聲學(xué)的發(fā)展歷史過程

　　聲音是人類最早研究的物理現(xiàn)象之一。世界上最早的聲學(xué)研究工作主要在音樂方面�！秴问洗呵铩酚涊d，黃帝令伶?zhèn)惾≈褡髀�，增損長短成十二律；伏羲作琴，三分損益成十三音。三分損益法就是把管（笛、簫）加長三分之一或減短三分之一，這樣聽起來都很和諧，這是最早的聲學(xué)定律。傳說在古希臘時代，畢達(dá)哥拉斯也提出了相似的自然律，只不過是用弦作基礎(chǔ)。

　　古代對聲本質(zhì)的認(rèn)識與今天的聲學(xué)理論很接近。在東西方，都認(rèn)為聲音是由物體運(yùn)動產(chǎn)生的，在空氣中以某種方式傳到人耳，引起人的聽覺。對聲學(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開始的。從那時起直到19世紀(jì)，幾乎同時代所有杰出的物理學(xué)家和數(shù)學(xué)家都對研究物體的振動和聲的產(chǎn)生原理作過貢獻(xiàn)。

　　聲的傳播問題很早就受到了注意，早在2000年前，中國和西方就都有人把聲的傳播與水面波紋相類比。1635年就有人用遠(yuǎn)地槍聲測聲速，以后方法又不斷改進(jìn)。1738年，巴黎科學(xué)院的科學(xué)家利用炮聲進(jìn)行測量，得到0℃時空氣聲速為332m/s。1827年瑞士物理學(xué)家丹尼爾和法國數(shù)學(xué)家斯特姆在日內(nèi)瓦湖進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，得到聲在水中的傳播速度是1435m/s，這在當(dāng)時“聲學(xué)儀器”只有停表和人耳的情況下，是非常了不起的成績。

　　人耳能聽到的最低聲強(qiáng)約為10—12W/m2，在1000Hz時相應(yīng)的空氣質(zhì)點(diǎn)振動位移約是10—11m，可見人耳對聲的接收本領(lǐng)確實(shí)驚人。19世紀(jì)中就有不少人耳解剖的工作和對人耳功能的探討，1843年發(fā)現(xiàn)著名的電路定律的歐姆提出，人耳可把復(fù)雜的聲音分解成諧波分量，并按分音大小判斷音色的理論。在歐姆聲學(xué)理論的啟發(fā)下，人們開展了聽覺的聲學(xué)研究（以后稱為生理聲學(xué)和心理聲學(xué)），并取得了重要的成果，其中最有名的是亥姆霍茲的《音的感知》。至今完整的聽覺理論還未能形成，目前人們對聲刺激通過聽覺器官、神經(jīng)系統(tǒng)到達(dá)大腦皮層的過程有所了解，但這過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。在語言和聽覺范圍內(nèi)，理論的研究已導(dǎo)致了很多醫(yī)療設(shè)備的產(chǎn)生，如裝在耳道內(nèi)的助聽器、人工喉、語言合成器、人工耳蝸等。

　　在封閉空間（如房間、教室、禮堂、劇院等）里面聽語言、音樂，效果有的很好，有的很不好，這引起今天所謂建筑聲學(xué)或室內(nèi)音質(zhì)的研究。但直到1900年賽賓得到他的混響公式，才使建筑聲學(xué)成為真正的科學(xué)。

　　1877年，瑞利出版了兩卷《聲學(xué)原理》，書中集19世紀(jì)及以前兩三百年的大量聲學(xué)研究成果之大成，開創(chuàng)了現(xiàn)代聲學(xué)的先河。至今，特別是在理論分析工作中，還常引用這兩卷巨著。他開始討論的電話理論，目前已發(fā)展為電聲學(xué)。

　　20世紀(jì)，由于電子學(xué)的發(fā)展，使用電聲換能器和電子儀器設(shè)備，可以產(chǎn)生接收和利用任何頻率、任何波形、幾乎任何強(qiáng)度的聲波，已使聲學(xué)研究的范圍遠(yuǎn)非昔日可比。現(xiàn)代聲學(xué)中最初發(fā)展的分支就是建筑聲學(xué)和電聲學(xué)以及相應(yīng)的電聲測量。以后，隨著頻率范圍的擴(kuò)展，又發(fā)展了超聲學(xué)和次聲學(xué)；由于手段的改善，進(jìn)一步研究聽覺，發(fā)展了生理聲學(xué)和心理聲學(xué)；由于對語言和通信廣播的研究，發(fā)展了語言聲學(xué)。

　　在第二次世界大戰(zhàn)中，開始把超聲廣泛地用到水下探測，促使水聲學(xué)得到很大的發(fā)展。20世紀(jì)初以來，特別是20世紀(jì)50年代以來，全世界由于工業(yè)、交通等事業(yè)的巨大發(fā)展，出現(xiàn)了噪聲環(huán)境污染問題，而促進(jìn)了噪聲、噪聲控制、機(jī)械振動和沖擊研究的發(fā)展。高速大功率機(jī)械應(yīng)用日益廣泛，非線性聲學(xué)受到普遍重視。此外還有音樂聲學(xué)、生物聲學(xué)。多個分支學(xué)科的發(fā)展逐漸形成了完整的現(xiàn)代聲學(xué)體系。

　　【擴(kuò)展】

　　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20個，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，甚至在整個自然科學(xué)中也是不多見的。

　　在發(fā)展初期，聲學(xué)原是為聽覺服務(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，有的對聽覺有影響，有的雖然對聽覺并無影響，但對科學(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研究媒質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)，利用聲的作用來促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)等等。因此，在近代聲學(xué)中，一方面為聽覺服務(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覺范圍以內(nèi)，聲振動和聲波有更廣泛的含義，幾乎就是機(jī)械振動和機(jī)械波的同義詞了。

　　自然界從宏觀世界到微觀世界，從簡單的機(jī)械運(yùn)動到復(fù)雜的生命運(yùn)動，從工程技術(shù)到醫(yī)學(xué)、生物學(xué)，從衣食住行到語言、音樂、藝術(shù)，都是現(xiàn)代聲學(xué)研究和應(yīng)用的領(lǐng)域。

　　聲學(xué)的分支可以歸納為如下幾個方面：

　　從頻率上看，最早被人認(rèn)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(yīng)于語言聲學(xué)、音樂聲學(xué)、房間聲學(xué)以及噪聲控制；另外還涉及人的聽覺和生物發(fā)聲，對應(yīng)有生理聲學(xué)、心理聲學(xué)和生物聲學(xué)；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(xué)”，頻率超過500MHz的超聲稱為“特超聲”，其對應(yīng)的波長約為10—8m量級，已可與分子大小相比擬，因而對應(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1014Hz。二是頻率低于可聽聲下限的，即是頻率低于20Hz的聲音，對應(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�，這時必須考慮重力場的作用；頻率繼續(xù)下降以至變?yōu)椤皟?nèi)重力波”，這時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。例如頻率較高的可聽聲波，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)動形式的關(guān)系來看，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。

　　補(bǔ)：音調(diào)的高低與頻率有關(guān) 最主要的：發(fā)聲的物體在振動

　　聲音是由（振動）產(chǎn)生

　　聲音具有能量。

　　超聲波速度測定器就是根據(jù)多普勒效應(yīng)原理制成的。

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