Акустика

Акустика деген не?

Акустика (грек тіліндегі akoustikos — «естілетін, тыңдалатын») — серпімді тербелістер мен толқындарды, олардың әртүрлі ортада таралуын, затпен өзара әсерлесуін және қолданылуын зерттейтін физиканың саласы. Ол шартты түрде өте төмен жиіліктерден (0 Гц маңынан) бастап өте жоғары жиіліктерге (10¹¹–10¹³ Гц) дейінгі кең ауқымды қамтиды.

Тарихи тұрғыдан акустика бастапқыда адам құлағы еститін дыбысты түсіндіруге бағытталды, алайда кейін инфрадыбыс пен ультрадыбыс аймақтары қосылып, ғылымның шекарасы едәуір кеңейді.

Ежелгі дәуірден классикалық ғылымға дейін

Пифагор (б.з.б. VI ғ.)

Естілетін дыбыс тонының биіктігі мен ішек ұзындығы (немесе керней тәрізді аспаптың өлшемдері) арасындағы байланысты байқады.

Аристотель (б.з.б. IV ғ.)

Дыбыс шығаратын дененің ауаны кезекпен қысатынын және сирететінін түсіндірді. Сондай-ақ жаңғырықты кедергіден кері шағылу құбылысы ретінде сипаттады.

Леонардо да Винчи (XV–XVI ғғ.)

Дыбыстың шағылуын зерттеп, толқындардың таралуы дыбыс көздеріне тәуелсіз болатынын (тәуелсіздік принципі) тұжырымдады.

Галилей (XVII ғ. соңы – XVIII ғ. басы)

Дыбыс шығаратын денеде тербеліс пайда болатынын көрсетті: дыбыстың биіктігі жиілікке, ал қарқыны амплитудаға тәуелді.

М. Мерсенн (XVII ғ.)

Ауадағы дыбыс жылдамдығын алғашқылардың бірі болып тәжірибелік түрде анықтады.

Механикаға сүйенген кезең

XVII ғасырдың соңынан XX ғасырдың басына дейін акустика көбіне механиканың бір бөлімі ретінде дамыды. Серпімді тербелістердің жалпы теориясы, толқындардың ортада пайда болуы мен таралу заңдылықтары және дыбыстың негізгі сипаттамаларын (дыбыс қысымы, импульс, энергия, таралу жылдамдығы және т.б.) өлшеу әдістері Ньютон механикасына, Гуктың серпімділік заңына және Гюйгенстің толқындық принципіне сүйеніп қалыптасты.

Толқындық идеялардың күшеюі

Толқындық көзқарастың дамуы акустиканың құралдарын да, тілін де байытты. Ағылшын ғалымы Т. Юнг және француз ғалымы О. Френель интерференция мен дифракция теориясын дамытты.

Австриялық ғалым Х. Доплер дыбыс көзі мен бақылаушының салыстырмалы қозғалысы кезінде қабылданатын жиіліктің өзгеру заңдылығын тұжырымдады (Доплер әсері).

Күрделі тербелісті қарапайым құраушыларға жіктеу тәсілінің (Фурье әдісі) жасалуы дыбысты талдаудың және гармониялық құраушылардан дыбыс синтездеудің негізін қалады.

Акустиканың осы кезеңдегі жетістіктерін Дж. У. Рэлей (Дж. Стретт) өзінің «Дыбыс теориясы» (1877–1878) еңбегінде жүйелеп қорытындылады.

XX ғасыр: жаңа міндеттер және қолданбалы серпін

XX ғасырдың 1920-жылдарынан бастап радиотехника мен радиохабар таратудың дамуы акустиканың жаңа даму сатысын ашты. Дыбыс сигналдарын электромагниттік сигналдарға және керісінше түрлендіру қажеттілігі туды. Техникалық сұраныс қолданбалы бағыттардың кеңеюіне ықпал етті.

Локация және навигация

Әуедегі ұшақтың дыбыстық локациясы
Гидролокация
Акустикалық навигация

Өндіріс және қауіпсіздік

Жарылыстың түрін, орнын және уақытын анықтау
Авиация, өнеркәсіп және көліктегі шуды азайту
Күрделі ортада толқындардың таралуын зерттеу

Сызықтық емес акустика

Қарқыны өте күшті дыбыс толқындарының (мысалы, жарылыс толқындарының) таралуын түсіндіру қажеттілігі сызықтық емес акустиканың дамуына ықпал етті.

Ультрадыбыс, гипердыбыс және жаңа салалар

XX ғасырдың ортасынан бастап ультрадыбысты зерттеудің маңызы айрықша артты. Дыбыстың көпатомды газдарда, кейіннен сұйықтарда қатты жұтылатыны және дисперсияға ұшырайтыны анықталған соң, акустиканың жаңа бағыты — ультрадыбыспен зат құрылымын зерттеу (молекулалық акустика) қалыптасты.

Қуатты ультрадыбыс тек зерттеу құралы ғана емес, сонымен қатар затқа әсер ету құралына айналып, ультрадыбыстық технологиялардың дамуына негіз болды.

1960–1970 жылдары гипердыбысты (1 ГГц-тен жоғары) зерттеу нәтижесінде акустикалық электроника, акустикалық оптика және психофизиологиялық акустика бағыттары жедел дамыды.

Қазіргі акустиканың ауқымы

Бүгінгі акустика — көптеген ғылым салаларымен тоғысатын кең өрісті пән. Ол теориялық негіздерді де, практикалық қолданбаларды да қатар дамытады.

Теориялық бағыттар

Статистикалық акустика
Қозғалатын орта акустикасы
Кристалдар акустикасы
Физикалық акустика

Жер және орта

Атмосфералық акустика
Геоакустика
Гидроакустика

Инженерия және қолдану

Электрлік акустика
Архитектуралық акустика
Құрылыс акустикасы
Ультрадыбыс техникасы
Биологиялық акустика

Осы салалардың барлығы бір ортақ идеяға тіреледі: тербелістер мен толқындарды түсіну — табиғатты танудың да, технологияны дамытудың да негізгі кілттерінің бірі.