聲學基礎_西北工業(yè)大學版

1、聲學基礎（西北工業(yè)大學版）第1頁第一章緒論?1.11.1聲學的發(fā)展歷史聲學的發(fā)展歷史?1.1.1經典聲學史經典聲學史1.1.1.1聲音的產生聲音的產生聲波主要是物體振動產生的。以科學的方法開始研究物體振動及其所發(fā)聲音的是偉大的17世紀科學家伽利略[3]。他從1638年起，深入研究了單弦振動和發(fā)聲的關系；他提出了頻率的概念（當時稱之為振動數），研究了同樣調諧的弦間共振現象，取名為同情振動，與我國古時沈括稱為應聲極為相似；他還得到了音調與弦

2、長有關的結論。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)現了物理學中著名的彈性定律的胡克試圖取得音調與頻率之間的聯(lián)系，發(fā)明了現在常用的教學示范的用齒輪在紙邊轉過以定頻率高低的辦法。對音調和頻率的關系作徹底研究的是法國科學家索沃他還發(fā)現了拍音，并提出了“Acoustics”的名詞（中文“聲學”是11世紀北宋

3、的沈括提出的）。著名的無窮級數發(fā)明者泰勒（英國數學家）于1713年第一次求得了弦振動的初步嚴格解，只有基頻，這也是牛頓運動方程F=ma第一次用于連續(xù)介質中質點的運動，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，原因就在于缺乏數學工具。牛頓和萊布尼茨的微積分都不足以解決連續(xù)介質中的問題。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)表的胡克應變與應力成正比的彈性定律對此非常重要。在研究弦的振動時，18世紀的數學家不能接受許多頻率的振動可以疊加的概念。1822年發(fā)表的傅立葉級數解決了這個問題其意義極為深遠。1787年，德國科學家克拉尼發(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（意大利科學家）研究了風琴管和其他聲學基礎（西北工業(yè)大學版）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，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，并提出了建筑聲學和劇院音質的最早見解。但是在科學史中常有因解釋不同而導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

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，聲的波動性質在歐洲不是順利的一致通過的，直到17世紀，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，這是很早之前就認識了的，但古人沒有聲速的概念，也