Akustik ist die zwischendisziplinarische Wissenschaft, die sich mit der Studie aller mechanischen Wellen in Benzin, Flüssigkeiten und Festkörpern einschließlich Vibrierens, Tons, Ultraschalles und infrasound befasst. Ein Wissenschaftler, der im Feld der Akustik arbeitet, ist ein acoustician, während jemand, im Feld der Akustik-Technologie arbeitend, einen akustischen Ingenieur genannt werden kann. Die Anwendung der Akustik kann in fast allen Aspekten der modernen Gesellschaft mit dem offensichtlichsten Wesen das Audio und die Geräuschkontrollindustrien gesehen werden.

Das Hören ist eines der entscheidendsten Mittel des Überlebens in der Tierwelt, und Rede ist eine der am meisten kennzeichnenden Eigenschaften der menschlichen Entwicklung und Kultur. So ist es keine Überraschung, dass sich die Wissenschaft der Akustik über so viele Seiten unserer Gesellschaft — Musik, Medizin, Architektur, Industrieproduktion, Krieg und mehr ausbreitet. Kunst, Handwerk, Wissenschaft und Technologie haben einander provoziert, um den Ganzen, als in vielen anderen Feldern von Kenntnissen vorzubringen. Das 'Rad von Robert Bruce Lindsay der Akustik' ist eine gut akzeptierte Übersicht der verschiedenen Felder in der Akustik.

Das "akustische" Wort wird aus dem griechischen Wort (akoustikos), Bedeutung "oder für das Hören, bereit abgeleitet zu hören", und dass von  (akoustos), ", hat hörbar gehört", der der Reihe nach auf das Verb (akouo) zurückzuführen ist, "Höre ich".

Das lateinische Synonym ist "Schall-", nach dem der Begriff sonics gepflegt hat, ein Synonym für die Akustik und später einen Zweig der Akustik zu sein. Frequenzen oben und unter der hörbaren Reihe werden "Überschall-" und "infrasonic" beziehungsweise genannt.

Geschichte der Akustik

Frühe Forschung in der Akustik

Im 6. Jahrhundert v. Chr. hat der alte griechische Philosoph Pythagoras wissen wollen, warum einige Musikzwischenräume schöner geschienen sind als andere, und er Antworten in Bezug auf numerische Verhältnisse gefunden hat, die die harmonische Oberton-Reihe auf einer Schnur vertreten. Wie man hält, hat er bemerkt, dass, wenn die Längen, Schnuren vibrieren zu lassen, expressible als Verhältnisse von ganzen Zahlen (z.B 2 bis 3, 3 bis 4) sind, die erzeugten Töne harmonisch sein werden. Wenn, zum Beispiel, eine Schnur das Zeichen C, wenn abgerissen, erklingen lässt, wird eine Schnur zweimal so lange dasselbe Zeichen eine Oktave tiefer erklingen lassen. Die Töne werden dann zwischen durch 16:9 für D, 8:5 für E, 3:2 für F, 4:3 für G, 6:5 für A, und 16:15 für B, in aufsteigender Reihenfolge gegeben. Aristoteles (384-322 v. Chr.) hat verstanden, dass Ton aus Zusammenziehungen und Vergrößerungen der Luft bestanden hat, "fallend auf und die Luft schlagend, die daneben ist..." Ein sehr guter Ausdruck der Natur der Welle-Bewegung. In ungefähr 20 v. Chr. haben der römische Architekt und Ingenieur Vitruvius eine Abhandlung über die akustischen Eigenschaften von Theatern einschließlich der Diskussion der Einmischung, der Echos und des Widerhalls — die Anfänge der architektonischen Akustik geschrieben.

Das physische Verstehen von akustischen Prozessen ist schnell während und nach der Wissenschaftlichen Revolution vorwärts gegangen. Hauptsächlich hat Galileo Galilei (1564-1642) sondern auch Marin Mersenne (1588-1648) unabhängig die ganzen Gesetze entdeckt, Schnuren vibrieren zu lassen (vollendend, was Pythagoras und Pythagoreans 2000 Jahre früher angefangen hatten). Galileo hat geschrieben, dass "Wellen durch die Vibrationen eines klangvollen Körpers erzeugt werden, die sich durch die Luft ausbreiten, zum Trommelfell des Ohrs einen Stimulus bringend, den die Meinung als Ton", eine bemerkenswerte Behauptung interpretiert, die zu den Anfängen der physiologischen und psychologischen Akustik hinweist. Experimentelle Maße der Geschwindigkeit des Tons in Luft wurden erfolgreich zwischen 1630 und 1680 von mehreren Ermittlungsbeamten, prominent Mersenne ausgeführt. Inzwischen hat Newton (1642-1727) die Beziehung für die Welle-Geschwindigkeit in Festkörpern, einem Eckstein der physischen Akustik (Principia, 1687) abgeleitet.

Alter der Erläuterung und vorwärts

Das achtzehnte Jahrhundert hat Hauptfortschritte in der Akustik gesehen, weil Mathematiker die neuen Techniken der Rechnung angewandt haben, um Theorien der Schallwelle-Fortpflanzung sorgfältig auszuarbeiten. Im neunzehnten Jahrhundert waren die Hauptzahlen der mathematischen Akustik Helmholtz in Deutschland, der das Feld der physiologischen Akustik und Herrn Rayleigh in England konsolidiert hat, der die vorherigen Kenntnisse mit seinen eigenen reichlichen Beiträgen zum Feld in seiner kolossalen Arbeit "Die Theorie des Tons" verbunden hat. Auch im 19. Jahrhundert haben Wheatstone, Ohm und Henry die Analogie zwischen Elektrizität und Akustik entwickelt.

Das zwanzigste Jahrhundert hat ein Knospen von technologischen Anwendungen des großen Körpers von wissenschaftlichen Kenntnissen gesehen, die bis dahin im Platz waren. Die erste derartige Anwendung war die Groundbreaking-Arbeit von Sabine in der architektonischen Akustik, und viele andere sind gefolgt. Unterwasserakustik wurde verwendet, um Unterseeboote im ersten Weltkrieg zu entdecken. Lassen Sie Aufnahme erklingen, und das Telefon hat wichtige Rollen in einer globalen Transformation der Gesellschaft gespielt. Schallmessung und Analyse haben neue Niveaus der Genauigkeit und Kultiviertheit durch den Gebrauch der Elektronik und die Computerwissenschaft erreicht. Die Überschallfrequenzreihe hat ganz neue Arten der Anwendung in der Medizin und Industrie ermöglicht. Neue Arten von Wandlern (Generatoren und Empfänger der akustischen Energie) wurden erfunden und zum Gebrauch gestellt.

Grundsätzliche Konzepte der Akustik

Die Studie der Akustik kreist um die Generation, die Fortpflanzung und den Empfang von mechanischen Wellen und Vibrationen.

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Die im obengenannten Diagramm gezeigten Schritte können in jedem akustischen Ereignis oder Prozess gefunden werden. Es gibt viele Arten der Ursache, sowohl natürlich als auch willensmäßig. Es gibt viele Arten des Transduction-Prozesses, die Energie von einer anderen Form in die Schallenergie umwandeln, eine Schallwelle erzeugend. Es gibt eine grundsätzliche Gleichung, die Schallwelle-Fortpflanzung beschreibt, aber die Phänomene, die daraus erscheinen, werden geändert und häufig Komplex. Die Welle trägt Energie überall im sich fortpflanzenden Medium. Schließlich ist diese Energie transduced wieder in andere Formen auf Weisen, die wieder natürlich und/oder willensmäßig erfunden sein können. Die Endwirkung kann rein physisch sein, oder sie kann weit in die biologischen oder willensmäßigen Gebiete reichen. Die fünf grundlegenden Schritte werden ebenso gut gefunden, ob wir über ein Erdbeben, ein Unterseeboot mit dem Echolot sprechen, um seinen Feind oder ein Band ausfindig zu machen, das in einem Felsen-Konzert spielt.

Die Hauptbühne im akustischen Prozess ist Welle-Fortpflanzung. Das fällt innerhalb des Gebiets der physischen Akustik. In Flüssigkeiten pflanzt sich Ton in erster Linie als eine Druck-Welle fort. In Festkörpern können mechanische Wellen viele Formen einschließlich Längswellen, Querwellen und Oberflächenwellen annehmen.

Akustik sieht erst auf die Druck-Niveaus und Frequenzen in der Schallwelle aus. Prozesse von Transduction sind auch der speziellen Wichtigkeit.

Welle-Fortpflanzung: Druck-Niveaus

In Flüssigkeiten wie Luft und Wasser pflanzen sich Schallwellen als Störungen im umgebenden Druck-Niveau fort. Während diese Störung gewöhnlich klein ist, ist es noch zum menschlichen Ohr bemerkenswert. Der kleinste Ton, den eine Person, bekannt als die Schwelle des Hörens hören kann, ist neun Größenordnungen, die kleiner sind als der umgebende Druck. Die Lautheit dieser Störungen wird das gesunde Druck-Niveau (SPL) genannt, und wird auf einer logarithmischen Skala in Dezibel gemessen.

Welle-Fortpflanzung: Frequenz

Physiker und akustische Ingenieure neigen dazu, gesunde Druck-Niveaus in Bezug auf Frequenzen teilweise zu besprechen, weil das ist, wie unsere Ohren Ton interpretieren. Was wir als "höher aufgestellt" erfahren oder "tiefer aufgestellte" Töne Druck-Vibrationen sind, die eine höhere oder niedrigere Zahl von Zyklen pro Sekunde haben. In einer allgemeinen Technik des akustischen Maßes werden akustische Signale rechtzeitig probiert, und dann in bedeutungsvolleren Formen wie Oktave-Bänder oder Zeitfrequenzanschläge präsentiert. Sowohl diese populären Methoden werden verwendet, um Ton zu analysieren als auch besser das akustische Phänomen zu verstehen.

Das komplette Spektrum kann in drei Abteilungen geteilt werden: Audio-, Überschall-, und infrasonic. Die Audioreihe fällt zwischen 20 Hz und 20,000 Hz. Diese Reihe ist wichtig, weil seine Frequenzen durch das menschliche Ohr entdeckt werden können. Diese Reihe hat mehrere Anwendungen, einschließlich der Rede-Kommunikation und Musik. Die Überschallreihe bezieht sich auf die sehr hohen Frequenzen: 20,000 Hz und höher. Diese Reihe hat kürzere Wellenlängen, der bessere Entschlossenheit in der Bildaufbereitung von Technologien erlaubt. Medizinische Anwendungen wie Echographie und elastography verlassen sich auf die Überschallfrequenzreihe. Am anderen Ende des Spektrums sind die niedrigsten Frequenzen als die Infrasonic-Reihe bekannt. Diese Frequenzen können verwendet werden, um geologische Phänomene wie Erdbeben zu studieren.

Analytische Instrumente wie der Spektrum-Analysator erleichtern Vergegenwärtigung und Maß von akustischen Signalen und ihren Eigenschaften. Der durch solch ein Instrument erzeugte Spectrogram ist eine grafische Anzeige der Zeit unterschiedliches Druck-Niveau und Frequenzprofile, die einem spezifischen akustischen Signal seinen Definieren-Charakter geben.

Transduction in der Akustik

Ein Wandler ist ein Gerät, um eine Form der Energie in einen anderen umzuwandeln. In einem electroacoustic Zusammenhang bedeutet das, gesunde Energie in die elektrische Energie (oder umgekehrt) umzuwandeln. Wandler von Electroacoustic schließen Lautsprecher, Mikrofone, Hydrokopfhörer und Echolot-Kinoprojektoren ein. Diese Geräte wandeln eine gesunde Druck-Welle zu oder von einem elektrischen Signal um. Die am weitesten verwendeten transduction Grundsätze sind Elektromagnetismus, Elektrostatik und piezoelectricity.

Die Wandler in allgemeinsten Lautsprechern (z.B Tieftonlautsprecher und Hochtöner), sind elektromagnetische Geräte, die Wellen mit einem aufgehobenen Diaphragma erzeugen, das durch eine elektromagnetische Stimmenrolle, Abschied-Druck-Wellen gesteuert ist. Mikrofone von Electret und Kondensator-Mikrofone verwenden Elektrostatik — weil die Schallwelle das Diaphragma des Mikrofons schlägt, bewegt es und veranlasst eine Stromspannungsänderung. Die in der medizinischen Echographie verwendeten Überschallsysteme verwenden piezoelektrische Wandler. Diese werden von der speziellen Keramik gemacht, in der mechanische Vibrationen und elektrische Felder durch ein Eigentum des Materials selbst verkettet werden.

Abteilungen der Akustik

Der Tisch zeigt unten siebzehn Hauptteilfelder der im PACS Klassifikationssystem gegründeten Akustik. Diese sind in drei Gebiete gruppiert worden: physische Akustik, biologische Akustik und akustische Technik.

Siehe auch

• Akademische Programme in der Akustik
• Akustisch (Zeitschrift)
• Akustische Emission
• Akustischer Scheinwiderstand
• Akustische Levitation
• Akustische Position
• Akustische Phonetik
• Akustische Einteilung
• Akustische Anhängsel
• Akustischer thermometry
• Akustische Wellengleichung
• Audiology
• Gehörtrugbild
• Gehörsystem
• Beugung
• Wirkung von Doppler
• Fischerei-Akustik
• Helioseismology
• Lamm-Welle
• Geradlinige Elastizität
• Das kleine rote Buch der Akustik (im Vereinigten Königreich)
• Medizinische Echographie
• Musik-Therapie
• Geräuschkontrolle
• Lärmbelästigung
• Nichtlineare Akustik
• Picosecond ultrasonics
• P-Welle
• Phonon
• Druck-Welle
• Welle von Rayleigh
• S-Welle
• Seismologie
• Sonification
• Sonochemistry
• Gesunder Druck
• Schalldämmung
• Stoß-Welle
• Schallboom
• Sonolumineszenz
• Ton
• Strukturakustik
• Akustische Oberflächenwelle
• Thermoacoustics
• Wallace Clement Sabine
• Wellen
• Wellengleichung

Weiterführende Literatur

• Farina, Angelo; Tronchin, Lamberto (2004). Fortgeschrittene Techniken, um gesunde Raumeigenschaften von Auditorien zu messen und wieder hervorzubringen. Proc. des Internationalen Symposiums auf dem Raumakustik-Design und der Wissenschaft (RADS), am 11-13 April 2004, Kyoto, Japan. Artikel

Außenverbindungen

• Akustische Gesellschaft Amerikas
• Institut für akustische im Vereinigten Königreich

• Nationaler Rat von akustischen Beratern

• Institut für Geräuschkontrollingenieure
• Flüssige Mechanik-Website mit dem Kino, Q&A, usw.