【導(dǎo)讀】聲學(xué)是物理學(xué)分支學(xué)科之一，是研究媒質(zhì)中機(jī)械波的產(chǎn)生、傳播、接收和效應(yīng)的科學(xué)。媒質(zhì)包括物質(zhì)各態(tài)，可以是彈性媒質(zhì)也可以是非彈性媒質(zhì)。機(jī)械波是指質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)變化的傳播現(xiàn)象。　　聲音是人類(lèi)最早研究的物理現(xiàn)象之一，聲學(xué)是經(jīng)典物理學(xué)中歷史最悠久而當(dāng)前仍在前沿的唯一分支學(xué)科。中國(guó)先秦時(shí)就說(shuō)：“情發(fā)于。其音階完全符合自然律，音色清純，可以用來(lái)演奏現(xiàn)代音樂(lè)，這是中國(guó)古代聲學(xué)成就的證明。在東西方，都認(rèn)為聲音是由物體運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的，在空氣中以某種方式傳到人耳，引起人的聽(tīng)覺(jué)?！　?duì)聲學(xué)的系統(tǒng)研究是從17世紀(jì)初伽利略研究單擺周期和物體振動(dòng)開(kāi)始的。，求得牛頓的結(jié)果。對(duì)聲刺激通過(guò)聽(tīng)覺(jué)器官、神經(jīng)系統(tǒng)到達(dá)大腦皮層的過(guò)程有所了解，但這過(guò)程以后大腦皮層如何進(jìn)行分析、處理、判斷還有待進(jìn)一步研究。，才使建筑聲學(xué)成為真正的科學(xué)。非線性聲學(xué)受到普遍重視。比電磁波的波長(zhǎng)范圍至少大一千倍。聲學(xué)頻率范圍大致劃分如表1。

　　

【正文】 。這個(gè)低音相當(dāng)于兩個(gè)音振動(dòng)數(shù)的差，叫差音（difference tone）。還可以產(chǎn)生第四個(gè)音（一個(gè)弱而高的合成音），它相當(dāng)于兩個(gè)音振動(dòng)數(shù)的和，叫加成音（summation tone）。 　　同光線可以反射一樣，亦有聲反射（reflection of sound)，比如我們都聽(tīng)到過(guò)的回聲。同理，如果有阻礙物擋住了聲振動(dòng)的通行會(huì)產(chǎn)生聲影（sound shadows）。然而不同于光振動(dòng)，聲振動(dòng)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(gè)完全的聲影。大多數(shù)固體都程度不等地傳遞聲振動(dòng)，而只有少數(shù)固體（如玻璃）傳遞光振動(dòng)。 　　共鳴（resonance）一詞指一物體對(duì)一個(gè)特定音的響應(yīng)，即這一物體由于那個(gè)音而振動(dòng)。如果把兩個(gè)調(diào)音相同的音叉放置在彼此靠近的地方，其中一個(gè)發(fā)聲，另一個(gè)會(huì)產(chǎn)生和應(yīng)振動(dòng)，亦發(fā)出這個(gè)音。這時(shí)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）。我們經(jīng)常會(huì)發(fā)現(xiàn)教堂的某一窗戶對(duì)管風(fēng)琴的某個(gè)音產(chǎn)生反應(yīng)，產(chǎn)生振動(dòng)；房間里的某一金屬或玻璃物體對(duì)特定的人聲或樂(lè)器聲也會(huì)產(chǎn)生類(lèi)似的響應(yīng)。 　　從共鳴這個(gè)詞的嚴(yán)格科學(xué)意義說(shuō)，這一現(xiàn)象是真正的共鳴（“再發(fā)聲”）。這一詞還有不太嚴(yán)格的用法。它有時(shí)指地板、墻壁及大廳頂棚對(duì)演奏或演唱的任何音而不局限于某個(gè)音的響應(yīng)。一個(gè)大廳共鳴過(guò)分或是吸音過(guò)強(qiáng)（“太干”)都會(huì)使表演者和觀眾有不適感（一個(gè)有回聲的大廳常被描述為“共鳴過(guò)分”，其實(shí)在單純的聲音反射和和應(yīng)振動(dòng)的增強(qiáng)之間有明確的區(qū)別）?；祉憰r(shí)間應(yīng)以聲音每次減弱60分貝為限（原始輻射強(qiáng)度的百萬(wàn)分之一）。 　　墻壁和頂棚的制造材料應(yīng)是既回響不過(guò)分又吸音不太強(qiáng)。聲學(xué)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(jìn)行。只有木頭或某些聲學(xué)材料對(duì)整個(gè)頻率范圍有基本均等的吸音能力。放大器和揚(yáng)聲器可以用來(lái)（如今經(jīng)常這樣使用）克服建筑物原初設(shè)計(jì)不完善所帶來(lái)的問(wèn)題。大多數(shù)現(xiàn)代大廳建筑都可以進(jìn)行電子“調(diào)音”，并備 　　有活動(dòng)面板、活動(dòng)天棚和混響室可適應(yīng)任何類(lèi)型正在演出的音樂(lè)。 　　聲學(xué)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(xué)。 　　聲學(xué)是經(jīng)典物理學(xué)中歷史最悠久而當(dāng)前仍在前沿的一個(gè)分支學(xué)科。因而它既古老而又頗具年輕活力。 　　聲學(xué)是物理學(xué)中很早就得到發(fā)展的學(xué)科。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(rèn)識(shí)，無(wú)論是中國(guó)還是古代希臘，對(duì)聲音、特別是在音律方面都有相當(dāng)?shù)难芯?。我?guó)在3400多年以前的商代對(duì)樂(lè)器的制造和樂(lè)律學(xué)就已有豐富的知識(shí)，以后在聲音的產(chǎn)生、傳播、樂(lè)器制造、樂(lè)律學(xué)以及建筑和生產(chǎn)技術(shù)中聲學(xué)效應(yīng)的應(yīng)用等方面，都有許多豐富的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)和卓越的發(fā)現(xiàn)和發(fā)明。國(guó)外對(duì)聲的研究亦開(kāi)始得很早，早在公元前500年，畢達(dá)哥拉斯就研究了音階與和聲問(wèn)題，而對(duì)聲學(xué)的系統(tǒng)研究則始于17世紀(jì)初伽利略對(duì)單擺周期和物體振動(dòng)的研究。17世紀(jì)牛頓力學(xué)形成，把聲學(xué)現(xiàn)象和機(jī)械運(yùn)動(dòng)統(tǒng)一起來(lái)，促進(jìn)了聲學(xué)的發(fā)展。聲學(xué)的基本理論早在19世紀(jì)中葉就已相當(dāng)完善，當(dāng)時(shí)許多優(yōu)秀的數(shù)學(xué)家、物理學(xué)家都對(duì)它作出過(guò)卓越的貢獻(xiàn)。1877年英國(guó)物理學(xué)家瑞利（Lord　John　William　Rayleigh，1842～1919）發(fā)表巨著《聲學(xué)原理》集其大成，使聲學(xué)成為物理學(xué)中一門(mén)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)南鄬?duì)獨(dú)立的分支學(xué)科，并由此拉開(kāi)了現(xiàn)代聲學(xué)的序幕。 　　聲學(xué)又是當(dāng)前物理學(xué)中最活躍的學(xué)科之一。聲學(xué)日益密切地同聲多種領(lǐng)域的現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)緊密聯(lián)系，形成眾多的相對(duì)獨(dú)立的分支學(xué)科，從最早形成的建筑聲學(xué)、電聲學(xué)直到目前仍在“定型”的“分子—量子聲學(xué)”、“等離子體聲學(xué)”和“地聲學(xué)”等等，目前已超過(guò)20個(gè)，并且還有新的分支在不斷產(chǎn)生。其中不僅涉及包括生命科學(xué)在內(nèi)的幾乎所有主要的基礎(chǔ)自然科學(xué)，還在相當(dāng)程度上涉及若干人文科學(xué)。這種廣泛性在物理學(xué)的其它學(xué)科中，甚至在整個(gè)自然科學(xué)中也是不多見(jiàn)的。 　　在發(fā)展初期，聲學(xué)原是為聽(tīng)覺(jué)服務(wù)的。理論上，聲學(xué)研究聲的產(chǎn)生、傳播和接收；應(yīng)用上，聲學(xué)研究如何獲得悅耳的音響效果，如何避免妨礙健康和影響工作的噪聲，如何提高樂(lè)器和電聲儀器的音質(zhì)等等。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們發(fā)現(xiàn)聲波的很多特性和作用，有的對(duì)聽(tīng)覺(jué)有影響，有的雖然對(duì)聽(tīng)覺(jué)并無(wú)影響，但對(duì)科學(xué)研究和生產(chǎn)技術(shù)卻很重要，例如，利用聲的傳播特性來(lái)研究媒質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)，利用聲的作用來(lái)促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)等等。因此，在近代聲學(xué)中，一方面為聽(tīng)覺(jué)服務(wù)的研究和應(yīng)用得到了進(jìn)一步的發(fā)展，另一方面也開(kāi)展了許多有關(guān)物理、化學(xué)、工程技術(shù)方面的研究和應(yīng)用。聲的概念不再局限在聽(tīng)覺(jué)范圍以內(nèi)，聲振動(dòng)和聲波有更廣泛的含義，幾乎就是機(jī)械振動(dòng)和機(jī)械波的同義詞了。 　　自然界從宏觀世界到微觀世界，從簡(jiǎn)單的機(jī)械運(yùn)動(dòng)到復(fù)雜的生命運(yùn)動(dòng)，從工程技術(shù)到醫(yī)學(xué)、生物學(xué)，從衣食住行到語(yǔ)言、音樂(lè)、藝術(shù)，都是現(xiàn)代聲學(xué)研究和應(yīng)用的領(lǐng)域。 聲學(xué)分支　　可以歸納為如下幾個(gè)方面： 　　從頻率上看，最早被人認(rèn)識(shí)的自然是人耳能聽(tīng)到的“可聽(tīng)聲”，即頻率在20Hz～20000Hz的聲波，它們涉及語(yǔ)言、音樂(lè)、房間音質(zhì)、噪聲等，分別對(duì)應(yīng)于語(yǔ)言聲學(xué)、音樂(lè)聲學(xué)、房間聲學(xué)以及噪聲控制；另外還涉及人的聽(tīng)覺(jué)和生物發(fā)聲，對(duì)應(yīng)有生理聲學(xué)、心理聲學(xué)和生物聲學(xué)；還有人耳聽(tīng)不到的聲音，一是頻率高于可聽(tīng)聲上限的，即頻率超過(guò)20000Hz的聲音，有“超聲學(xué)”，頻率超過(guò)500MHz的超聲稱為“特超聲”，當(dāng)它的波長(zhǎng)約為10〈8〉m量級(jí)時(shí)，已可與分子的大小相比擬，因而對(duì)應(yīng)的“特超聲學(xué)”也稱為“微波聲學(xué)”或“分子聲學(xué)”。超聲的頻率還可以高10〈14〉Hz。二是頻率低于可聽(tīng)聲下限的，即是頻率低于20Hz的聲音，對(duì)應(yīng)有“次聲學(xué)”，隨著次聲頻率的繼續(xù)下降，次聲波將從一般聲波變?yōu)椤奥曋亓Σā保@時(shí)必須考慮重力場(chǎng)的作用；頻率繼續(xù)下降以至變?yōu)椤皟?nèi)重力波”，這時(shí)的波將完全由重力支配。次聲的頻率還可以低至10－4Hz。需要說(shuō)明的是，從聲波的特性和作用來(lái)看，所謂20Hz和20000Hz并不是明確的分界線。例如頻率較高的可聽(tīng)聲波，已具有超聲波的某些特性和作用，因此在超聲技術(shù)的研究領(lǐng)域內(nèi)，也常包括高頻可聽(tīng)聲波的特性和作用的研究。 　　從振幅上看，有振幅足夠小的一般聲學(xué)，也可稱為“線性（化）聲學(xué)”，有大振幅的“非線性聲學(xué)”。 　　從傳聲的媒質(zhì)上看，有以空氣為媒質(zhì)的“空氣聲學(xué)”；還有“大氣聲學(xué)”，它與空氣聲學(xué)不同的是，它主要研究大范圍內(nèi)開(kāi)闊大氣中的聲現(xiàn)象；有以海水和地殼為媒質(zhì)的“水聲學(xué)”和“地聲學(xué)”；在物質(zhì)第四態(tài)的等離子體中，同樣存在聲現(xiàn)象，為此，一門(mén)尚未成型的新分支“等離子體聲學(xué)”正應(yīng)運(yùn)而生。 　　從聲與其它運(yùn)動(dòng)形式的關(guān)系來(lái)看，還有“電聲學(xué)”等等。 　　聲學(xué)的分支雖然很多，但它們都是研究聲波的產(chǎn)生、傳播、接收和效應(yīng)的，這是它們的共性。只不過(guò)是與不同的領(lǐng)域相結(jié)合，研究不同的頻率、不同的強(qiáng)度、不同的媒質(zhì)，適用于不同的范圍，這就是它們的特殊性。