Февраль 18, 2016

Мир домашних развлечений довольно разнообразен и может включать в себя: просмотр кино на хорошей домашней кинотеатральной системе; увлекательный и захватывающий игровой процесс или прослушивание музыкальных композиций. Как правило, каждый находит что-то своё в этой области, или сочетает всё сразу. Но какими бы не были цели человека по организации своего досуга и в какую бы крайность не ударялись - все эти звенья прочно связаны одним простым и понятным словом - "звук". Действительно, во всех перечисленных случаях нас будет вести за ручку звуковое сопровождение. Но вопрос этот не так прост и тривиален, особенно в тех случаях, когда появляется желание добиться качественного звучания в помещении или любых других условиях. Для этого не всегда обязательно покупать дорогостоящие hi-fi или hi-end компоненты (хотя будет весьма кстати), а бывает достаточным хорошее знание физической теории, которая способна устранить большинство проблем, возникающих у всех, кто задался целью получить озвучку высокого качества.

Далее будет рассмотрена теория звука и акустики с точки зрения физики. В данном случае я постараюсь сделать это максимально доступно для понимания любого человека, который, возможно, далёк от знания физических законов или формул, но тем не менее страстно грезит воплощением мечты создания совершенной акустической системы. Я не берусь утверждать, что для достижения хороших результатов в этой области в домашних условиях (или в автомобиле, например) необходимо знать эти теории досканально, однако понимание основ позволит избежать множество глупых и абсурдных ошибок, а так же позволит достичь максимального эффекта звучания от системы любого уровня.

Общая теория звука и музыкальная терминология

Что же такое звук ? Это ощущение, которое воспринимает слуховой орган "ухо" (само по себе явление существует и без участия «уха» в процессе, но так проще для понимания), возникающее при возбуждении барабанной перепонки звуковой волной. Ухо в данном случае выступает в роли "приёмника" звуковых волн различной частоты.
Звуковая волна же представляет собой по сути последовательный ряд уплотнений и разряжений среды (чаще всего воздушной среды в обычных условиях) различной частоты. Природа звуковых волн колебательная, вызываемая и производимая вибрацией любых тел. Возникновение и распространение классической звуковой волны возможно в трёх упругих средах: газообразных, жидких и твёрдых. При возникновении звуковой волны в одном из этих типов пространства неизбежно возникают некоторые изменения в самой среде, например, изменение плотности или давления воздуха, перемещение частиц воздушных масс и т.д.

Поскольку звуковая волна имеет колебательную природу, то у неё имеется такая характеристика, как частота. Частота измеряется в герцах (в честь немецкого физика Генриха Рудольфа Герца), и обозначает количество колебаний за период времени, равный одной секунде. Т.е. например, частота 20 Гц обозначает цикл в 20 колебаний за одну секунду. От частоты звука зависит и субъективное понятие его высоты. Чем больше звуковых колебаний совершается за секунду, тем «выше» кажется звучание. У звуковой волны так же имеется ещё одна важнейшая характеристика, имеющая название - длина волны. Длиной волны принято считать расстояние, которое проходит звук определённой частоты за период, равный одной секунде. Для примера, длина волны самого низкого звука в слышимом диапазоне для человека частотой 20 Гц составляет 16,5 метров, а длина волны самого высокого звука 20000 Гц составляет 1,7 сантиметра.

Человеческое ухо устроено таким образом, что способно воспринимать волны только в ограниченном диапазоне, примерно 20 Гц - 20000 Гц (зависит от особенностей конкретного человека, кто-то способен слышать чуть больше, кто-то меньше). Таким образом, это не означает, что звуков ниже или выше этих частот не существует, просто человеческим ухом они не воспринимаются, выходя за границу слышимого диапазона. Звук выше слышимого диапазона называется ультразвуком , звук ниже слышимого диапазона называется инфразвуком . Некоторые животные способны воспринимать ультра и инфра звуки, некоторые даже используют этот диапазон для ориентирования в пространстве (летучие мыши, дельфины). В случае, если звук проходит через среду, которая напрямую не соприкасается с органом слуха человека, то такой звук может быть не слышим или сильно ослабленным в последствии.

В музыкальной терминологии звука существуют такие важные обозначения, как октава, тон и обертон звука. Октава означает интервал, в котором соотношение частот между звуками составляет 1 к 2. Октава обычно очень хорошо различима на слух, в то время как звуки в пределах этого интервала могут быть очень похожими друг на друга. Октавой также можно назвать звук, который делает вдвое больше колебаний, чем другой звук, в одинаковый временной период. Например, частота 800 Гц, есть ни что иное, как более высокая октава 400 Гц, а частота 400 Гц в свою очередь является следующей октавой звука частотой 200 Гц. Октава в свою очередь состоит из тонов и обертонов. Переменные колебания в гармонической звуковой волне одной частоты воспринимаются человеческим ухом как музыкальный тон . Колебания высокой частоты можно интерпретировать как звуки высокого тона, колебания низкой частоты – как звуки низкого тона. Человеческое ухо способно чётко отличать звуки с разницей в один тон (в диапазоне до 4000 Гц). Несмотря на это, в музыке используется крайне малое число тонов. Объясняется это из соображений принципа гармонической созвучности, всё основано на принципе октав.

Рассмотрим теорию музыкальных тонов на примере струны, натянутой определённым образом. Такая струна, в зависимости от силы натяжения, будет иметь "настройку" на какую-то одну конкретную частоту. При воздействии на эту струну чем-либо с одной определённой силой, что вызовет её колебания, стабильно будет наблюдаться какой-то один определенный тон звука, мы услышим искомую частоту настройки. Этот звук называется основным тоном. За основной тон в музыкальной сфере официально принята частота ноты "ля" первой октавы, равная 440 Гц. Однако, большинство музыкальных инструментов никогда не воспроизводят одни чистые основные тона, их неизбежно сопровождают призвуки, именуемые обертонами . Тут уместно вспомнить важное определение музыкальной акустики, понятие тембра звука. Тембр - это особенность музыкальных звуков, которые придают музыкальным инструментам и голосам их неповторимую узнаваемую специфику звучания, даже если сравнивать звуки одинаковой высоты и громкости. Тембр каждого музыкального инструмента зависит от распределения звуковой энергии по обертонам в момент появления звука.

Обертоны формируют специфическую окраску основного тона, по которой мы легко можем определить и узнать конкретный инструмент, а так же чётко отличить его звучание от другого инструмента. Обертоны бывают двух типов: гармонические и негармонические. Гармонические обертоны по определению кратны частоте основного тона. Напротив, если обертоны не кратны и заметно отклоняются от величин, то они называются негармоническими . В музыке практически исключается оперирование некратными обертонами, поэтому термин сводится к понятию "обертон", подразумевая под собой гармонический. У некоторых инструментов, например фортепиано, основной тон даже не успевает сформироваться, за короткий промежуток происходит нарастание звуковой энергии обертонов, а затем так же стремительно происходит спад. Многие инструменты создают так называемый эффект "переходного тона", когда энергия определённых обертонов максимальна в определённый момент времени, обычно в самом начале, но потом резко меняется и переходит к другим обертонам. Частотный диапазон каждого инструмента можно рассмотреть отдельно и он обычно ограничивается частотами основных тонов, который способен воспроизводить данный конкретный инструмент.

В теории звука также присутствует такое понятие как ШУМ. Шум - это любой звук, которой создаётся совокупностью несогласованных между собой источников. Всем хорошо знаком шум листвы деревьев, колышимой ветром и т.д.

От чего зависит громкость звука? Очевидно, что подобное явление напрямую зависит от количества энергии, переносимой звуковой волной. Для определения количественных показателей громкости, существует понятие - интенсивность звука. Интенсивность звука определяется как поток энергии, прошедший через какую-то площадь пространства (например, см2) за единицу времени (например, за секунду). При обычном разговоре интенсивность составляет примерно 9 или 10 Вт/см2. Человеческое ухо способно воспринимать звуки достаточно широкого диапазона чувствительности, при этом восприимчивость частот неоднородна в пределах звукового спектра. Так наилучшим образом воспринимается диапазон частот 1000 Гц - 4000 Гц, который наиболее широко охватывает человеческую речь.

Поскольку звуки столь сильно различаются по интенсивности, удобнее рассматривать её как логарифмическую величину и измерять в децибелах (в честь шотландского учёного Александра Грэма Белла). Нижний порог слуховой чувствительности человеческого уха составляет 0 Дб, верхний 120 Дб, он же ещё называется "болевой порог". Верхняя граница чувствительности так же воспринимается человеческим ухом не одинаково, а зависит от конкретной частоты. Звуки низких частот должны обладать гораздо бОльшей интенсивностью, чем высокие, чтобы вызвать болевой порог. Например, болевой порог на низкой частоте 31,5 Гц наступает при уровне силы звука 135 дБ, когда на частоте 2000 Гц ощущение боли появится при уже при 112 дБ. Имеется также понятие звукового давления, которое фактически расширяет привычное объяснение распространение звуковой волны в воздухе. Звуковое давление - это переменное избыточное давление, возникающее в упругой среде в результате прохождения через неё звуковой волны.

Волновая природа звука

Чтобы лучше понять систему возникновения звуковой волны, представим классический динамик, находящийся в трубе, наполненной воздухом. Если динамик совершит резкое движение вперёд, то воздух, находящийся в непосредственной близости диффузора на мгновение сжимается. После этого воздух расширится, толкая тем самым сжатую воздушную область вдоль по трубе.
Вот это волновое движение и будет впоследствии звуком, когда достигнет слухового органа и "возбудит" барабанную перепонку. При возникновении звуковой волны в газе создаётся избыточное давление, избыточная плотность и происходит перемещение частиц с постоянной скоростью. Про звуковые волны важно помнить то обстоятельство, что вещество не перемещается вместе со звуковой волной, а возникает лишь временное возмущение воздушных масс.

Если представить поршень, подвешенный в свободном пространстве на пружине и совершающий повторяющиеся движения "вперёд-назад", то такие колебания будут называться гармоническими или синусоидальными (если представить волну в виде графика, то получим в этом случае чистейшую синусойду с повторяющимися спадами и подъёмами). Если представить динамик в трубе (как и в примере, описанном выше), совершающий гармонические колебания, то в момент движения динамика "вперёд" получается известный уже эффект сжатия воздуха, а при движении динамика "назад" обратный эффект разряжения. В этом случае по трубе будет распространяться волна чередующихся сжатий и разрежений. Расстояние вдоль трубы между соседними максимумами или минимумами (фазами) будет называться длиной волны . Если частицы колеблются параллельно направлению распространения волны, то волна называется продольной . Если же они колеблются перпендикулярно направлению распространения, то волна называется поперечной . Обычно звуковые волны в газах и жидкостях – продольные, в твердых же телах возможно возникновение волн обоих типов. Поперечные волны в твердых телах возникают благодаря сопротивлению к изменению формы. Основная разница между этими двумя типами волн заключается в том, что поперечная волна обладает свойством поляризации (колебания происходят в определенной плоскости), а продольная – нет.

Скорость звука

Скорость звука напрямую зависит от характеристик среды, в которой он распространяется. Она определяется (зависима) двумя свойствами среды: упругостью и плотностью материала. Скорость звука в твёрдых телах соответственно напрямую зависит от типа материала и его свойств. Скорость в газовых средах зависит только от одного типа деформации среды: сжатие-разрежение. Изменение давления в звуковой волне происходит без теплообмена с окружающими частицами и носит название адиабатическое.
Скорость звука в газе зависит в основном от температуры - возрастает при повышении температуры и падает при понижении. Так же скорость звука в газообразной среде зависит от размеров и массы самих молекул газа, - чем масса и размер частиц меньше, тем "проводимость" волны больше и больше соответственно скорость.

В жидкой и твёрдой средах принцип распространения и скорость звука аналогичны тому, как волна распространяется в воздухе: путём сжатия-разряжения. Но в данных средах, помимо той же зависимости от температуры, достаточно важное значение имеет плотность среды и её состав/структура. Чем меньше плотность вещества, тем скорость звука выше и наоборот. Зависимость же от состава среды сложнее и определяется в каждом конкретном случае с учётом расположения и взаимодействия молекул/атомов.

Скорость звука в воздухе при t, °C 20: 343 м/с
Скорость звука в дистиллированной воде при t, °C 20: 1481 м/с
Скорость звука в стали при t, °C 20: 5000 м/с

Стоячие волны и интерференция

Когда динамик создаёт звуковые волны в ограниченном пространстве неизбежно возникает эффект отражения волн от границ. В результате этого чаще всего возникает эффект интерференции - когда две или более звуковых волн накладываются друг на друга. Особыми случаями явления интерференции являются образование: 1) Биений волн или 2) Стоячих волн. Биения волн - это случай, когда происходит сложение волн с близкими частотами и амплитудой. Картина возникновения биений: когда две похожие по частоте волны накладываются друг на друга. В какой-то момент времени при таком наложении, амплитудные пики могут совпадать "по фазе", а также могут совпадать и спады по "противофазе". Именно так и характеризуются биения звука. Важно помнить, что в отличие от стоячих волн, фазовые совпадения пиков происходят не постоянно, а через какие-то временные промежутки. На слух такая картина биений различается достаточно чётко, и слышится как периодическое нарастание и убывание громкости соответственно. Механизм возникновения этого эффекта предельно прост: в момент совпадения пиков громкость нарастает, в момент совпадения спадов громкость уменьшается.

Стоячие волны возникают в случае наложения двух волн одинаковой амлитуды, фазы и частоты, когда при "встрече" таких волн одна движется в прямом, а другая – в обратном направлении. В участке пространства (где образовалась стоячая волна) возникает картина наложения двух частотных амплитуд, с чередованием максимумов (т.н. пучностей) и минимумов (т.н. узлов). При возникновении этого явления крайне важное значение имеет частота, фаза и коэффициент затухания волны в месте отражения. В отличие от бегущих волн, в стоячей волне отсутствует перенос энергии вследствие того, что образующие эту волну прямая и обратная волны переносят энергию в равных количествах и в прямом и в противоположном направлениях. Для наглядного понимания возникновения стоячей волны, представим пример из домашней акустики. Допустим, у нас есть напольные акустические системы в некотором ограниченном пространстве (комнате). Заставив их играть какую-нибудь композицию с большим количеством баса, попробуем изменить местоположение слушателя в помещении. Таким образом слушатель, попав в зону минимума (вычитания) стоячей волны ощутит эффект того, что баса стало очень мало, а если слушатель попадает в зону максимума (сложения) частот, то получается обратный эффект существенного увеличения басовой области. При этом эффект наблюдается во всех октавах базовой частоты. Например, если базовая частота составляет 440 Гц, то явление "сложения" или "вычитания" будет наблюдаться также на частотах 880 Гц, 1760 Гц, 3520 Гц и т.д.

Явление резонанса

У большинства твёрдых тел имеется собственная частота резонанса. Понять этот эффект достаточно просто на примере обычной трубы, открытой только с одного конца. Представим ситуацию, что с другого конца трубы подсоединяется динамик, который может играть какую-то одну постоянную частоту, её также впоследствии можно менять. Так вот, у трубы имеется собственная частота резонанса, говоря простым языком - это частота, на которой труба "резонирует" или издаёт свой собственный звук. Если частота динамика (в результате регулировки) совпадёт с частотой резонанса трубы, то возникнет эффект увеличения громкости в несколько раз. Это происходит потому, что громкоговоритель возбуждает колебания воздушного столба в трубе со значительной амплитудой до тех пор, пока не найдётся та самая «резонансная частота» и произойдёт эффект сложения. Возникшее явление можно описать следующим образом: труба в этом примере "помогает" динамику, резонируя на конкретной частоте, их усилия складываются и "выливаются" в слышимый громкий эффект. На примере музыкальных инструментов легко прослеживается это явление, поскольку в конструкции большинства присутствуют элементы, называемые резонаторами. Нетрудно догадаться, что служит цели усилить определённую частоту или музыкальный тон. Для примера: корпус гитары с резонатором ввиде отверстия, сопрягаемого с объёмом; Конструкция трубки у флейты (и все трубы вообще); Циллиндрическая форма корпуса барабана, который сам по себе является резонатором определённой частоты.

Частотный спектр звука и АЧХ

Поскольку на практике практически не встречаются волны одной частоты, то возникает необходимость разложения всего звукового спектра слышимого диапазона на обертоны или гармоники. Для этих целей существуют графики, которые отображают зависимость относительной энергии звуковых колебаний от частоты. Такой график называется графиком частотного спектра звука. Частотный спектр звука бывает двух типов: дискретный и непрерывный. Дискретный график спектра отображает частоты по отдельности, разделённые пустыми промежутками. В непрерывном спектре присутствуют сразу все звуковые частоты.
В случае с музыкой или акустикой чаще всего используется обычный график Амплитудно-Частотой Характеристики (сокращённо "АЧХ"). На таком графике представлена зависимость амплитуды звуковых колебаний от частоты на протяжении всего спектра частот (20 Гц - 20 кГц). Глядя на такой график легко понять, например, сильные или слабые стороны конкретного динамика или акустической системы в целом, наиболее сильные участки энергетической отдачи, частотные спады и подъёмы, затухания, а так же проследить крутизну спада.

Распространение звуковых волн, фаза и противофаза

Процесс распространения звуковых волн происходит во всех направлениях от источника. Простейший пример для понимания этого явления: камешек, брошенный в воду.
От места, куда упал камень, начинают расходиться волны по поверхности воды во всех направлениях. Однако, представим ситуацию с использованием динамика в неком объёме, допустим закрытом ящике, который подключён к усилителю и воспроизводит какой-то музыкальный сигнал. Несложно заметить (особенно при условии, если подать мощный НЧ сигнал, например бас-бочку), что динамик совершает стремительное движение "вперёд", а потом такое же стремительное движение "назад". Остаётся понять, что когда динамик совершает движение вперёд, он излучает звуковую волну, которую мы слышим впоследствии. А вот что происходит, когда динамик совершает движение назад? А происходит парадоксально тоже самое, динамик совершает тот же звук, только распространяется он в нашем примере всецело в пределах объёма ящика, не выходя за его пределы (ящик закрыт). В целом, на приведённом выше примере можно наблюдать достаточно много интересных физических явлений, наиболее значимым из которых является понятие фазы.

Звуковая волна, которую динамик, находясь в объёме, излучает в направлении слушателя - находится "в фазе". Обратная же волна, которая уходит в объём ящика, будет соответственно противофазной. Остаётся только понять, что подразумевают эти понятия? Фаза сигнала – это уровень звукового давления в текущий момент времени в какой-то точке пространства. Фазу проще всего понять на примере воспроизведения музыкального материала обычной напольной стерео-парой домашних акустических систем. Представим, что две такие напольные колонки установлены в неком помещении и играют. Обе акустические системы в этом случае воспроизводят синхронный сигнал переменного звукового давления, притом звуковое давление одной колонки складывается со звуковым давлением другой колонки. Происходит подобный эффект за счёт синхронности воспроизведения сигнала левой и правой АС соответственно, другими словами, пики и спады волн, излучаемых левыми и правыми динамиками совпадают.

А теперь представим, что давления звука по-прежнему меняются одинаковым образом (не претерпели изменений), но только теперь противоположно друг другу. Подобное может произойти, если подключить одну акустическую систему из двух в обратной полярности ("+" кабель от усилителя к "-" клемме акустической системе, и "-" кабель от усилителя к "+" клемме акустической системы). В этом случае противоположный по направлению сигнал вызовет разницу давлений, которую можно представить в виде чисел следующим образом: левая акустическая система будет создавать давление "1 Па", а правая акустическая система будет создавать давление "минус 1 Па". В результате, суммарная громкость звука в точке размещения слушателя будет равна нулю. Это явление называется противофазой. Если рассматривать пример более детально для понимания, то получается, что два динамика, играющие "в фазе" - создают одинаковые области уплотнения и разряжения воздуха, чем фактически помогают друг другу. В случае же с идеализированной противофазой, область уплотнения воздушного пространства, созданная одним динамиком, будет сопровождаться областью разряжения воздушного пространства, созданной вторым динамиком. Выглядит это примерно, как явление взаимного синхронного гашения волн. Правда, на практике падения громкости до нуля не происходит, и мы услышим сильно искажённый и ослабленный звук.

Самым доступным образом можно описать это явление так: два сигнала с одинаковыми колебаниями (частотой), но сдвинутые по времени. Ввиду этого, удобнее представить эти явления смещения на примере обычных круглых стрелочных часов. Представим, что на стене висит несколько одинаковых круглых часов. Когда секундные стрелки этих часов бегут синхронно, на одних часах 30 секунд и на других 30, то это пример сигнала, который находится в фазе. Если же секундные стрелки бегут со смещением, но скорость по-прежнему одинакова, например, на одних часах 30 секунд, а на других 24 секунды, то это и есть классический пример смещения (сдвига) по фазе. Таким же образом фаза измеряется в градусах, в пределах виртуальной окружности. В этом случае, при смещении сигналов относительно друг друга на 180 градусов (половина периода), и получается классическая противофаза. Нередко на практике возникают незначительные смещения по фазе, которые так же можно определить в градусах и успешно устранить.

Волны бывают плоские и сферические. Плоский волновой фронт распространяется только в одном направлении и редко встречается на практике. Сферический волновой фронт представляет собой волны простого типа, которые исходят из одной точки и распространяется во всех направлениях. Звуковые волны обладают свойством дифракции , т.е. способностью огибать препятствия и объекты. Степень огибания зависит от отношения длины звуковой волны к размерам препятствия или отверстия. Дифракция возникает и в случае, когда на пути звука оказывается какое-либо препятствие. В этом случае возможны два варианта развития событий: 1) Если размеры препятствия намного больше длины волны, то звук отражается или поглощается (в зависимости от степени поглощения материала, толщины препятствия и т.д.), а позади препятствия формируется зона "акустической тени". 2) Если же размеры препятствия сравнимы с длиной волны или даже меньше её, тогда звук дифрагирует в какой-то мере во всех направлениях. Если звуковая волна при движении в одной среде попадает на границу раздела с другой средой (например воздушная среда с твёрдой средой), то может возникнуть три варианта развития событий: 1) волна отразится от поверхности раздела 2) волна может пройти в другую среду без изменения направления 3) волна может пройти в другую среду с изменением направления на границе, это называется "преломление волны".

Отношением избыточного давления звуковой волны к колебательной объёмной скорости называется волновое сопротивление. Говоря простыми словами, волновым сопротивлением среды можно назвать способность поглощать звуковые волны или "сопротивляться" им. Коэффициенты отражения и прохождения напрямую зависят от соотношения волновых сопротивлений двух сред. Волновое сопротивление в газовой среде гораздо ниже, чем в воде или твёрдых телах. Поэтому если звуковая волна в воздухе падает на твердый объект или на поверхность глубокой воды, то звук либо отражается от поверхности, либо поглощается в значительной мере. Зависит это от толщины поверхности (воды или твёрдого тела), на которую падает искомая звуковая волна. При низкой толщине твёрдой или жидкой среды, звуковые волны практически полностью "проходят", и наоборот, при большой толщине среды волны чаще отражается. В случае отражения звуковых волн, происходит этот процесс по хорошо известному физическому закону: "Угол падения равен углу отражения". В этом случае, когда волна из среды с меньшей плотностью попадает на границу со средой большей плотности - происходит явление рефракции . Оно заключается в изгибе (преломлении) звуковой волны после "встречи" с препятствием, и обязательно сопровождается изменением скорости. Рефракция зависит также от температуры среды, в которой происходит отражение.

В процессе распространения звуковых волн в пространстве неизбежно происходит снижение их интенсивности, можно сказать затухание волн и ослабление звука. На практике столкнуться с подобным эффектом достаточно просто: например, если два человека встанут в поле на некотором близком расстоянии (метр и ближе) и начнут что-то говорить друг другу. Если впоследствии увеличивать расстояние между людьми (если они начнут отдаляться друг от друга), тот же самый уровень разговорной громкости будет становиться всё менее и менее слышимым. Подобный пример наглядно демонстрирует явление снижения интенсивности звуковых волн. Почему это происходит? Причиной тому различные процессы теплообмена, молекулярного взаимодействия и внутреннего трения звуковых волн. Наиболее часто на практике происходит превращение звуковой энергии в тепловую. Подобные процессы неизбежно возникают в любой из 3-ёх сред распространения звука и их можно охарактеризовать как поглощение звуковых волн .

Интенсивность и степень поглощения звуковых волн зависит от многих факторов, таких как: давление и температура среды. Также поглощение зависит от конкретной частоты звука. При распространении звуковой волны в жидкостях или газах возникает эффект трения между разными частицами, которое называется вязкостью. В результате этого трения на молекулярном уровне и происходит процесс превращения волны из звуковой в тепловую. Другими словами, чем выше теплопроводность среды, тем меньше степень поглощения волн. Поглощение звука в газовых средах зависит ещё и от давления (атмосферное давление меняется с повышением высоты относительно уровня моря). Что касательно зависимости степени поглощения от частоты звука, то принимая во внимание вышеназванные зависимости вязкости и теплопроводности, поглощение звука тем выше, чем выше его частота. Для примера, при нормальной температуре и давлении, в воздухе поглощение волны частотой 5000 Гц составляет 3 Дб/км, а поглощение волны частотой 50000 Гц составит уже 300 Дб/м.

В твёрдых средах сохраняются все вышеназванные зависимости (теплопроводность и вязкость), однако к этому добавляется ещё несколько условий. Они связаны с молекулярной структурой твёрдых материалов, которая может быть разной, со своими неоднородностями. В зависимости от этого внутреннего твёрдого молекулярного строения, поглощение звуковых волн в данном случае может быть различным, и зависит от типа конкретного материала. При прохождении звука через твёрдое тело, волна претерпевает ряд преобразований и искажений, что чаще всего приводит к рассеиванию и поглощению звуковой энергии. На молекулярном уровне может возникнуть эффект дислокаций, когда звуковая волна вызывает смещение атомных плоскостей, которые затем возвращаются в исходное положение. Либо же, движение дислокаций приводит к столкновению с перпендикулярными им дислокациями или дефектами кристаллического строения, что вызывает их торможение и как следствие некоторое поглощение звуковой волны. Однако, звуковая волна может и резонировать с данными дефектами, что приведет к искажению исходной волны. Энергия звуковой волны в момент взаимодействия с элементами молекулярной структуры материала рассеивается в результате процессов внутреннего трения.

В я постараюсь разобрать особенности слухового восприятия человека и некоторые тонкости и особенности распространения звука.

Сегодня озвучка театральных пьес и кинофильмов относительно проста. Большинство необходимых шумов существует в электронном виде, недостающие записываются, обрабатываются на компьютере. Но еще полвека назад для имитации звуков использовались удивительной хитроумности механизмы.

Тим Скоренко

Эти удивительные шумовые машины выставлялись на протяжении последних лет в самых разных местах, впервые — несколько лет тому назад в Политехническом музее. Там мы подробно рассмотрели эту занимательную экспозицию. Дерево-металлические устройства, удивительным образом имитирующие звуки прибоя и ветра, проезжающего автомобиля и поезда, цокот копыт и звон мечей, стрекотание кузнечика и кваканье лягушки, лязг гусениц и разрывы снарядов — все эти удивительные машины разработал, усовершенствовал и описал Владимир Александрович Попов — актер и создатель шумового оформления в театре и кино, — которому и посвящена выставка. Наиболее интересна интерактивность экспозиции: приборы не стоят, как нередко у нас принято, за тремя слоями пуленепробиваемого стекла, а предназначены для пользователя. Подходи, зритель, притворись звукооформителем, посвисти ветром, пошуми водопадом, поиграй в поезд — и это интересно, действительно интересно.

Фисгармония. «Для передачи шума танка используется музыкальный инструмент фисгармония. Исполнитель нажимает одновременно несколько нижних клавиш (и черных, и белых) на клавиатуре и при этом накачивает воздух с помощью педалей» (В.А. Попов).

Шумовых дел мастер

Владимир Попов начинал карьеру в качестве актера МХАТа, причем еще до революции, в 1908 году. В своих воспоминаниях он писал, что с детства увлекался звукоимитацией, пытался копировать различные шумы, природные и искусственные. С 1920-х годов он окончательно уходит в звуковую отрасль, проектируя разнообразные машины для шумового оформления спектаклей. А в тридцатых его механизмы появились и в кино. Например, с помощью своих удивительных машин Попов озвучивал легендарную картину Сергея Эйзенштейна «Александр Невский».

Он относился к шумам как к музыке, писал партитуры для звукового фона спектаклей и радиопостановок — и изобретал, изобретал, изобретал. Некоторые машины, созданные Поповым, сохранились до сих пор и пылятся в подсобках различных театров — развитие звукозаписи сделало его хитроумные механизмы, требующие определенных навыков обращения, ненужными. Сегодня шум поезда моделируется электронными методами, в поповские же времена целый оркестр по строго заданному алгоритму работал с различными устройствами, чтобы создать достоверную имитацию приближающегося состава. В шумовых композициях Попова порой было задействовано до двадцати музыкантов.

Шум танка. «Если танк появляется на сцене, то в этот момент вступают в действие четырехколесные приборы с металлическими пластинами. Прибор приводится в действие вращением крестовины вокруг оси. Получается сильный звук, очень похожий на лязг гусениц большого танка» (В.А. Попов).

Итогами его работы стали книга «Звуковое оформление спектакля», вышедшая в 1953 году, и полученная тогда же Сталинская премия. Можно привести здесь много различных фактов из жизни великого изобретателя — но мы обратимся к технике.

Дерево и железо

Важнейшим моментом, на который далеко не всегда обращают внимание посетители выставки, является тот факт, что каждая шумовая машина — музыкальный инструмент, на котором нужно уметь играть и который требует определенных акустических условий. Например, «громовая машина» во время спектаклей всегда ставилась на самый верх, на мостки над сценой, чтобы раскаты грома разносились по всему зрительному залу, создавая ощущение присутствия. В небольшой же комнате она производит не такое яркое впечатление, звук ее не столь естественен и находится значительно ближе к тому, чем является на самом деле, — к лязгу железных колес, встроенных в механизм. Впрочем, «ненатуральность» некоторых звуков объясняется тем, что многие из механизмов не предназначены для «сольной» работы — только «в ансамбле».

Иные машины, напротив, идеально имитируют звук независимо от акустических свойств помещения. К примеру, «Перекат» (механизм, издающий шум прибоя), огромный и неповоротливый, настолько точно копирует удары волн о пологий берег, что, закрыв глаза, можно легко вообразить себя где-то у моря, на маяке, в ветреную погоду.

Конный транспорт №4. «Прибор, воспроизводящий шум пожарного обоза. Чтобы в начале действия прибора дать слабый шум, исполнитель отводит ручку регулятора влево, благодаря чему происходит смягчение силы шума. При перемещении оси в другую сторону шум возрастает до значительной силы» (В.А. Попов).

Попов делил шумы на ряд категорий: батальные, природные, индустриальные, бытовые, транспортные и т. д. Некоторые универсальные приемы могли использоваться для имитации различных шумов. Например, подвешенные на определенном расстоянии друг от друга листы железа различной толщины и размеров могли сымитировать и шум приближающегося паровоза, и лязг производственных машин, и даже гром. Универсальным устройством Попов называл также огромный барабан-ворчун, способный работать в разных «отраслях».

Но большинство подобных машин достаточно просты. Специализированные же механизмы, предназначенные для имитации одного и только одного звука, заключают в себе весьма занимательные инженерные мысли. Например, падение капель воды имитируется вращением барабана, боковую сторону которого заменяют натянутые на разных расстояниях веревки. При вращении они приподнимают неподвижно укрепленные кожаные хлыстики, которые хлопают по следующим веревкам — и это действительно похоже на капель. Ветры различной силы также имитируются с помощью барабанов, трущихся о всевозможные ткани.

Кожа для барабана

Пожалуй, самая замечательная история, связанная с реконструкцией машин Попова, случилась во время изготовления большого барабана-ворчуна. Для огромного, диаметром почти в два метра, музыкального инструмента требовалась кожа — но оказалось, что приобрести выделанную, но не выдубленную барабанную кожу в России невозможно. Музыканты отправились на настоящую скотобойню, где купили две свежеснятые с быков шкуры. «В этом было что-то сюрреалистическое, — смеется Петр. — Подъезжаем мы на машине к театру, а у нас в багажнике — окровавленные шкуры. Мы затаскиваем их на крышу театра, там мездрим, сушим — неделю на всю Сретенку запах стоял…» Но барабан в итоге удался на славу.

Каждый прибор Владимир Александрович в обязательном порядке снабжал подробной инструкцией для исполнителя. Например, устройство «Мощный треск»: «Сильные сухие разряды грозы выполняются с помощью прибора «Мощный треск». Встав на площадку станка прибора, исполнитель, подавшись грудью вперед и положив обе руки поверх зубчатого вала, обхватывает его и повертывает по направлению к себе».

Стоит заметить, что многие из машин, использованных Поповым, были разработаны до него: Владимир Александрович лишь усовершенствовал их. В частности, ветровые барабаны применялись в театрах еще во времена крепостного права.

Изящная жизнь

Одним из первых фильмов, целиком озвученным с помощью механизмов Попова, была комедия режиссёра Бориса Юрцева «Изящная жизнь». Помимо голосов актёров, в этом фильме, вышедшем на экраны в 1932 году, нет ни одного записанного с натуры звука — всё сымитировано. Стоит заметить, что из шести полнометражных фильмов, снятых Юрцевым, этот — единственный сохранившийся. Попавший в опалу в 1935 году режиссёр был сослан на Колыму; его фильмы, кроме «Изящной жизни», были утеряны.

Новая инкарнация

После появления звуковых библиотек про машины Попова почти забыли. Они отошли в разряд архаизмов, в прошлое. Но нашлись люди, заинтересованные в том, чтобы техника прошлого не только «восстала из пепла», но и вновь стала востребованной.

Идея сделать музыкальный арт-проект (тогда еще не оформившийся как интерактивная выставка) давно теплилась в сознании московского музыканта, пианиста-виртуоза Петра Айду — и вот наконец нашла свое материальное воплощение.

Прибор «лягушка». Инструкция к прибору «Лягушка» значительно сложнее, нежели аналогичные указания к прочим устройствам. Исполнитель квакающего звука должен был хорошо владеть инструментом, чтобы итоговая звукоимитация получилась достаточно натуральной.

Команда, работавшая над проектом, частично базируется в театре «Школа драматического искусства». Сам Петр Айду — помощник главного режиссера по музыкальной части, координатор производства экспонатов Александр Назаров — руководитель театральных мастерских и т. д. Впрочем, в работе над выставкой принимали участие десятки людей, не связанных с театром, но готовых помогать, тратить свое время на странный культурологический проект — и все это было не зря.

Мы беседовали с Петром Айду в одной из комнат с экспозицией, в страшном грохоте и гаме, извлекаемом из экспонатов посетителями. «В этой экспозиции множество пластов, — говорил он. — Некий исторический пласт, поскольку мы подняли на свет историю очень талантливого человека, Владимира Попова; интерактивный пласт, поскольку люди получают удовольствие от происходящего; музыкальный пласт, поскольку по окончании выставки мы планируем использовать ее экспонаты в наших спектаклях, причем не столько для озвучки, сколько как самостоятельные арт-объекты». В то время, как Петр говорил, за его спиной работал телевизор. На экране сцена, где двенадцать человек слаженно играют композицию «Шум поезда» (это фрагмент спектакля «Реконструкция утопии»).

«Перекат». «Исполнитель приводит прибор в действие мерным ритмическим покачиванием резонатора (корпуса прибора) вверх и вниз. Тихий прибой волн выполняется медленным ссыпанием (не до конца) содержимого резонатора с одного его конца в другой. Прекратив ссыпание содержимого в одну сторону, быстрым движением приводят резонатор в горизонтальное положение и сейчас же отводят его в другую сторону. Мощный прибой волн выполняется медленным ссыпанием до конца всего содержимого резонатора» (В.А.Попов).

Автоматы изготовлялись по оставленным Поповым чертежам и описаниям — сохранившиеся в коллекции МХАТа оригиналы некоторых машин создатели выставки увидели уже после окончания работ. Одной из основных проблем было то, что легко добываемые в 1930-х годах детали и материалы сегодня нигде не используются и в свободной продаже не водятся. Например, латунный лист толщиной 3 мм и размерами 1000x1000 мм найти практически нереально, потому что нынешний ГОСТ подразумевает разрезку латуни только 600x1500. Проблемы возникали даже с фанерой: требуемая 2,5-миллиметровая по современным стандартам относится к авиамодельной и достаточно редка, разве что из Финляндии выписывать.

Автомобиль. «Шум автомобиля производится двумя исполнителями. Один из них вращает ручку колеса, а другой нажимает рычаг подъёмной доски и приоткрывает крышки» (В.А. Попов). Стоит заметить, что с помощью рычагов и крышек можно было значительно варьировать звук автомобиля.

Была и еще одна сложность. Сам Попов неоднократно замечал: чтобы сымитировать какой-либо звук, нужно абсолютно точно представлять себе, чего хочешь добиться. Но, например, звук переключения семафора 1930-х годов никто из наших современников никогда не слышал в живую — как же удостовериться в том, что соответствующий прибор изготовлен правильно? Никак — остается только надеяться на интуицию и старые кинофильмы.

Но в общем и целом интуиция создателей не подвела — им все удалось. Хотя изначально шумовые машины предназначались для людей, умеющих с ними обращаться, а не для потехи, в качестве интерактивных экспонатов музея они очень хороши. Вращая рукоять очередного механизма, глядя на транслируемый на стену немой кинофильм, ты ощущаешь себя великим звукорежиссером. И чувствуешь, как под твоими руками рождается не шум, но музыка.

В наш век доступной информации люди не перестали распространять слухи и мифы. Это происходит от лености ума и других особенностей характера индивидуумов.

Напомним, что ветроэнергетика – это большая отрасль мировой экономики, в которую ежегодно вкладываются десятки миллиардов долларов. Поэтому даже ленивый умом гражданин мог бы предположить, что возникающие в процессе развития отрасли вопросы уже где-то кем-то ставились и разбирались.

Для того, чтобы облегчить доступ широкой общественности к правильной информации мы создадим здесь «справочник», в котором будем разбивать мифы об отрасли. Уточним, что мы говорим о промышленной ветроэнергетике, в которой работают крупные ветрогенераторы мегаваттного класса. В отличие от фотоэлектрической солнечной энергетики, в которой небольшие, распределенные электростанции в совокупности занимают весомую долю в генерации, малые ветровые электростанции – нишевая сфера. Ветроэнергетика – это энергетика больших машин и мощностей.

Сегодня рассмотрим миф о вреде ветроэнергетики для окружающей среды и здоровья человека в связи с издаваемым шумом и инфразвуком (звуковыми волнами, имеющими частоту ниже воспринимаемой человеческим ухом).

Отнесемся к этому мифу со всей серьезностью. Дело в том, что о страшных последствиях инфразвука, производимого ветрогенераторами, я слышал лично от уважаемого члена-корреспондента РАН, главы целого Курчатовского института (!), Ковальчука М.В.

Начнем с того, что ветрогенератор – это машина с движущимися частями. Машины, которые совсем бесшумны, вряд ли встречаются. При этом шум ветровой турбины не столь велик по сравнению, скажем, с газовой турбиной или другим генерирующим устройством сопоставимой мощности, работающим на основе сжигания топлива. Как видно на картинке, шум ветровой турбины непосредственно у генератора не выше, чем у работающей газонокосилки.

Разумеется, жить под большим ветряком неприятно и вредно для здоровья. Также шумно и вредно жить у железной дороги, на московском Садовом кольце и т.д.

Для того, чтобы шум не мешал, необходимо строить ветровые электростанции на расстоянии от жилых домов. Каким должно быть это расстояние? Универсальной мировой нормы нет. В документах Международной организации здравоохранения не содержится специальных рекомендаций. Однако, существует документ «Night Noise Guidelines for Europe», рекомендующий максимальный уровень шума в ночное время (40 дБ), который учитывается и при планировании объектов ветроэнергетики. В Великобритании с её развитой ветроэнергетикой норм, устанавливающих дистанцию между ветровыми электростанциями и жилыми домами, нет (рассматривается законопроект). В германской федеральной земле Баден-Вюртемберг установлено минимальное расстояние от жилых домов в 700 метров, при этом проводятся расчеты по каждому конкретному проекту с учетом допустимого уровня шума в ночное время (макс. 35-40 дБ в зависимости от типа жилой застройки)…

Перейдем к инфразвуку.

Для начала возьмём 70-страничное австралийское «Уровень инфразвука вблизи ветровых ферм и в других районах» с результатами измерений. Замеры делал не абы кто, а специализированное предприятие Resonate Acoustics, занимающиеся акустическими исследованиями, и по заказу Министерства защиты окружающей среды Южной Австралии. Вывод: «уровень инфразвука в домах вблизи оцениваемых ветряных турбин не выше, чем в других городских и сельских районах, и вклад ветровых турбин в измеренные уровни инфразвука является незначительным по сравнению с фоновым уровнем инфразвука в окружающей среде».

Теперь посмотрим на брошюру «Факты: ветроэнергетика и инфразвук », изданную Министерством экономики, энергетики, транспорта и территориального развития немецкой Федеральной земли Гессен: «Нет никаких научных доказательств того, что инфразвук от ветровых турбин может вызвать последствия для здоровья при соблюдении минимальных расстояний, установленных в земле Гессен» (1000 м от границы поселения). «Инфразвук, исходящий от ветровых турбин, ниже порога человеческого восприятия».

В научном журнале Frontiers in Public Health опубликована по поводу влияния шума низкой частоты и инфразвука от ветровых турбин на здоровье («Health-Based Audible Noise Guidelines Account for Infrasound and Low-Frequency Noise Produced by Wind Turbines»). Вывод: звуки низкой частоты ощущаются на расстоянии до 480 м, впрочем, как и вообще шум генератора. Действующие нормы и правила строительства ветровых электростанций надежно защищают потенциальных реципиентов шума, в том числе низкочастотного шума и инфразвука.

Можем также взять исследование Министерства окружающей среды, климата и энергетического хозяйства Земли Баден-Вюртемберг «Низкочастотные шумы и инфразвук от ветроэнергетических установок и других источников»: «Инфразвуки вызываются большим количеством природных и промышленных источников. Они повседневная и повсеместная часть нашей окружающей среды… Инфразвук, производимый ветровыми турбинами, находится значительно ниже пределов человеческого восприятия. Нет никаких научно обоснованных доказательств вреда для этого диапазона».

Государственный департамент здоровья Канады провел большое исследование «Шум от ветровых турбин и здоровье », в котором один из разделов посвящен инфразвуку. Никаких ужасов не нашли.

Кроме того, не удалось найти каких-то серьезных научных подтверждений вреда шума (и инфразвука) ветровых турбин для насекомых и животных.

Подведем итоги.

Шум от ветровых генераторов не является каким-то «особо вредным звуковым загрязнением». Да, оборудование шумит, как это делают машины. Для того, чтобы этот шум не слышать, нужно жить на разумном расстоянии от ветровых электростанций. Законодателям целесообразно устанавливать эти расстояния с учетом данных профессиональных измерений.

Многочисленные научные исследования доказывают, что сверхнизкий шум ветровых турбин (инфразвук) не представляет опасности для человека в случае соблюдения этого разумного расстояния.

Необходимо также учитывать, что в мире продолжаются регулярные исследования, касающиеся всех сторон ветроэнергетической отрасли, в том числе щекотливых вопросов шума и инфразвука. Эти исследования помогают регуляторам повышать безопасность объектов ветроэнергетики, а производителям – создавать более совершенные и тихие машины.

В будущих статьях мы рассмотрим другие мифы о ветроэнергетике.

В последнее время особенно много ведется споров о вреде и пользе ветрогенераторов с точки зрения экологии. Рассмотрим несколько позиций, на которые в первую очередь ссылаются противники ветроэнергетики.

Одним из основных аргументов против использования ветрогенераторов является шум . Ветроэнергетические установки производят два вида шума: механический и аэродинамический. Шум от современных ветрогенераторов на расстоянии 20 м от места установки составляет 34 - 45 дБ. Для сравнения: шумовой фон ночью в деревне составляет 20 - 40 дБ, шум от легковой автомашины при скорости движения 64 км/ч - 55 дБ, шумовой фон в офисе - 60 дБ, шум от грузовика при скорости движения 48 км/ч на удалении от него в 100м - 65 дБ, шум от отбойного молотка на расстоянии 7 м - 95 дБ. Таким образом ветрогенераторы не являются источником шума каким-либо образом негативно воздействующим на здоровье человека.
Инфразвук и вибрация - еще один вопрос негативного воздействия. Во время работы ветряка на концах лопостей образуются вихри, которые, собственно, и есть источниками инфразвука, чем больше мощность ветряка, тем больша мощность вибрации и негативное воздействие на живую природу. Частота этих вибраций - 6-7 Гц- совпадает с природным ритмом мозга человека, поэтому возможны некоторые психотропные эфекты. Но это все относится к мощным ветроэлектростанциям (на даже и относительно их это не доказано). Малая ветроэнергетика в этом аспекте намного безопасней за железнодорожный транспорт, автомобили, трамваи и другие источники инфразвука, с которыми ми сталкиваемся ежедневно.
Относительно вибраций , то они больше угрожают не людям, а зданиям и сооружениям, методы ее снижения - это вопрос хорошо изученный.Если для лопастей выбран хороший аэродинамический профиль, ветротурбина хорошо отбалансирована, генератор в рабочем состоянии, своевременно проводится техосмотр, то и проблемы вообще нету. Разве что может понадобиться дополнительная амортизация, если ветряк стоит на крыше.
Еще ссылаются противники ветрогенераторов на так званое визуальное воздействие . Визуальное воздействие - это субъективный фактор. Для улучшения эстетического вида ветроустановок во многих крупных фирмах работают профессиональные дизайнеры. Ландшафтные дизайнеры привлекаются для обоснования новых проектов. Между тем, при проведении опроса общественного мнения на вопрос «Портят ли ветрогенераторы общий пейзаж?» 94% респондентов ответили отрицательно, причем, многие подчеркнули, что с эстетической точки зрения, ветрогенераторы гармонично вписываются в окружающую среду в отличие от традиционных ЛЭП.
Также, одним из аргументов против использования ветрогенераторов является вред, наносимый животным и птицам . В то же время статистика показывает, что из расчета на 10 000 особей из-за ветрогенераторов погибает менее 1 шт, из-за телебашен - 250 шт, от пестицидов - 700 шт, из-за различных механизмов - 700 шт, из-за ЛЭП - 800 шт, из-за кошек - 1000 шт, из-за домов/окон - 5500шт. Таким образом, ветрогенераторы не являются самым большим злом для представителей нашей фауны.
Но в свою очередьветрогенератор мощностью 1 МВт сокращает ежегодные выбросы в атмосферу 1800 тонн углекислого газа, 9 тонн оксида серы, 4 тонн оксида азота. Возможно, переход к ветроэнергетике позволит повлиять на скорость уменьшения озонового слоя, и, соответственно, на темпы глобального потепления.
Кроме того, ветроустановки, в отличие от тепловых электростанций, производят электроэнергию без использования воды, что позволяет сократить эксплуатацию водных ресурсов.
Ветрогенераторы производят электроэнергию без сжигания традиционных видов топлива, это позволяет сократить спрос и цены на топливо.
Анализируя вышеизложенное, можно с уверенностью сказать, что с экологической точки зрения ветрогенераторы не представляют вреда. Практическим же подтверждением этого является то, что эти технологии набирают Стремительное развитие в Евросоюзе, США, Китае и других странах мира. Современная ветроэнергетика вырабатывает сегодня более 200 млрд. кВт.ч в год, что эквивалентно 1,3% глобального производства электроэнергии. В то же время в некоторых странах этот показатель достигает 40%.

Атмосферная акустика изучает, главным образом, распространение в свободной атмосфере звука. Опытом установлено, что по ветру звук распространяется значительно дальше, чем против направления ветра или в безветрие. Это объясняется переносом звука ветра (известно, что скорость перемещения воздуха при ветре незначительна относительно скорости звука), и тем самым скорость перемещения воздуха над самой поверхностью земли заметно меньше, чем на определенной высоте. В связи с этим звуковые волны по направлению ветра несколько наклоняются верхними частями вперед, а потому звук прижимается к земле, чем создается усиление звука. Идущие против ветра звуковые волны отлетают, а потому звуковой луч отходит от земли.

©

Вообще искажение хода звукового луча, вследствие различной звуковой преломляемости его в воздухе, вызванной изменениями температуры и скорости ветра на различных высотах, может привести к тому, что источник звука окажется окруженным зоной молчания, далее которой звук снова .

Атмосферная акустика в свободном воздухе

Распространение звука в свободном воздухе имеет ряд особенностей. Благодаря чему в тепловой проводимости и вязкости в атмосфере, поглощения звуковой волны будут более выше частоты по звуку и ниже плотности в воздухе. Следовательно, эти резкие звуки или взрывы становятся глуше на больших расстояниях. В уловимых звуках на очень низких частотах (известные, как инфразвук), имеют периоды от нескольких секунд до нескольких минут, которые не сильно ослаблены и могут быть распространены на тысячи километров и даже могут обогнуть землю несколько раз. Это нужно для возможности обнаружения ядерных взрывов, которые являются мощным источником для таких волн.

Это важные проблемы в атмосферной акустике, связанные с явлениями, которые происходят во время распространения звука в атмосфере, которая из с акустической точки зрения является перемещением неоднородной среды. Температуры и плотности в атмосфере уменьшаются с увеличением высоты; на больших высотах температура снова поднимается. При этих регулярных неоднородностях они являются вариациями по температуре и от ветра, которые зависят от метеорологических условий, а также, как случайных турбулентных пульсации из различных .

Поскольку скорость ветра будет контролироваться с помощью воздушной температуры, то звук «осуществляется» по ветру, то что гетерогенность упомянутая имеет более сильное влияние на звуковом распространении. Гибкие звуковые лучи-преломления которые происходят от звука, в результате, чего звук-луч отклоняется и может быть возвращен к земной поверхности, таким образом, образуя акустические слышимости зоны и зоны молчания; рассеивание звука и затухание происходят в турбулентных аномалиях, сильном поглощении на больших высотах и т.д.

Атмосферная акустика является необходимым для решения в сложной обратной задачи в акустическом звучании из в атмосфере. Распределение в температуре и по ветру на больших высотах будет получено из измерений, но по времени и направления по прибытию из звуковых волн, созданных с помощью наземного уровня взрыва или от взрыва.

Для получения исследования о турбулентности, нужно знать температуру и скорость ветра которые определяются путем измерения распространение времени звука небольшими расстояниями; чтобы достичь в требуемой точности ультразвуковые частоты, которые будут .

Промышленный шум

Проблема распространения промышленного шума, в частности, которые происходят из ударных волн, производимых с помощью движения сверхзвукового реактивного самолета, уже стала чрезвычайно важной. Если атмосферные условия являются благоприятными для фокусировки этих волн, то давление на первом уровне может достигать значения, которые являются опасными для здоровья человека.

Различные звуки природного происхождения наблюдаются также в атмосфере. Длинные раскаты грома происходят из — за большой длины в виде молнии разряда и потому, когда звуковые волны будут преломляться они распространяются по разным путям и прибывают с различными задержками. Некоторые геофизические явления, такие как полярные сияния, магнитные бури, сильные землетрясения, ураганы, и морские волны являются источниками звука, в частности, инфразвуковых волн. Их исследование является важным не только для геофизики, к примеру, для своевременных штормовых предупреждений. Различные звуковые шумы, которые производятся либо путем столкновения вихрей с различными объектами (свист из за ветра) или от колебаний некоторых объектов в воздушном потоке (жужжание проводов, шелесте листьев, и так далее).

Особенно замечательны явления, наблюдаемые при громадных взрывах, какой был, например, в Москве в 1920 году. Звук взрыва был слышен на 50 км, затем на 50 и до 160 км была зона молчания. Далее звук был снова слышен. Подобные явления объясняются отражением звука от границы, где воздух начинает заметно отсутствовать, и начинается так называемая водородная атмосфера. Вопросы эти еще окончательно не .

Явление эха, которое бывает нередко многократным, объясняется отражением звука от больших поверхностей, например, лес, горы, стены большого здания и тому подобных. Для наличия более или менее правильного отражения волн всякого вида (звуковые, световые, на поверхности воды) необходимо, чтобы шероховатости отражающей поверхности имели размеры, малые по сравнению с длиной волны попадающей на них энергии, а размеры самой отражающей поверхности были велики по сравнению с длиной волны. Вот почему стена частых и густых деревьев хорошо отражает звуки, длина волн которых, обычно, около 0,5-2 м.

Атмосферная акустика предоставляет знания и инструменты для описания распространения звука в атмосфере. Для решения проблем с наружным шумом, в частности шума от воздушных судов, дорожных транспортных средств, поездов и ветровых турбин, распространение звука является важным связующим звеном между источником и приемником. Это часть функциональной цепи между шумовыми эффектами и шумовыми эффектами для людей (например, нарушение сна, раздражение, нарушение здоровья). Хотя современные инструменты прогнозирования шума регулируются в национальных и международных стандартах (например, ISO) научные модели распространения звука намного сложнее и способны детально описывать метеорологические и топографические влияния. Однако эти модели довольно сложны с точки зрения вычислительных ресурсов как по времени, так и по хранению. Поэтому использование этих моделей ограничено научными применениями (исследованиями процессов и отношений, например, для получения параметризации) и выбранными практическими проблемами.

Тем не менее, наука атмосферная акустика имеет по-прежнему большой потенциал для новых областей применения и дальнейшего развития. Доступность более мощных компьютеров в будущем откроет применения для больших диапазонов и более высоких частот. Еще одно расширение применимости ожидается от введения усовершенствованных численных .

Часть материала переведена из: https://encyclopedia2.thefreedictionary.com/Atmospheric+Acoustics

https://link.springer.com/chapter/10.1007/978-3-642-30183-4_13

Новую музыку в хорошем качестве скачать здесь

Если вы являетесь производителем, импортером, дистрибьютором или агентом в области воспроизведения звука и хотели бы связаться с нами, пожалуйста, свяжитесь со мной в