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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 ~10 hz,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 ~10 m,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10 w/m ,与这个声强相当的声压基准值为20μpa(即2x10 n/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)。