声学的特点及发展史

声学的特点及发展史内容摘要：

号可经过电子计算机的存储和处理，用声全息或声成像给出的较多的信息充分反应被检对象的情况，这就大大优于一般的超声检测方法。 固体位错上的声发射则是另一个无损检测方法的基础。 声波在固体和液体中的非线性特性可通过媒质中声速的微小变化来研究，应用声波的非线性特性可以实现和研究声与声的相互作用，它还用于高分辨率的参量声呐（见非线性声学）中。 用热脉冲产生的超声频率可达到1012Hz以上，为凝聚态物理开辟了新的研究领域。 次声学主要是研究大气中周期为一秒至几小时的压力起伏。 火山爆发、地震、风暴、台风等自然现象都是次声源。 研究次声可以更深入地了解上述这些自然现象。 次声在国防研究上也有重要应用，可以用来侦察和辨认大型爆破、火箭发射等。 大气对次声的吸收很小，比较大的火山爆发，氢弹试验等产生的次声绕地球几周仍可被收到，可用次声测得这些事件。 固体地球内声波的研究已发展为地震学。 研究液氦中的声传播也很有意义。 早在40年代，ЛД朗道就预计液氦温度低于λ 点时可能有周期性的温度波动，后来将这种温度波称为第二声，而压力波为第一声。 对第一声和第二声的研究又得到另外两种声：第三声超流态氦薄膜上超流体的纵波，第四声多孔材料孔中液氦中超流体内的压缩波。 深入研究这些现象都已经成为研究液氦的物理特性尤其是量子性质的重要手段（见量子声学）。 声波可以透过所有物体：不论透明或不透明的，导电或非导电的，包括了其他辐射（如电磁波等）所不能透过的物质。 因此，从大气、地球内部、海洋等宏大物体直到人体组织、晶体点阵等微小部分都是声学的实验室。 近年来在地震观测中，测定了固体地球的简正振动，找出了地球内部运动的准确模型，月球上放置的地声接收器对月球内部监测的结果，也同样令人满意。 进一步监测地球内部的运动，最终必将实现对地震的准确预报，从而避免大量伤亡和经济损失。 生命科学语言通信　　主要研究语言的分析、合成和机器识别问题。 录放声设备和电子计算机的发展在这些工作中起了很大促进作用。 已作到语言可以根据打字文稿按声学规律合成声音，有限词 获得良好的音质汇的口语可以用机器自动识别，口语也可以转化为电码或由电码再转换为声音（声码器）并保存原来口语的特性。 现在语言通信的设备还比较复杂，系统的质量和局限还有待于改进。 这种改进不仅是技术上的，更重要的是对语言的产生和感知的基本理解。 这只有深入进行语言和听觉的基础研究才能得到解决，而不是近期所能完成的(见语言声学)。 听觉　　听觉过程涉及生理声学和心理声学。 能定量地表示声音在人耳产生的主观量(音调和响度)，并求得与物理量（频率和强度）的函数关系，这是心理物理研究的重大成果。 还建立了测听技术和耳鼓声阻抗测量技术，这是研究中耳和内耳病变的有效工具。 在听觉研究中，所用的设备很简单，但所得结果却惊人的丰富。 1961年物理学家 ，这是物理学家在边缘学科中的工作受到了承认的例子。 主要由于对神经系统和大脑的确切活动和作用机理不明，还未形成完整的听觉理论，但这方面已引起了很多声学工作者的重视，从20世纪50年代以来已取得很大成绩。 通过大量的生理、心理物理实验可得出若干结论，并提出一些设想：声音到达人耳后，耳把它转换为机械振动，经中耳放大后再到达内耳，使蜗管中的基底膜发生共振。 传感单元是基底膜上的内外两排毛细胞。 外毛细胞基本是一排化学放大器，把振动传到内毛细胞，激发其弯曲振动，振动达到某阈值以上时，与内毛细胞接触的神经末梢就发出电脉冲，把信号通过神经系统送入大脑。 与内毛细胞联结的神经核主要对基底膜振动速度响应，而外毛细胞响应于基底膜的位移。 神经信号为几十毫伏的电脉冲，脉冲延续时间约几十毫秒。 信号就通过神经脉冲送入大脑，图4是设想的流程图，从大脑再把信号分配到大脑皮层的各个中心，进行储存、分析、积分或抛弃。 这是初步的理解，要建立起完整的听觉理论，解释所有听觉现象，还需要做大量的工作，这涉及到对大脑功能的研究。 在语言和听觉范围内，基础研究导致很多重要医疗设备的生产：整个装到耳听道内的助听器；保护听力的耳塞，为声带损伤病人用的人工喉，语言合成器，为全聋病人用的触觉感知器和人工耳蜗等等。 医疗　　除了助听、助语设备外，声学在医学中还有很多可以应用的方面，但发展都很不够或根本未发展，特别是在治疗方面。 有迹象说明低强度超声可加速伤口愈合，同时施用超声和X射线可使对癌 超声检查体内器官并加以显示症的辐射治疗更加有效，超声辐射可治愈脑血栓等，但这些都未形成常规的治疗手段。 主要原因是不能确定适当的剂量，超声治疗的机理不明，不清楚是局部加热的结果，还是促进体液的流动起的作用。 超声检查体内器官并加以显示的方法有广泛的应用声波可透过人体并对体内任何阻抗的变化灵敏（折射、反射），因此超声透视颅内、心脏或腹内的某些功效远非X射线可比，而且不存在辐射病，但使用时也有局限。 超声全息用于体内无损检测的技术则尚待发展。 达到临床使用的超声技术还包括利用多普勒效应查体内运动（包括胎儿运动及血管内血液的流速等），神经外科在脑的深部用聚焦的超声波造成破坏而不影响大脑的其他部分，利用超声处理治疗人耳中的平衡机构等。 牙科用超声钻钻牙而丝毫不影响软组织，可以大大减少病人的不适。 环境科学　　当代重大环境问题之一是噪声污染，社会上对环境污染的意见（包括控告）有一半是噪声问题。 除了长期在较强的噪声(90dB以上)中工作要造成耳聋外，不太强的噪声对人也会形成干扰。 例如噪声级到70dB，对面谈话就有困难，50dB环境下睡眠、休息已受到严重影响。 近年来，对声源发声机理的研究受到注意，也取得了不少成绩。 例如，撞击声、气流声、机械振动声等的理论研究都取 利用回声探测水下物体得重要成果，根据噪声发生的机理可求得控制噪声的有效方法。 振动对人危害也很大，虽然影响的人数比噪声少一些。 常日手持凿岩机的矿山工人受振动危害严重时可得到白指病，甚至手指会逐节掉下。 全身振动则可达到感觉不适、工作效率降低及至肌体损伤的程度，也应加以保护。 对振动的保护一般采取质量弹簧系统或阻尼材料（见隔振、减振）。 控制振动也是降低噪声的基本办法。 噪声控制中常遇到的声源功率范围非常大，这也增加了噪声控制工作的复杂性。 例如一个大型火箭发动机的噪声功率可开动一架大型客机，而大型客机的噪声功率可开动一辆卡车。 工业交通事业的进一步发展，其关键之一是降低噪声。 噪声污染是工业化的后果，而降低噪声又是改善环境、提高人的工作效率、延长机器寿命的重要措施。 建筑声学　　环境科学不但要克服环境污染，还要进一步研究造成适于人们生活和活动的环境。 使在厅堂中听到的讲话清晰、音乐优美是建筑声学的任务，厅堂音质的主要问题是室内的混响。 赛宾在 20 世纪初由大量实验总结出来的混响理论标志现代声学的开始。 混响必须合适（要。