История развития акустики

Размещено на http://www.allbest.ru/

История развития акустики

Абзалилова Светлана

Акустика - одна из древнейших областей человеческого знания. Ее основали для изучения явлений слуха и речи. Еще в VI в. до н.э. древнегреческий математик и философ Пифагор обнаружил связь между длиной струны и высотой тона. Аристотель (IV в. до н. э.) определил, что эхо - это отражение звука от стоящих на пути препятствий и считал, что вибрирующее тело провоцирует воздух на сжатия и разрежения. В XV-XVI вв. итальянский ученый Леонардо да Винчи исследовал отражение звука, он описал теорию о том, что звуковые волны распространяются независимо от многообразных источников [1]. акустика радиотехника звук речь

Развитие акустики, как науки можно разделить на 3 этапа. Первый этап охватывает XVII-XVIII вв. В этот период Г. Галилей установил, что тело, которое звучит, подвергается колебаниям и от частоты этих колебаний зависит высота звука, а ее интенсивность - от амплитуды этих колебаний. Также проведены первые измерения скорости звука в воздухе (М. Мерсенн, Франция), на основе опытных данных английский ученый Р. Гук установил закономерность между деформацией тела и напряжением, связанным с ней (основной закон теории упругости), также в этот период времени определили принцип волнового движения (Х. Гюйгенс, Голландия).

С работ Ньютона начинается второй этап развития акустики, который охватывает конец XVII в. и начало XX в. и развивается уже, как раздел механики. Такие науки как: гидродинамика, механика, теория волн, теория упругости, оптика и акустика начали тесно развиваться вместе. Л. Эйлер, Д. Бернулли, Ж. Даламбер и Ж. Лагранж вместе создают теорию колебаний струн, стержней и пластинок, поясняют происхождение обертонов. Так же создается теория механических колебаний, распространения и излучения упругих волн в среде, разрабатываются способы замера энергии и потока энергии звуковых волн, скорости распространения звука, звукового давления в среде и импульса. Расширяется спектр звуковых волн (инфразвука (до 16 Гц), ультразвука (свыше 20 кГц)). Т. Юнг (Великобритания) и О. Френель (Франция) развивают принцип Гюйгенса о распространении волн, формируют концепцию интерференции и дифракции волн. Австралийский ученый Х. Доплер устанавливает закон изменения частоты волны при движении источника звука относительно наблюдателя. Ж. Фурье разработал математический метод разложения периодически повторяющихся процессов на простые гармонические составляющие. Немецкий ученый Гельмгольц объяснил тембр звука характерным для него набором добавочных тонов (гармоник), тем самым внеся большой вклад в основы музыкальной акустики своими исследованиями о составе мелодических звучаний. Гельмгольц дал первую физическую теорию уха как слухового аппарата на основе своей теории резонаторов. Он экспериментально провел анализ звука, разложив его в спектр гармонических колебаний, использовав набор резонаторов и синтез сложного звука из простых составляющих. Ему удалось искусственно воспроизвести гласные подбором камертонов с резонаторами. Английский физик Дж. В. Стретт (лорд Рэлей, 1842 - 1919) [2] в своем труде «теория звука» подытожил второй этап развития акустики.

Русский физик Н.А. Умов проделал много работы по акустике и ввел понятие плотности потока энергии для упругих волн. Американский ученый У. Сэбин заложил основы архитектурной акустики. Русские ученые Н.П. Неклепаев и П.Н. Лебедев получили ультразвуковые волны из резкого звука электрической искры с частотами до нескольких сот кГц, а также исследовали их поглощение в воздухе.

Третий этап развития акустики связан с эволюцией электроакустики и изобретением радиотехники и радиовещания (XX в). В США 1876 г. был изобретён телефон, в 1877 году - фонограф (Эдисон). В 1901 г. была изобретена магнитная запись звука, которую затем применили в магнитофоне и звуковом кино. Электромеханические преобразователи звука были использованы в громкоговорителях в начале XX в. и к 20-ым годам стали фундаментом всей современной акустической аппаратуры.

В первой половине XX в. русские физики внесли значительный вклад в нелинейную акустику. Н.Н. Андреев, И.Г. Русаков (1934) и Д.И. Блохинцев (1947) основали принципы акустики движущихся сред, предметом изучения которой являются мощные звуковые поля. В 1952 году английский ученый М. Лайтхилл создал общую теорию аэродинамической генерации звука, определяющую возникновение звука в движущейся среде.

В гидроакустике первые достижения были достигнуты П. Ланжевеном (Франция, 1916), использовавшим ультразвуковые волны для определения глубины моря и обнаружения подводных лодок. Американские ученые (М. Ивинг и Д. Ворцель, 1944) параллельно с советскими учёными (Л.М. Бреховских, Л.Д. Розенбергом, 1946) изучили явления сверхдальнего распространения звука взрыва в море. Созданию строительной и архитектурной акустики были посвящены работы С.Н. Ржевкина, Г.Д. Малюжинца и В.В. Фурдуева, в которых рассматриваются вопросы звукопоглощения и звукорассеивания.

Исследование зависимости распространения звука от структуры среды создало вероятность применения звуковых волн для зондирования среды, например, атмосферы, что привело к развитию атмосферной акустики.

Важное значение имело изучение ультразвука (особенно высоких частот и больших интенсивностей), которое стало средством изучения структуры и свойств вещества. В 20-х гг. советский ученый С.Я. Соколов использовал ультразвук для дефектоскопии металлов.

В Германии Х.О. Кнезер (1933) обнаружил эффект сильного поглощения и дисперсии ультразвука в многоатомных газах. Позже дисперсия и аномальное поглощение ультразвука были выявлены и в жидкостях. Общая теория этих феноменов (релаксационная теория), была описана Л.И. Мандельштамом и М.А. Леонтовичем (1937). Ультразвуковые колебания высокой частоты вызывают также изменения структуры жидкостей, распад молекул и многие другие эффекты. Мандельштам (1918, 1926) и Л. Бриллюэн (Франция, 1922) создали теорию рассеивания света на ультразвуковых волнах в жидкостях и твёрдых телах. Это явление оказалось значимым для изучения молекулярной структуры вещества (влияние молекулярной структуры вещества на распространение ультразвука изучается молекулярной акустикой, которая изучает поглощение и дисперсию ультразвука в многоатомных газах, жидкостях и твёрдых телах).

В середине XX в. начинается ускоренное развитие психофизиологической акустики, которое было вызвано необходимостью разработки методов неискажённой передачи и воспроизведения множества звуковых сигналов - речи и музыки - по ограниченному числу каналов связи (общая теория информации и связи). Изучались механизмы образования различных звуков речи, характер их звукового спектра, основные показатели качества речи, воспринимаемой на слух. Созданы приборы видимой речи, дающие видимые изображения различных звуков. Были разработаны методы кодирования речи и её расшифровки, проводились исследования механизмов слухового восприятия, ощущения громкости, определения направления прихода звука (венгерский учёный Д. Бекеши).

В конце 70-х годов появились работы [3], связывающие люминесценцию кристаллов и ультразвук. Акустолюминесценция кристаллов (свечение кристалла, возбуждаемое волной, начиная с некоторой пороговой интенсивности) представляет особый интерес.

Библиографический список

1. Красильников В.А. Акустика. Исторический очерк // Вологодская областная универсальная научная библиотека. 2012. URL: https://www.booksite.ru/fulltext/1/001/008/008/737.htm (дата обращения 30.12.2018).

2. Стретт Дж. В. Теория звука. М., 1955.

3. Дмитриев В.Л. Элементы линейной акустики: Учебное пособие. Уфа, 2008.

Размещено на Allbest.ru