声学是研究媒质中机械波的产生、传播、接收和效应的物理学分支学科。媒质包括各种状态的物质,可以是弹性媒质也可以是非弹性媒质;机械波是指质点运动变化的传播现象。
现代声学的内容 现代声学研究主要涉及声子的运动、声子和物质的相互作用,以及一些准粒子和电子等微观粒子的特性。所以声学既有经典性质,也有量子性质。声学的中心是基础物理声学,它是声学各分支的基础。声可以说是在物质媒质中的机械辐射,机械辐射的意思是机械扰动在物质中的传播。人类的活动几乎都与声学有关,从海洋学到语言音乐,从地球到人的大脑,从机械工程到医学,从微观到宏观,都是声学家活动的场所。
声学的研究方法与光学研究方法的比较 声学分析方法已成为物理学三个重要分析方法 ( 声学方法、光学方法、粒子轰击方法 ) 之一。声学方法与光学方法 ( 包括电磁波方法 ) 相比有相似处,也有不同处。 相似处是:声波和光波都是波动,使用两种方法时,都运用了波动过程所应服从的一般规律,包括量子概念 ( 声的量子称为声子 ) 。不同处是:光波是横波,声波在气体中和液体中是纵波,而在固体中有纵波,有横波,还有纵横波、表面波等,情况更为复杂;声波比光波的传播速度小得多;一般物体和材料对光波吸收很大,但对声波却很小,声波在不同媒质的界面上几乎是完全反射。
声学的分支学科 与光学相似,在不同的情况,依据其特点,需要运用不同的声学方法进行研究。波动声学,也称物理声学,它是使用波动理论研究声场的学科。在声波波长与空间或物体的尺度数量级相近时必须用波动声学分析。其主要内容是研究声的反射、折射、干涉、衍射、驻波、散射等现象。 射线声学,或称几何声学,它与几何光学相似。主要是研究波长非常小时,能量沿直线的传播的规律。即忽略衍射现象,只考虑声线的反射、折射等问题。这是在许多情况下都很有效的方法。例如在研究室内反射面、在固体中作无损检测以及在液体中探测等时,都用声线概念。 统计声学,主要研究波长非常小,在某一频率范围内简正振动方式很多,频率分布很密时,忽略相位关系,只考虑各简正方式的能量相加关系的问题。赛宾公式就可用统计声学方法推导。统计声学方法不限于在关闭或半关闭空间中使用。在声波传输中,统计能量技术解决很多问题,就是一例。
声学仪器 20 世纪以前,声源仅限于人声、乐器、音义和哨子。频率限于可听声范围内,可控制的声强范围也有限。20 世纪以后,人们把电路理论应用于换能器的设计,把晶体的压电性用于声信号和电信号之间的转换,以后又发展了压电陶瓷、驻极体等,并用电子线路放大和控制电信号,使声的产生和接收几乎不受频率和强度的限制。
近年用半导体薄膜产生超声,用激光轰击金属激发声波等,使声频超过了可听声高限的几亿倍。次声频率可达每小时一周以下,声强可超过人耳所能接收高强声音的几千万倍。声功率也可超过人发声的一千亿倍。
声学与生命科学
声学与环境