acústica - Acoustics


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Fonte sonora omnidireccional artificial numa câmara anecóica

Acústica é um ramo da física que lida com o estudo de todos os ondas mecânicas em gases, líquidos e sólidos, incluindo tópicos, tais como vibrações , som , ultra-som e infra-sons . Um cientista que trabalha no campo da acústica é um acoustician enquanto alguém que trabalha no campo da tecnologia acústica pode ser chamado de um engenheiro acústico . A aplicação da acústica está presente em quase todos os aspectos da sociedade moderna com o mais óbvio é o áudio e controle de ruído indústrias.

Ouvir é um dos meios mais importantes de sobrevivência no mundo animal, e discurso é uma das características mais marcantes do desenvolvimento e da cultura humana. Assim, a ciência da acústica se espalha por muitas facetas da sociedade-music humana, medicina, arquitetura, a produção industrial, a guerra e muito mais. Do mesmo modo, as espécies de animais, tais como aves canoras e sapos utilizar som e audiência como um elemento-chave de rituais de acasalamento ou territórios marcação. Arte, artesanato, ciência e tecnologia têm provocado um do outro para avançar o todo, como em muitos outros campos do conhecimento. Robert Bruce Lindsay 's 'Wheel of Acoustics' é uma visão bem aceito dos vários campos em acústica.

A palavra "acústica" é derivada do grego palavra ἀκουστικός ( akoustikos ), que significa "de ou para a audição, prontos para ouvir" e que a partir ἀκουστός ( akoustos ), "ouviu, audível", que por sua vez deriva do verbo ἀκούω ( akouo ), "Eu ouço".

O sinônimo Latina é "sonic", após o qual o termo Sonics costumava ser sinônimo de acústica e mais tarde um ramo da acústica. As frequências acima e abaixo da gama audível são chamadas " ultra-sons " e " infrasonic ", respectivamente.

História

As primeiras pesquisas em acústica

O fundamentais e os primeiros 6 conotação de uma corda vibrante. Os primeiros registros do estudo deste fenómeno são atribuídas ao filósofo Pitágoras no século 6 aC.

No século 6 aC, o grego antigo filósofo Pitágoras queria saber por que algumas combinações de sons musicais parecia mais bonita do que outros, e ele encontrou respostas em termos de relações numéricas que representam a harmônica série tom em uma corda. Ele é conhecido por ter observado que, quando os comprimentos das cordas vibrantes são expresso como razões entre inteiros (por exemplo 2-3, 3-4), as tonalidades produzidas será harmonioso, e o mais pequenos os números inteiros mais harmonioso os sons. Se, por exemplo, uma cadeia de caracteres de um determinado comprimento iria parecer particularmente harmoniosa com uma série de duas vezes o comprimento (outros factores iguais). Em linguagem moderna, se uma string soa a nota C quando arrancado, uma corda dobro do tempo soará um C uma oitava abaixo. Em um sistema de afinação , os tons dentro entre são então dada por 16: 9 para D, 8: 5 para E, 3: 2 por F, 4: 3 para G, 6: 5 para A, e para 16:15 B, em ordem ascendente.

Aristóteles (384-322 aC) entendeu que o som consistia em compressões e rarefações de ar que "cai em cima e atinge o ar que está ao lado dele ...", uma expressão muito boa da natureza da onda de movimento.

Em cerca de 20 aC, o arquiteto e engenheiro romano Vitruvius escreveu um tratado sobre as propriedades acústicas de teatros incluindo a discussão de interferência, ecos e reverberação-os começos de acústica arquitetônica . No livro V do seu De architectura ( Os dez livros de Arquitectura ) Vitrúvio descreve o som como uma onda comparável a uma onda de água estendida para três dimensões, os quais, quando interrompidos por obstruções, que fluem para trás e quebram-se seguintes ondas. Ele descreveu os assentos ascendentes em teatros antigos como projetado para evitar essa deterioração do som e também recomendou vasos de bronze de tamanhos adequados ser colocados nos cinemas a ressoar com o quarto, quinto e assim por diante, até a dupla oitava, a fim de entrar em ressonância com os mais desejáveis, notas harmoniosas.

Durante a época de ouro Islâmica , Abu Rayhan al-Bīrūnī (973-1048) acredita-se postulado que a velocidade do som foi muito mais lenta do que a velocidade da luz.

Princípios de acústica foram aplicados desde os tempos antigos: Um teatro romano na cidade de Amman .

A compreensão física dos processos acústicos avançou rapidamente durante e depois da Revolução Científica . Principalmente Galileo Galilei (1564-1642), mas também Marin Mersenne (1588-1648), independentemente, descobriu as completas leis da vibração das cordas (completando o que Pitágoras e pitagóricos tinha começado 2000 anos antes). Galileu escreveu "Waves são produzidos pelas vibrações de um corpo sonoro, que se espalhou pelo ar, trazendo para o tímpano do ouvido um estímulo que a mente interpreta como som", uma afirmação notável que aponta para o início de acústica fisiológicos e psicológicos . As medições experimentais da velocidade do som no ar foram levadas a cabo com sucesso entre 1630 e 1680 por um certo número de investigadores, de forma proeminente Mersenne. Enquanto isso, Newton (1642-1727) derivada a relação de velocidade da onda em sólidos, uma pedra angular da acústica física ( Principia , 1687).

Age of Enlightenment e avante

O século XVIII viu grandes avanços em acústica como matemáticos aplicado as novas técnicas de cálculo para elaborar teorias de propagação de ondas de som. No século XIX, as grandes figuras da acústica matemáticos foram Helmholtz na Alemanha, que consolidou o campo da acústica fisiológica, e Lord Rayleigh , na Inglaterra, que combinou o conhecimento anterior com suas próprias contribuições copiosas para o campo em sua monumental obra A Teoria do Som (1877). Também no século 19, Wheatstone, Ohm, e Henry desenvolveu a analogia entre eletricidade e acústica.

O século XX viu um florescimento de aplicações tecnológicas do grande corpo de conhecimento científico que estava então no lugar. O primeiro tal aplicação era Sabine trabalho inovador ‘s em acústica arquitetônica, e muitos outros seguiram. Acústica submarina foi usado para detectar submarinos na Primeira Guerra Mundial. Gravação de som e do telefone desempenharam papéis importantes em uma transformação global da sociedade. Medição e análise de som atingiu novos níveis de precisão e sofisticação através do uso de eletrônica e computação. A faixa de freqüência ultra-sônica habilitado totalmente novos tipos de aplicação em medicina e na indústria. Novos tipos de transdutores (geradores e receptores de energia acústica) foram inventados e colocados em uso.

Conceitos fundamentais de acústica

No Jay Pritzker pavilhão , um LARES sistema é combinado com um zoneamento sistema de sonorização , ambos suspensos em uma treliça de aço por cima, para sintetizar um ambiente acústico coberta ao ar livre.

Definição

Acústica é definido pela norma ANSI / ASA S1.1-2013 como "(a) Ciência de som , incluindo a sua produção, de transmissão, e efeitos, incluindo efeitos biológicos e psicológicos. (B) As qualidades de uma sala que, em conjunto, determinar a sua personagem com relação a efeitos auditivos ".

O estudo da acústica gira em torno da geração, propagação e recepção de ondas mecânicas e vibrações.

O processo acústico fundamentais

Os passos mostrados no diagrama acima podem ser encontrados em qualquer evento acústico ou processo. Existem muitos tipos de causa, naturais e volitivas. Existem muitos tipos de processo de transdução que convertem energia de alguma outra forma em energia sonora, produzindo uma onda sonora. Existe uma equação fundamental que descreve a boa propagação de ondas, a equação de onda acústica , mas os fenómenos que emergem a partir dele são variadas e muitas vezes complexas. A onda transporta energia em todo o meio de propagação. Eventualmente, esta energia é transduzida novamente em outras formas, de maneira que novamente pode ser natural e / ou volitivamente artificial. O efeito final pode ser puramente físico ou pode atingir tanto nos domínios biológico ou volicionais. Os cinco passos básicos são encontrados igualmente bem se estamos falando de um terremoto , um submarino utilizando sonar para localizar seu inimigo, ou uma banda tocando em um concerto de rock.

O andar central no processo acústico é a propagação de ondas. Isto cai dentro do domínio da acústica física. Em fluidos , o som propaga-se primariamente como uma onda de pressão . Em sólidos, ondas mecânicas pode assumir muitas formas, incluindo ondas longitudinais , as ondas transversais e as ondas de superfície .

Acoustics olha primeiro para os níveis de pressão e as frequências da onda sonora e como a onda interage com o ambiente. Esta interacção pode ser descrito quer como um de difracção , a interferência ou uma reflexão ou uma combinação dos três. Se vários media estão presentes, uma refração também pode ocorrer. Processos de transdução também são de especial importância para a acústica.

propagação da onda: níveis de pressão

Espectrograma de uma jovem dizendo "oh, não"

Em fluidos tais como ar e água, as ondas sonoras se propagam como distúrbios no nível da pressão ambiente. Enquanto esta perturbação é geralmente pequena, ainda é perceptível ao ouvido humano. O menor som que uma pessoa pode ouvir, conhecido como o limiar da audição , é de nove ordens de grandeza menor do que a pressão ambiente. A intensidade destes distúrbios está relacionado com o nível de pressão sonora (SPL) que é medida numa escala logarítmica em decibéis.

propagação de ondas: frequência

Físicos e engenheiros acústicos tendem a discutir níveis de pressão sonora em termos de frequências, em parte porque esta é a forma como os nossos ouvidos interpretar som. O que experimentamos como "mais agudo" ou sons "inclinados inferiores" são vibrações de pressão com um número maior ou menor de ciclos por segundo. Em uma técnica comum de medição acústica, os sinais acústicos são amostrados no tempo, e, em seguida, apresentadas em formas mais significativas, tais como bandas de oitava ou parcelas de frequcia de tempo. Ambos os métodos populares são utilizados para analisar o som e entender melhor o fenômeno acústico.

Todo o espectro pode ser dividido em três seções: áudio, ultra-som, e infrasonic. A faixa de áudio cai entre 20 Hz e 20.000 Hz. Esta gama é importante porque as suas frequências pode ser detectado pelo ouvido humano. Esta gama tem uma série de aplicações, incluindo a comunicação de voz e música. A gama de ultra-sons refere-se as frequências muito altas: 20.000 Hz e maior. Esta gama tem comprimentos de onda mais curtos que permitem uma melhor resolução em tecnologias de imagem. Aplicações médicas, como ultra-sonografia e elastografia confiar na faixa de freqüência ultra-sônica. Na outra extremidade do espectro, as frequências mais baixas são conhecidos como o intervalo infrasonic. Estas frequências podem ser usadas para estudar fenômenos geológicos como terremotos.

Instrumentos analíticos, tal como o analisador de espectro de facilitar a visualização e de medição de sinais acústicos e as suas propriedades. O espectrograma produzido por um tal instrumento é uma representação gráfica do tempo variando os perfis de nível de pressão e de frequência, que dão um sinal acústico específico que define o seu carácter.

Transdução em acústica

Um baixo polegada fidelidade 3,5 barato condutor , tipicamente encontrados em pequenas rádios

Um transdutor é um dispositivo para a conversão de uma forma de energia para outro. Em um contexto electroacústico, isto significa que a conversão de energia sonora em energia eléctrica (ou vice-versa). Transdutores eletroacústicos incluem alto-falantes , microfones , hidrofones e sonar projetores. Estes dispositivos de converter uma onda de pressão sonora para ou a partir de um sinal eléctrico. Os princípios de transdução mais amplamente utilizados são electromagnetismo , a electrostática e piezoelectricidade .

Os transdutores em mais comuns altifalantes (por exemplo woofers e tweeters ), são dispositivos electromagnéticos que geram ondas usando um diafragma suspenso accionado por um electromagnético da bobina de voz , enviar as ondas de pressão. Microfones Automáticos e microfones de condensador empregar-electrostática como a onda de som atinge diafragma do microfone, que se move e induz uma alteração de voltagem. Os sistemas de ultra-som utilizados em ultra-sonografia médica empregam transdutores piezoelétricos. Estes são feitos de cerâmica especiais, em que as vibrações mecânicas e campos eléctricos são interligadas através de uma propriedade do material em si.

acoustician

Um acoustician é um especialista na ciência do som.

Educação

Existem muitos tipos de acústica, mas eles geralmente têm um grau de bacharel ou superior qualificação. Alguns possuem uma licenciatura em acústica, enquanto outros entram a disciplina através de estudos em campos como a física ou engenharia . Muito trabalho em acústica exige uma boa base em matemática e ciência . Muitos cientistas acústicos trabalhar em pesquisa e desenvolvimento. Algumas condutas pesquisa básica para avançar o nosso conhecimento da percepção (por exemplo, auditivos , psicoacústica ou neurofisiologia ) de discurso , música e ruído . Outros cientistas acústicos compreensão antecedência de como o som é afetado como ele se move através de ambientes, por exemplo, acústica submarina , acústica arquitetônica ou acústica de construção . Outras áreas de trabalho são listados sob subdisciplinas abaixo. Cientistas acústicos trabalhar no governo, universidade e da indústria privada laboratórios. Muitos passam a trabalhar em Engenharia Acústica . Algumas posições, como a Faculdade (docentes) exigem um Doctor of Philosophy .

subdisciplinas

Estas especialidades são uma lista ligeiramente modificado a partir do PACS ( Física e Esquema de Classificação de astronomia ) codificação utilizado pelo Acoustical Society of America .

Archaeoacoustics

Archaeoacoustics é o estudo do som dentro de arqueologia. Isso geralmente envolve estudar a acústica de sítios arqueológicos e artefactos.

aeroacústica

Aeroacústica é o estudo de ruído gerado pelo movimento do ar, por exemplo através de turbulência, e o movimento de som através do ar fluido. Este conhecimento é aplicado em engenharia acústica para estudar a forma de acalmar aeronaves . Aeroacústica é importante para entender como vento musical instrumentos de trabalho.

processamento do sinal acústico

Processamento do sinal acústico é a manipulação electrónica de sinais acústicos. As aplicações incluem: controle ativo de ruído ; design para aparelhos auditivos ou implantes cocleares ; cancelamento de eco ; recuperação de informação de música e codificação perceptual (por exemplo, MP3 ou Opus ).

acústica arquitetônica

Symphony Hall de Boston, onde começou a acústica do auditório

acústica arquitetônica (também conhecido como edifício acústica) envolve a compreensão científica de como conseguir um bom som dentro de um edifício. Ele normalmente envolve o estudo de inteligibilidade da fala, privacidade discurso, música de qualidade e redução de vibração no ambiente construído.

bioacústica

Bioacústica é o estudo científico da audiência e chamadas de chamadas animal, bem como a forma como os animais são afetados pela acústica e sons do seu habitat.

eletroacústica

Este subdiscipline está preocupado com a gravação, manipulação e reprodução de áudio eletrônica usando. Isso pode incluir produtos como telefones celulares , em grande escala de endereço público sistemas ou de realidade virtual sistemas em laboratórios de pesquisa.

ruídos e sons ambientais

Acústica ambiental está preocupado com o ruído e vibração causada por ferrovias, tráfego rodoviário, aviões, equipamentos industriais e atividades recreativas. O principal objectivo destes estudos é reduzir os níveis de ruído ambiente e vibração. O trabalho de pesquisa agora também tem um foco no uso positivo do som em ambientes urbanos: paisagens sonoras e tranquilidade .

acústica musical

O córtex auditivo primário é uma das principais áreas associadas com resolução de altura superior.

Acústica musical é o estudo da física de instrumentos acústicos; o processamento de áudio usado na música eletrônica; a análise de computador de música e composição, e a percepção ea neurociência cognitiva da música .

psicoacústica

Psicoacústica explica como os seres humanos respondem aos sons.

Discurso

Técnicos de acústica estudar a produção, processamento e percepção de expressão. O reconhecimento de fala e síntese de fala são duas áreas importantes de processamento de voz utilizando computadores. O assunto também coincide com as disciplinas de física , fisiologia , psicologia e lingüística .

Ultrasonics

imagem de ultra-som de um feto no útero, visto em 12 semanas de gravidez (bidimensional-scan)

Ultrasonics lida com sons em frequências muito altas para ser ouvido por humanos. Especialidades médicas incluem ultra-sons (incluindo ultrassonografia médico ), Sonochemistry , caracterização de materiais e acústica subaquática ( sonda ).

acústica submarina

Acústica submarina é o estudo científico de sons naturais e provocados pelo homem subaquáticos. As aplicações incluem sonar para localizar submarinos , comunicação subaquática por baleias, monitoramento de mudanças climáticas por temperaturas de medição mar acusticamente, armas sônicas e marinhos bioacústica .

Vibração e dinâmica

Este é o estudo de como os sistemas mecânicos vibrar e interagir com os seus arredores. Aplicações podem incluir: vibrações no solo de ferrovias; isolamento de vibração para reduzir a vibração na operação teatros; estudando como a vibração pode prejudicar a saúde ( vibração branco dedo ); controle de vibração para proteger um edifício de terremotos , ou medir o ruído da estrutura se move através de edifícios.

Sociedades profissionais

Revistas acadêmicas

Veja também

Notas e referências

Outras leituras

links externos