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. [1] Принципы шумоподавления внедряются в технологии и дизайн различными способами, включая управление путем изменения конструкции источников звука, конструкции шумозащитных экранов, звукопоглотителей, глушителей и буферных зон, а также использование средств защиты слуха ( наушники или беруши ).
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 звука оркестра [2] до определения звуковой системы железнодорожного вокзала, чтобы объявления были понятными . [3]
Инженер-акустик (профессионал)
Инженеры-акустики обычно имеют степень бакалавра или более высокую квалификацию в области акустики , [4] 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 . [5] В других отраслях инженеры-акустики могут: проектировать автомобильные звуковые системы; исследовать реакцию человека на звуки, такие как звуковые пейзажи городов и бытовые приборы; разрабатывать программное обеспечение для обработки аудиосигналов для микшерных пультов, а также проектировать громкоговорители и микрофоны для мобильных телефонов. [6] [7] Акустики также участвуют в научных исследованиях и изучении 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 . [8]
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 . [9]
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) . [10]
Аудиоинженеры разрабатывают и используют алгоритмы обработки аудиосигналов .
Архитектурная акустика
Архитектурная акустика (также известная как акустика здания ) - это наука и техника достижения хорошего звука в здании. [11] 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 жить. [12] Архитектурный акустический дизайн обычно выполняется консультантами по акустике. [13]
Биоакустика
Биоакустика обычно связана с научным изучением производства звука и слуха у животных. Он может включать: акустическую коммуникацию и соответствующее 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. [14]
Электроакустика
Эта отрасль акустической инженерии занимается проектированием наушников, микрофонов, громкоговорителей, звуковых систем, воспроизведением и записью звука. [15] Наблюдается быстрый рост использования 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. [16] Существует международный стандарт, в котором подробно описаны такие электроакустические эффекты . [17]
Шум окружающей среды
Акустика окружающей среды связана с контролем шума и вибраций, вызываемых движением, самолетами, промышленным оборудованием, развлекательными мероприятиями и всем остальным, что может считаться неприятным. [1] 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 . [13] Недавние исследования сделали сильный упор на звуковые ландшафты , положительное использование звука (например, фонтаны, пение птиц) и сохранение спокойствия . [18]
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 . [19]
Контроль шума
Шумоподавление - это набор стратегий по снижению шумового загрязнения за счет уменьшения шума в его источнике, путем подавления распространения звука с помощью шумозащитных экранов или аналогичных средств или за счет использования средств защиты слуха ( наушники или беруши ). [20] Контроль на источнике является наиболее экономичным способом снижения шума. 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 посмотреть, какой звук лучше всего подходит для продукта [21], 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». [10]
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 четкой, качественной и качественной передачи речи ; в комнатах, через системы громкой связи и через телефонные системы - другие важные области исследования. [22]
Ультразвук
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 ( гидролокаторы ). [23]
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. [24]
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. [25]
Фундаментальная наука
Хотя способ взаимодействия звука с окружающей средой часто бывает чрезвычайно сложным, существует несколько идеальных вариантов поведения звуковых волн, которые имеют фундаментальное 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. [26] 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. [27] Инженеры-акустики применяют эти фундаментальные концепции вместе со сложным математическим анализом для управления звуком в различных приложениях.
Ассоциации
- Акустическое общество Америки, Технический комитет по инженерной акустике
- Аудио инженерное общество
- Австралийское акустическое общество [28]
- Канадская акустическая ассоциация [29]
- Институт акустики Китайской академии наук
- Институт акустики (Великобритания)
Смотрите также
- Аудио инженерия
- Категория: Акустические инженеры
- Категория: Аудио инженеры
Рекомендации
- ^ a b Всемирная организация здравоохранения (2011 г.). Бремя болезней от шума окружающей среды (PDF) . КТО. ISBN 978-92-890-0229-5.
- ^ Бэррон, Майкл (2009). Акустика и архитектурное проектирование зрительного зала . Тейлор и Фрэнсис. ISBN 978-0419245100.
- ^ Анерт, Вольфганг (2000). Звукоусиление: основы и практика . ISBN 978-0415238700.
- ^ Обучение акустике. «Магистр инженерной акустики, ДТУ» . Проверено 9 февраля 2018 .
- ^ Национальная служба карьеры. «Профили работы: Консультант по акустике» . Дата обращения 13 мая 2013 .
- ^ Солфордский университет. "Работа для выпускников по акустике" . Дата обращения 13 мая 2013 .
- ^ Акустическое общество Америки. «Акустика и ты» . Архивировано из оригинала на 2017-03-08 . Дата обращения 13 мая 2013 .
- ^ Акустическое общество Америки. «PACS 2010 Regular Edition - Приложение по акустике» . Архивировано из оригинала на 2013-05-14 . Проверено 22 мая 2013 года .
- ^ да Силва, Андрей Рикардо (2009). Аэроакустика духовых инструментов: исследования и численные методы . ВДМ Верлаг. ISBN 978-3639210644.
- ^ а б Польманн, Кен (2010). Принципы цифрового звука, шестое издание . McGraw Hill Professional. п. 336. ISBN. 9780071663472.
- ^ Морфей, Кристофер (2001). Словарь по акустике . Академическая пресса. п. 32.
- ^ Темплтон, Дункан (1993). Акустика в искусственной среде: советы проектной группе . Архитектурная пресса. ISBN 978-0750605380.
- ^ а б Национальная служба карьеры. «Профили консультанта по акустике» ..
- ^ «Технический комитет Акустического общества по биоакустике животных Америки. Что такое биоакустика? По состоянию на 23 ноября 2017 г.» . КАК.
- ^ Акустическое общество Америки. «Акустика и вы (карьера в акустике?)» . Архивировано из оригинала на 2015-09-04 . Проверено 21 мая 2013 года .
- ^ Духин, А.С. и Гетц, П.Дж. " Определение характеристик жидкостей, нано- и микрочастиц, а также пористых тел с помощью ультразвука" , Elsevier, 2017 ISBN 978-0-444-63908-0
- ^ Международный стандарт ISO 13099, части 1, 2 и 3, «Коллоидные системы - методы определения дзета-потенциала», (2012)
- ^ Кан, Цзянь (2006). Городская звуковая среда . CRC Press. ISBN 978-0415358576.
- ^ Технический комитет по музыкальной акустике (TCMU) Американского акустического общества (ASA). "Домашняя страница ASA TCMU" . Архивировано из оригинала на 2001-06-13 . Проверено 22 мая 2013 года .
- ^ Бис, Дэвид (2009). Инженерное шумоподавление: теория и практика . ISBN 978-0415487078.
- ^ Солфордский университет. «Сделать продукты лучше» . Архивировано из оригинала на 2013-07-24 . Проверено 21 мая 2013 .
- ^ Технический комитет по речевой коммуникации. «Речевое общение» . Акустическое общество Америки . Проверено 22 мая 2013 года .
- ^ Энсмингер, Дейл (2012). Ультразвук: основы, технологии и приложения . CRC Press. С. 1–2.
- ^ Технический комитет ASA по подводной акустике. «Подводная акустика» . Архивировано из оригинала на 30 июля 2013 года . Проверено 22 мая 2013 года .
- ^ Технический комитет по структурной акустике и вибрации. «Технический комитет по структурной акустике и вибрации» . Архивировано из оригинала 3 ноября 2013 года . Проверено 22 мая 2013 года .
- ↑ Barron, 2002, гл. 7.1.
- ^ Hemond, 1983, стр. 24-44.
- ^ «Австралийское акустическое общество ABN 28 000 712 658 ACN 000 712 658» . www.acoustics.asn.au .
- ^ "Канадская акустика - Acoustique Canadienne" . caa-aca.ca .
- 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.