Акустическая инженерия - Acoustical engineering

Акустическая инженерия (также известен как акустическая инженерия) является ветвью инженерное дело иметь дело с звук и вибрация. Он включает в себя применение акустика, наука 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, который называется контроль шума. Нежелательный шум может оказывать значительное влияние на здоровье и благополучие животных и человека, снижать успеваемость учащихся в школах и вызывать потерю слуха.[1] Контроль шума принципы реализуются в технологии и конструкции различными способами, включая управление путем изменения конструкции источников звука, конструкцию шумозащитных экранов, звукопоглотителей, глушителей и буферных зон, а также использование средств защиты органов слуха (наушники или же беруши ).

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

Но акустическая инженерия - это не только контроль шума; он также охватывает положительное использование звука, от использования УЗИ в медицине к программированию цифрового звука синтезаторы, и от проектирования концертного зала для улучшения звучания оркестра[2] указать звуковую систему железнодорожного вокзала, чтобы объявления понятный.[3]

Инженер-акустик (профессионал)

Инженеры-акустики обычно обладают степень бакалавра или более высокая квалификация в акустика,[4] физика или другой инженерное дело дисциплина. Практика инженера-акустика обычно требует степень бакалавра со значительным научным и математическим содержанием. Инженеры-акустики могут работать в консалтинговой компании по акустике, специализируясь в определенных областях, таких как архитектурная акустика, окружающий шум или же контроль вибрации.[5] В других отраслях инженеры-акустики могут: автомобиль звуковые системы; исследовать реакцию человека на звуки, например звуковые пейзажи городов и бытовые приборы; разрабатывать программное обеспечение для обработки аудиосигналов для микшерных пультов и проектировать громкоговорители и микрофоны для мобильных телефонов.[6][7] Акустики также участвуют в научных исследованиях и понимании звука. Некоторые позиции, такие как факультет требуется Доктор Философии.

В большинстве стран степень в акустика может представлять собой первый шаг к профессиональная сертификация и программа на получение степени может быть сертифицирована профессиональный орган. После завершения сертифицированной программы на получение степени инженер должен удовлетворить ряд требований, прежде чем будет сертифицирован. После сертификации инженер получает титул Дипломированный инженер (в большинстве Содружество страны).

Субдисциплины

Перечисленные дисциплины в общих чертах основаны на PACS (Схема классификации физики и астрономии ) кодирование, используемое Акустическое общество Америки.[8]

Аэроакустика

Основная статья: Аэроакустика

Аэроакустика касается того, как шум создается движением воздуха, например, из-за турбулентности, и как звук распространяется через текучий воздух. Аэроакустика играет важную роль в понимании того, как шум создается самолет и Ветряные турбины, а также изучение того, как ветер музыкальные инструменты Работа.[9]

Обработка аудиосигнала

Основная статья: Обработка аудиосигнала

Обработка аудиосигнала электронное управление звуковыми сигналами с использованием аналог и цифровая обработка сигналов.

Обработка аудиосигнала делается по разным причинам, таким как:

  • для улучшения звука, например, применяя звуковой эффект, такой как реверберация;
  • для удаления нежелательных шумов из сигнала, например эхоподавление на Skype;
  • для сжатия аудиосигнала для обеспечения эффективной передачи, например перцептивное кодирование в MP3 и Opus, и
  • чтобы понять содержание сигнала, например поиск музыкальной информации чтобы позволить идентифицировать музыкальные треки через Shazam (услуга).[10]

Аудио инженеры разрабатывать и использовать обработка аудиосигнала алгоритмы.

Архитектурная акустика

Основная статья: Архитектурная акустика
Концертный зал Диснея был тщательно разработан для обеспечения превосходных акустических качеств.
Потолок Дворец культуры (Тель-Авив) концертный зал покрыт перфорированный металл панели

Архитектурная акустика (также известная как строительная акустика) - 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 жизни.[12] Архитектурный акустический дизайн обычно выполняется консультантами по акустике.[13]

Биоакустика

Основная статья: 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 и воздействие на животных шума, производимого человеком.[14]

Электроакустика

Смотрите также: Аудио инженерия и Система звукоусиления

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 полагаться на электроакустическую технику, например мобильные телефоны, портативные медиаплееры, и планшетные компьютеры.

Этот термин также используется для обозначения набора электрокинетических эффектов, которые возникают в гетерогенных жидкостях под воздействием ультразвука.[16] Существует международный стандарт, описывающий такие электроакустические эффекты подробно.[17]

Шум окружающей среды

Основная статья: Шум окружающей среды
Смотрите также: Шумовое загрязнение и Контроль шума
На концертах под открытым небом вроде Вудсток, акустический анализ имеет решающее значение для создания лучшего впечатления для публики и исполнителей.

Акустика окружающей среды связана с контролем шума и вибраций, вызванных 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 теми, кто работает в состояние окружающей среды.[13] Недавние исследования сделали сильный акцент на звуковые ландшафты, положительное использование звука (например, фонтаны, пение птиц) и сохранение спокойствие.[18]

Музыкальная акустика

Основная статья: Музыкальная акустика

Музыкальная акустика занимается исследованием и описанием физики музыки и ее восприятия - как звуки работает как Музыка Работа. Это включает в себя: функции и дизайн музыкальные инструменты включая электронные синтезаторы; человеческий голос ( физика и нейрофизиология из пение ); компьютерный анализ музыки и композиции; клиническое использование музыки в музыкальной терапии, а также восприятие и познание Музыка.[19]

Контроль шума

Основная статья: Контроль шума

Контроль шума - это набор стратегий по снижению шумовое загрязнение за счет снижения шума в его источнике, путем подавления распространения звука с помощью шумовые барьеры или аналогичные, или с помощью средств защиты слуха (наушники или же беруши ).[20] 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 уменьшения шума продукта включают: виброизоляция, применение звукопоглощающих и акустических ограждений. Акустическая инженерия может выйти за рамки контроля шума, чтобы выбрать лучший звук для продукта,[21] например, управление звуком закрытия дверей на автомобили.

Психоакустика

Основная статья: Психоакустика

Психоакустика пытается объяснить, как люди реагируют на то, что они слышат, будь то раздражающий шум или красивая музыка. Во многих отраслях акустической инженерии слушатель-человек является окончательным арбитром в том, успешен ли проект, например, звуковая локализация работает в объемный звук система. «Психоакустика стремится согласовать акустические стимулы и все научные, объективные и физические свойства, которые их окружают, с вызываемыми ими физиологическими и психологическими реакциями».[10]

Речь

Основная статья: Речь

Речь - это основная область изучения акустической инженерии, включая производство, обработку и восприятие речи. Это может включать физика, физиология, психология, обработка аудиосигнала и лингвистика. Распознавание речи и синтез речи два важных аспекта машинной обработки речи. Обеспечение речь передается доходчиво качественно и качественно; в комнатах, через системы громкой связи и через телефонные системы - другие важные области изучения.[22]

Ультразвук

Основная статья: УЗИ
Ультразвуковое изображение плода в утробе матери на 12 неделе беременности (двумерное сканирование)

Ультразвук работает со звуковыми волнами в твердых телах, жидкостях и газах на частотах, слишком высоких, чтобы их мог услышать обычный человек. Области специалистов включают медицинское УЗИ (в том числе медицинское УЗИ ), сонохимия, неразрушающий контроль, характеристика материала и подводная акустика (сонар ).[23]

Подводная акустика

Основная статья: 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 сонар для обнаружения подводных объектов, таких как подводные лодки, подводное общение животных, наблюдение за температурой моря для мониторинга изменения климата и морская биология.[24]

Вибрация и динамика

Основная статья: Вибрация

Акустические инженеры работают над вибрация изучать движения и взаимодействия механических систем с окружающей их средой, включая измерения, анализ и контроль. Это может включать: колебания грунта от железных дорог и строительства; виброизоляция уменьшить шум, попадающий в студии звукозаписи; изучение воздействия вибрации на человека (вибрация белый палец ); контроль вибрации защитить мост от землетрясения 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, реверберация, дифракция, и преломление. Поглощение - это потеря энергии, возникающая при отражении звуковой волны 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 температур вызывают изгиб звуковых волн.[27] Инженеры-акустики применяют эти фундаментальные концепции вместе со сложным математическим анализом для управления звуком в различных приложениях.

Ассоциации

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ а б Всемирная организация здравоохранения (2011 г.). Бремя болезней от шума окружающей среды (PDF). ВОЗ. ISBN  978-92-890-0229-5.
  2. ^ Бэррон, Майкл (2009). Акустика и архитектурное проектирование зрительного зала. Тейлор и Фрэнсис. ISBN  978-0419245100.
  3. ^ Анерт, Вольфганг (2000). Звукоизоляция: основы и практика. ISBN  978-0415238700.
  4. ^ Обучение акустике. «Магистр инженерной акустики, ДТУ». Получено 9 февраля 2018.
  5. ^ Национальная служба карьеры. «Профили работы: консультант по акустике». Получено 13 мая 2013.
  6. ^ Солфордский университет. "Работа для выпускников по акустике". Получено 13 мая 2013.
  7. ^ Акустическое общество Америки. «Акустика и ты». Архивировано из оригинал на 2017-03-08. Получено 13 мая 2013.
  8. ^ Акустическое общество Америки. «PACS 2010 Regular Edition - Приложение по акустике». Архивировано из оригинал на 2013-05-14. Получено 22 мая 2013.
  9. ^ да Силва, Андрей Рикардо (2009). Аэроакустика духовых инструментов: исследования и численные методы. ВДМ Верлаг. ISBN  978-3639210644.
  10. ^ а б Польманн, Кен (2010). Принципы цифрового звука, шестое издание. McGraw Hill Professional. п. 336. ISBN  9780071663472.
  11. ^ Морфей, Кристофер (2001). Словарь по акустике. Академическая пресса. п. 32.
  12. ^ Темплтон, Дункан (1993). Акустика в искусственной среде: советы дизайнерам. Архитектурная пресса. ISBN  978-0750605380.
  13. ^ а б Национальная служба карьеры. «Профили консультанта по акустике»..
  14. ^ «Технический комитет по биоакустике животных Акустического общества Америки. Что такое биоакустика? Доступ 23 ноября 2017 г.». КАК.
  15. ^ Акустическое общество Америки. "Акустика и вы (карьера в акустике?)". Архивировано из оригинал на 2015-09-04. Получено 21 мая 2013.
  16. ^ Духин, А. и Гетц, П.Дж. «Определение характеристик жидкостей, нано- и микрочастиц и пористых тел с помощью ультразвука», Эльзевир, 2017 ISBN  978-0-444-63908-0
  17. ^ Международный стандарт ISO 13099, части 1, 2 и 3, «Коллоидные системы - методы определения дзета-потенциала», (2012 г.)
  18. ^ Кан, Цзянь (2006). Городская звуковая среда. CRC Press. ISBN  978-0415358576.
  19. ^ Технический комитет по музыкальной акустике (TCMU) Американского акустического общества (ASA). "Домашняя страница ТКМУ АСА". Архивировано из оригинал на 2001-06-13. Получено 22 мая 2013.
  20. ^ Бис, Дэвид (2009). Инженерный контроль шума: теория и практика. ISBN  978-0415487078.
  21. ^ Солфордский университет. "Улучшение звучания продуктов". Архивировано из оригинал в 2013-07-24. Получено 2013-05-21.
  22. ^ Технический комитет по речевой коммуникации. «Речевое общение». Акустическое общество Америки. Получено 22 мая 2013.
  23. ^ Энсмингер, Дейл (2012). Ультразвук: основы, технологии и приложения. CRC Press. С. 1–2.
  24. ^ Технический комитет ASA по подводной акустике. «Подводная акустика». Архивировано из оригинал 30 июля 2013 г.. Получено 22 мая 2013.
  25. ^ Технический комитет по структурной акустике и вибрации. «Технический комитет по структурной акустике и вибрации». Архивировано из оригинал 3 ноября 2013 г.. Получено 22 мая 2013.
  26. ^ Бэррон, 2002, гл. 7.1.
  27. ^ Hemond, 1983, стр. 24–44.
  28. ^ "Австралийское акустическое общество ABN 28 000 712 658 A.C.N. 000 712 658". www.acoustics.asn.au.
  29. ^ "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 контроль шума. Нью-Джерси: Прентис-Холл.
  • Краткий обзор шумозащитных экранов на шоссе. Получено 1 февраля 2010 г. из 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.