第255章 物理学之声学 中（1/2）

研究特点

1大部分基础理论已比较成熟，这部分理论在经典声学中已有比较充分的发展。

2有些基础理论和应用基础理论，或基础理论在不同实际范围内的应用问题研究得较多；

3非常广泛地渗入到物理学其他分支和其他科学技术领域（包括工农业生产）以及文化艺术领域中。

现代声学研究一直涉及声子的运动、声子和物质相互作用，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。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。声学的边缘科学性质十分明显，边缘科学是科学的生长点，因此有人主张声学是物理学的一个最好的发展方向。

声学-特性概念

在气体和液体中只有纵波。在固体中除了纵波以外，还可能有横波，有时还有纵横波。声波场中质点每秒振动的周数称为频率，单位为赫(hz)。现代声学研究的频率范围为10～10hz，在空气中可听声的波长（声速除以频率）为17mm～17m，在固体中，声*长的范围则为10～10m，比电磁波的波长范围至少大一千倍。声波的传播速度为声学

式中e是媒质的弹性模量，单位为帕(pa)，p是媒质密度，单位为kg/m。气体中e＝γp，p是压力，单位是pa。声在媒质中传播有损耗时。e为复数(虚数部分代表损耗)，c也是复数，其实数部分代表传播速度。虚数部分则与衰减常数（每单位距离强度或幅度的衰减）有关，测量后者可求得媒质中的损耗。

声行波强度用单位面积内传播的功率（以w/m为单位）表示。但是在声学测量中功率不易直接测量得，所以常用易于测量的声压表示。在声学中常见的声强范围或声压范围非常大，所以一般用对数表示，称声强级或声压级，单位是分贝(db)。先选一个基准值，一个强度等于其基准值10000倍的声，声强级称40db，强度1000000倍的声则强度级为60db。声强i与声压p的关系是声学

式中zc是媒质的声特性阻抗。zc=pc。声压增加10倍，声强则增加100倍，分贝数增加20。所以声压为其基准值的100倍时，声压级是40db。在使用声强级或声压级时，基准值必须说明。在空气中，pc=400，声强的基准值常取为10w/m，与这个声强相当的声压基准值为20μpa(即2x10n/m)，这大约是人耳在1000hz所能听到的最低值。这时声强级与声压级相等(0db)(这是在空气中，并选择了适当的基准值情况下)。

声学-研究方法

波动声学

也称物理声学。是用波动理论研究声场的方法。在声*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。主要是研究反射、折射、干涉、衍射、驻波、散射等现象。在关闭空间（例如室内，周围有表面）或半关闭空间（例如在水下或大气中。有上、下界面），反射波的互相干涉要形成一系列的固有振动（称为简正振动方式或简正波）。简正方式理论是引用量子力学中本征值的概念并加以发展而形成的（注意到声*长较大和速度小等特性）。