Ιστορική αναδρομή του ήχου

Ο Γάλλος μαθηματικός-φυσικός Joseph Sauveur (1673-1716)  χρησιμοποίησε πρώτος τον όρο ακουστική το 1701.

Η πρώτη αναφορά για τη φύση του ήχου έγινε από τον Πυθαγόρα (570-497 πΧ), ο οποίος διατύπωσε την άποψη ότι ο ήχος δημιουργείται από ταλαντευόμενα σωματίδια.

Πιο αργά ο Αριστοτέλης (384-322 πΧ) διατύπωσε τη δική του θεωρία, ότι ο ήχος είναι αποτέλεσμα συμπίεσης του αέρα που δημιουργείται από μια πηγή.

Το 1635 ο Γάλλος Pierre Gassendi μέτρησε τη ταχύτητα του ήχου στα 478 m/s και ισχυρίστηκε ότι η ταχύτητα του ήχου δεν εξαρτάται από τη συχνότητά του, εν αντιθέσει με τη θεωρία του Αριστοτέλη που πίστευε ότι οι υψηλότερες συχνότητες ταξίδευαν ταχύτερα από τις χαμηλότερες.

Ο Γάλλος φιλόσοφος Marin Mersenne (1588-1648) που θεωρείται πατέρας της ακουστικής, στο έργο του L’Harmonie Universelle (1637) όρισε τη συχνότητα των ακουστών ήχων, με τους λεγόμενους κανόνες του Μersenne.

O ιερέας Athanasius Kircher και αργότερα ο Robert Boyle (1660), τοποθετώντας μια μικρή καμπάνα σε γυάλινο δοχείο από το οποίο αφαίρεσε τον αέρα, έδειξε ότι για τη διάδοση του ήχου απαραίτητη είναι η ύπαρξη του αέρα.

Η μαθηματική τεκμηρίωση του ήχου έγινε από τον Isaac Newton,ο οποίος στο έργο του Principia (1687) έδωσε τη μηχανική εξήγηση του ήχου.

Το 19ο αιώνα έγιναν μεγάλα βήματα στη θεωρία του ήχου με κύριους εκφραστές τον Γερμανό Helmholtz (το αντηχείο Helmholtz) και τον Άγγλο Λόρδο Rayleigh, o οποίος έγραψε το μνημειώδες Theory of sound.(1894).

Τον 20ο αιώνα μεγάλη μορφή για το κλάδο της αρχιτεκτονικής ακουστικής υπήρξε ο Αμερικανός φυσικός Wallace Clement Sabine,ο οποίος όρισε σημαντικές παραμέτρους της ακουστικής.

Η επίδραση του χαλιού στην ακουστική του χώρου

Τα έπιπλα, όπως τα χαλιά και οι κουρτίνες συμβάλλουν στη διαμόρφωση της ακουστικής ενός εσωτερικού χώρου. Ένας κενός χώρος δίχως έπιπλα σημαίνει απογοητευτική ακουστική ποιότητα. Η απουσία της απορρόφησης που προσφέρουν τα έπιπλα και τα χαλιά, έχει ως συνέπεια να παρουσιάζεται απαράδεκτος(μεγάλος) χρόνος αντήχησης, με αποτέλεσμα την μη αντιληπτή ομιλία.

Το χαλί προσφέρει σημαντική απορρόφηση στις μεσαίες και υψηλές συχνότητες.  Στις χαμηλές όμως συχνότητες δε συμβαίνει το ίδιο και έτσι παρουσιάζεται μια ανομοιομρφία απορρόφησης. Για του λόγου το αληθές, ένα συνηθισμένο χαλί προσφέρει συντελεστή απορρόφησης 0.60 στα 4 KHz, ενώ για τα 125 Hz ο συντελεστής πέφτει στη τιμή 0.05. Ανάλογα με το είδος του χαλιού η  απορρόφηση διαφέρει. Στο παρακάτω σχήμα φαίνεται η διαφορά μεταξύ ενός βαρέως χαλιού του εργοστασίου Wilton και ενός βελούδινου χαλιού με λαστιχένια πλάτη και χωρίς λαστιχένια πλάτη.

 Α)χαλί Wilton πάχους 7 mm,βάρους kg/m² 

 B) βελούδο με υπόστρωμα latex, πάχος 6 mm, βάρους 2.3  kg/m²

C) βελούδο χωρίς υπόστρωμα latex

Για τη μέτρηση των χαρακτηριστικών απορρόφησης απαιτείται περίπλοκη και δύσκολη εργασία σε ειδικά διαμορφωμένους θαλάμους αντήχησης. Οι καμπύλες που παρουσιάζονται στο παραπάνω σχήμα έχουν σχεδιαστεί από τον Harris(1957) και αναφέρονται στο Εγχειρίδιο Ακουστικής του Alton Everest. 

Το υπόστρωμα παίζει σημαντικό ρόλο στην απορρόφηση του ήχου. Πρακτικά όσο μεγαλύτερο είναι το πάχος του υποβάθρου τόσο μεγαλύτερη η απορρόφηση του ήχου. Στο παρακάτω γράφημα παρουσιάζονται οι συντελεστές απορρόφησης του ίδιου χαλιού με διαφορετικά υποστρώματα.

Α) Τσόχα από τρίχες και 2.5 kg/m²B)Τσόχα από τρίχες και αφρόC) Τσόχα από τρίχες 1.25 kg/m²

 D) Χωρίς υπόστρωμα σε γυμνό μπετόν 

Παρακάτω παρουσιάζονται επιπλέον συντελεστές απορρόφησης ανάλογα με τη μορφή του χαλιού.

Τύπος                                            125       250      500      1000     2000     4000    

Χαλί βαρύ σε τσιμέντο                  0.02      0.06     0.14      0.37      0.60      0.65

Χαλί βαρύ με τσόχα                      0.08      0.24      0.57     0.69       0.71      0.73

από τρίχες ή αφρό σε τσιμέντο

Χαλί βαρύ με αδιαπέραστο            0.08     0.27      0.39     0.34       0.48     0.63
latex στη πλάτη με τσόχα από
τρίχες ή αφρό σε τσιμέντο

Βιβλία ακουστικής 2

Τίτλος: Fundamentals of Acoustics
Συγγραφέας: Michel Bruneau
link: http://www.scribd.com/davperezm/d/19098621-Fundamentals-of-Acoustics-M-Bruneau



Τίτλος: Fundamentals of Acoustics and Noise control
Συγγραφέας: Jacobsen,Poulsen,Rindel,Gade,Ohlirich-Technical University of Denmark
Ενδεικτικά περιεχόμενα: Ομιλία και ακοή, Ακουστική χώρου,Εισαγωγή στην ηχομόνωση,Κτυπογενής θόρυβος και μηχανικές δονήσεις
link: http://www.scribd.com/doc/63636026/Fundamentals-of-Acoustics



Τίτλος: Sound insulation
Συγγραφέας: Carl Hopkins
Ενδεικτικά περιεχόμενα: Ηχητικά πεδία, Πεδία δονήσεων,Μετρήσεις, Μετάδοση άμεσου ήχου
link: http://www.scribd.com/doc/62605498/Sound-Insulation




Τίτλος: Industrial noise control and acoustics
Συγγραφέας: Randall F. Barron
Ενδεικτικά περιεχόμενα: Βασικά ακουστικής,Ακουστικές μετρήσεις,Διάδοση του ήχου,Πηγές θορύβου,Σχεδίαση σιγαστήρων
link: http://www.scribd.com/doc/53978654/Industrial-Noise-Control-and-Acoustics-Randall-F-Barron

Βιβλία ακουστικής 1

Εάν επιθυμείτε να διαβάσετε αξιόλογα βιβλία σχετικά με την ακουστική και τον ήχο online,καθώς και να τα κατεβάσετε σε pdf τότε είστε στο σωστό μέρος.
Το scribd αποτελεί μια δωρεάν, ανεξάντλητη και πελώρια πηγή διαβάσματος. Παρακάτω παρουσιάζονται μερικά αξιόλογα εγχειρίδια που καλύπτουν όλο το φάσμα της ακουστικής.
Σημειώνεται πως όλα τα αρχεία μπορείτε να τα διαβάσετε αρκεί να γνωρίζετε αγγλικά.


Τίτλος: Acoustic Absorbers and Diffusers
Συγγραφέας: Trevor J. Cox and Peter D'Antonio
Ενδεικτικά περιεχόμενα: βασικά απορροφητών,βασικά διαχυτών, Ιδιότητες απορροφητών, απορρόφηση από πορώδη υλικά, διαχύτες Schroeder
link: http://www.scribd.com/doc/49539019/Acoustic-Absorbers-and-Diffusers

Tίτλος: Acoustics and Psychoacoustics
Συγγραφέας: David M.Howard, Jamie Angus
Ενδεικτικά περιεχόμενα: Βασικά ήχου και ακοής, ακουστική σε διαφορετικά περιβάλλοντα, νότες και αρμονία, επεξεργασία ήχου ηλεκτρονικά
link: http://www.scribd.com/doc/60666943/%E2%80%9CAcoustics-and-psychoacoustics%E2%80%9D-by-David-M-Howard-and-Jamie-A-S-Angus

Τίτλος:Audio engineering explained
Συγγραφέας:Douglas Self
link: http://www.scribd.com/doc/46346558/Audio-Engineering-Explained

Εξασθένιση του ήχου

Σε ένα ελεύθερο πεδίο οι ηχητικές πηγές παράγουν ήχου που εξαπλώνεται ομοιόμορφα σα σφαίρα.To ελεύθερο πεδίο υφίσταται όταν δεν υπάρχουν εμπόδια στο δρόμο των ηχητικών κυμάτων.
Η περιοχή ή το πεδίο που βρίσκεται κοντά στην ηχητική πηγή ονομάζεται κοντινό πεδίο. Ένας άνθρωπος βρίσκεται στο κοντινό πεδίο όταν είναι εντός ενός μεγέθους του αντικειμένου που προκαλεί το θόρυβο. Το μέγεθος σε αυτή τη περίπτωση καθορίζεται ως η μεγαλύτερη διάσταση του αντικειμένου. Έτσι αν το αντικείμενο είναι ένα κτίριο και η μεγαλύτερή του διάσταση το ύψος του,τότε κοντινό πεδίο εκτείνεται από την αρχή του έως το σημείο που τελειώνει το ύψος του σε μήκος.

Σύμφωνα με το επεξηγηματικό σχήμα, αν σταθείς σε απόσταση μεγαλύτερη από 15 μέτρα που είναι το ύψος του κτιρίου, τότε θέτεις τον εαυτό σου στο μακρινό πεδίο.
Στο ελεύθερο πεδίο η ένταση της ηχητικής πίεσης αυξάνεται καθώς πλησιάζεις στη πηγή και αντίστοιχα μειώνεται καθώς απομακρύνεσαι.Η μείωση αυτή συμβαίνει βάση του νόμου της μάζας στον ήχο (the mass law). Ο νόμος αυτός λέει ότι η ηχητική πίεση μειώνεται κατά 6 db για κάθε διπλασσιασμό της απόστασης από τη πηγή. Αν στέκεσαι 1 μέτρο από την ηχητική πηγή και μετακινηθείς ακόμη ένα παραπέρα,τότε θα ακούς τον ήχο κατά 6 db πιο χαμηλά.Αν μετακινηθείς κατά 4 μέτρα μακρύτερα τότε η μείωση θα είναι πλέον 12 db και πάει λέγοντας. Η μέθοδος αυτή προέρχεται από το νόμο του αντίστροφου τετραγώνου και σχετίζεται με τη μάζα κάθε αντικειμένου. O νόμος του αντίστροφου τετραγώνου για τον ήχο,ισχύει απόλυτα μόνο για συνθήκες ελεύθερου πεδίου με διακριτά σημεία απόστασης.

Όταν βρισκόμαστε στο κοντινό πεδίο, ο θόρυβος από μια σημειακή πηγή διαφέρει από το νόμο των 6 db.Οι σημειακές πηγές συνήθως είναι κλεισμένες σε κτίρια με αποτέλεσμα να συμπεριφέρονται ως επίπεδες πηγές. Επίπεδες πηγές όπως ένα κτίριο της εικόνας,διαθέτουν μια ελάχιστη ελάττωση του θορύβου μέχρι να καλυφεί η ακτινική απόσταση (r=b/π, b:το πλάτος του κτιρίου).Η ακτινική απόσταση είναι περίπου το ένα τρίτο πλάτους του κτιρίου. Συνεπώς όταν βρισκόμαστε στο κοντινό πεδίο η μείωση της ηχητικής πίεσης είναι 3 db για κάθε διπλασσιασμό της απόστασης από τη πηγή και στη συνέχεια αλλάζει σε μείωση 6 db καθώς γίνεται η είσοδος στο μακρινό πεδίο.



Σημειώνεται ότι ο νόμος των 3 db ισχύει και αυτός σε συνθήκες ελεύθερου πεδίου. Στη πράξη τα ηχητικά κύματα συγκρούονται με εμπόδια.

Ακοόγραμμα (audiogram)

 Το ακοόγραμμα είναι η πιο διαδεδομένη μέθοδος εξέτασης της ακουστικής απώλειας. Η μέτρηση της ακοής γίνεται συνήθως μέσω ειδικών συσκευών,τους ακοόμετρητες. Οι ακοομετρητές παράγουν ήχους συγκεκριμένης εντάσεως (0-110 db περίπου) και συγκεκριμένων συχνοτήτων (100-8000 Hz). Ξεκινώντας από τις χαμηλές συχνότητες ο εξεταζόμενος με τη χρήση βαθμονομημένων ακουστικών, καλείται να απαντήσει σε ποια ένταση ακούει-αντιλαμβάνεται τον ήχο που παράγει ο ακοομετρητής. Έτσι συντάσσεται το διάγραμμα ακοής και για τα δύο αυτιά.

Παρακάτω φαίνεται ένα φυσιολογικό ακοόγραμμα, ένα ακοόγραμμα που ισχύει για νεαρά άτομα. Σε ένα φυσιολογικό διάγραμμα τα σημεία ακοής αποκλίνουν το πολύ 10-15 db από το κατώφλι (0 db).



Στη συνέχεια παρουσιάζεται ένα ακοόγραμμα κατά το οποίο η ακοή είναι προφανώς προβληματική καθώς στις μεσαίες και υψηλές συχνότητες τα σημεία είναι μετατοπισμένα.



Τα αποτελέσματα για το δεξί αυτί παρουσιάζονται με 'x' ενώ τα αποτελέσματα για το αριστερό με 'ο'.
Το ΗL που θα παρατηρήσατε σημαίνει Hearing Level και χρησιμοποιείται για να τονίσει ότι είναι η απόκλιση από το μέσο φυσιολογικό όρο ακοής.
Ο βαθμός της ακουστικής ευαισθησίας μπορεί να χαρακτηριστεί ως : κανονικός (<25 db HL), ήπιος (26-40 db HL), μέτριος (41-55 db HL), μέτριος-σοβαρός (56-70 db HL), σοβαρός (71-90 db HL) και βαρύς (>90 db HL).

Ηχοαπορροφητικά υλικά

Τα ηχοαπορροφητικά υλικά είναι πορώδη υλικά αποτελούμενα συνήθως από πετροβάμβακα,ορυκτοβάμβακα, fiberglass και αφρολέξ. Η ικανότητα του υλικού να απορροφά ηχητική ενέργεια εξαρτάται από το πάχος του, το μέγεθος του εναέριου χώρου και τη πυκνότητα. Για κάθε ίντσα πάχους η απώλεια του ήχου είναι περίπου 1 db στα 100 Hz μέχρι 4 db στα 3000 Hz.




Η ποσότητα του ήχου που απορροφάται σε μια επιφάνεια ενός υλικού περιγράφεται από το συντελεστή απορρόφησης (α) . Ο συντελεστής απορρόφησης σχετίζεται με την ανάκλαση του ήχου. Μεγάλο α σημαίνει μικρή ανακλώμενη ενέργεια ενώ μικρό α σημαίνει μεγάλη ανακλώμενη ενέργεια. To μάρμαρο έχει έναν συντελεστή απορρόφησης περίπου 0.01. Αυτό σημαίνει ότι δεν απορροφάται σχεδόν καθόλου ο ήχος, αλλά τα ανακλώμενα ηχητικά κύματα είναι πολλά. Μερικά ειδικά κατασκευασμένα δωμάτια πετυχαίνουν συντελεστή απορρόφησης 1.0, που σημαίνει ότι ο ήχος απορροφάται ολικώς και δεν υπάρχει ανακλώμενη ενέργεια.

Ο συντελεστής απορρόφησης ενός υλικού αυξάνεται με τη συχνότητα. Στις χαμηλές συχνότητες, τα πορώδη υλικά απορροφούν λιγότερη ενέργεια.Για αυτό το υλικό πρέπει να είναι παχύτερο για να είναι αποτελεσματικό. Η συνολική επίδοση ενός ηχοαπορροφητικού υλικού μετράται συνήθως με το συντελεστή NRC (Noise Reduction Coefficien). Ο NRC είναι ο μέσος όρος του συντελεστή απορρόφησης για τις συχνότητες 250,500,1000 και 2000 Hz.

Η ηχοαπορρόφηση διαφέρει από την ηχομόνωση. Η ηχοαπορρόφηση σχετίζεται με την ηχητική ανάκλαση, ενώ η ηχομόνωση σχετίζεται με τη ποσότητα της ακουστικής ενέργειας που μπορεί να περάσει μέσα από ένα υλικό. Η ηχοαπορρόφηση που προσφέρει ένα fiberglass πάχους 10 εκατοστών είναι υψηλή αλλά η ηχομονωτική του ικανότητα χαμηλή.Ο ήχος μπορεί να ταξιδεύει διαμέσου του υλικού.

Είδη μικροφώνων | Πυκνωτικό μικρόφωνο

To μικρόφωνο είναι η συσκευή που μετατρέπει τα ηχητικά κύματα σε ηλεκτρικά σήματα.Τα μικρόφωνα χρησιμοποιούνται πολλά χρόνια σε ποικίλες εφαρμογές. Η επιλογή μικροφώνου γίνεται συνήθως με κριτήριο το μηχανισμό λειτουργίας, την ευαισθησία,τη φύση της απόκρισης,τη πολική απόκριση και τα χαρακτηριστικά χειρισμού.


Υπάρχουν 5 είδη μικροφώνων ανάλογα με το μηχανισμό μετατροπής:

• Άνθρακα
• Πυκνωτικό
• Κινούμενου πηνίου
• Ταινίας
• Πιεζοηλεκτρικό

Το μικρόφωνο άνθρακα

Τα μικρόφωνα άνθρακα έκαναν την εμφάνιση τους σαν πομποί στα πρώτα τηλέφωνα. Οι μεταβολές της πίεσης σε ένα μεταλλικό διάφραγμα οδηγούν στην ενεργοποίηση του κουμπιού επαφής. Με αυτό το τρόπο αυξάνονται ή μειώνονται τα πυκνώματα των κόκκων άνθρακα με αποτέλεσμα να μεγαλώνει ή να μικραίνει η αντίσταση της διάταξης.Τα μικρόφωνα άνθρακα είναι αρκετά ευαίσθητα και φτηνά στην κατασκευή.Εκτός από το θερμικό θόρυβο,τέτοιου είδους μικρόφωνα επηρεάζονται από τις διακυμάνσεις της αντίστασης επαφής με τoυς κόκκους άνθρακα,ακόμη και εν απουσία της ακουστικής διέγερσης.

Τα πυκνωτικά μικρόφωνα


Τα πυκνωτικά μικρόφωνα χαρακτηρίζονται από υψηλή πιστότητα,μικρό θόρυβο και επίπεδη απόκριση.Χρησιμοποιούνται ευρύτατα σε όλες τις ακουστικές μετρήσεις και αποτελούν κορυφαία επιλογή όσον αφορά την απόδοση.Τα πυκνωτικά μικρόφωνα συναντώνται σε δύο μορφές. Στη μια μορφή ένας πυκνωτής διαθέτει μια μπροστινή πλάκα που σχηματίζεται από ένα εύκαμπτο μεταλλικό διάφραγμα χαμηλής μάζας (ή ταινία).Το διάφραγμα διαχωρίζεται από μια διάτρητη άκαμπτη μεταλλική πίσω πλάκα.Η κίνηση του αέρα μέσα από τις διατρήσεις της πίσω πλάκας χρησιμεύει στην απόσβεση του μηχανικού συντονισμού του διαφράγματος.Αυτός ο συντονισμός γίνεται σε υψηλές συχνότητες εξαιτίας του χαμηλής μάζας διαφράγματος. Στην άλλη μορφή του,ένα μόνιμα πολωμένο διηλεκτρικό τοποθετείται στην επιφάνεια της πίσω πλάκας, με αποτέλεσμα να μην απαιτείται εξωτερική τάση πόλωσης.

Τα μικρόφωνα κινούμενου πηνίου και ταινίας


Τα μικρόφωνα κινούμενου πηνίου καθώς και τα μικρόφωνα ταινίας τοποθετούνται σε μια ξεχωριστή κατηγορία,αυτή των δυναμικών μικροφώνων.Τα δυναμικά μικρόφωνα είναι ο πλέον χρησιμοποιούμενος τύπος μικροφώνου και χαρακτηρίζεται από το χαμηλό κόστος,την αξιοπιστία και το χαμηλό λόγο σήματος προς θόρυβο. Η βασική αρχή λειτουργίας των μικροφώνων αυτών είναι:
-Μια μεταλλική επιφάνεια ή σύρμα βρίσκεται μόνιμα εντός μαγνητικού πεδίου
-Όταν στην επιφάνεια εφαρμοστεί ηχητική πίεση αυτή ταλαντώνεται
-Η κίνηση δημιουργεί ρεύμα ανάλογο του πλάτους ταλάντωσης

Στα μικρόφωνα κινούμενου πηνίου γίνεται αντικατάσταση μεταλλικού διαφράγματος με ένα πηνίο χαλκού με αποτέλεσμα τη μεγαλύτερη παραγωγή ρεύματος.
Σε αντίθεση με τα κινούμενου πηνίου μικρόφωνα,τα μικρόφωνα ταινίας αντί για πηνίο διαθέτουν μια στενή μεταλλική ταινία. Η ταινία αυτή συνιστά και το διάφραγμα. Τα μικρόφωνα ταινίας αποτελούν μια φθηνή και απλή υλοποίηση.

Πιεζοηλεκτρικά μικρόφωνα


Τα πιεζοηλεκτρικά μικρόφωνα βασίζονται στην αρχή λειτουργίας του πιεζοηλεκτρικού φαινομένου,όπου ορισμένα κρυσταλλικά υλικά όταν τους ασκηθεί μηχανική εναλλασσόμενη πίεση.Τα πιεζοηλεκτρικά μικρόφωνα διαθέτουν πολύ υψηλή χωρητική αντίσταση εξόδου.Στο παρελθόν η υψηλή ευαισθησία στη τάση τα έκανε δημοφιλή σε συστήματα εγγραφής και σε δημόσιες εφαρμογές όπου δεν χρησιμοποιούνταν πολλά καλώδια.Η χρήση τους γενικά έχει περιοριστεί.