akustyka

akustyka [gr. akustikos = dotyczący słuchu], {1) nauka o zjawiskach dźwiękowych, termin wprowadzony przez genialnego matematyka fr. J. Sauveura (zm. 1716), dla określenia nauki o grupie zjawisk postrzeganych zmysłem słuchu; w chwili obecnej zakres tego pojęcia rozszerzył się również na pokrewne zjawiska niesłyszalne, tzw. ultradźwięki. Akustyka muzyczna, stanowiąca część akustykii ogólnej, obejmuje ten zakres zagadnień akustycznych, które mają związek z muzyką, przy czym nie ogranicza się do strony fizycznej tych zjawisk, lecz jest w ścisłym związku z fizjologią i psychologią; obok obiektywnych, fizycznych cech dźwięków, akustyka bada cechy subiektywne, będące odbiciem cech obiektywnych w psychice słuchacza. Źródłem i istotą wszelkich zjawisk dźwiękowych są drgania cząsteczek ośrodka materialnego. Drganiem jakiegoś punktu nazywamy ruch polegający na wychyleniach w obie strony od położenia równowagi. Drganiem prostym nazywamy ruch, dla którego wykres wychyleń w funkcji czasu jest sinusoidą; drgania takie może nam w przybliżeniu zilustrować ruch wahadła, z tym że drgania występujące w akustyce przebiegają o wiele szybciej. Czas, w którym punkt drgający wychyli się od położenia równowagi w obie strony i powróci do tego położenia, nazywamy okresem drgań; ilość takich okresów zachodzących w ciągu sekundy nosi nazwę częstotliwości drgań, mierzonej w okresach na sekundę, czyli w hercach (skrót Hz)? Ucho ludzkie zdolne jest słyszeć drgania w zakresie częstotliwości od 16 Hz do 20 000 Hz, przy czym ta górna granica obniża się znacznie z wiekiem; przy większej częstotliwości drgań wchodzimy w zakres ultradźwięków (ultradźwiękowe fale). Maksymalne wychylenie punktu drgającego od położenia równowagi nazywa się amplitudą drgań. Jeśli ciało wykonujące drgania znajduje się w ośrodku materialnym sprężystym, tzn. takim, którego wszystkie cząsteczki również mogą drgać, wówczas drganie przenosi się kolejno na coraz dalsze cząstki ośrodka w postaci fali, którą nazywamy falą dźwiękową. Prędkość fali dźwiękowej w powietrzu wynosi ok. 340 m/sek. i rośnie ze wzrostem temperatury. Prędkość fali dźwiękowej w wodzie wynosi ok. 1460 m/sek., zaś w żelazie ok. 5000 m/sek. W przyrodzie rzadko mamy do czynienia z drganiami prostymi. Większość fal dźwiękowych powstaje z drgań złożonych, tworzonych przez nałożenie się wielu drgań prostych. Wszelkie wrażenia słuchowe wywołane drganiami akustycznymi noszą nazwę dźwięków; tą nazwą określa się również i same fale akustyczne, które przez przeniesienie drgań na nasz narząd słuchu powodować mogą te wrażenia. Dźwięki będące wynikiem drgań złożonych składają się z tonów odpowiadających drganiom prostym. Te dźwięki, w których wyróżnić możemy określoną ->wysokość składają się zazwyczaj z tonów, których częstotliwości drgań są do siebie w stosunkach szeregu kolejnych liczb całkowitych, jak 1:2:3:4 itd.; taki szereg nazywamy harmonicznym, zaś uporządkowane w nim tony składowe ->alikwotami; pierwszy ton harmoniczny nosi nazwę tonu podstawowego i od niego uzależniona jest wysokość dźwięku. Dźwięki o nieokreślonej wysokości, a więc wszelkiego rodzaju szmery, trzaski, szumy itp., posiadają na ogół tony składowe nieuporządkowane w szereg harmoniczny, nierozróżnialne uchem, o bardzo bliskich siebie częstotliwościach. Zawartość tonów składowych przedstawia się w postaci tzw. ->widma dźwięku. Wszelkie subiektywne, czyli występujące w naszym wrażeniu cechy dźwięku są uzależnione od pomierzalnych fizycznie cech fali dźwiękowej; i tak: głośność dźwięku zależna jest od natężenia, czyli mocy fali dźwiękowej przypadającej na jednostkę powierzchni, co ma bezpośredni związek z amplitudą drgań, wysokość dźwięku zależna jest od częstotliwości, zaś barwa od widma dźwięku, czyli od zawartości tonów składowych. Fala dźwiękowa, będąc na ogół zjawiskiem złożonym, dociera do naszego ucha w postaci mieszaniny wielkiej ilości różnych tonów pobudzających błonę bębenkową do najbardziej skomplikowanych drgań; łatwo uprzytomnić sobie, jak doskonałym aparatem jest narząd naszego słuchu, który drgania te potrafi natychmiast zanalizować uzyskując szereg informacji o różnych źródłach dźwięku i zachowując zdolność ich estetycznej oceny; słuch nasz jest tu doskonalszym analizatorem niż wzrok, bowiem we współbrzmieniu kilku tonów może wyodrębnić składniki, oceniając jednocześnie brzmienie całości, podczas gdy wzrok, oceniając np. farbę powstałą ze zmieszania kilku kolorów, jest jedynie w stanie ocenić jej kolor wypadkowy. Nakładanie się na siebie kilku fal dźwiękowych nosi nazwę interferencji; może ono powodować w różnych punktach ośrodka wzmacnianie lub osłabianie fali wypadkowej, zależnie od tego, czy działanie poszczególnych fal na określoną cząsteczkę ośrodka jest zgodnie czy przeciwnie kierowane; w szczególnym przypadku może powstać nawet zupełne wygaszenie, czyli całkowita interferencja fal składowych. Ważnym i często występującym w praktyce zjawiskiem jest tzw. fala stojąca, która powstaje najczęściej przez interferencję fali z jej własnym odbiciem. Charakteryzuje się ona tym, że w określonych, stałych punktach ośrodka zachodzą tam maksymalne drgania cząstek, tzw. strzałki drgań, zaś w innych punktach pomiędzy nimi, w tzw. węzłach, cząsteczki są nieruchome; fala taka jest istotą powstawania dźwięku w wibratorach instrumentów muzycznych, np. na strunach chordofonów lub w piszczałkach aerofonów. Interferencja dwóch fal o bliskich częstotliwościach drgań powoduje zjawisko zwane dudnieniami; są to okresowe zmiany amplitudy drgań, słyszalne jako wibracja głośności dźwięku wypadkowego. Wibracja ta jest tym wolniejsza im mniej różnią się od siebie częstotliwości tonów składowych, gdy częstotliwości te zrównają się, wibracja ustaje; zjawisko powyższe jest wykorzystywane przy strojeniu instrumentów. Jednoczesne oddziaływanie kilku silnych tonów powoduje w naszym uchu powstawanie tzw. tonów kombinacyjnych, o częstotliwości równej różnicy i sumie częstotliwości tonów składowych; zjawisko to zaobserwowali po raz pierwszy Georg Andreas Sorge (1745) i G. Tartini (1754). A. muzyczna, oprócz badania drgań i fal dźwiękowych oraz subiektywnych cech dźwięku, zajmuje się teorią i klasyfikacją systemów dźwiękowych (->system muzyczny) oraz budową i działaniem instrumentów muzycznych. Jest ona również w ścisłym związku z a. budowlaną, dążąc do stwarzania optymalnych warunków w salach koncertowych i studiach, oraz w coraz ściślejszym kontakcie z elektro-akustyką, zarówno w odniesieniu do transmisji radiowych i nagrań płytowych, jak i w dziedzinie instrumentów elektronowych. 2) potocznie — warunki akustyczne w salach.

Literatura.: Do klasycznych dzieł poświęconych zagadnieniom akustyki należą dzieła J. Sauveura i M. Mersenne’a; także Leonhard Euler Tentamennovaetheoriaemusicae (1739); Hermann Helmholtz Die Lehre von den Tonempfindungen ais physiologische Grundlage fur die Theorie der Musik, 1863; John Viliam Rayleigh Theory of Sound. Ze książek w języku polskim można tu wymienić następujące: Ignacy Małecki Akustyka radiowa i filmowa, 1950; Zbginiew Zyszkowski Podstawy elektroakustyki, 1953; Stanisław Golachowski, Mieczysław Drobner Akustyka muzyczna. 1953; Marek Kwiek Akustyka laboratoryjna, cz. 1, 1956}.