声学

消音室中的人工全向声源

声学是物理学中波动学的一个领域，研究媒质中机械波，包括声波、超声波和次声波。研究课题包括声波的产生，接收，转换和声波的各种效应。同时声学测量技术是一种重要的测量技术，有着广泛的应用。

历史

中国商代（公元前17～12世纪）的编磬已有很接近自然律的乐律，比毕达哥拉斯利用弦提出自然律的乐律要早一千多年。

基本概念

声音是由物体振动产生的。声音的传播需要介质，它可在气体、液体和固体中传播，但真空不能传声。声音在不同物质中的传播速度也是不同的，一般在固体中传播的速度最快，液体次之，在气体中传播得最慢。并且，在气体中传播的速度还与气体的温度和压强有关。正常情况下，声速约等于331+0.6*摄氏温度 m/s，室温15摄氏度时声速约340 m/s，常温（15摄氏度）时声速约340米/秒。

一般而言，波长越长之声音可以传得越远，但容易因散射而失真。相反地波长短的声音虽然能量衰减快但不易散射，能够直线传递声音。

有规律的声音叫乐音，没有规律的声音叫噪音。 响度、音调和音色是决定乐音特征的三个因素。

• 响度。物理学中把人耳能感觉到的声音的强弱称为响度。声音的响度大小一般与声源振动的幅度有关，振动幅度越大，响度越大。分贝（dB）则常用来表示声音的强弱。
• 音调。物理学中把声音的高、低称为音调。声音的音调高低一般与发生体振动快慢有关，物体振动频率越大，音调就越高。
• 音色。音色又叫音品，它反映了声音的品质和特色。不同物体发出的声音，其音色是不同的，因此我们才能分辨不同人讲话的声音、不同乐器演奏的声音等。

另外，有许多声音是正常人的耳朵听不到的。因为声波的频率范围很宽，由10^-4Hz到10¹²Hz，但正常人的耳朵在80分贝（dB）之下只能听到20Hz到20000Hz之间的声音。通常把高于20000Hz的声音称为超声波，低于20Hz的声音称为次声波，在20Hz到20000Hz之间的声音称为可闻声。

一般来说正常人说话时，频率通常落在150~2000HZ之间。而人耳对于约3000HZ的声音最为敏感（由于人耳~2.7cm=波长/4）。

而音乐中所谓的音阶，每差一个音阶其频率就差了两倍（中音Do约262HZ，是低音Do之131HZ的两倍）。在各自音阶中每半音频率会增加2^1/12倍（约1.0595倍）。

声学分支

• 依据研究方法可分为：
  • 物理声学（波动声学）研究声学的最基本问题，包括非线性声学量子声学等方面。
  • 几何声学（射线声学）
  • 统计声学
• 依据研究对象可分为：
  • 电声学
  • 次声学
  • 超声学，应用如超声检测、评价和成像。
  • 噪声学
  • 量子声学，一般情况下，当频率高到10⁹赫以上量子行为即显示出来。
  • 非线性声学，振幅大的声波有非线性现象。
• 依据应用范围：
  • 大气声学
  • 地壳中的声波地震学
  • 水声学研究声在海洋中的传播和应用，如声遥感。
  • 生物声学（医疗声学）
  • 语言声学
  • 心理声学

延伸阅读

• Mason W.P., Thurston R.N. Physical Acoustics (1981)

• Benade, Arthur H. Fundamentals of Musical Acoustics. New York: Oxford University Press. 1976. OCLC 2270137. 
• M. Crocker (editor), 1994. Encyclopedia of Acoustics (Interscience).
• Farina, Angelo; Tronchin, Lamberto (2004). Advanced techniques for measuring and reproducing spatial sound properties of auditoria. Proc. of International Symposium on Room Acoustics Design and Science (RADS), 11–13 April 2004, Kyoto, Japan. Article
• L. E. Kinsler, A. R. Frey, A. B. Coppens, and J. V. Sanders, 1999. Fundamentals of Acoustics, fourth edition (Wiley).
• Philip M. Morse and K. Uno Ingard, 1986. Theoretical Acoustics (Princeton University Press). ISBN 978-0-691-08425-1
• Allan D. Pierce, 1989. Acoustics: An Introduction to its Physical Principles and Applications (Acoustical Society of America). ISBN 978-0-88318-612-1
• Pompoli, Roberto; Prodi, Nicola. Guidelines for Acoustical Measurements inside Historical Opera Houses: Procedures and Validation. Journal of Sound and Vibration. April 2000, 232 (1): 281–301. doi:10.1006/jsvi.1999.2821. 
• D. R. Raichel, 2006. The Science and Applications of Acoustics, second edition (Springer). eISBN 0-387-30089-9
• Rayleigh, J. W. S. The Theory of Sound. New York: Dover. 1894. ISBN 0-8446-3028-4. 
• E. Skudrzyk, 1971. The Foundations of Acoustics: Basic Mathematics and Basic Acoustics (Springer).
• Stephens, R. W. B.; Bate, A. E. Acoustics and Vibrational Physics 2nd. London: Edward Arnold. 1966. 
• Wilson, Charles E. Noise Control Revised. Malabar, FL: Krieger Publishing Company. 2006. ISBN 1-57524-237-0. OCLC 59223706. 
• Falkovich, G. Fluid Mechanics, a short course for physicists. Cambridge University Press. 2011 [2013-12-25]. ISBN 978-1-107-00575-4. （原始内容存档于2012-01-20）. 

参考文献

3.Jian-Jiun Ding, Advanced Digital Signal Processing class note, the Department of Electrical Engineering, National Taiwan University (NTU), Taipei, Taiwan, 2020.

外部链接

• Acoustical Society of America （页面存档备份，存于互联网档案馆）
• Institute of Acoustic in UK （页面存档备份，存于互联网档案馆）
• National Council of Acoustical Consultants （页面存档备份，存于互联网档案馆）
• Institute of Noise Control Engineers （页面存档备份，存于互联网档案馆）