声学发展简史

来源:网络 日期:2010/8/18 17:36:06

现代声学的研究可以追溯到英国的伟大物理学家牛顿的工作.他在1687年推导了声速公式,但因为用错了常数,使实际测量的声速值与理论不符.直到1816年,拉普拉斯提出气体的弹性恒量应采用绝热过程(而不是恒温过程)的弹性恒量,而使理论与实测的值达到一致。

德国人克拉尼(1756~1827)是实验声学的创始人,他的名著《声学》是声学方面的第一本教科书,出版于1802年.一般认为,现代声学基础的奠基者是杰出的英国物理学家瑞利(1842~1919).他在声学、振动理论、光学理论及热辐射方面都有贡献.他于1877年发表了《声学理论》,基本上完成了声学的数学理论。

声学的发展和无线电电子学的发展是分不开的.这里首先要提一下的是能把电信号变成声信号和把声信号变成电信号的换能装置.1861年赖斯发明了第一个扬声器.他在磁棒上绕上线圈,然后把它放在一个共振匣内,当变化的电流通过线圈时,由于电磁感应,线圈发生振动,通过共振匣发出了声音.1877年美国大发明家爱迪生发明了机械留声机.它由一个用锡箔包着的圆筒和装着针尖的膜片组成.当人对着话筒说话时,声压就从膜片传到针尖,转动锡箔圆筒,针尖就在锡箔上刻出沟纹.这一发明使人类第一次可以把声音存贮起来。
 
水声方面的奠基性工作是法国物理学家朗之万(1872~1946)完成的.他于1914年利用电容发射器和一只放在凹镜面焦点的磁粒微音器在水下进行实验,接收到了海底回波以及200m以外的一块装甲板的回波.1917年设计了第一台实用的回声定位仪.利用它,人们第一次收到了潜艇的回波.此后水声在军事上的应用日见显著,特别是第二次世界大战,促使各国科学家从事声呐的研究,使水下反潜战的技术水平有了巨大的改观.美国海军实验室的乌立克博士总结了他近30年的工作,发表了《水声工程原理》一书,可以说是对这方面工作的一个很好的总结。

目前水声学已不只在军事上获得应用,在海洋开发方面也有许多应用.例如近海油气田的数字地震勘探,大洋测温监视全球环境,失事飞机、海难救助的定位等。

超声在医学方面的应用开始于70年代.1972年发明了一种可以显示人体内脏器官的超声仪器,即B模式扫描超声诊断仪(俗称B超).将它用于产科诊断,获得了满意的结果.此后,各种不同体系结构的B超大量投入市场.目前,高分辨的彩色B超所得到的图像可与解剖图媲美.近年来超声方面的一个重大进展是声表面波器件.1885年,瑞利在理论上预言声波在某些固体上传播时,能量将集中于表面.1965年第一次用叉指换能器有效地产生了声表面波.于是声表面波器件获得了广泛的应用.目前已在电视、通信(无绳电话、寻呼电话)及雷达等方面使用声表面波器件。

声学的研究也有很好的应用领域.利用空气中的次声可以侦察核爆炸.从1961年开始,美国在蒙大拿州的一块方圆几十平方公里的荒地上挖了深井,用于地震监视及侦察地下核爆炸。

噪声污染已与空气、水的污染并列为人类环境的三大污染,所以噪声控制就是各国所重视的解决环境问题的重要课题.各种消声方法,包括减振、人为屏蔽、有源消声等正在一些工业领域获得应用。

在声学发展史中值得一提的还有生物声学.其中蝙蝠和白鳍豚是两种在仿生学中有重大价值的动物.20世纪初,美国生理学家葛拉姆包斯指出,蝙蝠会用喉头发射超声,而用耳朵接收回声,因而可以在黑夜中飞行与捕食.我国特有的一级保护动物白鳍豚是美国学者米勒1918年根据洞庭湖上的标本定名的.研究表明,它有非常独特的回声定位系统.1980年1月我国在洞庭湖上捕获一头白鳍豚,取名“淇淇”,现驯养于中科院武汉水生所。

语言声学和生理声学是研究人类发声和语声,以及对声音感受的声学。G.S.欧姆(1787~1854)提出了声音是由许多频率合成的概念.亥姆霍兹发展了这一概念,采用谐振腔(我们现在正是以他的名字来命名的)对语言进行频率分析,从而奠定了语言声学的基础.他还对人耳听觉进行过研究,开创了生理声学这一分支。

建筑声学的发展也很早,它和古代宫殿、教堂和剧院的建筑有关。由于声波传播速度远比光波低,在室内传播时会发生多次反射而互相干涉.室内任何一点的声强度都是一个相当复杂的量.直到1900年赛宾提出了混响的概念,人们才对很多声学现象有了较好的理解。
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