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聲學發展簡史
來源:網絡 日期:2010/8/18 17:36:06
現代聲學的研究可以追溯到英國的偉大物理學家牛頓的工作.他在1687年推導了聲速公式,但因為用錯了常數,使實際測量的聲速值與理論不符.直到1816年,拉普拉斯提出氣體的彈性恒量應采用絕熱過程(而不是恒溫過程)的彈性恒量,而使理論與實測的值達到一致。

德國人克拉尼(1756~1827)是實驗聲學的創始人,他的名著《聲學》是聲學方面的第一本教科書,出版于1802年.一般認為,現代聲學基礎的奠基者是杰出的英國物理學家瑞利(1842~1919).他在聲學、振動理論、光學理論及熱輻射方面都有貢獻.他于1877年發表了《聲學理論》,基本上完成了聲學的數學理論。

聲學的發展和無線電電子學的發展是分不開的.這里首先要提一下的是能把電信號變成聲信號和把聲信號變成電信號的換能裝置.1861年賴斯發明了第一個揚聲器.他在磁棒上繞上線圈,然后把它放在一個共振匣內,當變化的電流通過線圈時,由于電磁感應,線圈發生振動,通過共振匣發出了聲音.1877年美國大發明家愛迪生發明了機械留聲機.它由一個用錫箔包著的圓筒和裝著針尖的膜片組成.當人對著話筒說話時,聲壓就從膜片傳到針尖,轉動錫箔圓筒,針尖就在錫箔上刻出溝紋.這一發明使人類第一次可以把聲音存貯起來。
 
水聲方面的奠基性工作是法國物理學家朗之萬(1872~1946)完成的.他于1914年利用電容發射器和一只放在凹鏡面焦點的磁粒微音器在水下進行實驗,接收到了海底回波以及200m以外的一塊裝甲板的回波.1917年設計了第一臺實用的回聲定位儀.利用它,人們第一次收到了潛艇的回波.此后水聲在軍事上的應用日見顯著,特別是第二次世界大戰,促使各國科學家從事聲吶的研究,使水下反潛戰的技術水平有了巨大的改觀.美國海軍實驗室的烏立克博士總結了他近30年的工作,發表了《水聲工程原理》一書,可以說是對這方面工作的一個很好的總結。

目前水聲學已不只在軍事上獲得應用,在海洋開發方面也有許多應用.例如近海油氣田的數字地震勘探,大洋測溫監視全球環境,失事飛機、海難救助的定位等。

超聲在醫學方面的應用開始于70年代.1972年發明了一種可以顯示人體內臟器官的超聲儀器,即B模式掃描超聲診斷儀(俗稱B超).將它用于產科診斷,獲得了滿意的結果.此后,各種不同體系結構的B超大量投入市場.目前,高分辨的彩色B超所得到的圖像可與解剖圖媲美.近年來超聲方面的一個重大進展是聲表面波器件.1885年,瑞利在理論上預言聲波在某些固體上傳播時,能量將集中于表面.1965年第一次用叉指換能器有效地產生了聲表面波.于是聲表面波器件獲得了廣泛的應用.目前已在電視、通信(無繩電話、尋呼電話)及雷達等方面使用聲表面波器件。

聲學的研究也有很好的應用領域.利用空氣中的次聲可以偵察核爆炸.從1961年開始,美國在蒙大拿州的一塊方圓幾十平方公里的荒地上挖了深井,用于地震監視及偵察地下核爆炸。

噪聲污染已與空氣、水的污染并列為人類環境的三大污染,所以噪聲控制就是各國所重視的解決環境問題的重要課題.各種消聲方法,包括減振、人為屏蔽、有源消聲等正在一些工業領域獲得應用。

在聲學發展史中值得一提的還有生物聲學.其中蝙蝠和白鰭豚是兩種在仿生學中有重大價值的動物.20世紀初,美國生理學家葛拉姆包斯指出,蝙蝠會用喉頭發射超聲,而用耳朵接收回聲,因而可以在黑夜中飛行與捕食.我國特有的一級保護動物白鰭豚是美國學者米勒1918年根據洞庭湖上的標本定名的.研究表明,它有非常獨特的回聲定位系統.1980年1月我國在洞庭湖上捕獲一頭白鰭豚,取名“淇淇”,現馴養于中科院武漢水生所。

語言聲學和生理聲學是研究人類發聲和語聲,以及對聲音感受的聲學。G.S.歐姆(1787~1854)提出了聲音是由許多頻率合成的概念.亥姆霍茲發展了這一概念,采用諧振腔(我們現在正是以他的名字來命名的)對語言進行頻率分析,從而奠定了語言聲學的基礎.他還對人耳聽覺進行過研究,開創了生理聲學這一分支。

建筑聲學的發展也很早,它和古代宮殿、教堂和劇院的建筑有關。由于聲波傳播速度遠比光波低,在室內傳播時會發生多次反射而互相干涉.室內任何一點的聲強度都是一個相當復雜的量.直到1900年賽賓提出了混響的概念,人們才對很多聲學現象有了較好的理解。
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