[:uk]
ПРОГРАМА
вступного іспиту до аспірантури зі спеціальності 05.09.08 “Прикладна акустика і звукотехніка”
1. Закономірності та властивості мультимедійного поширення акустичних хвиль (у газах, рідинах та твердих тілах)
1.1. Загальні рівняння акустики для рідин та газів та пружні хвилі в твердих тілах
Повна система рівнянь акустики та її лінеаризація. Принцип суперпозиції. Хвильове рівняння. Рівняння Гельмгольца. Граничні умови. Тверде пружне тіло як акустичне середовище. Скалярний і векторний потенціали. Загальні рівняння поширення хвиль в твердих тілах. Граничні умови для твердих тіл.
1.2. Гармонічні хвильові рухи
Гармонійні хвилі. Плоскі, циліндричні та сферичні хвилі. Поглинання звуку. Відбиття та проходження звуку на межі поділу двох акустичних середовищ. Відбиття звуку від рухомої межі. Спектральний розклад звукового поля. Хвильоводи та поширення звуку в них (загальні випадки). Поняття групової та фазової швидкості. Вплив дисперсії швидкості звуку в середовищі на поширення звукового імпульсу.
Акустика середовищ з параметрами, що поступово змінюються. Променева теорія. Рівняння променевої акустики. Рівняння ейканала. Хвильове рівняння неоднорідного середовища. Рівняння переносу. Фронти і промені. Рівняння променів. Поширення звуку в стратифікованому середовищі. Кривизна проміння. Спосіб побудови променів. Час поширення сигналу вздовж променя. Порядок розрахунку акустичного поля за методом променевої акустики.
Акустичні хвильоводи. Нормальні хвилі в хвильоводі з імпедансними границями. Власні хвилі в шарі однорідної рідини з вільними границями. Хвилі в планарному хвильоводі з частково поглинаючими границями. Розповсюдження хвиль в хвильоводі з паралельними границями. Розповсюдження звуку в морі. Стоячі хвилі. Кругла труба як хвильовод. Збудження хвиль у планарному хвильоводі точковим джерелом.
Поздовжні і поперечні хвилі в ізотропному твердому тілі. Відбиття і заломлення поздовжних і поперечних хвиль. Поверхневі хвилі Релея. Хвилі в пластинах і стрижнях.
Акустична кавітація. Кавітаційна область і пороги кавітації. Поширення звуку в середовищі з пухирцями. Акустична емісія.
Падіння плоских хвиль на границю розподілу двох середовищ. Вхідний імпеданс. Проходження звукової хвилі через плоский шар.
Основи теорії випромінювання. Випромінювання звуку сферою. Монополь. Диполь. Поняття дальнього поля. Випромінювання звуку циліндром. Задача прийому. Розсіяне поле. Повне поле. Акустичне поле при розсіянні на акустично жорсткому (м’якому) об’єкті.
2.Закономірності, загальні принципи, явища та ефекти перетворення акустичних сигналів в електричні і навпаки
2.1.Коливання в системах із зосередженими і розподіленими параметрами
Гармонічний осцилятор. Осцилятор за наявності демпфірування. Вільні коливання в системі з двома ступенями свободи. Загальний розв’язок рівняння руху струни. Властивості мембрани. Рівняння руху елемента мембрани. Прямокутна мембрана. Кругла мембрана.
2.2.Основи механіки електропружного деформованого твердого тіла
Основні поняття і визначення. Тензори напружень і деформацій. Рівняння стану твердих тіл з п’эзоелектричними ефектами. Основні співвідношення п’эзоелектричного ефекту. Узагальнений закон Гука. П’эзокристали та п’эзокерамічні матеріали. Загальні відомості про акустоелектроніку. Лінії затримки і фільтри, які використовують зустрічно-штирьові перетворювачі. Резонатори і фільтри на поверхневих хвилях. Акустоелектричний ефект. Акустооптика. Дифракція світла на поверхневих акустичних хвилях. Акустика рідинних кристалів.
2.3.Електроакустичне перетворення енергії
Способи перетворення енергії і форми коливань, які використовують в перетворювачах. Електромеханічне та механоакустичне перетворення. Теорема електромеханічної взаємності зовнішніх дій. Методи розрахунків електроакустичних перетворювачів – метод зв’язаних полів, метод еквівалентних електромеханічних схем, метод чотирьохполюсників. Типи п’єзокерамічних перетворювачів: циліндричні; стрижньові; пластинчасті; контактні; безконтактні та змішаного типу. Інші типи перетворювачів: електродинамічні та конденсаторні.
Акустичні антени та їх відмінні особливості. Типи фізичних полів, що діють в антенах, та їх особливість. Класифікація акустичних антен. Основні параметри антен в режимі випромінювання та їх визначення. Основні параметри антен в режимі прийому та їх визначення. Види взаємодій, які мають місце в акустичних антенах, і умови їх існування.
Системи перетворювачів при роботі в мультімедійних середовищах.
Загальний підхід до формування просторово-вибіркових властивостей систем перетворювачів та антенн на їх основі. Амплітудно-фазові характеристики напрямленості та питання синтезу антенних систем. Суміщені системи p-v прийому. Застосування ідеології наднаправленості. Формування направлених якостей дискретних неперервних лінійних та поверхневих інтерферейційних антенних систем. Фокусовані антени і системи для звукового і ультразвукового діапазону частот. Коефіцієнти концентрації звукової енергії в антенних системах.
2.4.Загальні методи визначення звукових полів
Загальні методи визначення звукових полів, які створюються акустичними антенами і перетворювачами. Канонічні і неканонічні області існування звукового поля. Функція Гріна для рівняння Гельмгольца для вільного простору. Функція Гріна для півпростору. Принцип Гюйгенса. Умова випромінювання Зомерфельда. Метод Кірхгофа визначення поля відбиття звуку від плоского диска та уявлення про зони Френеля. Основні положення методу часткових областей. Метод власних хвильових функцій. Теорема складання.
3.Технологія і прилади обробки електроакустичних і звукових сигналів із використанням ефектів акустики
3.1.Теорія процесів та систем
Ортогональні розклади в гільбертовому просторі. Спектральний аналіз детермінованих процесів. Часовий та спектральний аналіз лінійних перетворень детермінованих процесів. Амплітуда та частотна модуляція. Функція розподілу, щільність імовірностей та характеристична функція випадкових процесів. Одномірні та двомірні моментні функції випадкового процесу. Випадкові процеси, стаціонарні у вузькому та широкому сенсі. Спектральні характеристики випадкових процесів. Аналіз лінійних систем за умови впливу випадкових процесів. Аналіз нелінійних систем за умови впливу випадкових процесів. Спектри і кореляційні функції акустичних сигналів. Вимірювання авто- і взаємокореляційних функцій. Методи та засоби вимірювання імпульсних та перехідних характеристик. Методи оцінювання випадкових похибок. Характеристики сигналів, які використовують: а) в пасивній локації; б) в активній локації; їх первинні та вторинні інформативні параметри. Статистична теорія виявлення сигналу, замаскованого завадою. Теорія оптимального прийому сигналу з відомими параметрами.
3.2. Методи, технології та прилади обробки електроакустичних та акустичних сигналів
Перетворення: а) Уолша; б) Хартлі; в) Хоаара. Вейвлет-перетворення. Швидкі алгоритми перетворень. Багатомірна обробка акустичних сигналів. Кодування звукових сигналів: а) без втрат; б) з втратами; в) з розподілом на смуги. Квантування та дискретизація акустичних сигналів. Цифрові методи (алгоритми) обробки звукових сигналів. Оптичні методи оброблення звукових сигналів. Оптимальні (за Чебишовим) нерекурсивні фільтри. Особливості цифрової фільтрації із застосуванням дискретного перетворення Фур’є. Швидке перетворення Фур’є: механізм зменшення кількості арифметичних операцій. Оцінювання густини імовірності стаціонарного випадкового процесу (СВП) гістограмним методом. Точкові (неперервні та дискретні) оцінки математичного очікування та дисперсії СВП. Інтервальні (неперервні та дискретні) оцінки математичного очікування та дисперсії СВП. Точкові (неперервні та дискретні) оцінки кореляційної функції СВП. Теорема Вінера-Хінчина. Двосторонній та односторонній спектри потужності. Непараметричні оцінки спектру потужності СВП: сира та модифіковані періодограмми, оцінки Бартлета та Уелча. Параметричні оцінки спектру потужності СВП.
Системи перетворювачів при роботі в мультімедійних середовищах.
Загальний перехід до формування просторово-вибіркових властивостей систем перетворювачів та антенн на їх основі. Амплітудно-фазові характеристики напрямленості та питання синтезу антенних систем. Суміщені системи p-v властивостей. Застосування ідеології наднаправленості. Формування направлених якостей дискретних неперервних лінійних та поверхневих інтерферейційних антенних систем. Фокусовані антени і системи для звукового і ультразвукового діапазону частот.
Коефіцієнти концентрації звукової енергії в антенних системах.
3.3. Технології та технічні засоби, створені із використанням ефектів акустики
Співвідношення та структурні методи реалізації методів акустичного пеленгування: а) амплітудного; б) фазового; в) кореляційного. Ефект Доплера та структурна схема реалізації методу вимірювання швидкості. Рівняння дефектоскопії для ехоімпульсного метода. Фізичні основи акустичної голографії та методи отримання акустичних голограм. Кореляційний приймач. Оптимальний приймач – узгоджений фільтр. Умова узгодження характеристик сигналу та фільтра.
4.Технології і прилади створення реального звукового оточення. Моделювання акустичних властивостей слухового та мовного апарата
4.1.Технології і прилади створення реального звукового оточення для масових аудиторій та окремих персоналій
Теорія архітектурної акустики. Акустичний розрахунок приміщення. Апріорні оцінки якості звучання в приміщенні (аналіз ранньої ділянки ревербераційного процесу, індекси чіткості і якості звучання).
Теоретичні положення звукоізоляції приміщень. Фізична сутність звукоізоляції. Звукоізоляція одношарової перегородки. Жорстка перегородка. Закон мас. М’яка перегородка. Закон пружності. Вплив щілин і отворів. Розрахунок звукоізоляції приміщень.
Направленість джерел і приймачів звуку. Коефіцієнт вісьової концентрації. Направлені властивості лінійної еквідистанційної групи кругових екранованих перетворювачів. Направленість прямокутних плоских перетворювачів.
Ефективність випромінюванювача. Опір випромінення круглого поршня в залежності від зовнішнього оформлення (нескінченний екран, без зовнішнього оформлення, закрита капсула). Випромінювач звуку групою випромінювачів.
Електродинамічні гучномовці. Нелінійні параметричні, модуляційні спотворення. Акустичні системи. Звукові колонки.
Зовнішнє оформлення випромінювачів звуку (екран, відкрита і закрита капсула, фазоінвертор).
Озвучення і звукопідсилення в приміщеннях і на відкритому просторі. Способи апроксимації характеристик направленості випромінювачів звуку. Розрахунок звукового поля в площині слухачів. Зворотній акустичний зв’язок. Вплив ревербераційних властивостей приміщення на параметри системи звукопідсилення.
Стереофонічні системи звуковідтворення. Стереофонічні мікрофонні системи. Квазіофонічні і стереоамбіофонічні системи. Бінауральна система звукопередачі. Багатоканальні системи. Звукові системи Dolby. Універсальний формат звукових сигналів.
4.2. Моделювання акустичних властивостей слухового та мовного апарата
Моделювання акустичних властивостей слухового та мовного апарата, психоакустичних механізмів, розроблення корегувальних засобів відновлення слуху.
Слухові характеристики звуку. Гучність тональних і складних сигналів. Висота тону. Частотне і часове маскування звуку. Локалізація звукового джерела в просторі. Стереофонічний ефект. Акустичні характеристики мови. Процес мовоутворення. Голосове і неголосові джерела. Акустична модель мовного тракту. F-картина і Z-картина мовних звуків. Відмінні характеристики співочого голосу. Розбірливість мови.
Будова і фунціювання слухового та мовного апаратів людини. Частотний і динамічний діапазон слухового сприйняття, фізичні та фізіологічні характеристики акустичних сигналів. Сприйняття гучності, зв’язок за рівнем гучності та рівнем сили звука. Диференціальні пороги сприйняття, висота тону, нелінійні спотворення. Бінауральний ефект. Маскування звуків. Спектральний склад мови і музики.
4.3.Питання акустичної екології
Моделі шумового забруднення оточуючого середовища. Нормування акустичного забруднення. Шкали гучності та шумності. Основні напрямки організації, розробки та проведення акустичного моніторингу та акустичної експертизи.
Системи захисту людей від шумових впливів.
Питання акустичної екології. Моделі шумового забруднення оточуючого середовища. Нормування акустичного забруднення. Шкали гучності та шумності. Основні напрямки організації, розробки та проведення акустичного моніторингу та акустичної експертизи.
Системи захисту людей від шумових впливів.
5.Електроакустична та електромагнітна сумісність звукотехнічних систем. Розроблення засобів пригноблення та захисту від витоку електроакустичних та звукових сигналів
Питання акустичної екології. Моделі шумового забруднення оточуючого середовища. Нормування акустичного забруднення. Шкали гучності та шумності. Основні напрямки організації, розробки та проведення акустичного моніторингу та акустичної експертизи.
Системи захисту людей від шумових впливів.
Вимірювання шумів і вібрацій.
5.1. Електроакустична сумісність звукотехнічних систем. Приглушення завад та захист від витоку електроакустичних сигналів
Проблема електроакустичної сумісності технічних засобів з сприйнятливими елементами. Засоби забезпечення електромагнітної сумісності електроакустичних комплексів з електроакустичною мережею та функціональними вузлами (окремими пристроями). Засоби приглушення завад та захист від витоку інформації в діапазоні частот електроакустичних та звукових сигналів. Особливості паразитних каналів поширення сигналів звукового діапазону, джерела та рецептори електромагнітних завад в комплексі аудіо-відеоапаратури. Особливості застосування протизавадових фільтрів в електричній мережі та інформаційних трактах. Засоби тестування електроакустичної апаратури стосовно завад кондуктивних та в навколишньому просторі.
5.2.Засоби приглушення та захисту від витоку в діапазоні частот звукових сигналів
Основні дескриптори, які застосовують для опису шумових навантажень за шкалами гучності та шумності. Фізичне тлумачення, співставлення, області застосування. Акустичний моніторинг. Основні визначення, структура, порядок проведення і документування. Організація моніторингу транспортного шумового навантаження. Акустична експертиза. Основні визначення, порядок проведення і документування. Організація акустичної та електромагнітної експертизи об’єктів, що створюють акустичні та електромагнітні завади високих рівнів.
СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ
- Акустика в задачах / Под ред. С.Н.Гурбатова и О.В.Руденко. – М.: Наука, 1996. – 336 с.
- Андреева И.Б. Физические основы распространения звука в океане. – Ленинград: Гидрометеоиздат, 1975. – 192 с.
- Бреховских Л.М., Гончаров В.В. Введение в механику сплошных сред. – М.: Наука, 1982. – 335 с.
- Вахитов Я.М. Теоретические основы электроакустики и электроакустическая аппаратура. – М.: Искусство, 1982. – 415 с.
- Голдстейн Мэрвин Е. Аэроакустика Пер. с англ. – М.: Машиностроение, 1981. – 294 с.
- Гринченко В.Т., Мелешко В.В. Гармонические колебания в упругих телах. – К.: Наукова думка, 1981. – 284с.
- Грінченко В.Т., Дідковський В.С., Маципура В.Т. Теоретичні основи акустики: Навч. посібник. – К.: ІЗМН, 1998. – 376 с.
- Гринченко В.Т., Вовк І.В., Маципура В.Т. Основи акустики. – К.: «Видавництво НВП «Наукова думка» НАН України», 2009. – 867с.
- Гринченко В.Т., Вовк И.В., Маципура В.Т. Основы акустики. – К.: Наукова думка, 2009. – 640 с.
- Грінченко В.Т., Дідковський В.С., Акименко В.Я., Запорожець О.І., Токарєв В.І. Основи акустичної екології: Навч.посібник. – Кіровоград: Імекс-ЛТД, 2002. – 520 с.
- Дідковський В.С., Луньова С.А. Основи архітектурної та фізіологічної акустики: Навч.посібник. – К.: Аван-постприм, 2001. – 424 с.
- Дідковський В.С., Маркелов П.О. Шум і вібрація: Підручник. – К.: Вища школа, 1995. – 264 с.
- Дьелесан Э., Руайе Д. Упругие волны в твердых телах. Применение для обработки сигналов: Пер. с франц. – М.: Наука, 1982. – 424 с.
- Исакович М.А. Общая акустика. – М.: Наука, 1973. – 496 с.
- Кайно Г. Акустические волны: Устройства, визуализация и аналоговая обработка сигналов: Пер.с англ. – М.: Мир, 1990. – 656 с.
- Некоторые вопросы нелинейной акустики. Методические указания к дисциплине “Ультразвук и его применение”/ Сост.В.Б.Галаненко. – К.: КПИ, 1986. – 48 с.
- Неразрушающий контроль. В 5 кн. Кн.2. Акустические методы контроля: Практ. пособие / Под ред. В.В.Сухорукова. – М.: Высш.шк., 1991. – 283 с.
- Применение ультразвука в медицине: Физические основы: Пер.с англ. / Под ред. К. Хилла. – М.: Мир, 1989. – 568 с.
- Тюлин В.Н. Введение в теорию излучения и рассеяния звука. – М.: Наука, 1976. – 256 с.
- Физические основы ультразвуковой технологии / Под ред. Л.Д. Розенберга. – М.: Наука, 1970. – 685 с.
- Фильтры на поверхностных акустических волнах (расчет, технология и применение) Пер.с англ. / Под ред. Г. Мэттьюза. – М.: Радио и связь, 1981. – 472 с.
- Хорунжий В.А. и др. Акустоэлектроника. – К.: Техніка, 1984. – 152 с.
- Дідковський В.С., Лейко О.Г., Савін В.Г. Електроакустичні п’єзокерамічні: Навч.посібник. – Кіровоград:Імекс-ЛТД, 2006. – 448 с.
- Аронов Б.С. Електромеханические преобразователи из пьезоэлектрической керамики. – Л: Энергоатомиздат, 1990. – 272 с.
- Лейко А.Г., Шамарин Ю.Е., Ткаченко В.П. Подводные акустические антенны. Методы расчета звуковых полей. – К.: Аванпосткрим, 2000. – 320 с.
- Подводные электроакустические преобразователи. (Расчет к проектирование). Справочник / Под ред. В.В.Богородского. – Л.: Судостроение, 1983. – 248 с.
- Скучик Е. Основы акустики, т.1. – М.: Миф, 1976. – 520 с.
- Подавление электромагнитных помех в цепях электропитания / Г.С. Векслер, В.С., В.С. Недочетов, В.В. Пилинский и др. – К.: Техніка, 1990. – 167 с.
- Кечиев Л.Н., Степанов П.В. ЭМС и информационная безопасность. – М: изд. дом «Технологии», 2005. – 320 с.
- Барнс Дж. Электронное конструирование: методы борьбы с помехами. – М.: Мир 1990 – 283 с.
- Уильямс Т. ЭМС для разработчиков продукции. – М. изд. дом «Технологии», 2004. – 540 с.
- Уильямс Т., Армстронг К. ЄМС для систем и установок. – М. изд. дом «Технологии», 2003. – 508 с.
- Пілінський В.В. Електромагнітна сумісність радіоелектронних засобів. Курс лекцій. – К.: НТУУ «КПІ», 2009. – 377с. (сайт кафедри ЗТРІ)
[:]