1、声学发展简史声学是研究媒质中机械波的产生、传播、接收和效应的物理学分支学科。媒质包括各种状态的物质，可以是弹性媒质也可以是非弹性媒质；机械波是指质点运动变化的传播现象。 ?趿?K? 声学发展简史 %jo 鑎汳 D? 声音是人类最早研究的物理现象之一，声学是经典物理学中历史最悠久，并且当前仍处在前沿地位的唯一的物理学分支学科。 _43 虶罒? 从上古起直到 19 世纪，人们都是把声音理解为可听声的同义语。中国先秦时就说“情发于声，声成文谓之音”， “音和乃成乐”。声、音、乐三者不同，但都指可以听到的现象。同时又说“ 凡响曰声”，声引起的感觉(声觉)是响，但也称为声，这与现代对声的定义相同。西方国
2、家也是如此，英文的的词源来源于希腊文，意思就是“听觉”。 u*梷卂 m 麈 世界上最早的声学研究工作主要在音乐方面。 吕氏春秋记载，黄帝令伶伦取竹作律，增损长短成十二律；伏羲作琴，三分损益成十三音。三分损益法就是把管(笛、箫)加长三分之一或减短三分之一，这样听起来都很和谐，这是最早的声学定律。传说在古希腊时代，毕达哥拉斯也提出了相似的自然律，只不过是用弦作基础。 H 閦? 悑溮 1957 年在中国河南信阳出土了蟠螭文编钟，它是为纪念晋国于公元前 525 年与楚作战而铸的。其音阶完全符合自然律，音色清纯，可以用来演奏现代音乐。1584 年，明朝朱载堉提出了平均律，与当代乐器制造中使用的乐律完全相
3、同，但比西方早提出 300 年。 噜? 洵?= 古代除了对声传播方式的认识外，对声本质的认识也与今天的完全相同。在东西方，都认为声音是由物体运动产生的，在空气中以某种方式传到人耳，引起人的听觉。这种认识现在看起来很简单，但是从古代人们的知识水平来看，却很了不起。 呯?lt;奪?c 例如，很长时期内，古代人们对日常遇到的光和热就没有正确的认识，一直到牛顿的时代，人们对光的认识还有粒子说和波动说的争执，且粒子说占有优势。至于热学， “热质 ”说的影响时间则更长，直到 19 世纪后期，恩格斯还对它进行过批判。 ?0 嶃X勇畍 M 现代声学研究主要涉及声子的运动、声子和物质的相互作用，以及一些准粒子和
4、电子等微观粒子的特性。所以声学既有经典性质，也有量子性质。 缼獕 剈?y 声学的中心是基础物理声学，它是声学各分支的基础。声可以说是在物质媒质中的机械辐射，机械辐射的意思是机械扰动在物质中的传播。人类的活动几乎都与声学有关，从海洋学到语言音乐，从地球到人的大脑，从机械工程到医学，从微观到宏观，都是声学家活动的场所。 k1 汕 声学的边缘科学性质十分明显，边缘科学是科学的生长点，因此有人主张声学是物理学的一个最好的发展方向。 ?筆 声波在气体和液体中只有纵波。在固体中除了纵波以外，还可能有横波(质点振动的方向与声波传播的方向垂直)，有时还有纵横波。 _锟 d?k 声波场中质点每秒振动的周数称为频
5、率，单位为赫(Hz)。现代声学研究的频率范围为万分之一赫兹到十亿赫兹，在空气中可听到声音的声波长为 17 毫米到 17 米，在固体中，声波波长的范围更大，比电磁波的波长范围至少大一千倍。声学频率的范围大致为：可听声的频率为 2020000 赫，小于 20 赫为次声，大于 20000 赫为超声。 ? 声波可以透过所有物体：不论透明或不透明的，导电或非导电的。因此，从大气、地球内部、海洋等宏大物体直到人体组织、晶体点阵等微小部分都是声学的实验室。近年来在地震观测中，测定了固体地球的简正振动，找出了地球内部运动的准确模型，月球上放置的地声接收器对月球内部监测的结果，也同样令人满意。进一步监测地球内部
6、的运动，最终必将实现对地震的准确预报从而避免大量伤亡和经济损失。 KQ 擃 R?: 声学与生命科学 欲 IA 听觉过程涉及生理声学和心理声学。目前能定量地表示声音在人耳产生的主观量(音调和响度)，并求得与物理量(频率和强度) 的函数关系，这是心理物理研究的重大成果。还建立了测听技术和耳鼓声阻抗测量技术，这是研究中耳和内耳病变的有效工具。 謇冑?z? 在听觉研究中，所用的设备很简单，但所得结果却惊人的丰富。1961 年物理学家贝剀西曾由于在听觉方面的研究获得诺贝尔医学或生理学奖，这是物理学家在边缘学科中的工作受到了承认的例子。目前主要由于对神经系统和大脑的确切活动和作用机理不明，还未形成完整的听
7、觉理论，但这方面已引起了很多声学工作者的重视。 ( 張舕 T? 在语言和听觉范围内，基础研究导致很多重要医疗设备的生产：整个装到耳听道内的助听器；保护听力的耳塞，为声带损伤病人用的人工喉，语言合成器，为全聋病人用的触觉感知器和人工耳蜗等等。 崨 S 褪蒞 除了助听、助语设备外，声学在医学中还有很多可以应用的方面，但发展都很不够或根本未发展，特别是在治疗方面。有迹象说明低强度超声可加速伤口愈合，同时施用超声和 X 射线可使对癌症的辐射治疗更加有效，超声辐射可治愈脑血栓等，但这些都未形成常规的治疗手段。 籕?l: 超声检查体内器官，并加以显示的方法有广泛的应用，声波可透过人体并对体内任何阻抗的变化
8、灵敏(折射、反射) ，因此超声透视颅内、心脏或腹内的某些功效远比 X 射线优越，而且不存在辐射病，但使用时也有局限。超声全息用于体内无损检测的技术则尚待发展。 j 抙蒺 玔 声学与环境 ?1 -?鼤 当代重大环境问题之一是噪声污染，社会上对环境污染的意见(包括控告)有一半是噪声问题。除了长期在较强的噪声(90dB 以上)中工作要造成耳聋外，不太强的噪声对人也会形成干扰。例如噪声级到 70dB，对面谈话就有困难，50dB 环境下睡眠休息已受到严重影响。近年来，对声源发声机理的研究受到注意，也取得了不少成绩。 幻 2c 锩*L-? 噪声控制中常遇到的声源功率范围非常大，这也增加了噪声控制工作的复杂
9、性。例如一个大型火箭发动机的噪声功率可开动一架大型客机，而大型客机的噪声功率可开动一辆卡车。噪声污染是工业化的后果，而降低噪声又是改善环境、提高人的工作效率、延长机器寿命的重要措施。 傩 ?9? 环境科学不但要克服环境污染，还要进一步研究造成适于人们生活和活动的环境。使在厅堂中听到的讲话清晰、音乐优美是建筑声学的任务。厅堂音质的主要问题是室内的混响，混响必须合适，有时还需要混响可变。实验证明，由声源到听者的直达声及其后 50 或 100 毫秒内到达的反射声对音质都有重要影响，反射声的方向分布也是很重要的因素，两侧传来的反射声似乎很重要，全面研究各种因素才能获得良好的音质。 ?邛|?坳 音乐是声学研究最早注意的课题，今日则已开始进入新的境界。电子乐器和计算机音乐的问世，为作曲家和演奏艺术家开辟了新的创作天地。电子音乐合成器产生的乐音既可以模拟现有任何乐器的声音，也可以创造出从来未有过的新乐音。 ?$憿 uA ?除了次声外，声学对国防还有许多重要用途。海洋中除声以外的各种信号都很难传到几米之外，因此利用回声探测水下物体，如潜艇、海底、鱼群、沉船等是最有力的手段。
