声学发展史(概要)
古代对声音本质的认识和今天的声学理论非常接近。在东方和西方,人们认为声音是由物体的运动产生的,在空气中以某种方式到达人的耳朵,引起人的听觉。声学的系统研究始于17世纪初伽利略对单摆周期和物体振动的研究。从那时起一直到19世纪,几乎所有杰出的物理学家和数学家都同时为研究物体的振动与和谐原理做出了贡献。
声传播问题长期以来一直受到人们的关注。早在2000年前,中西方的人们就把声音传播比作水波纹。1635有人用远处的炮火测声速,后来方法不断改进。1738年,巴黎科学院的科学家测量了空气在0℃时的声速,发现声速为332 m/s,1827年,瑞士物理学家丹尼尔和法国数学家斯特姆在日内瓦湖进行实验,得出声音在水中的传播速度为1435m/s,这在“声学仪器”只有停表和人的耳朵的情况下,是非常了不起的成就。
人耳能听到的最低声强约为10-12W/m2,对应的空气粒子振动位移在1000Hz时约为10-11m,可见人耳接收声音的能力真是惊人。在19世纪,有大量关于人耳解剖的工作和关于人耳功能的讨论。1843年,发现著名电路定律的欧姆提出人耳可以把复杂的声音分解成谐波分量,根据分音判断音色的理论。受欧姆声学理论的启发,人们开展了听觉的声学研究(以下简称生理声学和心理声学)并取得了重要成果,其中最著名的是亥姆霍兹对声音的感知。至今没有形成完整的听觉理论。目前,人们对声刺激通过听觉器官和神经系统到达大脑皮层的过程有所了解,但如何分析、处理和判断这一过程后的大脑皮层,还需要进一步研究。在语言和听觉的范围内,理论研究导致了许多医疗设备的出现,如助听器、人工喉、语音合成器、人工耳蜗等等。
在封闭空间(如房间、教室、礼堂、剧院等)听语言和音乐。)有一些效果很好,也有一些效果很差,导致了今天所谓建筑声学或者室内音质的研究。但直到1900萨宾得到了他的混响公式,建筑声学才成为真正的科学。
1877年,瑞利出版了《声学原理》两卷本,汇集了19世纪及之前二三百年的大量声学研究成果,开创了现代声学的先河。到目前为止,尤其是在理论分析中,这两卷经常被引用。他开始讨论的电话理论现在已经发展到电声学。
在20世纪,由于电子学的发展,电声换能器和电子仪器设备的使用,可以产生、接收和利用任何频率、任何波形和几乎任何强度的声波,这已经使声学研究的范围远远不可比拟。现代声学的第一个分支是建筑声学、电声学和相应的电声测量。后来随着频率范围的扩大,发展了超声波和次声学;由于手段的改进,听觉得到进一步研究,发展了生理声学和心理声学;由于对语言和传播的研究,语言声学得到了发展。
在第二次世界大战中,超声波被广泛应用于水下探测,促进了水声学的大发展。进入20世纪以来,特别是20世纪50年代以来,由于工业、交通等事业的大发展,世界范围内出现了噪声环境污染问题,推动了噪声、噪声控制、机械振动与冲击研究的发展。高速大功率机械的应用越来越广泛,非线性声学越来越受到重视。此外,还有音乐声学和生物声学。多学科分支的发展,逐渐形成了完整的现代声学体系。