聲學(xué)（英文：Acoustics），來(lái)源于希臘語(yǔ)ακο?ειν，意為“聽(tīng)”。聲學(xué)是研究媒質(zhì)中機(jī)械波的產(chǎn)生、傳播、接收和效應(yīng)的物理學(xué)分支學(xué)科。
聲學(xué)是物理學(xué)中最早深入研究的分支學(xué)科之一，19世紀(jì)瑞利的兩卷《聲學(xué)原理》對(duì)早期大量的聲學(xué)研究成果進(jìn)行了總結(jié)，同時(shí)隨著機(jī)械波產(chǎn)生、傳輸、接收和測(cè)量技術(shù)的飛躍發(fā)展，自此聲學(xué)從古老的經(jīng)典聲學(xué)進(jìn)入了現(xiàn)代聲學(xué)的發(fā)展時(shí)期?，F(xiàn)代聲學(xué)具有極強(qiáng)的交叉性與延伸性，與許多其他學(xué)科、工程技術(shù)及藝術(shù)領(lǐng)域相融合，形成了一系列諸如水聲學(xué)、超聲學(xué)、電聲學(xué)、環(huán)境聲學(xué)、語(yǔ)言聲學(xué)等學(xué)科方向。
定義
聲學(xué)是研究媒質(zhì)中機(jī)械波的產(chǎn)生、傳播、接收和效應(yīng)的物理學(xué)分支學(xué)科。
發(fā)展歷史
聲音的產(chǎn)生
世界上最早的聲學(xué)研究工作就是在音樂(lè)方面。《呂氏春秋》中早有記載：“黃帝令伶?zhèn)惾≈褡髀?，增損長(zhǎng)短成十二律；伏羲作琴，三分損益成十三音?！比謸p益法就是把管（笛、簫）加長(zhǎng)1/3或減短1/3，這樣聽(tīng)起來(lái)都很和諧，這就是最早的聲學(xué)定律。比公元前500年，著名數(shù)學(xué)家、古希臘哲學(xué)家畢達(dá)哥拉斯（Pythagoras）發(fā)現(xiàn)的生律法還要早得多。
畢達(dá)哥拉斯發(fā)現(xiàn)當(dāng)把兩根拉直的弦底部扎牢時(shí)，高音是從短的那根弦發(fā)出的。法國(guó)人IssacBeeckman早在1618年就發(fā)表了他的研究成果，證明了關(guān)于基頻和諧頻之間的關(guān)系。但是，徹底解決基頻和諧頻之間關(guān)系的是法國(guó)人JosephSauveur，他是第一個(gè)使聲成為一門(mén)學(xué)科的人。JosephSauveur意識(shí)到兩個(gè)基頻稍有不同的風(fēng)琴管一起發(fā)聲時(shí)產(chǎn)生節(jié)拍的重要性，并且用人耳聽(tīng)起來(lái)相差半音的兩個(gè)風(fēng)琴管來(lái)計(jì)算基頻。通過(guò)實(shí)驗(yàn)，他發(fā)現(xiàn)當(dāng)兩個(gè)風(fēng)琴管同時(shí)發(fā)聲時(shí)，風(fēng)琴管1s有6個(gè)節(jié)拍，他得到了兩個(gè)數(shù)據(jù)：90次/s和96次/s。1700年，他還利用弦的振動(dòng)實(shí)驗(yàn)計(jì)算出了一個(gè)給定伸展弦的頻率。經(jīng)典聲學(xué)的發(fā)展離不開(kāi)數(shù)學(xué)理論的突飛猛進(jìn)。正是級(jí)數(shù)Taylor定理的發(fā)明，才第一次給出了振動(dòng)弦的嚴(yán)格動(dòng)態(tài)解。法國(guó)人D.Alembert于1747年給出了振動(dòng)弦的部分差分方程，他是第一個(gè)給出現(xiàn)在人們所參考的行波方程的科學(xué)家，他還給出了行波在弦兩端傳播的通解。
1759年，在給都靈學(xué)院的一篇內(nèi)容廣博的論文中，數(shù)學(xué)家Lagrange決定采用一種他認(rèn)為與眾不同的弦問(wèn)題解法，他假定弦是由數(shù)量有限且空間和質(zhì)量相等的元段連接而成的，這些元段都來(lái)自于沒(méi)有質(zhì)量的伸展弦。對(duì)管中聲傳播的研究中最富盛名的是Euler。他和Lagrange做了關(guān)于管道中聲音幅值問(wèn)題的研究，1766年，他們發(fā)表了一篇關(guān)于流體力學(xué)的優(yōu)秀論文，其中第四部分全是有關(guān)管道中的聲波。J.P.焦耳于1842年發(fā)現(xiàn)了磁致現(xiàn)象，真空管振蕩器和放大器時(shí)代到來(lái)了，使得借鑒這些現(xiàn)象制作精確的各種頻率和強(qiáng)度的聲音發(fā)生和接收設(shè)備的想法成為了可能。由重疊定理的提示，用正弦和余弦的級(jí)數(shù)來(lái)表示振動(dòng)弦的初始形狀，到了1822年，J.B.J.Fourier在他的分析理論中，提出了對(duì)聲學(xué)發(fā)展具有巨大價(jià)值的序列擴(kuò)展理論，上述問(wèn)題才變得有可能解決。聲學(xué)的后續(xù)發(fā)展，從很大程度上來(lái)說(shuō)就是電聲學(xué)的發(fā)展，Rayleigh和他的繼承者們對(duì)此做出了巨大的貢獻(xiàn)。
聲音的傳播
最早的記錄顯示，大家都認(rèn)為聲音在空氣中的傳播是通過(guò)空氣的運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)的。亞里士多德強(qiáng)調(diào)了空氣的運(yùn)動(dòng)，他認(rèn)為聲音是壓縮空氣產(chǎn)生的。Aristotle和他的助手還認(rèn)為空氣不是整個(gè)沿聲音傳播方向流動(dòng)的，這條結(jié)論在當(dāng)時(shí)的科學(xué)界很難被理解。1660年，RobertBoyle利用一個(gè)很好的氣泵做了個(gè)試驗(yàn)，得到結(jié)論：隨著空氣的抽出，聲音強(qiáng)度明顯變小。由此他推斷空氣是聲傳播的一種媒介。
空氣中的聲速
17世紀(jì)，法國(guó)科學(xué)家和哲學(xué)家PierreGassendi是已知最早進(jìn)行空氣聲速測(cè)量嘗試的人。他假設(shè)光速與聲速相比實(shí)際上是無(wú)限大的，在一個(gè)無(wú)風(fēng)的日子里，Gassendi測(cè)量了從發(fā)現(xiàn)槍的閃光到一定距離外聽(tīng)到槍聲之間的時(shí)間差。雖然他得到的聲速數(shù)值太高了，大約是478.4m/s，但他正確地得出了聲速與頻率無(wú)關(guān)的結(jié)論。在17世紀(jì)50年代，意大利物理學(xué)家GiovanniAlfonsoBorelli和VincenzoViviani用同樣的方法獲得了350m/s的更準(zhǔn)確的音速值。他們的同胞G.L.Bianconi在1740年證明了空氣中的聲速隨著溫度的升高而增加。1738年，巴黎科學(xué)院獲得了最早的聲速精確實(shí)驗(yàn)值332m/s。1942年獲得了聲速的最新值331.45m/s，1986年修正為0℃下的331.29m/s。
水中的聲速
1826年，在瑞士的日內(nèi)瓦湖上，物理學(xué)家DanielColladon和數(shù)學(xué)家J.C.F.Sturn進(jìn)行了首次實(shí)驗(yàn)以確定水中的聲速。在他們的實(shí)驗(yàn)中，在第一艘船上，一個(gè)人往水里放一口鐘，敲鐘的同時(shí)，點(diǎn)燃船上的發(fā)射藥。在10mi（1mi≈1.61km）遠(yuǎn)處的第二艘船上，另一個(gè)人在水下放一個(gè)聽(tīng)聲器，當(dāng)他看到火藥發(fā)光時(shí)記下當(dāng)時(shí)的時(shí)間，并測(cè)出多長(zhǎng)時(shí)間后才能聽(tīng)到鐘聲。Colladon和Sturn使用這種方法相當(dāng)準(zhǔn)確地測(cè)定了水中的音速，推動(dòng)了第二次世界大戰(zhàn)后與軍事用途有關(guān)的水下聲學(xué)研究。
固體中的聲速
1808年，法國(guó)物理學(xué)家BaptisteBot直接測(cè)量了1000m長(zhǎng)鐵管中的聲速，并將其與空氣中的聲速進(jìn)行了比較。1864年，另一位法國(guó)科學(xué)家HenriRegnault發(fā)明了一種自動(dòng)測(cè)量聲速的方法，同樣是用槍來(lái)測(cè)量，但不依賴于人的反應(yīng)時(shí)間。Regnault用紙覆蓋一個(gè)旋轉(zhuǎn)的圓筒，并放置一支筆，在圓筒轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)畫(huà)一條線。接下來(lái)，他將筆和兩條電路連接起來(lái)，一條放在槍前一定距離以外的地方，另一條靠近圓筒，穿過(guò)對(duì)聲音敏感的膜片。當(dāng)槍開(kāi)火時(shí)，第一個(gè)電路斷開(kāi)，使筆跳到旋轉(zhuǎn)圓筒上的一個(gè)新位置。當(dāng)聲音通過(guò)圓簡(jiǎn)到達(dá)膜片時(shí)，筆跳回原來(lái)的位置。Regnault知道槍離圓簡(jiǎn)有多遠(yuǎn)，圓簡(jiǎn)轉(zhuǎn)得有多快，他計(jì)算出聲音在空氣中的傳播速度為750mi/h，非常接近今天物理學(xué)家所認(rèn)可的速度。
聲音的接收
18世紀(jì)，已經(jīng)有許多詳細(xì)的對(duì)人耳的解剖研究，人耳的聽(tīng)覺(jué)機(jī)制已經(jīng)被研究得非常透徹。然而，盡管做了很多這類工作，但是沒(méi)能形成一套完整的可接受的聽(tīng)覺(jué)理論。1830年，法國(guó)物理學(xué)家Savart用風(fēng)機(jī)和旋轉(zhuǎn)齒輪做了一系列研究，確定人耳最低聽(tīng)覺(jué)頻率為8Hz，最高聽(tīng)覺(jué)頻率為24000Hz。在1843年，著名的電流定律的創(chuàng)立者GeorgeSimon提出了一個(gè)理論：頻率一定的、簡(jiǎn)單的簡(jiǎn)諧振動(dòng)能夠產(chǎn)生所有的音樂(lè)聲調(diào)，特殊音質(zhì)或者音品的現(xiàn)場(chǎng)音樂(lè)聲是由可公度頻率的簡(jiǎn)單音調(diào)疊合而成的。此外，人耳有能力把任何復(fù)雜音調(diào)分解成一系列簡(jiǎn)單的諧音，這樣就可以依據(jù)Fourier定理在數(shù)學(xué)上進(jìn)行展開(kāi)。
19世紀(jì)，Helmholtz給出了人耳機(jī)制的詳細(xì)闡述，即所謂的共鳴理論：耳蝸基膜的各構(gòu)成部件對(duì)傳入耳朵的一定頻率的聲音產(chǎn)生共鳴。Helmholtz對(duì)這種機(jī)械共鳴現(xiàn)象產(chǎn)生了巨大的興趣，并且在研究期間，他發(fā)明了一種特殊的聲共鳴器，并以他的名字命名。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，這是一個(gè)面上有一個(gè)小孔的球體。當(dāng)一個(gè)諧波源發(fā)出的合適頻率的聲音傳到小孔處時(shí)，如果球體的尺寸和小孔都合適的話，聲音會(huì)由于小孔內(nèi)聲音的強(qiáng)烈振動(dòng)而被放得非常大。大球體跟低頻或者低音調(diào)產(chǎn)生共鳴，反之亦然。這種共鳴器在現(xiàn)代聲學(xué)研究和應(yīng)用領(lǐng)域被廣泛使用。Helmholtz還推測(cè)耳膜就是這樣一個(gè)不對(duì)稱的振蕩器，并據(jù)此預(yù)測(cè)人類有能力探測(cè)到音調(diào)之和以及其他不同的音調(diào)。這個(gè)預(yù)測(cè)已被證實(shí)?，F(xiàn)代建筑聲學(xué)的定量研究始于哈佛大學(xué)的物理學(xué)家Sabine，他在1900年發(fā)現(xiàn)了室內(nèi)混響時(shí)間隨著房間體積和內(nèi)部聲吸收材料而變化的規(guī)律，這使得應(yīng)用聲學(xué)知識(shí)指導(dǎo)建筑設(shè)計(jì)成為可能。1877年，Rayleigh出版的《聲的理論》象征著經(jīng)典聲學(xué)時(shí)代的結(jié)束和現(xiàn)代聲學(xué)時(shí)代的到來(lái)。他的成果對(duì)聲學(xué)科學(xué)，特別是分析方面的發(fā)展有著不可估量的影響。
聲學(xué)基礎(chǔ)理論
聲音
從物理上講，聲是指在任何的彈性介質(zhì)中傳播的擾動(dòng)，是一種機(jī)械。
聲壓
定量描述聲波的基本物理量是聲壓，它是媒質(zhì)受擾動(dòng)后產(chǎn)生的逾量壓強(qiáng)，是空間位置和時(shí)間的函數(shù)，單位是壓強(qiáng)的單位Pa。聲場(chǎng)中某一瞬時(shí)的聲壓值稱為瞬時(shí)聲壓，在一定時(shí)間間隔內(nèi)最大的瞬時(shí)聲壓為峰值聲壓。一定時(shí)間間隔內(nèi)，瞬時(shí)聲壓對(duì)時(shí)間取均方根值稱為有效聲壓。描述聲壓的基本參量是幅度、相位、頻率、波長(zhǎng)等。
波
波是振動(dòng)狀態(tài)的傳播，即振動(dòng)方向、振動(dòng)位相或振動(dòng)能量的傳播。波的傳播并不是介質(zhì)或物理量本身的向前運(yùn)動(dòng)。
波的四要素
波要有波源。波源就是振動(dòng)源，也叫振源。振動(dòng)要傳播，才能成為波。因此，波比振動(dòng)要更為復(fù)雜些，有四個(gè)要素，即除了振動(dòng)的三個(gè)要素——振幅、位相、（振動(dòng)的）頻率以外，還有一個(gè)波的傳播速度（波長(zhǎng)）。簡(jiǎn)諧波是簡(jiǎn)諧振動(dòng)的傳播。
機(jī)械波、電磁波、物質(zhì)波
機(jī)械波、電磁波都是常見(jiàn)的波，物質(zhì)波則是物質(zhì)的一種普遍存在形式。機(jī)械振動(dòng)的傳播，即物質(zhì)質(zhì)點(diǎn)位置振動(dòng)的傳播，叫作機(jī)械波（Mechanicwave）。如水波、聲波、地震波等。機(jī)械波要通過(guò)介質(zhì)傳播。電磁場(chǎng)振動(dòng)的傳播叫作電磁波（Electro-Magneticwave），如無(wú)線電、光波等。電磁波的傳播不需要空間介質(zhì)。物質(zhì)波（Matterwave）是指任何一個(gè)物質(zhì)都可以被看成波。如同光子同時(shí)也是光波，電子同時(shí)也是電子波一樣。
橫波、縱波
介質(zhì)或物理量振動(dòng)方向與波的傳播方向相垂直的波叫作橫波。光波是電磁波的一種，電磁波也是橫波。橫波傳播時(shí)與波的傳播方向是一個(gè)垂直的面，在這個(gè)面里，振動(dòng)還可以有不同的方向。介質(zhì)或物理量的振動(dòng)方向與波的傳播方向相同的波叫作縱波，如聲波等?？v波也叫疏密波或壓縮波。有許多波同時(shí)存在橫波和縱波。
波動(dòng)方程
在聲場(chǎng)中，描述聲場(chǎng)時(shí)間、空間變化規(guī)律和相互聯(lián)系的數(shù)學(xué)方程即為波動(dòng)方程，它是各種聲學(xué)理論研究的基礎(chǔ)。為了使研究的問(wèn)題得到簡(jiǎn)化，這里僅討論小振幅聲波的情況，相應(yīng)的波動(dòng)方程稱為線性波動(dòng)方程。推導(dǎo)該方程的前提條件是：媒質(zhì)不存在黏性，媒質(zhì)在宏觀上是均勻的、靜止的，聲波在媒質(zhì)中的傳播為絕熱過(guò)程。聲波的擾動(dòng)要滿足三個(gè)基本物理定律：牛頓第二運(yùn)動(dòng)定律、質(zhì)量守恒定律和物態(tài)方程。由此可以得到理想流體媒質(zhì)中的三個(gè)基本方程：運(yùn)動(dòng)方程、連續(xù)性方程和物態(tài)方程。
聲波
性質(zhì)
聲波的振動(dòng)是機(jī)械振動(dòng)。聲波是在介質(zhì)中傳播的機(jī)械波。介質(zhì)可以是氣體、流體、固體或等離子體等，即使是電子樂(lè)器由電子振蕩器作為振源，你聽(tīng)到的還是到達(dá)耳膜的空氣的振動(dòng)或通過(guò)人體傳遞達(dá)到耳朵的振動(dòng)。機(jī)械振動(dòng)是通過(guò)介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)帶動(dòng)相鄰的介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)，由此逐步傳遞的。沒(méi)有介質(zhì)，聲波就不能傳播。
聲速
聲波的傳播有一定速度。在空氣中傳播的聲速與介質(zhì)的溫度有關(guān)，即：V=331.5+0.6tm/s其中，t是攝氏度數(shù)（℃）。聲波在流體中和固體中傳播的速度比在空氣中傳播的速度要快。
吸收、反射與折射
在同一介質(zhì)中，聲波的能量會(huì)由于介質(zhì)的吸收而逐漸衰減。通常利用吸聲系數(shù)a來(lái)描述各種材料（結(jié)構(gòu)）的吸聲能力，定義為材料（結(jié)構(gòu)）吸收的聲能（含透射聲能）與人射到材料（結(jié)構(gòu)）聲能的比值。吸聲系數(shù)不僅與材料的性質(zhì)有關(guān)，還與聲波的人射角度、頻率有重要的關(guān)系?？諝庾鳛樽畹湫偷膫髀暯橘|(zhì)，其吸收作用主要取決于空氣的相對(duì)濕度和聲波的頻率。在常溫下，濕度越大，空氣吸聲影響反而越??；而聲波頻率越高，吸收作用越明顯。
聲學(xué)研究范圍
評(píng)率范圍
聲學(xué)研究的范圍從10-4赫茲開(kāi)始，每秒鐘振動(dòng)10-4次，一個(gè)周期104秒，為次聲波。次聲頻段的聲波在大氣物理、地球物理學(xué)中都有很多的應(yīng)用，地震以及臺(tái)風(fēng)都會(huì)產(chǎn)生次聲，地震波監(jiān)測(cè)實(shí)際上就是次聲監(jiān)測(cè)。人類可聽(tīng)聲的頻段，都為建筑聲學(xué)的研究范疇，語(yǔ)言、音樂(lè)，都是可聽(tīng)聲的研究范圍。到了2萬(wàn)赫以上的超聲頻段聲波應(yīng)用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域；另外超聲還可以檢查材料。
強(qiáng)度范圍
聲波的強(qiáng)度一般用聲壓表示，但在表述和使用時(shí)很不方便，所以用分貝表示聲壓的強(qiáng)度。研究聲波強(qiáng)度的范圍大概是從0~180分貝，一般到180分貝已經(jīng)很難實(shí)現(xiàn)，會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的非線性效應(yīng)，在實(shí)驗(yàn)室條件下可以實(shí)現(xiàn)180分貝的聲強(qiáng)度。
現(xiàn)代聲學(xué)
現(xiàn)代聲學(xué)是在聲學(xué)研究中應(yīng)用電子技術(shù)而發(fā)展起來(lái)的，電聲學(xué)對(duì)現(xiàn)代聲學(xué)的發(fā)展起了決定性作用。由于數(shù)字技術(shù)和大規(guī)模集成電路的發(fā)展，采用微處理機(jī)的測(cè)量技術(shù)使聲學(xué)測(cè)量的速度和精度都得到提高，并且實(shí)現(xiàn)了過(guò)去不能采用的許多新的測(cè)量方法，例如頻譜實(shí)時(shí)分析，聲強(qiáng)測(cè)量、相千測(cè)量、聲源鑒別、信號(hào)處理技術(shù)等。現(xiàn)代數(shù)字技術(shù)和實(shí)驗(yàn)手段將使現(xiàn)代聲學(xué)獲得進(jìn)一步的發(fā)展。
現(xiàn)代聲學(xué)中基礎(chǔ)理論問(wèn)題的研究較少，大部分基礎(chǔ)理論已比較成熟并在經(jīng)典聲學(xué)中有比較充分的發(fā)展。聲學(xué)技術(shù)的應(yīng)用非常廣泛，一些應(yīng)用基礎(chǔ)理論在不同范圍內(nèi)的應(yīng)用研究得較多。聲學(xué)的媒質(zhì)范圍越來(lái)越廣泛，包含一切氣體、液體和固體，媒質(zhì)所處的環(huán)境也向高溫或低溫，高壓或低壓等極端條件伸展?，F(xiàn)代聲學(xué)已廣泛滲透到物理學(xué)其它分支學(xué)科和其它科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域以及文化藝術(shù)領(lǐng)城中，形成許多邊緣分支學(xué)科，各分支學(xué)科有相對(duì)的獨(dú)立性，但分支學(xué)科之間有交叉，有滲透?，F(xiàn)代聲學(xué)研究工作涉及聲子運(yùn)動(dòng)，聲子和物質(zhì)的相互作用，可用來(lái)研究物質(zhì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)，所以現(xiàn)代聲學(xué)既有經(jīng)典性質(zhì)，也有量子性質(zhì)?，F(xiàn)代聲學(xué)的實(shí)驗(yàn)條件基于電聲測(cè)量技術(shù)，但由于數(shù)字技術(shù)和微計(jì)算機(jī)的應(yīng)用使研究工作不斷深入并開(kāi)拓新的內(nèi)容，因此使學(xué)科有新的發(fā)展。
分支學(xué)科
電聲學(xué)
電聲學(xué)是研究聲能和電能相互轉(zhuǎn)換的原理、技術(shù)和應(yīng)用的科學(xué)，過(guò)去主要研究電聲換能器，利用炭粒之間的電阻，極板之間的電容電磁作用，電動(dòng)原理，壓電效應(yīng)，駐極體效應(yīng)；磁致伸縮效應(yīng)等來(lái)設(shè)計(jì)各種不同的換能器，使用的頻率范圍低到毫赫以下，高達(dá)京赫以上，換能器的設(shè)計(jì)方法不斷得到改進(jìn)，在可聽(tīng)聲頻率范圍內(nèi)力求開(kāi)發(fā)寬頻帶。在電聲學(xué)中應(yīng)用研究較多，包括電聲換能器的新結(jié)構(gòu)、新工藝、新材料等。電聲學(xué)可以直接用于通信和廣播，由于高質(zhì)量多通路放聲系統(tǒng)的發(fā)展和集成電路的使用，電聲設(shè)備向著寬頻帶、高效率、低畸變方向發(fā)展。一些電聲設(shè)備中已采用數(shù)字技術(shù)和大規(guī)模集成電路，促進(jìn)了設(shè)備的小型化、數(shù)字化和自動(dòng)化。隨著數(shù)字技術(shù)和大規(guī)模集成電路的發(fā)展，開(kāi)創(chuàng)了數(shù)字聲頻技術(shù)。
超聲學(xué)
超聲學(xué)的主要內(nèi)容是超聲換能器設(shè)計(jì)和它的應(yīng)用。早期使用哨和旋笛式超聲發(fā)聲器，機(jī)電型超聲發(fā)聲器的出現(xiàn)革新了超聲波技術(shù)，在機(jī)電超聲發(fā)聲器中主要利用磁致伸縮、壓電效應(yīng)、電致伸縮三種物理現(xiàn)象。超聲波應(yīng)用于水下形成了水聲學(xué)，但是超聲波在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中有極其廣泛的應(yīng)用。包括超聲檢測(cè)、超聲探傷：功率超聲、超聲處理、超聲診斷、超聲治療等。超聲在工業(yè)中可用來(lái)對(duì)材料進(jìn)行檢測(cè)和探傷）可以測(cè)量氣體、液體和固體的物理參數(shù)，可以測(cè)量厚度、液面高度、流量、粘度和硬度等，還可以對(duì)材料的焊縫、粘接等進(jìn)行檢查，超聲清洗和加工處理可以應(yīng)用于切割、焊接、噴霧、乳化電鍍等工藝過(guò)程中，超聲清洗是一種高效率的方法，已經(jīng)用于尖端和精密工業(yè)。大功率超聲可用于機(jī)械加工，使超聲在拉管、拔絲、擠壓和鉚接等工藝中得到應(yīng)用，應(yīng)用在醫(yī)學(xué)中的超聲診斷發(fā)展甚快，已經(jīng)成為醫(yī)學(xué)上三大影象診斷方法之一。例如超聲理療、超聲診斷、腫瘤治療和結(jié)石粉碎等。在農(nóng)業(yè)中，可應(yīng)用超聲對(duì)有機(jī)體細(xì)胞的殺傷的特性來(lái)進(jìn)行消毒滅菌，對(duì)作物種子進(jìn)行超聲處理，有利于種子發(fā)芽和作物增產(chǎn)。此外超聲的液體處理和凈化可應(yīng)用于環(huán)境保護(hù)中，例如超聲水處理、燃油乳化、大氣除塵等。微波超聲的重點(diǎn)放在微波電子器件，已經(jīng)制成了超聲延遲線、聲電放大器、聲電濾波器、脈沖壓縮濾波器等。在超聲探傷方面發(fā)展子聲發(fā)射技術(shù)和超聲金息技術(shù)等。
水聲學(xué)
水聲學(xué)在軍事上可用來(lái)偵察潛水艇，在經(jīng)濟(jì)建設(shè)中可用水聲技術(shù)開(kāi)發(fā)和利用海洋資源。例如對(duì)水下目標(biāo)的探測(cè)、跟蹤和識(shí)別，實(shí)現(xiàn)水下信息的超距離傳播，探查海洋和海底資源，勘探海底石油和礦藏。為了有效地實(shí)現(xiàn)水下探測(cè)，人們研究了聲波在海洋中的傳播規(guī)律，建立了正確的水聲信道模型，揭示了海洋環(huán)境因素對(duì)聲場(chǎng)的影響。海水中聲場(chǎng)研究的內(nèi)容包括：聲場(chǎng)的空間結(jié)構(gòu)和聲波的衰減規(guī)律，波形在傳輸過(guò)程中的畸變，從環(huán)境噪聲中提取有用信號(hào)的技術(shù)。此外，水聲技術(shù)還可用于繪制海底地貌，清理航道，進(jìn)行水下導(dǎo)航和定位，探測(cè)魚(yú)群等，核潛艇出現(xiàn)后，作為反潛防潛的各類聲納系統(tǒng)已成為近代海軍不可缺少的設(shè)備。水聲學(xué)的研究已經(jīng)取得了很大的進(jìn)展，開(kāi)發(fā)了大型聲納工程及交通航運(yùn)中民用水聲設(shè)備，并且已經(jīng)應(yīng)用于海洋資源開(kāi)發(fā)。
環(huán)境聲學(xué)
環(huán)境污染的產(chǎn)生與發(fā)展同人類的生產(chǎn)活動(dòng)和社會(huì)制度密切相關(guān)。由于人們認(rèn)識(shí)事物的能力和科學(xué)技術(shù)水平的限制，在生產(chǎn)發(fā)展過(guò)程中也帶來(lái)了環(huán)境污染，應(yīng)該注意，環(huán)境污染和防治不但是科學(xué)技術(shù)問(wèn)題，也是社會(huì)和政治問(wèn)題。噪聲污染是環(huán)境保護(hù)中主要問(wèn)題之一，它不僅損害人們的生活和工作環(huán)境，影響人們的健康，還妨礙工業(yè)的發(fā)展。而在特高強(qiáng)度噪聲的作用下，金屬結(jié)構(gòu)可能產(chǎn)生疲勞和損傷，精密儀器可能失效，對(duì)航空航天飛行影響嚴(yán)重。環(huán)境聲學(xué)對(duì)金屬板材的聲疲勞已作了大量研究工作，理論和分析得出的SN曲線可用來(lái)設(shè)計(jì)抗疲勞金屬結(jié)構(gòu)對(duì)聲源發(fā)聲機(jī)理、發(fā)聲部件以及振動(dòng)體和聲場(chǎng)的分析及計(jì)算，無(wú)論在理論上或?qū)嶒?yàn)技術(shù)方面都有進(jìn)展。在應(yīng)用基礎(chǔ)理論方面，對(duì)噴氣噪聲和撞擊噪聲的產(chǎn)生機(jī)理，大振幅聲波的非線性現(xiàn)象，音質(zhì)評(píng)價(jià)，噪聲的主觀評(píng)價(jià)，強(qiáng)噪聲的物理和生物效應(yīng)等都有進(jìn)展，有力地改善了噪聲環(huán)境。
語(yǔ)言聲學(xué)
語(yǔ)言聲學(xué)的研究?jī)?nèi)容包括人類產(chǎn)生語(yǔ)音的機(jī)理，言語(yǔ)分析和合成，言語(yǔ)識(shí)別，為了描述語(yǔ)音聲波的信息要素，提出了頻譜、共振峰、跨零點(diǎn)、自相關(guān)系數(shù)、線性預(yù)測(cè)系數(shù)等概念。對(duì)語(yǔ)言信號(hào)提出了清晰度、可懂度、清晰度指數(shù)、自然度等音質(zhì)評(píng)價(jià)概念。清晰度試驗(yàn)是在給定條件下為測(cè)量語(yǔ)言可懂度而廣泛用于心理聲學(xué)的方法，既包括語(yǔ)言又包括聽(tīng)覺(jué)的直接方法。語(yǔ)言分析是從信號(hào)中提取語(yǔ)吉信息成分并將其編碼，而語(yǔ)言合成則是利用編碼信號(hào)來(lái)產(chǎn)生語(yǔ)言的過(guò)程。語(yǔ)言分析和合成的目的是壓縮頻帶傳送語(yǔ)言信號(hào)，以節(jié)省傳輸信道。
聲學(xué)測(cè)量中常用儀器
聲學(xué)測(cè)量是研究聲學(xué)測(cè)量技術(shù)的科學(xué)，包括測(cè)量方法和測(cè)量?jī)x器兩個(gè)方面。測(cè)量中常用的儀器設(shè)備不僅包括各種聲信號(hào)采集分析設(shè)備（例如，聲級(jí)計(jì)、聲強(qiáng)儀等），還包括聲信號(hào)發(fā)射設(shè)備和調(diào)理設(shè)備。除了儀器設(shè)備，還有消聲室、混響室、消聲水池和混響水池等聲學(xué)設(shè)施。
揚(yáng)聲器
揚(yáng)聲器是一種把電信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)槁曅盘?hào)的換能器件，作為聲源，在室內(nèi)聲環(huán)境中不可或缺。揚(yáng)聲器也是完成各種室內(nèi)聲學(xué)測(cè)量和聲學(xué)材料（結(jié)構(gòu)）性能測(cè)量不可缺少的儀器。
分類
揚(yáng)聲器的種類很多，按換能機(jī)理分為動(dòng)圈式（電動(dòng)式）、電容式（靜電式）、壓電式（晶體或陶瓷）、電磁式（壓簧式）、電離子式和氣動(dòng)式揚(yáng)聲器等；按頻率范圍分為低頻揚(yáng)聲器、中頻揚(yáng)聲器高頻揚(yáng)聲器，在音箱中，這些不同頻段的揚(yáng)聲器經(jīng)常作為組合揚(yáng)聲器使用；按聲輻射材料分為紙盆式、號(hào)筒式、膜片式揚(yáng)聲器等。
構(gòu)造
電動(dòng)式揚(yáng)聲器具有電聲性能好、結(jié)構(gòu)牢固、成本低等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用廣泛。它又分為紙盆式、號(hào)筒式和球頂形三種。
實(shí)際應(yīng)用
聲吶技術(shù)
聲吶能夠?qū)崿F(xiàn)水下目標(biāo)的探測(cè)，識(shí)別、定位、通訊還有導(dǎo)航等等功能的聲學(xué)設(shè)備，相當(dāng)于空氣中的雷達(dá)，雷達(dá)是用電磁波來(lái)探測(cè)飛機(jī)等等一些空氣中的飛行目標(biāo)，到了水下就只能用聲來(lái)探測(cè)水面與水下航行的目標(biāo)。
噪聲控制技術(shù)
噪聲幾乎與每個(gè)人的生產(chǎn)、生活密切相關(guān)，比如說(shuō)環(huán)境噪聲的控制，聲屏障就是一種比較有效的噪聲控制措施。同時(shí)在水下既然有了聲吶，跟聲吶相對(duì)的就是怎么樣來(lái)降低目標(biāo)的聲學(xué)強(qiáng)度。另外有一些產(chǎn)品的噪聲也迫切需要控制，在生產(chǎn)家電的廠家，都很重視噪聲指標(biāo)，重視新技術(shù)在家電噪聲控制中的應(yīng)用。有源噪聲與振動(dòng)控制技術(shù)是當(dāng)前的噪聲控制技術(shù)中最先進(jìn)的研究方向，它的物理意義是用聲波來(lái)抵消聲波。有一個(gè)需要控制的噪聲，不需要再用任何材料和結(jié)構(gòu)，只要能夠另外發(fā)出一個(gè)聲波來(lái)，使它與噪聲的振幅大小一樣，而相位相反（振動(dòng)的方向相反），這兩個(gè)聲波疊加的結(jié)果，一個(gè)朝前推，一個(gè)朝后拉，噪聲就被抵消掉了。
語(yǔ)音技術(shù)
語(yǔ)音信號(hào)處理技術(shù)解決的是人機(jī)對(duì)話的問(wèn)題，研究語(yǔ)音的識(shí)別、合成、編碼、翻譯、傳送等等。語(yǔ)音識(shí)別是指從語(yǔ)音到文本的轉(zhuǎn)換，即讓計(jì)算機(jī)能夠把人發(fā)出的有意義的話音，變成書(shū)面語(yǔ)言；所謂語(yǔ)音聽(tīng)寫(xiě)機(jī)、語(yǔ)音打字機(jī)都是指這一類的語(yǔ)音技術(shù)。語(yǔ)音合成是指從文本到語(yǔ)音的轉(zhuǎn)換，也就是要把書(shū)面的語(yǔ)言轉(zhuǎn)變?yōu)檎Z(yǔ)音，再通過(guò)喇叭發(fā)出來(lái)。這是目前最成熟的語(yǔ)音技術(shù)。其他的語(yǔ)音信號(hào)處理技術(shù)還包括語(yǔ)音增強(qiáng)、回聲抵消和噪聲抑制等等，都是為了提高噪聲環(huán)境中語(yǔ)音信號(hào)的信噪比，改善語(yǔ)音的傳送質(zhì)量。
電聲技術(shù)
把電信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)槁曅盘?hào)，或者把聲信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)的技術(shù)都是電聲的研究與應(yīng)用范疇。當(dāng)前比較熱門(mén)的研究主要集中在新概念揚(yáng)聲器，比如強(qiáng)指向性聲源和平板揚(yáng)聲器。使用兩束很強(qiáng)的超聲波，超聲是人的耳朵聽(tīng)不見(jiàn)的，使兩個(gè)超聲的頻率稍微有一些變化，由于非線性的效應(yīng)，這兩束超聲會(huì)產(chǎn)生差頻信號(hào)，差頻出來(lái)的聲音，剛好落在20到2萬(wàn)赫茲之間，人的耳朵就能聽(tīng)見(jiàn)了。因?yàn)槌曨l率很高，它的指向性就很強(qiáng)，而差頻出來(lái)這個(gè)聽(tīng)得見(jiàn)的聲音是跟著超聲一起傳播的，所以它的指向性也很強(qiáng)，而且衰減很慢，因?yàn)椴铑l聲波是低頻的。這種強(qiáng)指向性的音頻聲源，在許多的場(chǎng)合都非常有用。微型傳聲器是電聲技術(shù)發(fā)展的又一重要方向，毫米以下大小的微型話筒加上微型的電路和耳機(jī)，做成的助聽(tīng)器可以像米粒那么大小，可以毫不費(fèi)力地塞到耳朵里邊去，而不要在外邊掛一個(gè)盒子。還有直接植入耳朵的電子耳蝸，可以代替聾人的耳蝸，直接產(chǎn)生電信號(hào)的刺激。這樣的一些新技術(shù)用到電聲行業(yè)，自然可以大大地改善整個(gè)的人類生存的環(huán)境。
超聲技術(shù)
超聲的應(yīng)用包括許多方面，醫(yī)學(xué)上超聲可以用來(lái)治療，工業(yè)上還可以用聲波來(lái)清除鍋爐里面的積灰，可以清洗一些機(jī)械的試件。聲學(xué)電子學(xué)也是當(dāng)前一個(gè)非常前沿的技術(shù)發(fā)展方向，與聲學(xué)的微機(jī)電器件緊密相關(guān)。超聲無(wú)損檢測(cè)和聲能技術(shù)是目前應(yīng)用很廣的技術(shù)。超聲無(wú)損檢測(cè)利用了數(shù)字信號(hào)處理和超聲成像這樣一些技術(shù)，用在一些與安全直接相關(guān)的產(chǎn)品上，意義非常重大。聲波除灰技術(shù)是強(qiáng)聲場(chǎng)在工業(yè)中的典型應(yīng)用，也屬于聲能技術(shù)的范疇。聲學(xué)測(cè)井在石油勘探上已經(jīng)成為一個(gè)很主要的技術(shù)手段。它是在勘測(cè)的位置產(chǎn)生一個(gè)小的地震波，然后在遠(yuǎn)處布置幾個(gè)接收點(diǎn)，就可以測(cè)出地層下面的結(jié)構(gòu)，判斷有沒(méi)有石油，然后確定這個(gè)井該怎么打，對(duì)打好的井也可以用聲波檢查井下的情況。聲學(xué)微機(jī)電器件是指采用微電子工藝技術(shù)制造的，工藝特征尺度在微米至毫米之間，由聲學(xué)、機(jī)械和微電子器件構(gòu)成，或依據(jù)聲學(xué)的原理設(shè)計(jì)及發(fā)生作用的，能夠獨(dú)立完成一定的信號(hào)采集、信息處理和驅(qū)動(dòng)控制作用的器件。另外，由于聲學(xué)對(duì)新技術(shù)的應(yīng)用往往超前于技術(shù)的發(fā)展，聲學(xué)對(duì)新技術(shù)會(huì)有很大的促進(jìn)作用。例如，中科院聲學(xué)所在數(shù)字信號(hào)處理與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)領(lǐng)域也很權(quán)威，甚至于發(fā)展了VCD、DVD、DAB（數(shù)字音頻廣播）、VoIP（IP網(wǎng)上的語(yǔ)音信號(hào)傳輸）等等新的編解碼技術(shù)。
參考資料 >
聲學(xué)——科學(xué)、技術(shù)與藝術(shù).中國(guó)科學(xué)院.2024-11-27
聲學(xué)科學(xué)與技術(shù)前沿論壇專題∣《中國(guó)科學(xué):物理學(xué) 力學(xué) 天文學(xué)》.騰訊網(wǎng).2024-11-27
什么是聲學(xué)?.國(guó)際聲學(xué)產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院.2024-11-27
現(xiàn)代聲學(xué)評(píng)述.物理雜志.2024-11-29