Введение

Акустическая инженерия (также известная как инженерная акустика) – это область инженерии, занимающаяся звуком и вибрацией. Она включает в себя применение акустики, науки о звуке и вибрации, в технологиях. Инженеры-акустики обычно занимаются проектированием, анализом и управлением звуком. Одной из задач акустической инженерии является снижение нежелательного шума, что называется шумоподавлением. Нежелательный шум может оказывать значительное влияние на здоровье и благополучие людей и животных, снижать успеваемость учащихся и приводить к потере слуха. Принципы шумоподавления реализуются в технологиях и проектировании различными способами, включая изменение источников звука, проектирование шумозащитных экранов, звукопоглощающих материалов, глушителей и буферных зон, а также использование средств защиты слуха (наушников или берушей). Помимо шумоподавления, акустическая инженерия охватывает и полезное применение звука, например, использование ультразвука в медицине, программирование цифровых синтезаторов, проектирование концертных залов для улучшения звучания оркестров и разработку звуковых систем для железнодорожных станций, обеспечивающих четкую разборчивость объявлений.

Инженер-акустик (профессиональный)

Инженеры-акустики обычно имеют степень бакалавра или выше в области акустики, физики или другой инженерной дисциплины. Для практики в качестве инженера-акустика обычно требуется степень бакалавра с существенным содержанием научных и математических дисциплин. Инженеры-акустики могут работать в сфере акустического консалтинга, специализируясь в таких областях, как архитектурная акустика, шумовое загрязнение окружающей среды или контроль вибраций. В других отраслях инженеры-акустики могут заниматься: проектированием звуковых систем для автомобилей; изучением реакции человека на звуки, например, в городских звуковых ландшафтах и при использовании бытовой техники; разработкой программного обеспечения для обработки аудиосигналов для микшерских пультов, а также проектированием громкоговорителей и микрофонов для мобильных телефонов. Акустики также занимаются научными исследованиями и изучением звука. Для некоторых должностей, например, профессорско-преподавательского состава, требуется степень доктора философии. В большинстве стран степень по акустике может быть первым шагом к профессиональной сертификации, а учебная программа может быть аккредитована профессиональной организацией. После завершения аккредитованной программы инженер должен выполнить ряд требований для получения сертификации. После сертификации инженер получает звание Chartered Engineer (в большинстве стран Содружества).

Поддисциплины

Перечисленные поддисциплины в значительной степени соответствуют кодировке PACS (Physics and Astronomy Classification Scheme), применяемой Американским акустическим обществом.

Аэроакустика

Аэроакустика изучает механизмы возникновения шума при движении воздуха, например, из-за турбулентности, и распространение звука в воздушной среде. Аэроакустика играет важную роль в понимании источников шума самолетов и ветровых турбин, а также в исследовании принципов работы духовых музыкальных инструментов.

Обработка аудиосигнала

Обработка аудиосигнала — это электронная обработка аудиосигналов с использованием аналоговой и цифровой обработки сигналов. Она выполняется по различным причинам, в том числе:
для улучшения звука, например, путем применения аудиоэффекта, такого как реверберация;
для удаления нежелательных шумов из сигнала, например, подавления эха в интернет-звонках;
для сжатия аудиосигнала с целью обеспечения эффективной передачи, например, перцептивное кодирование в MP3 и Opus;
для анализа содержания сигнала, например, идентификации музыкальных треков с помощью извлечения музыкальной информации. Инженеры-аудиотехники разрабатывают и применяют алгоритмы обработки аудиосигналов.

Архитектурная акустика

Архитектурная акустика (также известная как строительная акустика) – это наука и инженерия, направленные на обеспечение качественного звучания в зданиях. Архитектурная акустика может включать в себя обеспечение хорошей разборчивости речи в театре, ресторане или на железнодорожном вокзале, улучшение качества музыки в концертном зале или студии звукозаписи, а также подавление шума для создания более продуктивной и комфортной обстановки в офисах и домах. Проектирование в области архитектурной акустики обычно выполняют акустические консультанты.

Биоакустика

Биоакустика – это научное изучение звукоизлучения и слуха у животных. Она охватывает: акустическую коммуникацию, поведение животных, связанное с ней, и эволюцию видов; механизмы звукообразования у животных; слуховые механизмы и нейрофизиологию животных; использование звука для мониторинга популяций животных, а также влияние антропогенного шума на животных.

Электроакустика

Эта область акустической инженерии охватывает проектирование наушников, микрофонов, громкоговорителей, звуковых систем, воспроизведение и запись звука. Наблюдается стремительный рост использования портативных электронных устройств, воспроизводящих звук и основанных на электроакустических принципах, таких как мобильные телефоны, портативные медиаплееры и планшетные компьютеры. Термин "электроакустика" также применяется для описания ряда электрокинетических эффектов, возникающих в неоднородных жидкостях под воздействием ультразвука.

Шум в окружающей среде

Экологическая акустика занимается контролем шума и вибраций, возникающих из-за транспортного движения, авиации, промышленного оборудования, развлекательной деятельности и любых других факторов, которые могут рассматриваться как источник беспокойства.

Музыкальная акустика

Музыкальная акустика изучает и описывает физику музыки и её восприятие – принципы работы звуков, используемых в музыке. Это включает в себя: устройство и конструирование музыкальных инструментов, в том числе электронных синтезаторов; человеческий голос (физику и нейрофизиологию пения); компьютерный анализ музыки и композицию; клиническое применение музыки в музыкотерапии, а также восприятие и когнитивные процессы, связанные с музыкой.

Контроль шума

Контроль шума — это комплекс стратегий по снижению шумового загрязнения за счет уменьшения шума в источнике, подавления распространения звука с помощью шумозащитных экранов или аналогичных средств, либо использования средств защиты органов слуха (наушников или берушей). Устранение шума в источнике — наиболее экономически эффективный способ обеспечения контроля шума. Инженерная дисциплина, применяемая к автомобилям и грузовикам для снижения шума, вибрации и посторонних звуков, известна как NVH (шум, вибрация и резкость). Другие методы снижения шума продукции включают виброизоляцию, применение звукопоглощающих материалов и акустических кожухов. Акустическая инженерия может выходить за рамки простого контроля шума, определяя оптимальное звучание продукта, например, изменяя звук закрывания дверей в автомобиле.

Психоакустика

Психоакустика пытается объяснить, как люди воспринимают то, что слышат, будь то неприятный шум или прекрасная музыка. Во многих областях акустической инженерии человек-слушатель является решающим фактором в оценке успешности разработки, например, корректности работы звуковой локализации в системе объемного звучания. "Психоакустика стремится установить связь между акустическими стимулами, всеми научными, объективными и физическими свойствами, связанными с ними, и физиологическими и психологическими реакциями, которые они вызывают."

Ультразвук

Ультразвук изучает звуковые волны в твердых телах, жидкостях и газах на частотах, превышающих порог слышимости для человека. К специализированным областям относятся медицинский ультразвук (включая ультразвуковую диагностику), сонохимия, неразрушающий контроль, характеризация материалов и подводная акустика (гидролокация).

Подводная акустика

Подводная акустика – это научное изучение звука в воде. Она охватывает как естественные, так и искусственные звуки, а также способы их возникновения под водой, закономерности распространения и восприятие звука животными. Области применения включают гидролокацию для обнаружения подводных объектов, таких как подводные лодки, коммуникацию между животными под водой, наблюдение за температурой моря для мониторинга изменения климата и изучение морской биологии.

Вибрация и динамика

Инженеры-акустики, изучающие вибрации, исследуют движения и взаимодействия механических систем с окружающей средой, включая измерения, анализ и управление ими. Это может включать в себя: колебания грунта, вызванные железнодорожным транспортом и строительством; виброизоляцию для снижения шума в студиях звукозаписи; изучение влияния вибрации на организм человека (вибрационная болезнь); системы управления вибрацией для защиты мостов от землетрясений, а также моделирование распространения структурного шума в зданиях.

Основные науки

Хотя то, как звук взаимодействует с окружающей средой, часто бывает чрезвычайно сложным, существует несколько идеальных моделей поведения звуковых волн, которые являются основополагающими для понимания акустического проектирования. К сложному поведению звуковых волн относятся поглощение, реверберация, дифракция и рефракция. Поглощение – это потеря энергии, происходящая при отражении звуковой волны от поверхности, и относится как к звуковой энергии, проходящей сквозь материал поверхности, так и к энергии, рассеиваемой этим материалом. Реверберация – это сохранение звука, вызванное многократными отражениями от границ после прекращения действия источника звука. Этот принцип особенно важен в замкнутых пространствах. Дифракция – это огибание звуковыми волнами препятствий на их пути. Рефракция – это изменение направления звуковых волн, вызванное изменением среды, через которую они распространяются. Например, градиенты температуры могут вызывать рефракцию звуковых волн. Инженеры-акустики применяют эти фундаментальные концепции, наряду с математическим анализом, для управления звуком в различных областях применения.