Кіріспе

Акустика – физиканың механикалық толқындарды зерттейтін саласы. Ол газдар, сұйықтықтар және қатты денелердегі механикалық толқындарды, дірілді, дыбысты, ультрадыбысты және инфраздыбысты қамтиды. Акустика саласында жұмыс істейтін ғалым – акустик, ал акустикалық технология саласындағы маман – акустикалық инженер деп аталады. Акустиканың қолданылуы қазіргі қоғамның дерлік барлық саласында кездеседі, оның ең айқын мысалдары – аудио және шуды бақылау индустриялары. Есту – жануарлар әлемінде тірі қалудың маңызды құралы, ал тіл – адамның дамуы мен мәдениетінің ерекше белгісі. Сондықтан акустика ғылымы музыка, медицина, архитектура, өнеркәсіптік өндіріс, соғыс және тағы да басқа адамзат қоғамының көптеген салаларын қамтиды. Сонымен қатар, әнші құстар мен бақалар сияқты жануарлар да дыбыс пен естуді жұптасу ритуалдарының негізгі бөлігі ретінде немесе аумақтарын белгілеу үшін пайдаланады. Өнер, қолөнер, ғылым және технология бір-бірін дамытуға ықпал етеді, көптеген басқа білім салаларындағыдай. Роберт Брюс Линдсейдің "Акустика дөңгелегі" акустиканың түрлі салаларына толыққанды көзқарас ұсынады.

Этимология

"Акустикалық" сөзі грек сөзі ἀκουστικός (akoustikos) -тан туындаған, яғни "естуге қатысты, естуге дайын" деген мағынаны білдіреді, ал ол ἀκουστός (akoustos) -тан ("естілген, дыбысталы") алынған, бұл өз кезегінде ἀκούω (akouo) етістігінен – "естимін" деген сөзден шыққан. Латынша синонимі – "соник", кейін "сониктер" термині акустиканың синонимі ретінде, содан кейін акустиканың бір саласы ретінде қолданылды. Аристотель (б.з.д. 384–322 жж.) дыбыстың ауаның қысылуы мен кеңеюінен тұратынын түсіндірген, ол "оған жақын ауаға түсіп, соқтығысады", бұл толқын қозғалысының табиғатын өте дұрыс көрсетеді. "Естілген нәрселер туралы" (On Things Heard) еңбегі, көбінесе Лампсактан шыққан Стратонға жатқызылады, онда дыбыс биіктігі ауаның тербелісінің жиілігімен және дыбыс жылдамдығымен байланысты екені айтылады. Б.з.д. 20 жылдары римдік сәулетші және инженер Витрувий театрлардың акустикалық қасиеттері туралы трактат жазды, онда кедергілер, эхо және резонанс талқыланды – бұл сәулеттік акустиканың бастауы болды. "Архитектура туралы он кітап" (De architectura) атты еңбегінің V кітабында Витрувий дыбысты үш өлшемге созылған су толқынына теңеп сипаттайды, ол кедергілерге кездескенде кері ағып, келесі толқындарды бұзады. Ол ежелгі театрлардағы жоғары орналасқан орындықтардың дыбыстың нашарлауын болдырмау үшін жасалғанын айтады, сондай-ақ театрларда төртінші, бесінші және одан жоғары октаваға дейінгі, әуенді ноталармен резонансқа түсу үшін қола ыдыстарды орналастыруды ұсынды. Исламның алтын ғасырында Әбу Райхан әл-Бирунидің (973–1048 жж.) дыбыс жылдамдығы жарық жылдамдығынан әлдеқайда баяу деп болжағандығына сенеді. Акустикалық процестерді физикалық тұрғыдан түсіну ғылыми революция кезінде және одан кейін қарқынды дамыды. Басты нарықта Галилео Галилей (1564–1642 жж.), сондай-ақ Марин Мерсенн (1588–1648 жж.) дербес түрде дірілдегі тізбектердің толық заңдарын ашты (Пифагор мен пифагоршылардың 2000 жыл бұрын бастаған жұмысын аяқтады). Галилей былай деп жазды: "Дыбыс шығаратын дененің тербелісі толқындар тудырады, ол ауа арқылы таралып, құлақтың барабан тіліне стимул жеткізеді, оны ми дыбыс ретінде қабылдайды", – бұл физиологиялық және психологиялық акустиканың басталуын көрсететін керемет тұжырым. Ауадағы дыбыс жылдамдығын эксперименттік жолмен өлшеу 1630 және 1680 жылдар аралығында бірнеше зерттеушілер, әсіресе Мерсенн тарапынан сәтті жүзеге асырылды. Осы уақытта Ньютон (1642–1727 жж.) қатты денедегі толқын жылдамдығына қатысты формуланы шығарды, бұл физикалық акустиканың негізгі тасы (Principia, 1687 ж.).

Ағарту дәуірі және одан кейінгі дәуірлер

Акустикада маңызды прогресс математикалық және физикалық негіздерге сүйене отырып, сегізінші ғасырда Эйлер (1707–1783), Лагранж (1736–1813) және Д’Аламберт (1717–1783) есімдерімен байланысты. Осы кезеңде континуум физикасы, яки өріс теориясы, нақты математикалық құрылымға ие бола бастады. Толқын теңдеуі ауада дыбыстың таралуы сияқты түрлі контекстерде пайда болды. Тоғызыншы ғасырда математикалық акустиканың маңызды тұлғалары Германиядан Гельмгольц, ол физиологиялық акустика саласын дамытты, және Англиядан Лорд Рейли болды, ол өзінің монументалды еңбегі «Дыбыс теориясы» (1877) арқылы бұрынғы білімдерді өзінің мол үлесімен толықтырды. Сондай-ақ 19-шы ғасырда Уитстоун, Ом және Генри электр және акустика арасындағы аналогияны жасады. 20-шы ғасырда осы кезде жинақталған ғылыми білімнің кең көлеміне байланысты технологиялық қолдану кеңейді. Алғашқы қолданыс Сабинаның архитектуралық акустикадағы жаңалықтары болды, одан кейін көптеген басқа да қолданулар пайда болды. Бірінші дүниежүзілік соғыста су асты акустикасы суасты кемелерін анықтау үшін қолданылды. Дыбыс жазу және телефон қоғамның жаһандық трансформациясында маңызды рөл атқарды. Электроника мен есептеу техникасын пайдалану арқылы дыбысты өлшеу және талдау жаңа дәлдік және күрделілік деңгейіне жетті. Ультрадыбыс жиілік диапазоны медицина және өнеркәсіпте жаңа қолдану түрлерін ашты. Жаңа түрдегі ауыспағыштар (акустикалық энергияны тудыратын және қабылдайтын құрылғылар) ойлап табылып, қолданысқа енгізілді.