אקוסטיקה

אקוסטיקה (בעברית: "תורת הקול") הוא ענף בפיזיקה העוסק בחקר הקול, גלים מכניים בגזים, נוזלים ומוצקים. מדען העוסק באקוסטיקה נקרא אקוסטיקאי. השימוש במדע האקוסטיקה בתעשייה ובטכנולוגיה מכונה הנדסה אקוסטית. ישנה חפיפה רבה בין תחומי העניין והעיסוק של אקוסטיקאי ושל מהנדס אקוסטיקה. תחומי המשנה העיקריים של אקוסטיקה כוללים בין השאר: אווירואקוסטיקה (אנ') – חקר יחסי הגומלין בין קול לבין זרימת גזים. לתחום זה שימושים מעשיים באווירודינמיקה, כגון חקר הרעש הנוצר בידי מטוסי סילון והפיזיקה של בומים על-קוליים. אלקטרואקוסטיקה – חקר של יצירת ומדידת קול בידי מכשור אלקטרוני כגון רמקולים, מיקרופונים, סונאר, הידרופון ועוד. אקוסטיקה ארכיטקטונית – חקר התנהגות הקול במבנים. עוסק בין השאר בהתנהגות הקול באולמות קונצרטים ובאודיטוריומים, אולם גם בהתנהגות הקול בבתי מגורים, בתי משרדים ומפעלי תעשייה. אקוסטיקה ביו-רפואית – חקר השימוש בקול במדע הרפואה – למשל: השימוש באולטרה סאונד לבדיקות ולטיפולים. אקוסטיקה מוזיקלית – חקר האקוסטיקה של כלי נגינה. אקוסטיקה פיזיקלית – חקר האינטראקציה של קול עם חומרים שונים, ובכלל זה תרמואקוסטיקה (האינטראקציה של קול וחום). אקוסטיקה תת-מימית – חקר התקדמות גלי הקול במים. ביואקוסטיקה – חקר השימוש בקול בידי בעלי חיים כגון לווייתנים, דולפינים ועטלפים. פסיכואקוסטיקה – חקר תגובתם של בני-אדם לקולות, שמיעה, וכו'. פליטה אקוסטית – תופעה פיזיקלית של פליטת קול עקב דפורמציה או התפתחות שבר בחומר. גל קול (גל מכני), המאופיין על ידי מהירותו, אורך הגל שלו והמשרעת (אמפליטודה) שלו. מהירות הקול תלויה בתווך דרכו עובר הקול, וגם בטמפרטורה שלו, ותלויה בלחץ התווך. מהירות הקול היא בערך 340 מטר בשנייה באוויר ו-1,500 מטר בשנייה במים. אורך הגל הוא המרחק משיא אחד של הגל לשיאו הבא; אורך הגל של גל קול, λ {\displaystyle \lambda } , תלוי ביחס בין מהירות הגל, v {\displaystyle v} , לבין תדירותו f {\displaystyle f} : λ = v f {\displaystyle \lambda ={\frac {v}{f}}} המשרעת של גל קול מאופיינת בדרך-כלל בעזרת לחץ הקול. בסביבה רגילה ניתן למצוא טווח נרחב מאוד של לחצים, ולפיכך מקובל למדוד את לחץ הקול בסקאלה לוגריתמית, ביחידת המידה דציבל. אם p {\displaystyle p} הוא שורש ממוצע הריבועים של משרעת לחץ הקול אזי מידת לחץ הקול (sound pressure level, SPL) מוגדרת כ-20 פעמים הלוגריתם של היחס בין p {\displaystyle p} לבין לחץ ידוע כלשהו, p 0 {\displaystyle p_{0}} ניתן לחשב את מידת לחץ הקול בדציבלים כך: L p = 20 log 10 ⁡ ( p 1 p 0 ) = 10 log 10 ⁡ ( p 1 2 p 0 2 ) d B S P L {\displaystyle L_{p}=20\,\log _{10}\left({\frac {p_{1}}{p_{0}}}\right)=10\,\log _{10}\left({\frac {p_{1}^{2}}{p_{0}^{2}}}\right)dBSPL} הלחץ הידוע p 0 {\displaystyle p_{0}} בו משתמשים הוא סף טווח השמיעה האנושי: p 0 = 2 ⋅ 10 − 5 P a {\displaystyle p_{0}=2\cdot 10^{-5}Pa} (דהיינו, 20 מיקרו-פסקל; במים, סף השמיעה הוא מיקרו-פסקל אחד). בדברנו על רמות קול יש להבדיל בין מידת לחץ הקול לבין מידת כוח הקול. מידת לחץ הקול נמדדת בעזרת מיקרופונים ומכשירים דומים, וניתן למדוד אותה ישירות. מידת עוצמת הקול, לעומת זאת, היא מידה של כמות האנרגיה המושקעת (ברמקול, למשל) כדי לייצר קול. בשל גורמים סביבתיים והשפעות אחרות, כמות האנרגיה המשמשת להפקת הקול לא בהכרח שווה למידת הקול הנתפשת בחושיו של השומע. לא ניתן למדוד עוצמת קול ישירות, ולכן מידה זו מחושבת על-פי נתונים אחרים. ישנן שתי שיטות מקובלות למדידתה: "השיטה הישירה" ו"השיטה ההשוואתית". בשיטה הראשונה מודדים את עוצמת הקול על ידי חישוב משוואה הכוללת את התנאים הסביבתיים (כגון טמפרטורה, לחות, זמן תהודה וכו') ואת לחץ הקול. בשיטה השנייה, משווים את לחץ הקול ללחץ קול המופק באותם תנאים ממקור קול מוכר המפיק עוצמת קול ידועה וקבועה, והשוואת לחץ זה עם לחץ הקול הנמדד. שתי השיטות אמינות ומדויקות באותה המידה. מדידות כמו אלה שנזכרו לעיל מבוצעות לעיתים בחדרי הדהוד או בחדרים שקטים. חדרי הדהוד מתוכננים כך שייצרו הדים מתמשכים של גלי קול, זאת כדי ליצור רמת קול אחידה מאוד, המגיעה באותה מידה מכל הכיוונים, אם חדר ההדהוד נבנה שלא כהלכה יגיעו ההדים של גלי הקול אל המאזין בזה אחר זה ולא בבת אחת, וייצרו רצף מעורבל במקום צליל נקי. דוגמאות טיפוסיות לחדרים בעלי מאפיינים הדומים לחדרי הדהוד הן מנהרות בטון ומערות. לעומתם, חדרים שקטים נבנים כדי לדמות "שדה חופשי". שדה חופשי הוא ייצוג תאורטי של מרחב אינסופי, בו אין החזרה של גלי קול (כלומר, אין הדים). בחדרים כאלה, הקול היחיד הוא הקול ממקור הקול הנמדד. החדר השקט הראשון נבנה בשנת 1940 במעבדות בל. עובי קירותיו החיצוניים כמטר, כדי למנוע כניסת רעש חיצוני, והם מרופדים מבפנים בחיפוי מיוחד הבולע 99.995% מגלי הקול בתדירות הגבוהה מ-200 הרץ. STC תהודה צליל כלי נגינה עיבוד אותות קול סונולוגיה מדידה אקוסטית מדיה וקבצים בנושא אקוסטיקה בוויקישיתוף אקוסטיקה, באתר אנציקלופדיה בריטניקה (באנגלית) אתר האגודה הישראלית לאקוסטיקה