Acustica este știința interdisciplinară care se ocupă cu studiul tuturor undelor mecanice în gaze, lichide și solide, inclusiv vibraţii, sunete, ultrasunete şi infrasunete. Un om de știință care lucrează în domeniul acusticii este un acustician, în timp ce cineva care lucrează în domeniul tehnologiei acustice poate fi numit un inginer de sunet. Aplicaţiile acusticii sunt prezente în aproape toate aspectele societății moderne, cele mai evidente fiind în industriile audio și de controlul zgomotului.
Auzului este unul dintre mijloacele cele mai importante de supraviețuire în lumea animală, și vorbirea este una dintre caracteristicile cele mai distinctive ale dezvoltării umane și a culturii. În consecință, știința acusticii se răspândește în multe aspecte ale societății umane: muzică, medicină, arhitectură, producția industrială, război, etc. Arta, meseriile, știința și tehnologia, s-au provocat reciproc pentru a avansa în ansamblu, ca și în multe alte domenii ale cunoașterii. „Roata acusticii” a lui Robert Bruce Lindsay este o imagine de ansamblu bine acceptată de diversele domenii în acustică.
Cuvântul „acustic” este derivat din cuvântul grecesc ἀκουστικός (akoustikos), însemnând „de sau pentru auz, gata să audă” și de la ἀκουστός (akoustos), „auzit, sonor”, care la rândul său provine de la verbul ἀκούω (akouo), „a auzi”.
Sinonimul latin este „sonic„, un sinonim pentru acustică, și o ramură acusticii. Frecvențele superioare și inferioare domeniului audibil sunt numite „ultrasonice” și respectiv „infrasonice”.
Concepte fundamentale ale acusticii
Studiul acusticii se ocupă cu producerea, propagărea și recepția undelor mecanice şi vibraţiilor.
Etapele prezentate în diagrama de mai sus pot fi găsite în orice eveniment sau proces acustic. Există mai multe tipuri de cauze, atât naturale cât și volitive. Există mai multe tipuri de procese de transducţie care convertesc energia dintr-o altă formă în energie sonică, producând o undă sonoră. Există o ecuație fundamentală care descrie propagarea undelor sonore, ecuația undelor acustice, dar fenomenele care decurg din aceasta sunt variate și adesea complexe. Unda poartă energie prin mediul de propagare. În cele din urmă această energie este transdusă din nou în alte forme, în moduri care din nou pot fi naturale și/sau volitive. Efectul final poate fi pur fizic sau se poate ajunge departe în domeniile biologice sau volitive. Cei cinci pași de bază se regăsesc la fel de bine dacă vorbim despre un cutremur, un submarin folosind sonar pentru a localiza dușmanul, sau o formaţie într-un concert rock.
Etapa central în procesul acustic este propagarea undei. Aceasta se încadrează în domeniul acusticii fizice. În fluide, sunetul se propagă în primul rând ca o undă de presiune. În solide, undele mecanice pot lua multe forme, inclusiv unde longitudinale, transversale, și de suprafață.
Acustica se uită în primul rând la nivelurile de presiune și frecvențele undelor sonore. Procesele de transducție sunt, de asemenea, de o importanță deosebită.
Propagarea undelor: nivele de presiune
In fluidele, cum ar fi aerul și apa, undele sonore se propagă ca perturbări ale nivelului de presiune ambiantă. Deşi această perturbare este de obicei mică, ea se simte totuşi de urechea umană. Cel mai mic sunet pe care o persoană îl poate auzi, cunoscut sub numele de pragul de auz, este cu nouă ordine de mărime mai mic decât presiunea mediului ambiant. Intensitatea sonoră a acestor perturbaţii este numit nivelul de presiune acustică, și este măsurată pe o scară logaritmică în decibeli.
Propagarea undelor: frecvenţa
Fizicieni și inginerii acustici au tendința de a discuta despre nivelul de presiune sonoră în termeni de frecvențe, în parte pentru că acesta este modul în care urechile noastre interpretează sunetele. Ceea ce experimentăm ca sunete „ascuțite” sau „joase” sunt vibrații de presiune care au un număr mai mare sau mai mic de cicluri pe secundă. Într-o tehnică obișnuită de măsurare acustică, semnalele acustice sunt prelevate în timp, și apoi prezentate în forme mai semnificative, cum ar fi benzi de octavă sau eşantioane de frecvență în timp. Sunt utilizate ambele metode populare pentru a analiza sunetele și de a înțelege mai bine fenomenul acustic.
Întregul spectru poate fi împărțit în trei secțiuni: audio, ultrasunete, și infrasonice. Gama audio se încadrează între 20 Hz și 20.000 Hz. Acest interval este important, deoarece frecvențele sale pot fi detectate de urechea umană. Această gamă are un mare număr de aplicații, inclusiv comunicare prin vorbire și muzică. Gama de ultrasunete se referă la frecvențe foarte mari: 20.000 Hz și peste. Această gamă are lungimi de undă mai scurte care permit o mai bună rezoluție în tehnologii de imagistică. Aplicaţii medicale, cum ar fi ecografia și elastografia se bazează pe gama de frecvențe a ultrasunetelor. La celălalt capăt al spectrului, cele mai mici frecvențe sunt cunoscute ca interval infrasonic. Aceste frecvențe pot fi utilizate pentru a studia fenomene geologice de tipul unui cutremur.
Instrumente analitice, cum ar fi analizorul de spectru, facilitează vizualizarea și măsurarea semnalelor acustice și proprietățile lor. Spectrograma produsă de un astfel de instrument este un grafic al profilelor diferitelor nivele de presiune și frecvențe în timp care dau un semnal acustic specific caracterului său definitoriu.
Transducţia în acustică
Un traductor este un dispozitiv pentru conversia unei forme de energie în alta. Într-un context electroacustic, aceasta înseamnă convertirea energiei sunetului în energie electrică (sau invers). Traductoarele electroacustice includ difuzoare, microfoane, hidrofoane și proiectoare sonare. Aceste dispozitive convertesc o undă de presiune acustică la sau de la un semnal electric. Principiile de transducţie cele mai utilizate pe scară largă sunt electromagnetismul, electrostatica și piezoelectricitatea.
Traductoarele în cele mai multe difuzoare obişnuite (de exemplu, woofere si tweetere), sunt dispozitive electromagnetice care generează unde folosind o diafragmă suspendată condusă de o bobină electromagnetică, trimiţând unde de presiune. Microfoanele cu electret și microfoanele cu condensator folosesc principiile electrostaticii, cu unda sonoră lovind diafragma microfonului, care se mișcă și induce o schimbare de tensiune. Sistemele ultrasonice folosite în ecografia medicală folosesc traductoare piezoelectrice. Acestea sunt realizate din ceramică specială în care vibrațiile mecanice și câmpurile electrice sunt legate între ele printr-o proprietate a materialului în sine.
Traducere din Wikipedia
Lasă un răspuns