聲學的特點及發(fā)展史-預覽頁
【正文】 法、粒子轟擊方法）之一。這些傳播性質(zhì)有時造成結果上的極大差別，例如在普通實驗室內(nèi)很容易驗證光波的平方反比定律（光的強度與到光源的距離平方成反比），雖然根據(jù)能量守恒定律聲波也應滿足平方反比定律，但在室內(nèi)則無法測出。 聲學領域介紹 與光學相似，在不同的情況，依據(jù)其特點，運用不同的聲學方法。在 明朝朱載堉于1584年提出平均律關閉空間（例如室內(nèi)，周圍有表面）或半關閉空間（例如在水下或大氣中，有上、下界面），反射波的互相干涉要形成一系列的固有振動（稱為簡正振動方式或簡正波）。這是在許多情況下都很有效的方法。統(tǒng)計聲學方法不限于在關閉或半關閉空間中使用。接收儀器主要是人耳，有時用歌弧、歌焰作定性比較，電話上的接收器和傳聲器還很簡陋，難于用作測試儀器。聲功率也可超過人口所發(fā)聲的 1011倍。 實際應用 利用對聲速和聲衰減測量研究物質(zhì)特性已應用于很廣的范圍。 表面波、聲全息、聲成像、非線性聲學、熱脈沖、聲發(fā)射、超聲顯微鏡、次聲等以物質(zhì)特性研究為基礎的研究領域都有很大發(fā)展。 聲全息和聲成像是無損檢測方法的重要發(fā)展。 用熱脈沖產(chǎn)生的超聲頻率可達到1012Hz以上，為凝聚態(tài)物理開辟了新的研究領域。次聲在國防研究上也有重要應用，可以用來偵察和辨認大型爆破、火箭發(fā)射等。早在40年代，Л深入研究這些現(xiàn)象都已經(jīng)成為研究液氦的物理特性尤其是量子性質(zhì)的重要手段（見量子聲學）。進一步監(jiān)測地球內(nèi)部的運動，最終必將實現(xiàn)對地震的準確預報，從而避免大量傷亡和經(jīng)濟損失。現(xiàn)在語言通信的設備還比較復雜，系統(tǒng)的質(zhì)量和局限還有待于改進。能定量地表示聲音在人耳產(chǎn)生的主觀量(音調(diào)和響度)，并求得與物理量（頻率和強度）的函數(shù)關系，這是心理物理研究的重大成果。主要由于對神經(jīng)系統(tǒng)和大腦的確切活動和作用機理不明，還未形成完整的聽覺理論，但這方面已引起了很多聲學工作者的重視，從20世紀50年代以來已取得很大成績。與內(nèi)毛細胞聯(lián)結的神經(jīng)核主要對基底膜振動速度響應，而外毛細胞響應于基底膜的位移。 在語言和聽覺范圍內(nèi)，基礎研究導致很多重要醫(yī)療設備的生產(chǎn)：整個裝到耳聽道內(nèi)的助聽器；保護聽力的耳塞，為聲帶損傷病人用的人工喉，語言合成器，為全聾病人用的觸覺感知器和人工耳蝸等等。 超聲檢查體內(nèi)器官并加以顯示的方法有廣泛的應用聲波可透過人體并對體內(nèi)任何阻抗的變化靈敏（折射、反射），因此超聲透視顱內(nèi)、心臟或腹內(nèi)的某些功效遠非X射線可比，而且不存在輻射病，但使用時也有局限。 環(huán)境科學 當代重大環(huán)境問題之一是噪聲污染，社會上對環(huán)境污染的意見（包括控告）有一半是噪聲問題。例如，撞擊聲、氣流聲、機械振動聲等的理論研究都取 利用回聲探測水下物體得重要成果，根據(jù)噪聲發(fā)生的機理可求得控制噪聲的有效方法。對振動的保護一般采取質(zhì)量彈簧系統(tǒng)或阻尼材料（見隔振、減振）。工業(yè)交通事業(yè)的進一步發(fā)展，其關鍵之一是降低噪聲。賽賓在 20 世紀初由大量實驗總結出來的混響理論標志現(xiàn)代聲學的開始。實驗證明，由聲源到聽者的直達聲及其后 50或100ms內(nèi)到達的反射聲對音質(zhì)都有重要影響，反射聲的方向分布也是很重要的因素，兩側傳來的反射聲似乎很重要，全面研究各種因素才能獲得良好的音質(zhì)。 研究課題音樂 音樂是聲學研究最早注意的課題，已開始進入新的境界。電子計算機能夠模擬整個樂隊的演奏，作曲家可以坐在計算機前，通過計算機的信息處理，從事創(chuàng)作，一切都由他的手指操縱，并且可以一遍一遍地重聽和修改，直到他滿意為止。超聲檢測和表面波器件在國防工業(yè)中起重要作用。其中聲速比其上、下層的都低，聲波傳入后就局限于聲道內(nèi)，損失很小。 相關學科 次聲學、超聲學、電聲學、大氣聲學、音樂聲學、語言聲學、建筑聲學、生理聲學、生物聲學、水聲學、物理學、力學、熱學、光學、電磁學、核物理學、固體物理學。聲音的高低（pitch）取決于物體振動的速度。 較小的樂器產(chǎn)生的振動較快，較大的樂器產(chǎn)生的振動較慢。總的說，較細的小提琴弦比較粗的振動快，發(fā)音也高；一根弦的發(fā)音會隨著弦軸擰緊而音升高。泛音列中的任何一個音（如G，D或B）的泛音的數(shù)目都是隨八度連續(xù)升高而倍增。用特定的吹奏方法，一件銅管樂器可以發(fā)出其他泛音而不是第一泛音，或者說基音。） 聲音的傳播（transmission of sound）通常通過空氣。 判斷不同的音高或音程，人的聽覺遵守－條叫做“韋伯費希納定律”(WeberFechner law）的感覺法則。如果聲音強度在聽覺閥的極限點認為是1，聲音強度在痛覺閥的極限點就是1兆。 當我們同時聽兩個振動頻率相近的音時，它們的振動必然在固定的音程中以重合形式出現(xiàn)，在感覺上音響彼此互相加強，這樣一次稱為一個振差（beat）。這個低音相當于兩個音振動數(shù)的差，叫差音（difference tone）。然而不同于光振動，聲振動傾向于圍繞阻礙物“衍射”(diffract)，并且不是任何固體都能產(chǎn)生一個完全的聲影。這時首先發(fā)音的音叉就是聲音發(fā)生器（generator)，隨后和振的音叉就是共鳴器(resonator）。它有時指地板、墻壁及大廳頂棚對演奏或演唱的任何音而不局限于某個音的響應。聲學工程師已經(jīng)研究出建筑材料的吸音的綜合效能系數(shù)，但是吸音能力難得在音高的整體幅面統(tǒng)一貫穿進行。 聲學是研究媒質(zhì)中聲波的產(chǎn)生、傳播、接收、性質(zhì)及其與其他物質(zhì)相互作用的科學。聲音是自然界中非常普遍、直觀的現(xiàn)象，它很早就被人們所認識，無論是中國還是古代希臘，對聲音、特別是在音律方面都有相當?shù)难芯?。聲學的基本理論早在19世紀中葉就已相當完善，當時許多優(yōu)秀的數(shù)學家、物理學家都對它作出過卓越的貢獻。其中不僅涉及包括生命科學在內(nèi)的幾乎所有主要的基礎自然科學，還在相當程度上涉及若干人文科學。隨著科學技術的發(fā)展，人們發(fā)現(xiàn)聲波的很多特性和作用，有的對聽覺有影響，有的雖然對聽覺并無影響，但對科學研究和生產(chǎn)技術卻很重要，例如，利用聲的傳播特性來研究媒質(zhì)的微觀結構，利用聲的作用來促進化學反應等等。 聲學分支 可以歸納為如下幾個方面： 從頻率上看，最早被人認識的自然是人耳能聽到的“可聽聲”，即頻率在20Hz～20000Hz的聲波，它們涉及語言、音樂、房間音質(zhì)、噪聲等，分別對應于語言聲學、音樂聲學、房間聲學以及噪聲控制；另外還涉及人的聽覺和生物發(fā)聲，對應有生理聲學、心理聲學和生物聲學；還有人耳聽不到的聲音，一是頻率高于可聽聲上限的，即頻率超過20000Hz的聲音，有“超聲學”，頻率超過500MHz的超聲稱為“特超聲”，當它的波長約為10〈8〉m量級時，已可與分子的大小相比擬，因而對應的“特超聲學”也稱為“微波聲學”或“分子聲學”。需要說明的是，從聲波的特性和作用來看，所謂20Hz和20000Hz并不是明確的分界線。 從聲與其它運動形式的關系來看，還有“電聲學
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