1.Цели и задачи кафедры акустики

Кафедра акустики СПбГУКиТ (ранее ЛИКИ) создана в начале 1930-ых годов (юридически кафедра образована приказом № 83 от 22.10.1932 г.) по инициативе всемирно известного ученого, д.т.н., члена-корреспондента АН СССР Сергея Яковлевича Соколова.

В период с 1930- 1940 выпускающие кафедры ЛИКИ были немногочисленны. С.Я Соколов активно занимался привлечением молодых и перспективных выпускников и специалистов в направлении вопросов акустики. Через несколько лет (в 1937-1938 гг.) на кафедре появилась группа молодых выпускников института - И.Л. Днепровская, М.М. Свядощ (Шиловская), А.Д. Хохлов, Н.Я. Батырев и др., которые впоследствии стали преподавателями ЛИКИ или ведущими специалистами ВНИИРПА им. А.С. Попова и других акустических организаций.

А.Н. Качерович стал первым из аспирантов ЛИКИ С.Я. Соколова, защитившим в 1939 г. диссертацию по вопросу о возможности и принципе построения светомодулирующих устройств для звукозаписи на основе явления дифракции света на ультразвуковых волнах в прозрачной субстанции. Ультразвуковой модулятор света не получил в то время широкого применения по двум причинам. Во-первых, интенсивный метод был в то время провозглашен В.А. Бурговым как неперспективный (на основе американского опыта, с которым В.А. Бургов познакомился во время командировки в США). Во-вторых, в то время не умели получать удовлетворительных по качеству монохроматических лучей света. В этот период С.Я. Соколов вел параллельно огромную учебную и научно-исследовательскую работу на своей кафедре в ЛЭТИ. Его смелые идеи по ультразвуковой акустике и звуковидению были реализованы в виде уникальных изобретений, внедренных в тяжелой и военной промышленности и принесших ему мировую славу основателя мощной научной школы советских акустиков. В 1935 году Сергей Яковлевич защитил докторскую диссертацию, которая получила высокую оценку академика Л.И.Мандельштама, профессора С.Н. Ржевкина и других известных советских акустиков. Несмотря на занятость, Сергей Яковлевич большое внимание уделял кафедре акустики ЛИКИ и научной работе ее молодых сотрудников. На кафедре были созданы следующие научные направления:

1. Речевой и физиологической акустики (Сапожков М.А.).

2. Электроакустической аппаратуры (Волков P.Л.,Гутин Л.Я., Иофе В.К., Хохлов А. Д., Днепровская И.А.).

3. Архитектурной  акустики (Качерович А.Н., Батырев Н.Я.)

4. Акустических измерений (Мясников Л.Л., Свядощ М.М.).

После войны опорой Сергея Яковлевича в возрождении кафедры стали Андрей Дмитриевич Хохлов (выпускник 1938 г.), Николай Яковлевич Батырев (выпускник 1939 г.) и Яшэр Шакирович Вахитов, ставший в конце 1949 г. аспирантом Сергея Яковлевича и защитивший диссертацию в 1953 году. А.Д. Хохлов и Н.Я.Батырев к этому времени уже защитили  диссертации и были доцентами кафедры.

Госбюджетное финансирование НИР в то время было ничтожным. По инициативе Андрея Дмитриевича кафедрой стали заключаться хоздоговоры на разработку и изготовление комплексов акустической и электронной аппаратуры. Заказчиками стали ЦНИИРТ (институт охраны труда) и НИП (научно-испытательный полигон). Начатые под руководством А.Д. Хохлова научно-исследовательские работы позволили институту организовать научно-исследовательский сектор (НИС), первым начальником которого был Е.Г. Яхонтов, а позднее - первый выпускник факультета Е.А. Якунинский.

Тематика НИР соответствовала научным направлениям кафедры. Так, по заказам института охраны труда (1947-1952гг.) были разработаны и изготовлены (А.Д. Хохлов, м.н.с. Е.А. Печников) серии измерителей уровня звука, моделирующих на разных уровнях кривые равной громкости. Измерения, проведенные с их помощью руководителем лаборатории борьбы с шумом ЦНИИОТа И.И.Славиным, показали, что одна лишь имитация частотных характеристик слуха не обеспечивает согласование показаний прибора со слуховым восприятием. Позднее эта работа была продолжена в кандидатской диссертации И.К. Нечаева, выполненной под руководством Я..Ш. Вахитова. Развитие НИР позволило А.Д. Хохлову создать сплоченный и работоспособный коллектив преподавателей и сотрудников, какого еще не было во всей истории кафедры.

Под руководством А.Д. Хохлова по заказу НИАПа проводилась разработка сложнейшего комплекса аппаратуры для измерения акустических давлений в диапазоне инфразвуковых и низких звуковых частот (от 0,1 до 1000 Гц). Комплекс включал измерительные микрофоны как электростатические, так и динамические, а также усилительную, регистрационную и градуировочную аппаратуру. Работы эти продолжались и после кончины А.Д. Хохлова вплоть до конца 70-х годов. Кроме Ф.В. Семякина, в них принимали участие упомянутые выше Е.А. Печников, М.Г. Юдин, Г.П. Корешев, О.О. Литус, а позднее В.В. Давыдов, П.А. Пуолокайнен и др.

Параллельно с заказами НИАПа проводились работы, финансируемые другими предприятиями. В результате возник ряд новых научных направлений кафедры:

- разработка теории и методов моделирования архитектурно-акустических процессов;

- двух- и многоканальная стереофония;

- музыкальная акустика;

- моделирование громкостных свойств слухового восприятия;

- расчет и проектирование электроакустической аппаратуры;

- теория шумообразования и методы борьбы с шумами и вибрациями;

- архитектурно-строительная акустика.

С 1975 года кафедрой стал руководить к.т.н., доцент Ю.М. Ишуткин - выпускник ЭТФ ЛИКИ. При нем на кафедре получило развитие еще одно новое научное направление - разработка теории модуляционного анализа-синтеза звуковых сигналов, на фундаменте которой исследовались свойства природных звуковых сигналов и разрабатывались  новые методы их преобразования.

Для решения сложных научных задач, поставленных Ю.М. Ишуткиным, потребовалось привлечение на кафедру свежих научных кадров, обладающих необходимой квалификацией, в числе которых нужно назвать В.К.Уварова, Е.Н. Осташевского, A.B. Антонова - выпускников ЛЭИСа, а также М.А. Чеснокова, Н.И. Веселову - выпускников ЛИКИ.

В эти годы на кафедре активно ведется научно-исследовательская работа, успешно защищаются кандидатские диссертации: в 1981 году диссертацию защитила Н.А. Смирнова; в 1985 году-В.К.Уваров; в 1987 году - Н.И. Веселова; в 1987 году - Е.Н. Осташевский и др.

Ю.М. Ишуткин в 1985 году защитил докторскую диссертацию по созданному им направлению.

Научные направления кафедры в настоящее время

За годы существования кафедры по объективным причинам сформировалось несколько научных направлений, возглавляемых известными учеными, среди которых наиболее известными являются следующие.

1. Д.т.н., профессор Щевьев Ю.П. – «Акустика неоднородных сред».

Основателем научного направления считается член-корреспондент АН СССР, д.т.н., проф. С.Я.Соколов – первый заведующий кафедрой акустики. Работы этого направления с самого начала были связаны с архитектурной акустикой, то есть с акустикой студий и зрелищных предприятий. На кафедре акустики рамках этого направления работали известные советские ученые д.т.н. А.Н.Качерович, к.т.н. В.С.Маньковский и другие.

В 1986 г. научное направление возглавил д.т.н., профессор Щевьев Юрий Павлович. В 1980-х и начале 1990-х годов научные исследования этого направления были направлены на разработку и создание эффективных звукоизолирующих и звукопоглощающих конструкций. Особый интерес при этом представляли низкочастотные звукоизолирующие и звукопоглощающие конструкции, так как именно в низкочастотном звуковом диапазоне задачи звукоизоляции и звукопоглощения представляют известную проблему. В процессе теоретических и экспериментальных исследований создана фундаментальная теория синтеза неоднородных акустических сред, на основе которой построены методики расчета звукопоглотителей, обладающих наперед заданной частотной характеристикой и эффективностью звукопоглощения. За последние годы усовершенствована теория объемных локальных звукопоглотителей. Выполнен статистический анализ акустических свойств архитектурно-строительных конструкций. Разработаны численные методы расчета дифракции упругих волн на многослойных объемных конструкциях.

Накопленный опыт и результаты проведенных многих отдельных исследований позволили этому направлению в конце 1990-х годов обратиться к решению сложных практических акустических задач, целью которых является достижение требуемого качества звука в помещениях студий звукозаписи и зрелищных предприятий путем управления параметрами звукового поля в конкретном помещении.

По направлению защищено 11 кандидатских и 2 докторских диссертации, опубликовано более 300 научных работ, из которых 6 - монографии.

2.Профессор, к.т.н. Вахитов Я.Ш., профессор кафедры, д.т.н. Вахитов Ш.Я. - «Электроакустическая аппаратура и моделирование акустических процессов в помещениях».

В развитии названного научного направления принимали участие, работавшие на кафедре акустики в 1930-х – 1940-х годах известные советские акустики: член-корреспондент АН СССР, д.т.н., проф. С.Я.Соколов, д.т.н. Гутин Л.Я., д.т.н. Иофе В.К., д.ф-м.н. Л.Л.Мясников и др.

С конца 1950-х годов направление возглавляет ученик С.Я. Соколова проф. Вахитов Я.Ш., под руководством которого опубликовано около 170 научных работ, в числе которых 14 книг по физической и музыкальной акустике, борьбе с шумами и вибрациями аппаратуры, а также ряд книг по электроакустической аппаратуре. В этом направлении на кафедре проводятся исследования в области расчета сложных акустических и акустико-механических элементов электроакустической аппаратуры и аппаратурному моделированию акустических процессов в помещениях, создана и совершенствуется методика расчета электродинамических громкоговорителей прямого излучения. Одна из книг Я.Ш. Вахитова («Теоретические основы электроакустики и электроакустическая аппаратура») стала на долгие годы не только основным учебником студентов и аспирантов - акустиков, но и настольной книгой целого поколения разработчиков электроакустической аппаратуры, а также других специалистов-акустиков. В 90-е годы книга получила достаточно широкую известность также за рубежом (в США, Германии, Израиле, Южной Корее, Болгарии и др.). В области моделирования акустических процессов в помещениях Я.Ш.Вахитовым доказано соответствие спектров объемных механических сетчатых структур спектрам собственных частот помещений, что позволяет с высокой степенью достоверности создавать маломасштабные модели помещений. Им также разработаны:

- метод расчета сопротивления тонкого слоя воздуха между мембраной и неподвижным электродом электростатических преобразователей;

- метод определения устойчивости электретных и обычных электростатических мембран;

- теория струйного определения акустических параметров узких щелей и каналов с несимметричным распределением потоков воздуха.

Названные разработки, в совокупности, позволили создать методы расчета электроакустических аппаратов, которые отличаются высоким уровнем соответствия результатов расчетов и экспериментальных данных.

В этой области, начиная с 1980-х годов успешно работает Ш.Я. Вахитов (ныне д.т.н.), являющийся одним из ведущих специалистов России в области электроакустической аппаратуры. Им разрабатываются и совершенствуются методы расчета важных для практики акустических параметров, например, коэффициента дифракции в микрофоне для произвольного угла падения звука, эквивалентных величин акустико-механических параметров распределенных систем (мембран под действием неравномерно распределенной силы, диафрагм с жестким куполообразным центром и других сложных элементов электроакустической аппаратуры), нелинейных искажений в электростатических преобразователях. Последняя часть исследований вызвала особенно повышенный интерес специалистов Западной Европы, Юго-восточной Азии, США, Израиля и др.

Вахитовым Ш.Я. опубликовано более 40 научных работ (в том числе 2 монографии, 2 учебных пособия, 1 учебник), закрепивших приоритет нашей страны в области теории и проектирования микрофонной техники. При его непосредственном участии, а также на основе созданных им методов разработано и внедрено в производство более 30 моделей микрофонов, практически на всех российских предприятиях, занимающихся микрофонами. Ряд этих теоретических работ, а также промышленных моделей микрофонов, производимых в России, получили широкую известность и высокую оценку не только в нашей стране, но и далеко за ее пределами.

По данному направлению, начиная с 70-х годов, защищено 2 докторских и 11 кандидатских диссертаций (4 из них под руководством Вахитова Я.Ш.).

3. Д.т.н., профессор Майзель А.Б. – « Борьба с шумами и вибрациями механизмов и аппаратов».

Названное научное направление возникло в ЛИКИ в 1930-х годах, прежде всего, в связи с необходимостью борьбы с вибрацией и шумом киносъемочной, звукозаписывающей, кинокопировальной и кинопроекционной аппаратуры.

Значимость указанной проблемы подчеркивается тем, что виброакустические параметры аппаратов являются своеобразным комплексным критерием оптимальности их конструкции и совершенства технологии изготовления. В развитии этого научного направления принимают участие д.т.н., проф. А.А. Белоусов, д.т.н., проф.А.К.Явленский, д.т.н., проф. Ю.П. Щевьев и др.

В целях снижения виброакустической активности аппаратуры изучены процессы возникновения переменных усилий в механизмах аппаратов, описаны закономерности возбуждения колебаний в опорных элементах механизмов и распространения вибраций по этим элементам от виброактивных узлов до оболочек корпусов аппаратов, раскрыты особенности излучения шума колеблющимися корпусными конструкциями. Усовершенствованы методы и средства борьбы с вибрацией и шумом механизмов и аппаратов как за счет снижения их виброактивности в источнике, так и посредством подавления колебательной энергии на путях ее распространения (виброизоляция, виброгашение, вибропоглощение, звукоизоляция и звукопоглощение).

В частности, развита теория, описывающая свойства одного из средств звукоизоляции – акустических экранов. С использованием методов теории сфероидальных волновых функций и теории дифракции исследована экранирующая способность локальных отражателей звука в форме вытянутых сфероидов, моделирующих удлиненные препятствия с произвольным отношением длины к ширине. Доказана необходимость учета искажения подобными телами звуковых полей, размещенных в их окрестностях излучателей, при решении вопросов архитектурной и промышленной акустики.

В рамках названного научного направления разрабатываются также методы акустической и вибрационной диагностики качества работы и технического состояния узлов различной киноаппаратуры и других механизмов. Определено влияние технологических погрешностей узлов и механизмов на динамические параметры и ресурс изделий, построены диагностические модели механизмов. Установлена степень влияния колебаний момента трения в опорах на неравномерность вращения прецизионных устройств. В интересах практической реализации способов акустической диагностики разработаны методы и средства измерения потоков колебательной энергии в балках на основе пьезопленочных датчиков деформации многократного применения.

По направлению защищено за последние годы 4 кандидатские и 2 докторские диссертации. Опубликовано 4 монографии.

4. Д.т.н., профессор Уваров В.К. – «Речь и слух. Теория звуковых сигналов».

В разработке названного научного направления принимали участие, работавшие в 1930-х – 1940-х годах на кафедре акустики известные советские ученые д.т.н., академик АН СССР А.А.Харкевич, д.т.н. М.А.Сапожков и др.

В 1975 – 1985 годах научную школу возглавлял д.т.н., профессор Ю.М. Ишуткин, под руководством которого коллектив впервые реализовал первую ступень модуляционного анализа-синтеза звуковых сигналов и исследовал некоторые свойства модулирующих функций речевых и музыкальных сигналов.

С 1985 г. Научное направление возглавляет д.т.н., проф. Уваров В.К., под руководством которого впервые решена задача точного компандирования частотного и динамического диапазонов звуковых сигналов без выделения модулирующих функций в виде отдельно существующих субсигналов. Определены особенности слухового восприятия нелинейно-частотно-компрессированных речевых и музыкальных сигналов. При проведении названных исследований в 2000 г. было обнаружено явление самоконцентрации энергии сигналов в процессе деления их мгновенной частоты. Названное явление проявляется в том, что коэффициент уменьшения девиации мгновенной частоты сигнала в несколько раз превышает коэффициент деления его мгновенной частоты, реализуемый аппаратурой. Установлена зависимость коэффициента самоконцентрации от ширины полосы частот сигнала.

В 2005 г. решением Международной ассоциации авторов научных открытий В.К.Уварову выдан диплом (№283) на открытие явления самоконцентрации сигналов.

На основе созданной В.К.Уваровым модуляционной теории звуковых сигналов разрабатываются в настоящее время модуляционные теории слуха и речи, модуляционно-параметрическая теория колебаний струн, стержней, мембран и других механических колебательных систем.

По данному направлению с 1985 г. защищено 6 кандидатских и 2 докторских диссертации. Опубликовано более 200 научных работ, из которых 12 – монографии, сделано 25 изобретений.