聲學基本知識與應用領域

　　聲學是物理學分支學科之一，是研究媒質(zhì)中機械波的產(chǎn)生、傳播、接收和效應的科學，那么你對聲學了解多少呢?以下是由學習啦小編整理關于聲學基礎知識的內(nèi)容，希望大家喜歡!

　　聲學的領域

　　介紹

　　與光學相似，在不同的情況，依據(jù)其特點，運用不同的聲學方法。

　　波動

　　也稱物理聲學，是用波動理論研究聲場的方法。在聲波波長與空間或物體的尺度數(shù)量級相近時，必須用波動聲學分析。主要是研究反射、折射、干涉、衍射、駐波、散射等現(xiàn)象。在關閉空間(例如室內(nèi)，周圍有表面)或半關閉空間(例如在水下或大氣中，有上、下界面)，反射波的互相干涉要形成一系列的固有振動(稱為簡正振動方式或簡正波)。簡正方式理論是引用量子力學中本征值的概念并加以發(fā)展而形成的(注意到聲波波長較大和速度小等特性)。

　　射線

　　或稱幾何聲學，它與幾何光學相似。主要是研究波長非常小(與空間或物體尺度比較)時，能量沿直線的傳播，即忽略衍射現(xiàn)象，只考慮聲線的反射、折射等問題。這是在許多情況下都很有效的方法。例如在研究室內(nèi)反射面、在固體中作無損檢測以及在液體中探測等時，都用聲線概念。

　　統(tǒng)計

　　主要研究波長非常小(與空間或物體比較)，在某一頻率范圍內(nèi)簡正振動方式很多，頻率分布很密時，忽略相位關系，只考慮各簡正方式的能量相加關系的問題。賽賓公式就可用統(tǒng)計聲學方法推導。統(tǒng)計聲學方法不限于在關閉或半關閉空間中使用。在聲波傳輸中，統(tǒng)計能量技術解決很多問題，就是一例。

　　分支

　　可以歸納為如下幾個方面：

　　從頻率上看，最早被人認識的自然是人耳能聽到的“可聽聲”，即頻率在20Hz～20000Hz的聲波，它們涉及語言、音樂、房間音質(zhì)、噪聲等，分別對應于語言聲學、音樂聲學、房間聲學以及噪聲控制;另外還涉及人的聽覺和生物發(fā)聲，對應有生理聲學、心理聲學和生物聲學;還有人耳聽不到的聲音，一是頻率高于可聽聲上限的，即頻率超過20000Hz的聲音，有“超聲學”，頻率超過500MHz的超聲稱為“特超聲”，當它的波長約為10-8m量級時，已可與分子的大小相比擬，因而對應的“特超聲學”也稱為“微波聲學”或“分子聲學”。超聲的頻率還可以高1014Hz。二是頻率低于可聽聲下限的，即是頻率低于20Hz的聲音，對應有“次聲學”，隨著次聲頻率的繼續(xù)下降，次聲波將從一般聲波變?yōu)?ldquo;聲重力波”，這時必須考慮重力場的作用;頻率繼續(xù)下降以至變?yōu)?ldquo;內(nèi)重力波”，這時的波將完全由重力支配。次聲的頻率還可以低至10-4Hz。需要說明的是，從聲波的特性和作用來看，所謂20Hz和20000Hz并不是明確的分界線。例如頻率較高的可聽聲波，已具有超聲波的某些特性和作用，因此在超聲技術的研究領域內(nèi)，也常包括高頻可聽聲波的特性和作用的研究。

　　從振幅上看，有振幅足夠小的一般聲學，也可稱為“線性(化)聲學”，有大振幅的“非線性聲學”。

　　從傳聲的媒質(zhì)上看，有以空氣為媒質(zhì)的“空氣聲學”;還有“大氣聲學”，它與空氣聲學不同的是，它主要研究大范圍內(nèi)開闊大氣中的聲現(xiàn)象;有以海水和地殼為媒質(zhì)的“水聲學”和“地聲學”;在物質(zhì)第四態(tài)的等離子體中，同樣存在聲現(xiàn)象，為此，一門尚未成型的新分支“等離子體聲學”正應運而生。

　　從聲與其它運動形式的關系來看，還有“電聲學”等等。

　　聲學的分支雖然很多，但它們都是研究聲波的產(chǎn)生、傳播、接收和效應的，這是它們的共性。只不過是與不同的領域相結合，研究不同的頻率、不同的強度、不同的媒質(zhì)，適用于不同的范圍，這就是它們的特殊性。

　　區(qū)別

　　聲學方法與光學方法的比較

　　聲學分析方法已成為物理學三個重要分析方法(聲學方法、光學方法、粒子轟擊方法)之一。聲學方法與光學方法(包括電磁波方法)相比有相似處，也有不同處。相似處是：聲波和光波都是波動，使用兩種方法時，都運用了波動過程所應服從的一般規(guī)律，包括量子概念(聲的量子稱為聲子)。

　　不同處是：

　?、俟獠ㄊ菣M波，聲波在氣體中和液體中是縱波，而在固體中有縱波，有橫波，還有縱橫波、表面波等，情況更為復雜。

　?、诼暡ū裙獠ǖ膫鞑ニ俣刃〉枚?。(在氣體中約差百萬倍，在液體和固體中約差十萬倍)

　?、垡话阄矬w(固態(tài)或液態(tài))和材料對光波吸收很大，但對聲波卻很小，聲波在不同媒質(zhì)的界面上幾乎是完全反射。這些傳播性質(zhì)有時造成結果上的極大差別，例如在普通實驗室內(nèi)很容易驗證光波的平方反比定律(光的強度與到光源的距離平方成反比)，雖然根據(jù)能量守恒定律聲波也應滿足平方反比定律，但在室內(nèi)則無法測出。因為室內(nèi)各表面對聲波來說都是很好的反射面，聲速又比較小，聲音發(fā)出后要反射很多次，在室內(nèi)往返多次，經(jīng)過很長時間(稱為混響時間，嚴格定義見建筑聲學)才消失。任何點的聲強都是這些直達聲和反射聲互相干涉的結果，與距離的關系很復雜。這就是為什么直到1900年賽賓提出混響理論以前，人們對很多聲學現(xiàn)象不能理解的原因。

　　聲學的特點

　?、俅蟛糠只A理論已比較成熟，這部分理論在經(jīng)典聲學中已有比較充分的發(fā)展。

　?、谟行┗A理論和應用基礎理論，或基礎理論在不同實際范圍內(nèi)的應用問題研究得較多;

　　③非常廣泛地滲入到物理學其他分支和其他科學技術領域(包括工農(nóng)業(yè)生產(chǎn))以及文化藝術領域中。

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