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產(chǎn)生的。以科學(xué)的方法開始研究物體振動及其所發(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和發(fā)聲的關(guān)系；他提出了頻率的概念（當(dāng)時稱之為振動數(shù)），研究了同樣調(diào)諧的弦間共振現(xiàn)象，取名為同情振動，與我國古時沈括稱為應(yīng)聲極為相似；他還得到了音調(diào)與弦

2、長有關(guān)的結(jié)論。在伽利略以后，不少人對弦的振動作了大量的工作。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。對音調(diào)和頻率的關(guān)系作徹底研究的是法國科學(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）。著名的無窮級數(shù)發(fā)明者泰勒（英國數(shù)學(xué)家）于1713年第一次求得了弦振動的初步嚴(yán)格解，只有基頻，這也是牛頓運動方程F=ma第一次用于連續(xù)介質(zhì)中質(zhì)點的運動，他由于缺乏偏微分方程的工具，所以不能得到弦的全解。后者是如實的伯努力，法國的達朗貝爾和瑞士的歐拉求得的。從1638年到1785年，單弦振動的問題用了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此非常重要。在研究弦的振動時，18世紀(jì)的數(shù)學(xué)家不能接受許多頻率的振動可以疊加的概念。1822年發(fā)表的傅立葉級數(shù)解決了這個問題其意義極為深遠。1787年，德國科學(xué)家克拉尼發(fā)表了用沙顯示振動分布的克拉尼圖形成為研究固體振動的重要實驗手段。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光和熱的本質(zhì)有著長時間的辯論，粒子論和波動論不相上下。但對于聲，東方和西方都趨向于波動的見解。并且常用水波類比，特別在中國，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動有關(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掌握了聲在空氣中傳播不是空氣整體在傳播方向上的運動（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）實看不到空氣的運動，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。知道伽利略的年代，還有一位法國哲學(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動傳播的，因為聲音是在靜止空氣中傳播得要比有風(fēng)時的好。長距離聲速測試取得成功后，疑問才減少。在這以前，聲音傳播需要時間，這是很早之前就認(rèn)識了的，但古人沒有聲速的概念，也