声学——科学、技术与艺术..pdf

声学——科学、技术与艺术 作者：田静 声学是一门具有广泛应用性的学科， 涉及到人类生产、 生活及社 会活动的各个方面；同时声学又是一门具有很强交叉渗透性的学科， 与各种新学科、新技术相互作用，相互促进，不断地吸收、应用和发 展新的思想，增强了声学的生命力、竞争力和学术与艺术魅力。本文 从科学、技术与艺术等几个方面，介绍了声学的学科发展，特别是在 科学与技术上的新的研究方向与进展。 一、声学的基本概念 声和音 讲到声学，当然首先就要讲什么是声音。所谓声，实际上有双重 的含义，我们一般地理解， 人的耳朵能够感觉到的声波的作用就称之 为声，这么说大家都懂；但是从物理上讲，声是指在任何的弹性介质 中传播的扰动， 是一种机械波， 从这个概念上来讲， 声的范畴就很广。 什么叫扰动呢？扰动是说在空气、 固体或液体中的一个密度的、 或者 是压力的、 或者是速度的一个小的变化， 这个变化在这种弹性体里面 就会传播出去，是能量传播出去，弹性物质本身并不传播，这么一个 传递的能量就是声。 在这么一个声的概念上， 只要在弹性介质中有一 个不稳定，就会产生声，所以声学研究的范畴相当的宽。 经常和声相连的一个字叫音， 我们中国人讲声音声音， 什么是音 呢？音的定义是能够引起有声调的感觉的这么一种声，讲通俗一点， 就是有意义的声。我在讲话时发出的这个声，你的耳朵听到以后，能 够体会到有某一种含义在里面， 或者是感觉到了某种意思， 这个就是 音。我国古代对声和音的关系已经有很好的认识和定义， 老子就经常 讲到声和音的关系，如“音声相和，前后相随”，“大音希声，大象 - 1 - 无形，大器晚成”等等， 这几句连着讲， 意思就比较清楚了， 所谓“大 音希声”讲的通俗一点就是说有理不在言高，只要你道理能够说清， 并不在于你的声波能量大小， 这里的声就是物理的声了， 而音就是说 话里面的含义。在这里老子对音和声的定义已经很清楚。 一般讲到光学的重要性的时候， 常说“百闻不如一见”， 你听了 很多遍，也不如看一眼，看一眼的信息量很大；但是声学有它的特殊 性，大家都知道的一个成语叫做“未见其人，先闻其声”，一个比较 熟悉的人从外边走过来，我们还没有看到这个人，就听他的脚步声， 或者他在外边的嗓门很高， 我们就听到是谁来了， 然后就喊一嗓子说 你赶紧进来，这就是声的特点。在没有看到，不透光的时候，你就能 够听到它。 这样声就有一些很特殊的一些应用， 几乎所有的不透光的 物体，都可以用声波来进行探测，比如说在海洋里面，水下光波和电 磁波都衰减很快，对光来说，红外光波长最长，传播最远，到了几十 米以下也就是衰减完了，所以到了海底是一片黑暗，这种情况下，声 是在里面是唯一有效的、可以远距离传播的能量形式。 另外大家知道， 语音是人和人之间的交流的一个最直接的有效手 段，大家每天都在用语言来沟通， 实际上人的思考也常常是用语言来 进行，语音是把语言表述出来的物理形式。这个声，现在不仅用于人 和人之间的这种沟通了， 实际上人和机器之间的沟通， 人机对话慢慢 的也发展为一种主要的手段。 我们看计算机的发展， 现在已经小到这 么一个笔记本，而笔记本电脑若去掉一个屏幕，去掉一个键盘，里面 还有多少东西呢？就剩下了一个芯片。 所以如果计算机可以使用语音 作为输入输出界面的话， 体积还可以小很多，