第255章 物理学之声学 中
研究特**
1大部分基础理论已比较成熟，这部分理论在经典声学中已有比较充分的发展。
2有些基础理论和应用基础理论，或基础理论在不同实际范围内的应用问题研究得较多；
3非常广泛地渗入到物理学其他分支和其他科学技术领域（包括工农业生产）以及文化艺术领域中。
现代声学研究一直涉及声子的运动、声子和物质相互作用，以及一些准粒子和电子等微观粒子的特性；所以声学既有经典性质，也有量子性质。人类的活动几乎都与声学有关，从海洋学到语言音乐，从地球到人的大脑，从机械工程到医学，从微观到宏观，都是声学家活动的场所。声学的边缘科学性质十分明显，边缘科学是科学的生长**，因此有人主张声学是物理学的一个最好的发展方向。
声学-特性概念
在气体和液体中只有纵波。在固体中除了纵波以外，还可能有横波，有时还有纵横波。声波场中质**每秒振动的周数称为频率，单位为赫。现代声学研究的频率范围为10～10hz，在空气中可听声的波长（声速除以频率）为17～17，在固体中，声长的范围则为10～10，比电磁波的波长范围至少大一千倍。声波的传播速度为声学
式中是媒质的弹性模量，单位为帕，p是媒质密度。单位为k/。气体中＝γp，p是压力。单位是pa。声在媒质中传播有损耗时，为复数。也是复数，其实数部分代表传播速度，虚数部分则与衰减常数（每单位距离强度或幅度的衰减）有关，测量后者可求得媒质中的损耗。
声行波强度用单位面积内传播的功率（以**/为单位）表示，但是在声学测量中功率不易直接测量得，所以常用易于测量的声压表示。在声学中常见的声强范围或声压范围非常大，所以一般用对数表示，称声强级或声压级，单位是分贝。先选一个基准值。一个强度等于其基准值10000倍的声，声强级称40db，强度1000000倍的声则强度级为60db。声强与声压p的关系是声学
式中z是媒质的声特性阻抗，z=p。声压增加10倍，声强则增加100倍，分贝数增加20。所以声压为其基准值的100倍时，声压级是40db。在使用声强级或声压级时，基准值必须说明。在空气中，p=400。声强的基准值常取为10**/，与这个声强相当的声压基准值为20μpa，这大约是人耳在1000hz所能听到的最低值。这时声强级与声压级相等。
声学-研究方法
波动声学
也称物理声学。是用波动理论研究声场的方法。在声长与空间或物体的尺度数量级相近时，必须用波动声学分析。主要是研究反射、折射、干涉、衍射、驻波、散射等现象。在关闭空间（例如室内，周围有表面）或半关闭空间（例如在水下或大气中。有上、下界面），反射波的互相干涉要形成一系列的固有振动（称为简正振动方式或简正波）。简正方式理论是引用量子力学中本征值的概念并加以发展而形成的（注意到声长较大和速度小等特性）。
射线声学
或称几何声学。它与几何光学相似。主要是研究波长非常小（与空间或物体尺度比较）时，能量沿直线的传播。即忽略衍射现象，只考虑声线的反射、折射等问题。这是在许多情况下都很有效的方法。例如在研究室内反射面、在固体中作无损检测以及在液体中探测等时，都用声线概念。
统计声学
主要研究波长非常小（与空间或物体比较），在某一频率范围内简正振动方式很多，频率分布很密时，忽略相位关系，只考虑各简正方式的能量相加关系的问题。赛宾公式就可用统计声学方法推导。统计声学方法不限于在关闭或半关闭空间中使用。在声波传输中，统计能量技术解决很多问题，就是一例。
分支学科次声学、超声学、电声学、大气声学、音乐声学、语言声学、建筑声学、生理声学、生物声学、水声学、物理学、力学、热学、光学、电磁学、核物理学、固体物理学。
应用
科研应用
利用对声速和声衰减测量研究物质特性已应用于很广的范围。测出在空气中，实际的吸收系数比19世纪..斯托克斯和.r.基尔霍夫根据粘性和热传导推出的经典理论值大得多，在液体中甚至大几千倍、几万倍。这个事实导致了人们对弛豫过程的研究，这在对液体以及它们结构的研究中起了很大作用。对于固体同样工作已形成从低频到起声频固体内耗的研究，并对诸如固体结构和晶体缺陷等方面的研究都有很大贡献。
表面波、声全息、声成像、非线性声学、热脉冲、声发射、超声显微镜、次声等以物质特性研究为基础的研究领域都有很大发展。
瑞利时代就已经知道的表面波，现已用到微波系统小型化发展中。在压电材料上镀收发电极，或在绝缘材料（如玻璃）上镀压电薄膜都可以作成表面波器件。声表面波的速度只有电磁波的十万分之几，相同频率下波长短得多，所以表面波器件的特**是小，在信号存储上和信号滤波上都优于电学元件，可在电路小型化中起很大作用。
声全息和声成像是无损检测方法的重要发展。将声信号变成电信号，而电信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。
1大部分基础理论已比较成熟，这部分理论在经典声学中已有比较充分的发展。
2有些基础理论和应用基础理论，或基础理论在不同实际范围内的应用问题研究得较多；
3非常广泛地渗入到物理学其他分支和其他科学技术领域（包括工农业生产）以及文化艺术领域中。
现代声学研究一直涉及声子的运动、声子和物质相互作用，以及一些准粒子和电子等微观粒子的特性；所以声学既有经典性质，也有量子性质。人类的活动几乎都与声学有关，从海洋学到语言音乐，从地球到人的大脑，从机械工程到医学，从微观到宏观，都是声学家活动的场所。声学的边缘科学性质十分明显，边缘科学是科学的生长**，因此有人主张声学是物理学的一个最好的发展方向。
声学-特性概念
在气体和液体中只有纵波。在固体中除了纵波以外，还可能有横波，有时还有纵横波。声波场中质**每秒振动的周数称为频率，单位为赫。现代声学研究的频率范围为10～10hz，在空气中可听声的波长（声速除以频率）为17～17，在固体中，声长的范围则为10～10，比电磁波的波长范围至少大一千倍。声波的传播速度为声学
式中是媒质的弹性模量，单位为帕，p是媒质密度。单位为k/。气体中＝γp，p是压力。单位是pa。声在媒质中传播有损耗时，为复数。也是复数，其实数部分代表传播速度，虚数部分则与衰减常数（每单位距离强度或幅度的衰减）有关，测量后者可求得媒质中的损耗。
声行波强度用单位面积内传播的功率（以**/为单位）表示，但是在声学测量中功率不易直接测量得，所以常用易于测量的声压表示。在声学中常见的声强范围或声压范围非常大，所以一般用对数表示，称声强级或声压级，单位是分贝。先选一个基准值。一个强度等于其基准值10000倍的声，声强级称40db，强度1000000倍的声则强度级为60db。声强与声压p的关系是声学
式中z是媒质的声特性阻抗，z=p。声压增加10倍，声强则增加100倍，分贝数增加20。所以声压为其基准值的100倍时，声压级是40db。在使用声强级或声压级时，基准值必须说明。在空气中，p=400。声强的基准值常取为10**/，与这个声强相当的声压基准值为20μpa，这大约是人耳在1000hz所能听到的最低值。这时声强级与声压级相等。
声学-研究方法
波动声学
也称物理声学。是用波动理论研究声场的方法。在声长与空间或物体的尺度数量级相近时，必须用波动声学分析。主要是研究反射、折射、干涉、衍射、驻波、散射等现象。在关闭空间（例如室内，周围有表面）或半关闭空间（例如在水下或大气中。有上、下界面），反射波的互相干涉要形成一系列的固有振动（称为简正振动方式或简正波）。简正方式理论是引用量子力学中本征值的概念并加以发展而形成的（注意到声长较大和速度小等特性）。
射线声学
或称几何声学。它与几何光学相似。主要是研究波长非常小（与空间或物体尺度比较）时，能量沿直线的传播。即忽略衍射现象，只考虑声线的反射、折射等问题。这是在许多情况下都很有效的方法。例如在研究室内反射面、在固体中作无损检测以及在液体中探测等时，都用声线概念。
统计声学
主要研究波长非常小（与空间或物体比较），在某一频率范围内简正振动方式很多，频率分布很密时，忽略相位关系，只考虑各简正方式的能量相加关系的问题。赛宾公式就可用统计声学方法推导。统计声学方法不限于在关闭或半关闭空间中使用。在声波传输中，统计能量技术解决很多问题，就是一例。
分支学科次声学、超声学、电声学、大气声学、音乐声学、语言声学、建筑声学、生理声学、生物声学、水声学、物理学、力学、热学、光学、电磁学、核物理学、固体物理学。
应用
科研应用
利用对声速和声衰减测量研究物质特性已应用于很广的范围。测出在空气中，实际的吸收系数比19世纪..斯托克斯和.r.基尔霍夫根据粘性和热传导推出的经典理论值大得多，在液体中甚至大几千倍、几万倍。这个事实导致了人们对弛豫过程的研究，这在对液体以及它们结构的研究中起了很大作用。对于固体同样工作已形成从低频到起声频固体内耗的研究，并对诸如固体结构和晶体缺陷等方面的研究都有很大贡献。
表面波、声全息、声成像、非线性声学、热脉冲、声发射、超声显微镜、次声等以物质特性研究为基础的研究领域都有很大发展。
瑞利时代就已经知道的表面波，现已用到微波系统小型化发展中。在压电材料上镀收发电极，或在绝缘材料（如玻璃）上镀压电薄膜都可以作成表面波器件。声表面波的速度只有电磁波的十万分之几，相同频率下波长短得多，所以表面波器件的特**是小，在信号存储上和信号滤波上都优于电学元件，可在电路小型化中起很大作用。
声全息和声成像是无损检测方法的重要发展。将声信号变成电信号，而电信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。