聲學(xué)基礎(chǔ)_西北工業(yè)大學(xué)版

1、聲學(xué)基礎(chǔ)（西北工業(yè)大學(xué)版）第1頁(yè)第一章緒論?1.11.1聲學(xué)的發(fā)展歷史聲學(xué)的發(fā)展歷史?1.1.1經(jīng)典聲學(xué)史經(jīng)典聲學(xué)史1.1.1.1聲音的產(chǎn)生聲音的產(chǎn)生聲波主要是物體振動(dòng)產(chǎn)生的。以科學(xué)的方法開始研究物體振動(dòng)及其所發(fā)聲音的是偉大的17世紀(jì)科學(xué)家伽利略[3]。他從1638年起，深入研究了單弦振動(dòng)和發(fā)聲的關(guān)系；他提出了頻率的概念（當(dāng)時(shí)稱之為振動(dòng)數(shù)），研究了同樣調(diào)諧的弦間共振現(xiàn)象，取名為同情振動(dòng)，與我國(guó)古時(shí)沈括稱為應(yīng)聲極為相似；他還得到了音調(diào)與弦

2、長(zhǎng)有關(guān)的結(jié)論。在伽利略以后，不少人對(duì)弦的振動(dòng)作了大量的工作。1660圖1.1伽利略(GalileoGalilei1564—1642)圖1.2泰勒（BrookTayl，16851731）年，發(fā)現(xiàn)了物理學(xué)中著名的彈性定律的胡克試圖取得音調(diào)與頻率之間的聯(lián)系，發(fā)明了現(xiàn)在常用的教學(xué)示范的用齒輪在紙邊轉(zhuǎn)過以定頻率高低的辦法。對(duì)音調(diào)和頻率的關(guān)系作徹底研究的是法國(guó)科學(xué)家索沃他還發(fā)現(xiàn)了拍音，并提出了“Acoustics”的名詞（中文“聲學(xué)”是11世紀(jì)北宋

3、的沈括提出的）。著名的無窮級(jí)數(shù)發(fā)明者泰勒（英國(guó)數(shù)學(xué)家）于1713年第一次求得了弦振動(dòng)的初步嚴(yán)格解，只有基頻，這也是牛頓運(yùn)動(dòng)方程F=ma第一次用于連續(xù)介質(zhì)中質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)，他由于缺乏偏微分方程的工具，所以不能得到弦的全解。后者是如實(shí)的伯努力，法國(guó)的達(dá)朗貝爾和瑞士的歐拉求得的。從1638年到1785年，單弦振動(dòng)的問題用了150年才解決，原因就在于缺乏數(shù)學(xué)工具。牛頓和萊布尼茨的微積分都不足以解決連續(xù)介質(zhì)中的問題。有了偏微分方程，不但解決了弦的理論

4、問題，固體震動(dòng)問題也解決了。胡克與1675年發(fā)表的胡克應(yīng)變與應(yīng)力成正比的彈性定律對(duì)此非常重要。在研究弦的振動(dòng)時(shí)，18世紀(jì)的數(shù)學(xué)家不能接受許多頻率的振動(dòng)可以疊加的概念。1822年發(fā)表的傅立葉級(jí)數(shù)解決了這個(gè)問題其意義極為深遠(yuǎn)。1787年，德國(guó)科學(xué)家克拉尼發(fā)表了用沙顯示振動(dòng)分布的克拉尼圖形成為研究固體振動(dòng)的重要實(shí)驗(yàn)手段。1759年，拉格朗日（意大利科學(xué)家）研究了風(fēng)琴管和其他聲學(xué)基礎(chǔ)（西北工業(yè)大學(xué)版）第3頁(yè)工作所證明。1.1.1.2聲音的傳播聲

5、音的傳播古代歐洲對(duì)光和熱的本質(zhì)有著長(zhǎng)時(shí)間的辯論，粒子論和波動(dòng)論不相上下。但對(duì)于聲，東方和西方都趨向于波動(dòng)的見解。并且常用水波類比，特別在中國(guó)，六千年前的器物就以水紋作為裝飾，一直很少異意。古希臘哲學(xué)家亞里士多德（公元前384前332）只在他的書《靈魂論》（DeAnimaDeAnima）中討論過聲的產(chǎn)生，傳播和反射，也談到語言，他似乎了解聲和空氣的運(yùn)動(dòng)有關(guān)，無確切的聲波概念，也沒有說聲是粒子。歐洲一般就把亞里士多德當(dāng)作波動(dòng)理論的創(chuàng)始人[4

6、]。羅馬建筑工程師維特魯維阿斯大約在公元前25年前后表明已確切掌握了聲的波動(dòng)性質(zhì)，并提出了建筑聲學(xué)和劇院音質(zhì)的最早見解。但是在科學(xué)史中常有因解釋不同而導(dǎo)致的原則性的不同見解，在聲波方面，亞里士多德等是否確實(shí)掌握了聲在空氣中傳播不是空氣整體在傳播方向上的運(yùn)動(dòng)（氣流），無法確定。由于聲音傳播中確圖2.6亞里士多德（Aristotle，公元前384前332）圖2.7拉普拉斯（Laplace，17491827）實(shí)看不到空氣的運(yùn)動(dòng)，無怪后來的哲學(xué)

7、家有人根本否定亞里士多德和維特魯阿斯的觀點(diǎn)。知道伽利略的年代，還有一位法國(guó)哲學(xué)家伽桑第把聲音傳播歸之于發(fā)生體發(fā)出的一串非常小看不見的粒子，這些粒子穿過空氣后，以某種方式影響人的聽覺。所以，聲的波動(dòng)性質(zhì)在歐洲不是順利的一致通過的，直到17世紀(jì)，封格立克，還懷疑聲是否由空氣運(yùn)動(dòng)傳播的，因?yàn)槁曇羰窃陟o止空氣中傳播得要比有風(fēng)時(shí)的好。長(zhǎng)距離聲速測(cè)試取得成功后，疑問才減少。在這以前，聲音傳播需要時(shí)間，這是很早之前就認(rèn)識(shí)了的，但古人沒有聲速的概念，也