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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21/12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:

延伸阅读

  • 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. ISBN 978-1-107-00575-4.

外部链接


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