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声学及其特点【编者按】 查字典物理网为你带来初中物理分析,声学及其特点!声学是研究媒质中声波的产生、传播、接收、性质及其与其他物质相互作用的科学。声学是经典物理学中历史最悠久而当前仍在前沿的一个分支学科。因而它既古老而又颇具年轻活力。声学是物理学中很早就得到发展的学科。声音是自然界中非常普遍、直观的现象，它很早就被人们所认识，无论是中国还是古代希腊，对声音、特别是在音律方面都有相当的研究。我国在3400多年以前的商代对乐器的制造和乐律学就已有丰富的知识，以后在声音的产生、传播、乐器制造、乐律学以及建筑和生产技术中声学效应的应用等方面，都有许多丰富的经验总结和卓越的发现和发明。国外对声的研究亦开始得很早，早在公元前500年，毕达哥拉斯就研究了音阶与和声问题，而对声学的系统研究则始于17世纪初伽利略对单摆周期和物体振动的研究。17世纪牛顿力学形成，把声学现象和机械运动统一起来，促进了声学的发展。声学的基本理论早在19世纪中叶就已相当完善，当时许多优秀的物理家、物理学家都对它作出过卓越的贡献。1877年英国物理学家瑞利(Lord John William Rayleigh，18421919)发表巨著声学原理集其大成，使声学成为物理学中一门严谨的相对独立的分支学科，并由此拉开了现代声学的序幕。声学又是当前物理学中最活跃的学科之一。声学日益密切地同声多种领域的现代科学技术紧密联系，形成众多的相对独立的分支学科，从最早形成的建筑声学、电声学直到目前仍在定型的分子量子声学、等离子体声学和地声学等等，目前已超过20个，并且还有新的分支在不断产生。其中不仅涉及包括生命科学在内的几乎所有主要的基础自然科学，还在相当程度上涉及若干人文科学。这种广泛性在物理学的其它学科中，甚至在整个自然科学中也是不多见的。在发展初期，声学原是为听觉服务的。理论上，声学研究声的产生、传播和接收;应用上，声学研究如何获得悦耳的音响效果，如何避免妨碍健康和影响工作的噪声，如何提高乐器和电声仪器的音质等等。随着科学技术的发展，人们发现声波的很多特性和作用，有的对听觉有影响，有的虽然对听觉并无影响，但对科学研究和生产技术却很重要，例如，利用声的传播特性来研究媒质的微观结构，利用声的作用来促进化学反应等等。因此，在近代声学中，一方面为听觉服务的研究和应用得到了进一步的发展，另一方面也开展了许多有关物理、化学、工程技术方面的研究和应用。声的概念不再局限在听觉范围以内，声振动和声波有更广泛的含义，几乎就是机械振动和机械波的同义词了。自然界从宏观世界到微观世界，从简单的机械运动到复杂的生命运动，从工程技术到医学、生物学，从衣食住行到语言、音乐、艺术，都是现代声学研究和应用的领域。声学的分支可以归纳为如下几个方面：从频率上看，最早被人认识的自然是人耳能听到的可听声，即频率在20Hz20000Hz的声波，它们涉及语言、音乐、房间音质、噪声等，分别对应于语言声学、音乐声学、房间声学以及噪声控制;另外还涉及人的听觉和生物发声，对应有生理声学、心理声学和生物声学;还有人耳听不到的声音，一是频率高于可听声上限的，即频率超过20000Hz的声音，有超声学，频率超过500MHz的超声称为特超声，其对应的波长约为10-8m量级，已可与分子大小相比拟，因而对应的特超声学也称为微波声学或分子声学。超声的频率还可以高1014Hz。二是频率低于可听声下限的，即是频率低于20Hz的声音，对应有次声学，随着次声频率的继续下降，次声波将从一般声波变为声重力波，这时必须考虑重力场的作用;频率继续下降以至变为内重力波，这时的波将完全由重力支配。次声的频率还可以低至10-4Hz。需要说明的是，从声波的特性和作用来看，所谓20Hz和20000Hz并不是明确的分界线。例如频率较高的可听声波，已具有超声波的某些特性和作用，因此在超声技术的研究领域内，也常包括高频可听声波的特性和作用的研究。从振幅上看，有振幅足够小的一般声学，也可称为线性(化)声学，有大振幅的非线性声学。从传声的媒质上看，有以空气为媒质的空气声学还有大气声学，它与空气声学不同的是，它主要研究大范围内开阔大气中的声现象;有以海水和地壳为媒质的水声学和地声学在物质第四态的等离子体中，同样存在声现象，为此，一门尚未成型的新分支等离子体声学正应运而生。从声与其它运动形式的关系来看，还有电声学等等。声学的分支虽然很多，但它们都是研究声波的产生、传播、接收和效应的，这是它们的共性。只不过是与不同的领域相结合，研究不同的频率、不同的强度、不同的媒质，适用于不同的范围，这就是它们的特殊性。