Немного слов об акустике, как науке (3 фото)

Кому нужна акустика и с чем её едят? Самое распространённое высказывание "на концерте была плохая/хорошая акустика", "я себе хорошую акустику в машину/квартиру купил". О первом варианте можно поспорить, а второй – точно неправильный.

Погнали, так как индустриализация достигла больших высот в развитии, то теперь больше внимания уделяется эмоциональной составляющей. В помещении не должно быть громко, электромобиль должен звучать как медведь, хотя электромотор почти неслышен. В самолёте
должно быть тихо, чтобы ушкам было хорошо, бентли с 12 цилиндрами звучал на 12 цилиндров, несмотря на то, что 8 отключены для уменьшения расхода топлива, и многое другое. Что такое звук? Звук – это резкое изменение атмосферного давления. Ключевое слово – "резкий".  Если махнуть рукой, то ничего не услышать, а если кнутом – то ещё как. Быстро рассекаем воздух, в этом месте образуется вакуум и его заполняют молекулы с криками " это моё, это моё". Вот эти резкие изменения давления мы и слышим. Когда одна молекула резко дёрнулась, то непременно толкнула другую, та следующую и т.д. пока не толкнут молекулу возле уха, а она не толкнёт барабанную перепонку. Дальше: замыкание, подача сигнала в мозг, а мозг уже думает, что ему делать. Когда дует ветер, то одна молекула летит мимо других молекул и мимо нас и мы это чувствуем. Звук передаётся от молекулы к молекуле, поэтому когда мы говорим, никого не обдувает ветром, хотя если стоять прямо у колонки и бахнуть на 110 децибел, то можно слегка почуять ветерок.

Идём дальше: передача звука зависит от медиума, в котором звук распространяется. В металле молекулы ближе, там "глухой телефон" работает лучше. В воздухе – хуже. Пример: фильмы про ковбоев, они ухи свои к рельсам прикладывают не для прикола, а потому что
на пары по акустике ходили. Все медиумы я не охвачу, да и не знаю, чего греха таить, буду говорить за воздух – самый часто встречаемый медиум в нашей жизни.
Скорость распространение звука в среде (я сейчас о газах) зависит от свойств газа и температуры (В Кельвинах, +273 к Цельсию). Cловами: скорость звука равна квадратному корню произведения показателя адиабаты (коэффициент Пуассона), идеальной газовой постоянной и температуры (в Кельвинах). Так я издеваюсь над гуманитариями. Формула ниже, корень по середине можете опустить, он вам не нужен.

В северных странах холодно, и как следствие – звук распространяется дольше, поэтому там и радио изобрели, а в Африке жарко – там крикнул и тебя быстро услышали. А может в Африке хорошо слышат, потому что не услышал "ахтунг" - стал едой.

Звук — это волна, как и свет. А источник звука — это точка, от которой звук равномерно распространяется во все стороны. Даже громадная фабрика – это звуковая точка, главное отойти подальше. На этом основывается бОльшая часть решений: встал достаточно удалённо от источника звука и он обычная звуковая точка – так решать проще. Чем дальше от источника звука, тем тише (во Америку открыл), потому что каждый толчок молекулы связан с применением усилий, соответственно с потерей части энергии. Увеличил расстояние от звука в 2 раза, станет на 3 dB (децибел) меньше – таков закон. Формулы не привожу, только мозг вам забивать. 3 dB действует только если звук – это точка, и распространению ничего не мешает, а то сейчас кто-нибудь замерит на смартфон в комнате, а потом будет подсерать.
Что происходит, если звук достиг какой-нибудь преграды, например стены. Стена это другой медиум, у него свои свойства. Часть звука рефлектирует (отражается), часть попадает в стену и поглощается стеной, а часть выходит из стены. Стена приводится в движение и работает по принципу колонки. Вспоминайте дискотеки, когда тыц-тыц слышно и стены и стёкла трясутся. В зависимости от того, на сколько отличаются свойства медиумов, отличаются части рефлектирования и проникновения звука в другой медиум. Вода рефлектирует 99,9% звука, поэтому нырнул и друзей-идиотов не слышно, вспоминайте. Зато когда эти олухи ладошкой приложатся по воде, глушит добренько – на близком расстоянии затихание звуковой волны в воде равносильно нулю. Когда делаете шумоизоляцию, то никаких щелей не должно быть, маленькая щель делает шумоизоляцию бесполезной. Пример: приоткрыл дверь чуть-чуть, и начал орать и тут же вся деревня услыхала. Или окно в машину приоткрыл и музяка долбит прям ваще норм. Второй пункт это масса - чем больше масса, тем сложнее её двигать, звуку тяжелее проникнуть.

Как за нами подслушивает Путин? Когда мы говорим, то энергия звука колеблит всё, в том числе и окна. Нам это не видно, а вот приборам на основе лазеров ещё как. Пару махинаций и вибрации вашего окна говорят то, что и ты сам, мой дорогой читатель. Как спастись? Никак, если за вас взялись спецслужбы, то пиши "по собственному". Что там ещё у крутых парней в очках есть, я не в курсе. Был бы в курсе, не писал бы тут)

Что делать с двумя и более волнами. Про наложение частот должен был слышать каждый нормальный человек, ходивший в советскую и постсоветскую школу с советскими учителями. Можно их друг на друга наложить и вызвать усиление волны, а можно сдвинуть фазы и затушить их обе, чтоб прям не слышно было. В медицине при помощи звука камни дробят, разгоняя их до резонансной частоты, что те лопаются. В повседневной жизни встречается стохастический (беспорядочный, случайный) звук, направление и наложение волн нельзя вырешать, тут решалка заканчивается и начинается работа со статистикой. Что-то типа: сколько в целом и общем звуковой энергии в определённой точке было замерено. Нюансы слишком муторные, я вас от них спасаю.

Перед тем, как перейти к описанию лабораторных помещений, надо рассказать о диапазоне частот. Человек с хорошим ухом слышит примерно от 14 герц до 20 килогерц. Взрослый человек слышит примерно от 16-18 герц до 15-16 килогерц. С возрастом волосики в ухе (не те, которые торчат наружу у всяких людей), улавливающие звук изнашиваются и воспринимают звук слабее, поэтому бабульки и дедульки «АСЬкают» и «что внучикают». Я ещё пока слышу 16 килогерц, это не плохо для моего возраста.
Человек говорит примерно в диапазоне 250 — 4000 герц. Эти частоты человек слышит лучше чем другие – мутации в ходе эволюции. Другими словами, звуковая волна частотой в 100 герц и уровнем звука в 60 dB для человека тише, чем звуковая волна частотой в 1000 герц и уровнем звука в 60 dB. Магия клана ух, я в этом не виноват.

Теперь о «суперкомнатах». Есть два вида помещений, в которых замеряют акустичкские свойства.
Первый: помещение, в котором стараются абсорбировать (поглотить) как можно больше звуковой энергии и таким образом избежать отражений. Принцип такой: важно замерить только исходящий от объекта звук. Это достигается нанесением на поверхности помещения абсорбирующих материалов. В итоге получаем комнату с метровыми (примерно) клиньями. Так делали раньше, в современных помещениях используют просто слои разных материалов в комбинации с резонаторами (платы которые колеблются при воздействии определённой частоты, забирая энергию у звука и трансформируя её в колебания).

Второй: помещение, в котором стараются сохранить энергию звука как можно дольше. Обычно это обычные бетонные стены с рефлекторами (отражатели звука в разные стороны).
Замеряют как в каждом помещении, так и в комбинации этих помещенийю Не буду вдаваться в подробности. В таких помещениях звуковая волна летает так долго, пока молекулы воздуха не высосут из неё всю энергию.

О чём весь этот бред со статьёй? Во втором варианте (бетонные стены) звук остаётся в помещении до 20 секунд на малых частотах и примерно 6-8 секунд на высоких частотах. Высокие частоты колеблются чаще и устают, соответственно быстрее теряют энергию. Вот и представляйте: пукнул – запах уже выветрился, а звуковое напоминание твоих неудач ещё веет в воздухе. Вот в таких помещениях можно на самом деле сойти с ума. В первом помещении если стоять молча, то просто непривычна тишина, а некоторые люди говорят, что слышат давление в ушах. Я не слышу, видел пару людей, которые говорили, что слышат эту пульсацию в ушах. Я хз, правда это или впечатления, я не слышу (повторения для закрепления). Вот примерно так обстоят дела со звуком. Во втором помещении на работе я стараюсь находиться как можно реже и валю из него очень-очень быстро, а в первом могу жить и не тужить. И ещё, таких комнат – везде и всюду. Автомобилестроение, самолётостроение, НИИ всякие разные, институты. Они уже давно не «американское супероткрытие», как это назвал создатель похожей статьи.

Эти факты наверное тоже будут интересны: звук измеряют в децибелах (можно загуглить, кто такой децибел). Человек слышит примерно 130 уровней звука в пределах «ничего пока не слышу» и до «пи...ц как громко, больше ничего не слышу». В децибелах это примерно столько же, почти один к одному. 0 децибел — это граница, с которой человек начинает слышать, т. е. хорошее ухо слышит 0. Круто мочь слышать ноль, не правда ли?

Два одинаковых источника звука увеличивают звук на 3 dB. Два станка громкостью в 70 децибел создадут в помещении 73 dB. Два источника звука громкостью в 0 децибел дают в сумме 3 децибела.

В два раза громче по ощущениям для человека – это примерно на 10 dB громче в реальности.

Есть три величины описания звука:
1. мощность — говорит о количестве энергии, которую создаёт источник звука
2. интенсивность — говорит о направлении звука (колонка спереди – громче, чем сзади)
3. давление — говорит о громкости в точке измерения. Единственная величина, которую можно замерить. Другие вырешиваются путём хитрых махинаций.

Есть две разных скорости звука:
1. та которую знают все — скорость распространения звука в среде (всем знакомые 330 м/с)
2. скорость колебания молекулы вокруг точки спокойствия (гугли Particle velocity на английском, на русском языке я не могу лучше описать это явление)

Ну для начала хватит, обращайтесь если что и извините за много букв. Ещё одна статья не о новостях и прочей ерунды из телека. Надеюсь кому-то станет полезно.