《线性声学基本现象》连载-第二期

CAE大拿

第二章：声学的定于与范围

请注意！现在我们要开始讲了。当我们听到这故事的结尾的时候，我们就会知道比现在还要多的事情。

- 汉斯·克里斯蒂安·安徒生 （1805-1875），《白雪皇后》（1845）

2.1 声的定义

声学 （acoustics）是关于声音（sound）和噪音（noise）的科学：

- 声音是一种听觉上的感官，由在具有弹性特点的流体或固体材料中的微小扰动产生。

- 噪音是一种声学现象，噪音产生使人不舒适的听觉感官。这种感觉取决于声音的强度，同时也取决于感受者的人文因素和心理因素。

从物理学的角度讲，声音是压强随时间在一个参考压强值附近的快速上下变化。在大气中的参考压强即为大气压；在水中，参考压强即为流体静压。声学压强变化的幅值相比于参考压强值处于极小的量级：

其中：

公式中的时间T为比脉动时间尺度长很多的一段时间。后面为了简化，我们用p(t)代替pac(t)，并用它表示声学压强，也就是总压强中去掉参考压强后的数值。脉动声学压强的单位是帕斯卡(Pa)，这和总压强以及参考压强的单位相同。

对声学的研究其实可以拓展到对任意连续弹性介质中压力波传播的研究：如地球动力学或者水下声学中的波的传播。声学问题主要涵盖了下面四部分问题（如Figure 1所示）：

1. 声的产生；

2. 声的传播，即声波从声源到达接收物的传播过程；

3. 接收物（如麦克风，人耳）对声的测量，记录或感知；

4. 声波传播通过介质时对介质本身物理特性产生的影响。在本系列讨论的线性声学领域中，声传播不会对介质的物理性质产生影响，即线性声学中此影响为零。

Figure 1：声学的四个方面：产生，传播，接收，及传播对介质的影响

声学在西方语言中的词源：

- Sound（声音）：源于拉丁语sonum，表示声音或噪音之义

- Acoustics（声学）：源于希腊语ακουειν，表示听到的意思，后缀tics表示学术类别。声学一词最早被法国学者Joseph Sauveur在1700年提出，法语中写成acoustique。法语声学一词的类似变形随后在众多其他西方语言中得到应用，如英语中的acoustics，德语的akustik均表示声学。

2.2 声学的分支

声学有众多分支，下面Figure 2显示出这些分支（如水下声学，电声学，振动与冲击 等）如何围绕在声学的基本物理问题周围，并和诸如艺术和科学等众多领域产生关联。

Figure 2：声学研究的分支（取自Lindsay R.B., JASA 36 :2242 (1964)）

（未完待续，请看下期分享。。。）