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聲學物理學歷史最悠久而當前仍在前沿的唯一分支學科。從上古起直到19世紀,都是把聲音理解為可聽聲的同義語。中國先秦時就說:「情發於聲,聲成文謂之音」,「音和乃成樂」。聲、音、樂三者不同,但都指可以聽到的現象。同時又說「凡響曰聲」,聲引起的感覺(聲覺)是響,但也稱為聲,與現代對聲的定義相同。西方也是如此,acoustics的詞源是希臘文akoustikos,意思是「聽覺」。世界上最早的聲學研究工作在音樂方面。

概述

聲學是物理學中很早就得到發展的學科。聲音是自然界中非常普遍、直觀的現象,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的研究。我國在3400多年以前的商代對樂器的製造和樂律學就已有豐富的知識,以後在聲音的產生、傳播、樂器製造、樂律學以及建築和生產技術中聲學效應的應用等方面,都有許多豐富的經驗總結和卓越的發現和發明。國外對聲的研究亦開始得很早,早在公元前500年,畢達哥拉斯就研究了音階與和聲問題,而對聲學的系統研究則始於17世紀初伽利略對單擺周期和物體振動的研究。17世紀牛頓力學形成,把聲學現象和機械運動統一起來,促進了聲學的發展。聲學的基本理論早在19世紀中葉就已相當完善,當時許多優秀的數學家、物理學家都對它作出過卓越的貢獻。1877年英國物理學家瑞利(Lord John William Rayleigh,1842~1919)發表巨著《聲學原理》集其大成,使聲學成為物理學中一門嚴謹的相對獨立的分支學科,並由此拉開了現代聲學的序幕。

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繫,形成眾多的相對獨立的分支學科,從最早形成的建築聲學電聲學直到目前仍在「定型」的「分子——量子聲學[1]、「等離子體聲學」和「地聲學」等等,目前已超過20個,並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。

特點

①大部分基礎理論已比較成熟,這部分理論在經典聲學中已有比較充分的發展。

②有些基礎理論和應用基礎理論,或基礎理論在不同實際範圍內的應用問題研究得較多;

③非常廣泛地滲入到物理學其他分支和其他科學技術領域(包括工農業生產)以及文化藝術領域中[2]

聲波

氣體液體中只有縱波。在固體中除了縱波以外,還可能有橫波(質點振動的方向與聲波傳播的方向垂直),有時還有縱橫波。 聲波場中質點每秒振動的周數稱為頻率,單位為赫(Hz)。現代聲學研究的頻率範圍為~Hz,在空氣中可聽聲的波長(聲速除以頻率)為17mm~17m,在固體中,聲波波長的範圍則為~m,比電磁波的波長範圍至少大一千倍。

應用

利用對聲速和聲衰減測量研究物質特性已應用於很廣的範圍。測出在空氣中,實際的吸收係數比19世紀G. G. 斯托克斯和G. R. 基爾霍夫根據粘性和熱傳導推出的經典理論值大得多,在液體中甚至大幾千倍、幾萬倍。這個事實導致了人們對弛豫過程的研究,這在對液體以及它們結構的研究中起了很大作用(見聲吸收)。對於固體同樣工作已形成從低頻到起聲頻固體內耗的研究,並對諸如固體結構和晶體缺陷等方面的研究都有很大貢獻。

視頻

聲學 相關視頻

【濤博教育】8年級物理第1講——聲學
0211初三物理-聲學板塊複習1

參考文獻

  1. 從光力學到量子聲學,知乎,2017-6-1
  2. 聲學簡介,個人圖書館,2014-09-14