Акустическая инженерия - Acoustical engineering

Акустическая инженерия (также известная как акустическая инженерия ) - это инженерная отрасль, связанная со звуком и вибрацией . Он включает применение акустики , науки о звуке и вибрации, в технике. Акустические инженеры обычно занимаются проектированием, анализом и контролем звука.

Одной из целей акустической инженерии может быть снижение нежелательного шума, которое называется контролем шума . Нежелательный шум может оказывать значительное влияние на здоровье и благополучие животных и человека, снижать успеваемость учащихся в школах и вызывать потерю слуха. Принципы шумоподавления внедряются в технологии и конструкцию различными способами, включая управление путем изменения конструкции источников звука, конструкции шумозащитных экранов, звукопоглотителей, глушителей и буферных зон, а также использование средств защиты органов слуха ( наушники или беруши ).

Прозрачные перегородки внутри этого зала были установлены для оптимизации звуковой проекции и воспроизведения, ключевых факторов акустической инженерии.

Но акустическая инженерия - это не только борьба с шумом ; он также охватывает положительное использование звука, от использования ультразвука в медицине до программирования цифровых синтезаторов звука и от проектирования концертного зала для улучшения звучания оркестра до определения звуковой системы железнодорожного вокзала, чтобы объявления были понятными .

Инженер-акустик (профессионал)

Инженеры-акустики обычно имеют степень бакалавра или более высокую квалификацию в области акустики , физики или другой инженерной дисциплины. Практика инженера-акустика обычно требует степени бакалавра со значительным научным и математическим содержанием. Инженеры-акустики могут работать в консалтинговой компании по акустике, специализируясь в определенных областях, таких как архитектурная акустика , шум окружающей среды или контроль вибрации . В других отраслях инженеры-акустики могут: проектировать автомобильные звуковые системы; исследовать реакцию человека на звуки, например звуковые пейзажи городов и бытовые приборы; разрабатывать программное обеспечение для обработки аудиосигналов для микшерных пультов, а также проектировать громкоговорители и микрофоны для мобильных телефонов. Акустики также участвуют в научных исследованиях и понимании звука. Некоторые должности, такие как факультет, требуют наличия доктора философии .

В большинстве стран диплом по акустике может представлять собой первый шаг к профессиональной сертификации, и программа на получение степени может быть сертифицирована профессиональным органом . После завершения сертифицированной программы получения степени инженер должен удовлетворить ряд требований, прежде чем будет сертифицирован. После сертификации инженер получает звание дипломированного инженера (в большинстве стран Содружества ).

Поддисциплины

Перечисленные субдисциплины в общих чертах основаны на кодировке PACS ( Схема классификации физики и астрономии ), используемой Акустическим обществом Америки .

Аэроакустика

Аэроакустика изучает , как шум создается движением воздуха, например, из-за турбулентности, и как звук распространяется через жидкий воздух. Аэроакустика играет важную роль в понимании того, как шум создается самолетами и ветряными турбинами , а также в изучении того, как работают духовые музыкальные инструменты .

Обработка аудиосигнала

Обработка аудиосигналов - это электронная обработка аудиосигналов с использованием аналоговой и цифровой обработки сигналов .

Обработка аудиосигнала выполняется по разным причинам, таким как:

  • для улучшения звука, например, путем применения звукового эффекта, такого как реверберация ;
  • для удаления нежелательных шумов из сигнала, например, эхоподавления в Skype ;
  • для сжатия аудиосигнала для обеспечения эффективной передачи, например, перцептивного кодирования в MP3 и Opus , и
  • для понимания содержания сигнала, например, поиск музыкальной информации, позволяющий идентифицировать музыкальные треки через Shazam (сервис) .

Аудиоинженеры разрабатывают и используют алгоритмы обработки аудиосигналов .

Архитектурная акустика

Концертный зал Диснея был тщательно спроектирован с учетом превосходных акустических качеств.
Потолок концертного зала Дворца культуры (Тель-Авив) покрыт перфорированными металлическими панелями.

Архитектурная акустика (также известная как акустика здания ) - это наука и техника достижения хорошего звука в здании. Архитектурная акустика может быть связана с достижением хорошей разборчивости речи в театре, ресторане или на вокзале, улучшением качества музыки в концертном зале или студии звукозаписи или подавлением шума, чтобы сделать офисы и дома более продуктивными и приятными для работы и жизни. Архитектурный акустический дизайн обычно выполняется консультантами по акустике.

Биоакустика

Биоакустика обычно связана с научным изучением производства звука и слуха у животных. Он может включать: акустическое общение и связанное с ним поведение животных и эволюцию видов; как звук издают животные; слуховые механизмы и нейрофизиология животных; использование звука для мониторинга популяций животных, а также влияние антропогенного шума на животных.

Электроакустика

Эта отрасль акустической инженерии занимается проектированием наушников, микрофонов, громкоговорителей, звуковых систем, воспроизведением и записью звука. Быстро растет использование портативных электронных устройств, которые могут воспроизводить звук и полагаются на электроакустическую технику, например, мобильные телефоны , портативные медиаплееры и планшетные компьютеры .

Этот термин также используется для обозначения набора электрокинетических эффектов, возникающих в гетерогенных жидкостях под воздействием ультразвука. Существует международный стандарт, детально описывающий такие электроакустические эффекты .

Шум окружающей среды

На концертах под открытым небом, таких как Вудсток , акустический анализ имеет решающее значение для создания лучшего впечатления для публики и исполнителей.

Акустика окружающей среды связана с контролем шума и вибраций, вызываемых движением, самолетами, промышленным оборудованием, развлекательными мероприятиями и всем остальным, что может считаться неприятным. Инженеры-акустики, занимающиеся акустикой окружающей среды, сталкиваются с проблемой измерения или прогнозирования вероятных уровней шума, определения приемлемого уровня для этого шума и определения того, как можно управлять шумом. Работы по акустике окружающей среды обычно выполняются консультантами по акустике или специалистами в области гигиены окружающей среды . Недавние исследования сделали сильный упор на звуковые ландшафты , положительное использование звука (например, фонтаны, пение птиц) и сохранение спокойствия .

Музыкальная акустика

Музыкальная акустика занимается исследованием и описанием физики музыки и ее восприятия - того, как звуки используются в музыкальной работе. Это включает: функции и дизайн музыкальных инструментов, включая электронные синтезаторы ; человеческий голос ( физика и нейрофизиологии от пения ); компьютерный анализ музыки и композиции; клиническое использование музыки в музыкальной терапии, а также восприятие и познание музыки .

Контроль шума

Шумоподавление - это набор стратегий по снижению шумового загрязнения за счет уменьшения шума в его источнике, путем подавления распространения звука с помощью шумозащитных барьеров или аналогичных средств или за счет использования средств защиты слуха ( наушники или беруши ). Контроль на источнике - самый экономичный способ борьбы с шумом. Техника контроля шума, применяемая к легковым и грузовым автомобилям, известна как шум, вибрация и резкость (NVH). Другие методы снижения шума продукта включают виброизоляцию , применение звукопоглощающих и акустических ограждений. Акустическая инженерия может выйти за рамки контроля шума, чтобы выяснить, какой звук лучше всего подходит для продукта, например, управляя звуком закрытия дверей в автомобилях .

Психоакустика

Психоакустика пытается объяснить, как люди реагируют на то, что они слышат, будь то раздражающий шум или красивая музыка. Во многих областях акустической инженерии слушатель-человек является окончательным арбитром в отношении успешности проекта, например, работает ли локализация звука в системе объемного звучания . «Психоакустика стремится примирить акустические стимулы и все научные, объективные и физические свойства, которые их окружают, с вызываемыми ими физиологическими и психологическими реакциями».

Речь

Речь - это основная область изучения акустической инженерии, включая производство, обработку и восприятие речи. Это может включать физику , физиологию , психологию , обработку аудиосигналов и лингвистику . Распознавания речи и синтеза речи два важных аспекта машинной обработки речи. Обеспечение понятной , качественной и качественной передачи речи ; в комнатах, через системы громкой связи и через телефонные системы - другие важные области исследования.

Ультразвук

Ультразвуковое изображение плода в утробе матери на 12 неделе беременности (двумерное сканирование)

Ультразвук имеет дело со звуковыми волнами в твердых телах, жидкостях и газах на частотах, слишком высоких для того, чтобы их мог услышать обычный человек. Области специалистов включают медицинское ультразвуковое исследование (включая медицинское ультразвуковое исследование ), сонохимию , неразрушающий контроль , определение характеристик материалов и подводную акустику ( гидролокатор ).

Подводная акустика

Подводная акустика - это научное исследование звука в воде. Он касается как естественного, так и искусственного звука и его генерации под водой; как он распространяется, и восприятие звука животными. Приложения включают гидролокатор для определения местоположения подводных объектов, таких как подводные лодки , подводное общение животных, наблюдение за температурой моря для мониторинга изменения климата и морской биологии.

Вибрация и динамика

Инженеры-акустики, работающие над вибрацией, изучают движения и взаимодействия механических систем с окружающей средой, включая измерения, анализ и контроль. Это может включать: колебания грунта от железных дорог и строительства; виброизоляция для уменьшения шума, попадающего в студии звукозаписи; изучение воздействия вибрации на человека ( вибрация белого пальца ); контроль вибрации для защиты моста от землетрясений или моделирование распространения структурного звука через здания.

Фундаментальная наука

Хотя способ взаимодействия звука с окружающей средой часто бывает чрезвычайно сложным, существует несколько идеальных вариантов поведения звуковых волн, которые имеют основополагающее значение для понимания акустического дизайна. Сложное поведение звуковой волны включает поглощение , реверберацию , дифракцию и преломление . Поглощение - это потеря энергии, которая происходит, когда звуковая волна отражается от поверхности. Подобно тому, как световые волны отражаются от поверхностей, звуковые волны также отражаются от поверхностей, и каждое отражение приводит к потере энергии. Поглощение относится как к звуку, который проходит через материал, так и к энергии, рассеиваемой им. Реверберация - это стойкость звука, вызванная повторяющимися граничными отражениями после прекращения источника звука. Этот принцип особенно важен в закрытых помещениях. Звуковые волны не только отражаются от поверхностей, но и огибают поверхности на своем пути. Этот изгиб известен как дифракция. Преломление - это еще один вид изгиба звуковой волны. Однако этот тип изгиба вызван изменениями в среде, через которую проходит волна, а не наличием препятствий на пути звуковой волны. Например, перепады температуры вызывают искривление звуковых волн. Инженеры-акустики применяют эти фундаментальные концепции вместе со сложным математическим анализом для управления звуком в различных приложениях.

Ассоциации

Смотрите также

использованная литература

  • Бэррон, Р. (2003). Промышленный шумоподавление и акустика . Нью-Йорк: Marcel Dekker Inc. Получено из CRCnetBase
  • Хемонд, К. (1983). В Ингерман С. (Ред.), Инженерная акустика и борьба с шумом . Нью-Джерси: Прентис-Холл.
  • Краткий обзор шумозащитных экранов на автомагистралях . Получено 1 февраля 2010 г. с веб-сайта http://www.fhwa.dot.gov/environment/keepdown.htm.
  • Кинслер Л., Фрей А., Коппенс А. и Сандерс Дж. (Ред.). (2000). Основы акустики (4-е изд.). Нью-Йорк: Джон Уайли и сыновья.
  • Клеппе, Дж. (1989). Инженерные приложения акустики . Спаркс, Невада: Artech House.
  • Мозер, М. (2009). Инженерная акустика (С. Циммерман, Р. Эллис, пер.). (2-е изд.). Берлин: Springer-Verlag.