этим бывает инерционное или упругое.

Коэффициент поглощения (α)

если поверхность находится в звуковом поле, то «α» есть отношение звуковой энергии, поглощенной поверхностью, к энергии, падающей на нее. Если поглощается 60 % падающей энергии, то коэффициент поглощения равен 0,6.

Музыкальная акустика

наука, изучающая объективные физические закономерности музыки в связи с её восприятием и исполнением. Исследует такие явления, как высота звука, громкость звука, тембр и длительность музыкальных звуков, консонанс и диссонанс, музыкальных системы и строи. Занимается изучением музыкального слуха, исследованием музыкальных инструментов и человеческих голосов. Выясняет, как физические и психофизиологические закономерности музыки отражаются в специфических законах этого искусства и воздействуют на их эволюцию. В музыкальной акустике используются данные и методы общей физической акустики, изучающей процессы возникновения и распространения звука. Она тесно связана с архитектурной акустикой, с психологией восприятия, физиологией слуха и голоса. Музыкальная акустика привлекается для объяснения ряда явлений в области гармонии, музыкальных инструментов, инструментовки и т.д. Ограждающие конструкции зданий и сооружений, строительные конструкции (стены, перекрытия, покрытия, заполнения проёмов, перегородки и т.д.), ограничивающие объём здания (сооружения) и разделяющие его на отдельные помещения. Основное назначение ограждающих конструкций защита (ограждение) помещений от температурных воздействий, ветра, влаги, шума, радиации и т.п., в чём состоит их отличие от несущих конструкций, воспринимающих силовые нагрузки; это отличие условно, т.к. часто ограждающие и несущие функции совмещаются в одной конструкции (стены, перегородки, плиты перекрытий и покрытий и др.). Ограждающие конструкции разделяют на внешние (или наружные) и внутренние. Внешние служат главным образом для защиты от атмосферных воздействий, внутренние) в основном для разделения внутреннего пространства здания и шумоизоляции.

Поглощение звука

превращение энергии звуковой волны в другие виды энергии, и в частности в тепло; характеризуется коэффициентом поглощения а, который определяется как величина, обратная расстоянию, на котором амплитуда звуковой волны уменьшается в е = 2,718 раз. а выражается в см-1 т.е. в неперах на см или же в децибелах на м (1 дб/м = 1,15·10-3 см-1).

Порог слышимости

минимальная величина звукового давления, при которой звук данной частоты может быть ещё воспринят ухом человека. Величину «порог слышимости» принято выражать в децибелах, принимая за нулевой уровень звукового давления 2·10-5 н/м2 или 2·10-4 н/м2 при частоте 1 кгц (для плоской звуковой волны). Порог слышимости зависит от частоты звука. При действии шумов и др. звуковых раздражений П. с. для данного звука повышается, причём повышенное значение порога слышимости сохраняется некоторое время после прекращения действия мешающего фактора, а затем постепенно возвращается к исходному уровню. У разных людей и у одних и тех же лиц в разное время порога слышимости может различаться в зависимости от возраста, физиологического состояния, тренированности. Измерения порога слышимости обычно производятся методами аудиометрии.

Реверберация

(позднелат. reverberatio - отражение, от лат. reverbero - отбрасываю), процесс постепенного затухания звука в закрытых помещениях после выключения его источника. Воздушный объём помещения представляет собой колебательную систему с очень большим числом собственных частот. Каждое из собственных колебаний характеризуется своим коэффициентом затухания, зависящим от поглощения звука при его отражении от ограничивающих поверхностей и при его распространении. Поэтому возбуждённые источником собственные колебания различных частот затухают неодновременно. Реверберация оказывает значительное влияние на слышимость речи и музыки в помещении, т.к. слушатели воспринимают прямой звук на фоне ранее возбуждённых колебаний воздушного объёма, спектры которых изменяются во времени в результате постепенного затухания составляющих собственных колебаний. Влияние реверберации тем более значительно, чем медленнее они затухают. В помещениях, размеры которых велики по сравнению с длинами волн, спектр собственных колебаний можно считать непрерывным и представлять реверберацию как результат сложения прямого звука и ряда запаздывающих и убывающих по амплитуде его повторений, обусловленных отражением от ограничивающих поверхностей.

Строительная акустика

научная дисциплина, изучающая вопросы защиты помещений, зданий и территорий населённых мест от шума архитектурно-планировочными и строительно-акустическими (конструктивными) методами. Строительную акустику рассматривают и как отрасль прикладной акустики, и как раздел строительной физики. К архитектурно-планировочным методам строительной акустики относятся: рациональные (с точки зрения защиты от шума) объёмно-планировочные решения зданий и помещений; удаление источников шума от защищаемых объектов; оптимальная планировка микрорайонов, жилых районов, а также территорий промышленных предприятий.

Фон

(от греч. phone - звук) - единица уровня громкости звука. В связи с тем, что на разных частотах одинаковую громкость могут иметь звуки разной интенсивности (различающиеся звуковым давлением), громкость звука оценивают, сравнивая её с громкостью стандартного чистого тона (обычно частотой 1000 гц). 1 Фон - разность уровней громкости двух звуков данной частоты, для которых равные по громкости звуки с частотой 1000 гц отличаются по интенсивности (уровню звукового давления) на 1 децибел. Для чистого тона частотой 1000 гц шкала Фона совпадает со шкалой децибел.

Шум

беспорядочные колебания различной физической природы, отличающиеся сложностью временной и спектральной структуры. В быту под шумом понимают разного рода нежелательные акустические помехи при восприятии речи, музыки, а также любые звуки, мешающие отдыху, работе. Шум играет существенную роль во многих областях науки и техники: акустике, радиотехнике, радиолокации, радиоастрономии, теории информации, вычислительной технике, оптике, медицине и др. Шум, независимо от физической природы, отличается от периодических колебаний случайным изменением мгновенных значений величин, характеризующих данный процесс. Часто шум представляет собой смесь случайных и периодических колебаний. Для описания шума применяют различные математические модели в соответствии с их временной, спектральной и пространственной структурой. Для количественной оценки шума пользуются усреднёнными параметрами, определяемыми на основании статистических законов, учитывающих структуру шума в источнике и свойства среды, в которой шум распространяется.

Шумозащита

комплекс мероприятий (технических, архитектурно-планировочных, строительно-акустических и др.), осуществляемых для защиты от шума и ограничения его уровня в помещениях, зданиях и на территории населённых мест в соответствии с требованиями санитарных норм. Эффективная шумозащита в значительной мере способствует повышению степени благоустройства населённых мест, оздоровлению условий быта, труда и отдыха населения. См. также Звукоизоляция ограждающих конструкций зданий, Звукопоглощающие конструкции, Строительная акустика.

Шумомер

прибор для объективного измерения уровня громкости звука (шума). Шумомер содержит ненаправленный измерительный микрофон, усилитель, корректирующие фильтры, детектор и стрелочный прибор - индикатор. Общая схема шумомера выбрана так, чтобы его свойства приближались к свойствам человеческого уха. Чувствительность уха зависит от частоты звука, а вид этой зависимости изменяется с изменением интенсивности измеряемого шума (звука). Поэтому в шумомере имеются 3 комплекта фильтров, обеспечивающих нужную форму частотной характеристики при малой громкости ~40 фон (используется в диапазоне 20-55 фон), В - средней громкости ~70 фон (55-85 фон) и С - большой громкости (85-140 фон). Характеристика при большой громкости равномерна в полосе частот 30-8000 гц. Шкала А применяется также для измерения уровня громкости, выраженного в единицах - децибел с пометкой А, т. е. дб (А), при любой громкости. Величиной уровня звука в дб (А) пользуются при нормировании громкости шума в промышленности, жилых домах и на транспорте. Переключение фильтров производится вручную в зависимости от громкости измеряемого звука (шума). Выпрямленный квадратичным детектором сигнал усредняется за время, соответствующее постоянной времени уха 50-60 мсек (промежуток времени, в течение которого ухо вследствие своей инерционности воспринимает два отд. звуковых сигнала как один слитный). Шкала выходного прибора градуируется в децибелах относительно среднеквадратичного уровня звукового давления (2·10-5 н/м2) по одной из 3 шкал - А, В или С. Современный шумомер представляет собой компактный портативный прибор, питание которого осуществляется при помощи находящихся внутри сухих батарей. Микрофон, электронная схема и индикатор шумомера должны быть предельно устойчивы по отношению к изменениям температуры, влажности, барометрического давления, а также стабильны во времени.

ЭХО

отраженный звук, достигающий слушателя с таким большим запозданием, что вызывает ощущение, отдельное от ощущения прямого звука.