聲學的發展歷史過程

　　聲音是人類最早研究的物理現象之一。世界上最早的聲學研究工作主要在音樂方面。《呂氏春秋》記載，黃帝令伶倫取竹作律，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，這是最早的聲學定律。傳說在古希臘時代，畢達哥拉斯也提出了相似的自然律，只不過是用弦作基礎。

　　古代對聲本質的認識與今天的聲學理論很接近。在東西方，都認為聲音是由物體運動產生的，在空氣中以某種方式傳到人耳，引起人的聽覺。對聲學的系統研究是從17世紀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，幾乎同時代所有杰出的物理學家和數學家都對研究物體的振動和聲的產生原理作過貢獻。

　　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年就有人用遠地槍聲測聲速，以后方法又不斷改進。1738年，巴黎科學院的科學家利用炮聲進行測量，得到0℃時空氣聲速為332m/s。1827年瑞士物理學家丹尼爾和法國數學家斯特姆在日內瓦湖進行實驗，得到聲在水中的傳播速度是1435m/s，這在當時“聲學儀器”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約為10—12W/m2，在1000Hz時相應的空氣質點振動位移約是10—11m，可見人耳對聲的接收本領確實驚人。19世紀中就有不少人耳解剖的工作和對人耳功能的探討，1843年發現著名的電路定律的歐姆提出，人耳可把復雜的聲音分解成諧波分量，并按分音大小判斷音色的理論。在歐姆聲學理論的啟發下，人們開展了聽覺的聲學研究（以后稱為生理聲學和心理聲學），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、神經系統到達大腦皮層的過程有所了解，但這過程以后大腦皮層如何進行分析、處理、判斷還有待進一步研究。在語言和聽覺范圍內，理論的研究已導致了很多醫療設備的產生，如裝在耳道內的助聽器、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或室內音質的研究。但直到1900年賽賓得到他的混響公式，才使建筑聲學成為真正的科學。

　　1877年，瑞利出版了兩卷《聲學原理》，書中集19世紀及以前兩三百年的大量聲學研究成果之大成，開創了現代聲學的先河。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，目前已發展為電聲學。

　　20世紀，由于電子學的發展，使用電聲換能器和電子儀器設備，可以產生接收和利用任何頻率、任何波形、幾乎任何強度的聲波，已使聲學研究的范圍遠非昔日可比。現代聲學中最初發展的分支就是建筑聲學和電聲學以及相應的電聲測量。以后，隨著頻率范圍的擴展，又發展了超聲學和次聲學；由于手段的改善，進一步研究聽覺，發展了生理聲學和心理聲學；由于對語言和通信廣播的研究，發展了語言聲學。

　　在第二次世界大戰中，開始把超聲廣泛地用到水下探測，促使水聲學得到很大的發展。20世紀初以來，特別是20世紀50年代以來，全世界由于工業、交通等事業的巨大發展，出現了噪聲環境污染問題，而促進了噪聲、噪聲控制、機械振動和沖擊研究的發展。高速大功率機械應用日益廣泛，非線性聲學受到普遍重視。此外還有音樂聲學、生物聲學。多個分支學科的發展逐漸形成了完整的現代聲學體系。

　　【擴展】

　　聲學又是當前物理學中最活躍的學科之一。聲學日益密切地同聲多種領域的現代科學技術緊密聯系，形成眾多的相對獨立的分支學科，從最早形成的建筑聲學、電聲學直到目前仍在“定型”的“分子—量子聲學”、“等離子體聲學”和“地聲學”等等，目前已超過20個，并且還有新的分支在不斷產生。其中不僅涉及包括生命科學在內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。這種廣泛性在物理學的其它學科中，甚至在整個自然科學中也是不多見的。

　　在發展初期，聲學原是為聽覺服務的。理論上，聲學研究聲的產生、傳播和接收；應用上，聲學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等等。隨著科學技術的發展，人們發現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技術卻很重要，例如，利用聲的傳播特性來研究媒質的微觀結構，利用聲的作用來促進化學反應等等。因此，在近代聲學中，一方面為聽覺服務的研究和應用得到了進一步的發展，另一方面也開展了許多有關物理、化學、工程技術方面的研究和應用。聲的概念不再局限在聽覺范圍以內，聲振動和聲波有更廣泛的含義，幾乎就是機械振動和機械波的同義詞了。

　　自然界從宏觀世界到微觀世界，從簡單的機械運動到復雜的生命運動，從工程技術到醫學、生物學，從衣食住行到語言、音樂、藝術，都是現代聲學研究和應用的領域。

　　聲學的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、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”，其對應的波長約為10—8m量級，已可與分子大小相比擬，因而對應的“特超聲學”也稱為“微波聲學”或“分子聲學”。

　　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，對應有“次聲學”，隨著次聲頻率的繼續下降，次聲波將從一般聲波變為“聲重力波”，這時必須考慮重力場的作用；頻率繼續下降以至變為“內重力波”，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，因此在超聲技術的研究領域內，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，也可稱為“線性（化）聲學”，有大振幅的“非線性聲學”。

　　從傳聲的媒質上看，有以空氣為媒質的“空氣聲學”；還有“大氣聲學”，它與空氣聲學不同的是，它主要研究大范圍內開闊大氣中的聲現象；有以海水和地殼為媒質的“水聲學”和“地聲學”；在物質第四態的等離子體中，同樣存在聲現象，為此，一門尚未成型的新分支“等離子體聲學”正應運而生。

　　從聲與其它運動形式的關系來看，還有“電聲學”等等。

　　聲學的分支雖然很多，但它們都是研究聲波的產生、傳播、接收和效應的，這是它們的共性。只不過是與不同的領域相結合，研究不同的頻率、不同的強度、不同的媒質，適用于不同的范圍，這就是它們的特殊性。

　　補：音調的高低與頻率有關 最主要的：發聲的物體在振動

　　聲音是由（振動）產生

　　聲音具有能量。

　　超聲波速度測定器就是根據多普勒效應原理制成的。

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