音速（speed of sound）亦稱聲速，指聲波在媒質(zhì)（介質(zhì)）中傳播的速度。音速的大小，同媒質(zhì)的性質(zhì)和狀態(tài)（如溫度）有關(guān)。音速在空氣動(dòng)力學(xué)中解釋為微弱擾動(dòng)波在介質(zhì)中傳播的速度，是氣體動(dòng)力學(xué)中一個(gè)最基本的參數(shù)，它與氣體的狀態(tài)、壓縮性等有密切的關(guān)系，壓縮性越小、溫度越高的介質(zhì)，其中的音速越大。一般用音速來(lái)衡量氣體流動(dòng)的快慢。
公元前6世紀(jì)，古希臘數(shù)學(xué)家、哲學(xué)家畢達(dá)哥拉斯最先發(fā)現(xiàn)聲音相關(guān)規(guī)律。1490年，列奧納多·達(dá)·芬奇確認(rèn)聲音可在水中傳播。17世紀(jì)初期，弗朗西斯·培根首次明確提及音速并進(jìn)行記載。1640年，法國(guó)數(shù)學(xué)家馬林·梅森（MarinMersenne）開(kāi)展了人類首次“空氣中音速測(cè)定實(shí)驗(yàn)”，成功量化了音速的數(shù)值。1660年，英國(guó)科學(xué)家羅伯特·波義耳通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明聲音傳播必須依賴介質(zhì)。1687年，艾薩克·牛頓在其著作《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》中，首次提出了聲音傳播的數(shù)學(xué)理論，推導(dǎo)出空氣中的音速公式。1738年，卡西尼及法國(guó)科學(xué)院的其他學(xué)者實(shí)驗(yàn)計(jì)算出音速值為337米/秒，得出 “溫度會(huì)影響音速”的結(jié)論。1743年，阿貝·J·A·諾萊用實(shí)驗(yàn)證明聲音可在水中傳播。1822年，法國(guó)經(jīng)度局任命的一個(gè)委員會(huì)，根據(jù)前人的結(jié)論，實(shí)驗(yàn)修正后得出0℃時(shí)干燥空氣的音速約為331.2米/秒。1887年，恩斯特·馬赫發(fā)現(xiàn) “馬赫角”。1929年，J. 阿克萊特建議將 “馬赫角”比值用術(shù)語(yǔ)馬赫數(shù)表示，馬赫數(shù)正式成為表征流體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的重要參數(shù)。1946年，中國(guó)科學(xué)家錢學(xué)森首次提出高超音速概念。
在大氣對(duì)流層中，氣溫隨高度增加而降低，故音速隨高度增加而減小。音速是重要的基準(zhǔn)值，如空氣流動(dòng)規(guī)律和飛機(jī)空氣動(dòng)力學(xué)特性在流速（或飛行速度）大于或小于音速時(shí)大不相同。由于波速的定義是“波上某一點(diǎn)（如壓縮區(qū)或稀疏區(qū)）單位時(shí)間內(nèi)傳播的距離”，因此音速的常用單位為“米/秒”（縮寫為m/s）。空氣、液體、固體等都是聲音的介質(zhì)，音速的數(shù)值在固體中比在液體中大（如鋁棒5000米/秒），在液體中又比在氣體中大（如海水1531米/秒），真空中不存在聲音，也無(wú)音速可言。空氣中的音速，在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓和15℃的條件下約為340米/秒。音速隨介質(zhì)密度降低而減小，隨介質(zhì)剛度增強(qiáng)而增大。音速在醫(yī)學(xué)、氣動(dòng)力學(xué)、聲學(xué)、音樂(lè)、航空航天等多個(gè)領(lǐng)域都具有重要應(yīng)用意義。例如，航天領(lǐng)域應(yīng)用包括長(zhǎng)征五號(hào)運(yùn)載火箭發(fā)動(dòng)機(jī)氫泵葉輪轉(zhuǎn)速達(dá)550米/秒，超過(guò)音速。
定義
聲音來(lái)源于物體的振動(dòng)。當(dāng)物體振動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)周圍的空氣發(fā)生微弱變化，使空氣的壓力、密度周期性地變化，這種變化依次向外傳播，一般稱為擾動(dòng)波。變化到達(dá)的位置稱為波面。因?yàn)榇祟悢_動(dòng)波中的變量（如壓力等）變化很小，所以稱之為微弱擾動(dòng)波。微弱擾動(dòng)波會(huì)以一定的速度向四周傳播，其速度就是音速，用符號(hào)a表示。
音速，也叫聲速，指聲波在媒質(zhì)（介質(zhì)）中傳播的速度。其大小因媒質(zhì)的性質(zhì)和狀態(tài)而異。聲速顧名思義即是聲音的速度，由于聲音是以波的形式傳播，故與一般所理解物體的速度是不同的，所以與其將音速稱為聲音的速度，倒不如將音速視為波傳遞速度的指標(biāo)，音速與傳遞介質(zhì)的材質(zhì)狀況有關(guān)，而與聲源本身的速度無(wú)關(guān)，發(fā)聲者與聽(tīng)者間若有相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系，就形成了都卜勒效應(yīng)。也由此觀點(diǎn)，穿/超音速時(shí)的諸多物理現(xiàn)象，其實(shí)與聲音無(wú)關(guān)，而是縱波密集累積所產(chǎn)生的物理現(xiàn)象。
聲波通過(guò) “壓縮波”（在所有物態(tài)中均存在）和 “剪切波”（僅在固體中存在）向物質(zhì)傳遞能量：壓力擾動(dòng)使粒子振動(dòng)，振動(dòng)的粒子再撞擊相鄰粒子，從而實(shí)現(xiàn)波的傳播。其中，“音速” 是波的傳播速度，“頻率” 則是粒子單位時(shí)間內(nèi)的振動(dòng)次數(shù)。
研究歷史
早期認(rèn)知
早在公元前6世紀(jì)，古希臘數(shù)學(xué)家、哲學(xué)家畢達(dá)哥拉斯（Pythagoras）率先發(fā)現(xiàn)了聲音相關(guān)規(guī)律。他注意到振動(dòng)弦的長(zhǎng)度與其發(fā)出的音調(diào)存在關(guān)聯(lián)——這一發(fā)現(xiàn)便是如今公認(rèn)的“弦振動(dòng)第一定律”。他讓人們意識(shí)到：聲音是從聲源傳播到耳朵的一種振動(dòng)。其推測(cè)來(lái)源可追溯至希臘哲學(xué)家亞里士多德（公元前384-公元前322年）時(shí)期的文字記載，展現(xiàn)了當(dāng)時(shí)人們對(duì)聲音傳播的初步認(rèn)知 —— 他曾寫道：“所有聲音的產(chǎn)生，皆是因空氣受膨脹、壓縮作用而運(yùn)動(dòng)，或是因氣息沖擊、樂(lè)器弦振動(dòng)撞擊空氣而運(yùn)動(dòng)。”
畢達(dá)哥拉斯認(rèn)為，高頻聲音在空氣中的傳播速度快于低頻聲音。除他之外，羅馬建筑師馬可·維特魯威（Vitruvius，公元前25年）也曾記載：“聲音源于氣息，氣息流動(dòng)并撞擊空氣，從而被聽(tīng)覺(jué)感知。它以無(wú)數(shù)圓形波紋的形式傳播，就像將石頭投入靜止的水中，會(huì)產(chǎn)生無(wú)數(shù)從中心向外擴(kuò)散、不斷擴(kuò)大的波紋。”
關(guān)鍵突破
亞里士多德也是最早注意到聲音可在水中與空氣中傳播的學(xué)者之一。1490年，列奧納多·達(dá)·芬奇對(duì)亞里士多德的猜測(cè)進(jìn)行了相關(guān)觀測(cè)，發(fā)現(xiàn)能聽(tīng)到遠(yuǎn)處船只在水下傳播的聲音。
17世紀(jì)初期，首次明確提及音速的記載，出自弗朗西斯·培根（Francis Bacon）。他提出了一種比較音速與光速（他當(dāng)時(shí)已知光速快到難以測(cè)量）的方法：通過(guò)自身脈搏計(jì)時(shí)，對(duì)比教堂鐘聲傳播1英里（約1.6千米）所需的時(shí)間，與同時(shí)發(fā)出的光信號(hào)（被間斷點(diǎn)亮的燭火）傳播相同距離所需的時(shí)間。研究結(jié)果被記錄在1626年出版的《林木篇》（Sylva Sylvarum）一書中。
列奧納多·達(dá)·芬奇的這一觀測(cè)之后近200年，人們對(duì)聲學(xué)過(guò)程的物理理解取得了快速進(jìn)展：馬林·梅森（Marin Mersenne）與伽利略·伽利萊各自獨(dú)立發(fā)現(xiàn)了弦振動(dòng)定律，其中梅森于17世紀(jì)20年代末在其著作《宇宙和諧論》（L’Harmonie Universelle）中公布了這一成果。1640年，馬林·梅森開(kāi)展了人類首次“空氣中音速測(cè)定實(shí)驗(yàn)”，成功量化音速的數(shù)值。梅森以樂(lè)器和槍聲作為聲源，估算出聲音每秒傳播的距離相當(dāng)于 230 法國(guó)圖瓦茲（French Toises），換算后約為448米/秒，這一數(shù)值高于已知的真實(shí)音速。此外，梅森還錯(cuò)誤地認(rèn)為，無(wú)論白天黑夜、順風(fēng)逆風(fēng)，音速都保持不變。17世紀(jì)中后期，梅森關(guān)于聲音本質(zhì)與傳播特性的論述，以及他對(duì)空氣中聲速的早期實(shí)驗(yàn)測(cè)量，被認(rèn)為為聲學(xué)這一學(xué)科奠定了基礎(chǔ)。
法國(guó)科學(xué)家皮埃爾·伽桑狄（Gassendi）通過(guò)對(duì)比大炮（大型武器）與滑膛槍（小型武器）產(chǎn)生的聲音傳播速度發(fā)現(xiàn)：聲音傳播特定距離所需的時(shí)間，與音調(diào)高低和聲音強(qiáng)度均無(wú)關(guān)。但與梅森類似，他也錯(cuò)誤地得出 “風(fēng)對(duì)音速無(wú)影響” 的結(jié)論。
推導(dǎo)期
當(dāng)時(shí)，“空氣是聲音傳播的介質(zhì)” 這一關(guān)鍵認(rèn)知尚未確立。埃萬(wàn)杰利斯塔·托里拆利（Torricelli）在氣壓領(lǐng)域的深遠(yuǎn)研究，成功證明真空的存在，隨后一系列利用抽氣機(jī)開(kāi)展的實(shí)驗(yàn)相繼展開(kāi)。1660年，英國(guó)科學(xué)家羅伯特·波義耳（Robert Boyle）通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明：聲音傳播必須依賴介質(zhì)。他的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)如下：將鈴鐺置于抽成真空的玻璃罐中，結(jié)果發(fā)現(xiàn)罐外無(wú)法聽(tīng)到鈴鐺的響聲——這一現(xiàn)象直接證實(shí)了“真空無(wú)法傳聲”，明確了介質(zhì)對(duì)聲音傳播的關(guān)鍵作用。
1687年，艾薩克·牛頓爵士在其經(jīng)典著作《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》（Philosophiae Naturalis Principia Mathematica）中，首次提出了聲音傳播的數(shù)學(xué)理論，他提出：在彈性流體中，聲波的傳播速度與 “彈性系數(shù)除以密度” 的平方根成正比。盡管艾薩克·牛頓的研究聚焦于空氣中的聲音，但這一純粹數(shù)學(xué)理論同樣適用于水中的聲音傳播。牛頓隨后利用僅在恒溫條件下成立的波義耳定律（Boyle’s Law），推導(dǎo)出空氣中的音速公式為（其中為壓強(qiáng)，為密度），計(jì)算得出聲速約為968英尺/秒（約合295米/秒），牛頓指出，當(dāng)時(shí)可得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，實(shí)際音速介于280至330米/秒之間。
1708年，威廉?德漢姆牧師（Reverend William Derham）安排人員在附近多座教堂塔樓及其他高地發(fā)射 “薩克炮”（sakers），發(fā)射點(diǎn)距離他所在的厄普明斯特教堂塔樓最遠(yuǎn)達(dá)12.5英里。他通過(guò)望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)火炮閃光（白天觀測(cè)時(shí)使用），并借助一臺(tái)精確的便攜式鐘擺裝置（鐘擺每半秒擺動(dòng)一次）記錄從看到閃光到聽(tīng)到炮聲的時(shí)間間隔。通過(guò)這種方式，他證實(shí)音速與傳播距離（即與聲源的距離）無(wú)關(guān)，并得出音速的精確平均值為348米/秒。在后續(xù)一系列實(shí)驗(yàn)中，德漢姆以12.5英里為固定傳播距離，研究了多種因素對(duì)音速的影響。與此前研究者的觀點(diǎn)相反，他得出結(jié)論：順風(fēng)會(huì)加快聲音傳播速度，而逆風(fēng)則會(huì)減慢聲音傳播速度。
1738年，卡西尼（Cassini）及法國(guó)科學(xué)院（Académie des Sciences）的其他學(xué)者在約28千米的距離上開(kāi)展音速測(cè)量。他們以火炮為聲源，用擺鐘計(jì)時(shí)，并選擇在夜間進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，以確保氣象條件穩(wěn)定。他們首次明確提出：若盛行風(fēng)速為 “u”，則順風(fēng)時(shí)聲音傳播速度為，逆風(fēng)時(shí)有效聲速為（其中c為無(wú)風(fēng)時(shí)的音速），通過(guò)在測(cè)量基線的兩端雙向發(fā)射火炮，并采用往返傳播時(shí)間的平均值來(lái)最大限度降低風(fēng)的干擾，最終得出音速值為337米/秒，得出 “溫度會(huì)影響音速” 的結(jié)論。后期，博洛尼亞的比安孔（Biancon）完成首個(gè)針對(duì)溫度對(duì)音速影響的定量研究，通過(guò)對(duì)比冬夏兩季的音速測(cè)定結(jié)果，正確得出 “溫度升高會(huì)導(dǎo)致音速增大” 的結(jié)論。
1743年，阿貝·J·A·諾萊開(kāi)展了一系列實(shí)驗(yàn)，以解決“聲音能否在水中傳播”的爭(zhēng)議。他將頭部浸入水中，報(bào)告稱聽(tīng)到了槍聲、鐘聲、哨聲與呼喊聲。他還發(fā)現(xiàn)，水下觀察者能清晰聽(tīng)到水中鬧鐘的叮當(dāng)聲，而空氣中的人卻聽(tīng)不到——這一現(xiàn)象明確證明了聲音可在水中傳播。
18世紀(jì)末至19世紀(jì)初，德國(guó)物理學(xué)家恩斯特?克拉德尼（ErnstChladni）對(duì)“發(fā)聲振動(dòng)”展開(kāi)了全面分析，為后續(xù)聲學(xué)研究提供了大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。1801年，法國(guó)數(shù)學(xué)家傅里葉（Fourier）提出了一項(xiàng)關(guān)鍵理論：像振動(dòng)弦及其泛音所產(chǎn)生的復(fù)雜聲波，本質(zhì)上是由一系列簡(jiǎn)單周期波疊加而成的——這一發(fā)現(xiàn)為聲波的數(shù)學(xué)分析奠定了基礎(chǔ)。
18世紀(jì)剩余的時(shí)間，萊昂哈德·歐拉（Euler）最終提出清晰易懂的推導(dǎo)方法，而約瑟夫·拉格朗日（Lagrange）則修正了牛頓的推理過(guò)程，并將其理論推廣到適用于任意特性的聲波（即不僅限于簡(jiǎn)諧波）。然而，所有計(jì)算得出的音速值仍與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)存在顯著偏差。直到拉普拉斯（Laplace）在約翰·道爾頓（Dalton）“氣體突然壓縮會(huì)產(chǎn)生熱量” 這一觀測(cè)結(jié)果的基礎(chǔ)上指出：此前將空氣的體積彈性模量等同于靜壓力的做法，隱含 “等溫條件” 的假設(shè)；但實(shí)際上，由于聲傳播過(guò)程中壓力波動(dòng)極為迅速，聲音傳播必然處于絕熱條件或近似等溫條件下，否則會(huì)產(chǎn)生巨大的阻尼系數(shù)，導(dǎo)致觀測(cè)到較高的聲衰減率。
1822年，法國(guó)經(jīng)度局（Bureau des Longitudes）任命了一個(gè)委員會(huì)，成員包括普龍尼（Prony）、阿拉果（Arago）、布瓦爾（Bouvard）、馬蒂厄（Mathieu）、蓋 - 呂薩克（Gay-Lussac）與洪堡（Humboldt），專門開(kāi)展音速的精準(zhǔn)測(cè)定工作。他們使用精確的天文鐘計(jì)時(shí)，選擇了經(jīng)精確測(cè)量的 18.6223 千米距離，并再次采用 “雙向發(fā)射火炮” 的方法以最大限度降低風(fēng)的影響。在 16℃的環(huán)境下，他們測(cè)得聲音傳播該距離的平均時(shí)間為54.63秒，由此計(jì)算出的音速值為當(dāng)時(shí)普遍認(rèn)可的數(shù)值。這一研究推動(dòng)了音速公式的修正，修正后的公式為：其中，為定壓比熱容與定容比熱容的比值（即比熱容比）。引入后，音速的計(jì)算值與觀測(cè)值立即達(dá)成了高度一致。隨后，斯托克斯（Stokes）指出：溫度平衡所需的時(shí)間與波長(zhǎng)的平方成正比，而實(shí)際可供溫度平衡的時(shí)間僅與波長(zhǎng)成正比。因此，聲波頻率越低，其傳播過(guò)程越接近理想絕熱狀態(tài)；實(shí)驗(yàn)得出在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，0℃時(shí)干燥空氣的音速約為331.2米/秒。
19世紀(jì)期間，學(xué)界圍繞“波動(dòng)”展開(kāi)了大量研究，推動(dòng)了聲學(xué)理論的系統(tǒng)化：英國(guó)物理學(xué)家托馬斯·楊（ThomasYoung）重點(diǎn)研究了波的“衍射”與“干涉”現(xiàn)象，深化了對(duì)波傳播特性的理解，這些成果同樣適用于聲波分析。奧地利科學(xué)家克里斯蒂安?約翰?多普勒（ChristianJohannDoppler）建立了“波源與觀測(cè)者相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，波的實(shí)際頻率與感知頻率之間的數(shù)學(xué)關(guān)系”，即著名的多普勒效應(yīng)——這一理論不僅解釋了聲音的“多普勒頻移”（如鳴笛的汽車靠近時(shí)音調(diào)變高、遠(yuǎn)離時(shí)音調(diào)變低），還廣泛應(yīng)用于光學(xué)、天文學(xué)等領(lǐng)域。
隨著時(shí)間推移，更多測(cè)定聲速的技術(shù)被提出。此時(shí)已明確，在露天環(huán)境中測(cè)定音速的精度（尤其是為保證足夠時(shí)間分辨率而需在長(zhǎng)距離基準(zhǔn)線上進(jìn)行的測(cè)量），會(huì)受到溫度與風(fēng)速不確定性的限制。19世紀(jì)90年代末，哈佛大學(xué)物理學(xué)家華萊士?克萊門特?薩賓（WallaceClementSabine）為聲學(xué)認(rèn)知做出了重要貢獻(xiàn)。當(dāng)時(shí)他受委托改善哈佛大學(xué)福格藝術(shù)博物館主報(bào)告廳的聲學(xué)效果，在此過(guò)程中取得了關(guān)鍵突破，他首次提出并測(cè)量了“混響時(shí)間”（聲音在空間內(nèi)反射衰減的時(shí)間），發(fā)現(xiàn)該報(bào)告廳的混響時(shí)間長(zhǎng)達(dá)5.5秒（過(guò)長(zhǎng)的混響會(huì)導(dǎo)致聲音模糊）。薩賓最初使用附近劇院的座椅坐墊進(jìn)行吸音實(shí)驗(yàn)，后續(xù)又嘗試了其他吸音材料與方法，最終為“建筑聲學(xué)”這一學(xué)科奠定了基礎(chǔ)。他還主持設(shè)計(jì)了1900年啟用的波士頓交響樂(lè)大廳（BostonSymphonyHall）——這是世界上首座依據(jù)科學(xué)聲學(xué)原理設(shè)計(jì)的建筑，至今仍是聲學(xué)效果極佳的音樂(lè)廳典范。
勒尼奧（Regnault）在巴黎新建的城市地下水管中開(kāi)展了一系列實(shí)驗(yàn)，使用的聲源包括手槍、爆炸物和樂(lè)器。成功外推得出自由場(chǎng)條件下干燥空氣的音速值。赫布（Hebb）在美國(guó)賴爾森物理實(shí)驗(yàn)室工作時(shí)，直接在自由空氣中測(cè)量出已知頻率信號(hào)對(duì)應(yīng)的聲音波長(zhǎng)。實(shí)驗(yàn)中使用兩個(gè)同軸放置的拋物面反射器（焦距約0.38米，直徑1.5米），其中一個(gè)可在平行軌道上移動(dòng)。通過(guò)與音叉對(duì)比，確定了一個(gè)純音空氣哨聲源的頻率。這種方法可以直接測(cè)定波長(zhǎng)，而由于頻率已知，就能得出音速。赫布報(bào)告的干燥空氣音速值為，但后來(lái)他用于將含濕氣空氣中測(cè)量的速度修正為干燥空氣值的方法存在問(wèn)題，該結(jié)果存在輕微誤差。他修正后對(duì)干燥空氣聲速的估計(jì)值為。
第一次世界大戰(zhàn)期間，與敵方火炮聲測(cè)距相關(guān)的儀器得到發(fā)展，塔克（Tucker）研制的亥姆霍茲共振器頸部的熱線麥克風(fēng)，使得進(jìn)一步的露天音速測(cè)定得以開(kāi)展。其中包括埃斯克拉貢（Esclangon）報(bào)告的實(shí)驗(yàn)，以及安格萊和拉登堡（Angerer and Ladenburg） 進(jìn)行研究。期間，皮爾斯（Pierce）報(bào)告了使用壓電換能器和干涉測(cè)量技術(shù)測(cè)量音速的研究，是第一個(gè)報(bào)告空氣中音速色散（即音速與頻率相關(guān)）的人。哈里斯（Harris）對(duì)相對(duì)聲速進(jìn)行測(cè)量，結(jié)果表明，在室溫下，當(dāng)相對(duì)濕度約為14%時(shí)，音速達(dá)到最小值；在相對(duì)濕度100%時(shí)，聲音速比干燥空氣值高約1.1m/s。如今教科書里通常引用的聲速值就是331m/s。干燥空氣中聲音的傳播速度（速度=帶有方向的速率）通常表示為：（單位：m/s）。
比勒 - 布蒂卡茲（Bieler-Butticaz）是最早注意到 “空氣中的聲衰減與溫度和濕度密切相關(guān)” 的學(xué)者之一。阿爾伯特·愛(ài)因斯坦（Einstein） 研究雙原子氣體中 “已離解分子與未離解分子混合物” 的音速問(wèn)題，并提出：通過(guò)測(cè)定 “音速隨頻率變化的函數(shù)關(guān)系”，可計(jì)算出兩類分子間的能量傳遞速率。赫茨菲爾德與賴斯將這一概念應(yīng)用于氣體聲衰減的計(jì)算；不久后，克內(nèi)澤（Kneser）證明，他們的分析能充分解釋此前在二氧化碳中觀測(cè)到的聲色散現(xiàn)象。
在非色散介質(zhì)中，音速與頻率無(wú)關(guān)，因此能量傳遞速度與聲傳播速度一致，空氣即屬于非色散介質(zhì)。而在色散介質(zhì)中，音速是頻率的函數(shù)——傳播擾動(dòng)的空間和時(shí)間分布會(huì)持續(xù)變化：每個(gè)頻率分量以各自的相速度傳播，而擾動(dòng)能量則以群速度傳播。水就是典型的色散介質(zhì)。
研究發(fā)散
1887年，恩斯特·馬赫（Ernst Mach）研究空氣中運(yùn)動(dòng)的物體發(fā)出以音速傳播的球面擾動(dòng)波，發(fā)現(xiàn)當(dāng)物體的速度大于音速時(shí)，擾動(dòng)波會(huì)形成以物體為頂點(diǎn)的錐形包絡(luò)面。擾動(dòng)波包絡(luò)錐面的母線與物體運(yùn)動(dòng)方向所形成的角與物體速度、音速的關(guān)系是。1907年，L. 普朗特首次稱該角為 “馬赫角”。此后，學(xué)術(shù)界逐漸發(fā)現(xiàn)比值在實(shí)際應(yīng)用中具有極大價(jià)值。1929年，J. 阿克萊特建議將該比值用術(shù)語(yǔ)馬赫表示，馬赫數(shù)正式成為表征流體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的重要參數(shù)。
1938年，錢學(xué)森與恩師西奧多·馮·卡門合作，發(fā)表重要論文《可壓縮流體的邊界層》《傾斜旋轉(zhuǎn)體的超音速流》。1939年，錢學(xué)森獲得加州理工學(xué)院博士學(xué)位，他在這一年8月發(fā)表重要論文《可壓縮流體的二維亞音速流》，闡明壓力修正公式，后被學(xué)界稱為“卡門—錢學(xué)森公式”。在加州理工學(xué)院，錢學(xué)森在超音速及跨音速空氣動(dòng)力學(xué)、薄殼穩(wěn)定理論方面對(duì)航空工程理論有了許多開(kāi)創(chuàng)性的成果。他和卡門一起提出的高超音速流動(dòng)理論為飛行器克服音障和熱障提供了依據(jù)，為空氣動(dòng)力學(xué)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。以他和卡門命名的“卡門—錢學(xué)森公式”被用于高亞音速飛機(jī)的氣動(dòng)設(shè)計(jì)。
奧地利工程師S?nger提出了一種可重復(fù)使用、以火箭為動(dòng)力的太空飛機(jī)“銀鳥”概念（飛行速度10馬赫），并在1933年將該技術(shù)路線完善為基于液體燃料火箭發(fā)動(dòng)機(jī)、可水平起降、飛行速度可達(dá)13馬赫的滑翔機(jī)；1944年，S?nger又提出了一個(gè)由火箭發(fā)動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力的轟炸機(jī)項(xiàng)目，相關(guān)概念和構(gòu)思為后續(xù)高超聲速飛行器的發(fā)展提供了指導(dǎo)。20世紀(jì)40年代初期，德國(guó)曾計(jì)劃建造一個(gè)用于模擬7—10馬赫的高超音速風(fēng)洞，但后因故中止。
1946年，高超音速領(lǐng)域首次有相關(guān)論文發(fā)表，是錢學(xué)森發(fā)表在《數(shù)學(xué)與物理雜志》上的文章《論高超聲速流的相似律》，首次給出了高超音速概念。
1949年，美國(guó)通過(guò)V-2火箭首次實(shí)現(xiàn)了高超音速飛機(jī)；1957年，美國(guó)阿諾德工程開(kāi)發(fā)中心建造了一個(gè)高超音速風(fēng)洞，并于1960年成功測(cè)試了由美國(guó)航空航天局（NASA）研制的火箭動(dòng)力試驗(yàn)飛行器X-15試驗(yàn)機(jī)的7馬赫數(shù)飛行，這也是第一架實(shí)現(xiàn)高超音速飛行的飛機(jī)。20世紀(jì)90年代中期，美國(guó)空軍科學(xué)顧問(wèn)委員會(huì)確定了高超聲速的4個(gè)關(guān)鍵概念——導(dǎo)彈、機(jī)動(dòng)再入飛行器、快速反應(yīng)/全球飛行器系統(tǒng)和太空發(fā)射/支持系統(tǒng)；涉及的核心研究方向有空氣熱力學(xué)、推進(jìn)系統(tǒng)和燃料（碳?xì)浠衔锖鸵簯B(tài)氫）、結(jié)構(gòu)和材料等。
20世紀(jì)后半葉，現(xiàn)代社會(huì)（尤其是城市地區(qū)）的噪聲水平不斷升高，引發(fā)了學(xué)界對(duì)“噪聲”的全新研究熱潮。這一系列研究主要聚焦于噪聲對(duì)人類生理與心理的影響，例如噪聲導(dǎo)致的聽(tīng)力損傷、睡眠干擾、情緒焦慮等問(wèn)題，推動(dòng)了噪聲控制技術(shù)與相關(guān)環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展。
2018年波音公司推出了高超音速客機(jī)的概念及相關(guān)技術(shù)方案。2020年，印度國(guó)防研究與發(fā)展組織宣布其自主研發(fā)的高超音速技術(shù)示范飛行器試驗(yàn)成功。2022年，美國(guó)航空航天局（NASA）的“毅力號(hào)”首次探測(cè)到了火星上兩種聲音的速度。2023年，法國(guó)成功測(cè)試V-MaX高超音速導(dǎo)彈，其成為歐洲首個(gè)掌握高超音速技術(shù)的國(guó)家。
計(jì)算公式
通過(guò)質(zhì)量守恒定律與動(dòng)量守恒定律進(jìn)行分析可得出：音速（用符號(hào)a表示）等于比熱容比（γ）、氣體常數(shù)（R）與溫度（T）三者乘積的平方根，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：。需注意，音速計(jì)算中所采用的溫度必須是絕對(duì)溫標(biāo)（開(kāi)爾文溫標(biāo)Kelvin或朗肯溫標(biāo)Rankine）下的溫度值。音速對(duì)氣體種類的依賴性，體現(xiàn)在氣體常數(shù)（R）與比熱容比（γ）這兩個(gè)參數(shù)中：其中氣體常數(shù)（R）等于普適氣體常數(shù)（universal gas constant）除以該氣體的摩爾質(zhì)量（molecularweight）。
音速的大小，同媒質(zhì)的性質(zhì)和狀態(tài)（如溫度）有關(guān)。在空氣動(dòng)力學(xué)學(xué)中，常指微弱擾動(dòng)在空氣中傳播的速度，可由公式米/秒（T是空氣的溫度，單位為K）計(jì)算其值。
如下圖所示，設(shè)在等截面長(zhǎng)圓管內(nèi)充滿靜止?fàn)顟B(tài)的可壓縮流體，管內(nèi)右端裝有一活塞，當(dāng)活塞以微小速度向左運(yùn)動(dòng)時(shí)，在活塞附近的氣體受到活塞的擾動(dòng)產(chǎn)生一個(gè)微小的平面壓力波。隨后該壓力波開(kāi)始在圓管內(nèi)向左運(yùn)動(dòng)，這就是壓力波的傳遞，其速度就是聲速，通常用表示。
在微弱擾動(dòng)波波面通過(guò)之前的流體處于靜止?fàn)顟B(tài)，壓強(qiáng)為，密度為，而在波面通過(guò)之后，流體的速度由零變?yōu)椋瑝簭?qiáng)由變?yōu)椋芏扔勺優(yōu)椤榱搜芯糠奖悖瑢D2-50（a）中的絕對(duì)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換成圖2-50（b）所示的相對(duì)坐標(biāo)，即將坐標(biāo)系建立在波面上并隨擾動(dòng)波面一起運(yùn)動(dòng)。在上述相對(duì)坐標(biāo)系下，流體始終以音速由控制體左側(cè)流入波面所在控制體，而以的速度由控制體的右側(cè)流出波面控制體。流體流入波面控制體時(shí)壓強(qiáng)為，密度為；而流體流出波面控制體時(shí)壓強(qiáng)則為，密度為
根據(jù)連續(xù)性方程可得：
整理上式并略去高階小量后得到：
在忽略黏性力和質(zhì)量力時(shí)，在水平方向?qū)刂企w應(yīng)用動(dòng)量定理可得：
（2 - 157）
整理可得：（2 - 158）
式（2 - 157）與式（2 - 158）相乘消去得到：
因此音速的基本計(jì)算公式為：（2 - 159）
結(jié)合式 (2-16) 彈性模量的定義可得： （2 - 160）[：楊氏模量（衡量固體剛度）；：固體密度]
式 (2 - 160) 說(shuō)明音速與流體彈性模量的平方根成正比，而與流體密度的平方根成反比。同時(shí)根據(jù)流體壓縮性與彈性模量成反比的關(guān)系可以說(shuō)明音速與流體的壓縮性有著密切的關(guān)系。
對(duì)于氣體而言，由于壓力波傳遞速度很快，可以認(rèn)為無(wú)能量的耗散。氣體的運(yùn)動(dòng)滿足等熵方程，即
由此可得：同時(shí)，在壓強(qiáng)不是很高、溫度不是很低的情況下，氣體還符合理想氣體狀態(tài)方程，由此可得音速公式：（2 - 162）
式中：—— 氣體絕熱指數(shù)，，與氣體的種類有關(guān)，常見(jiàn)氣體的絕熱指數(shù)分別為空氣1.4，干飽和水蒸氣1.135，過(guò)熱蒸汽1.33； —— 氣體常數(shù)，,；—— 通用氣體常數(shù)，； —— 氣體摩爾質(zhì)量。
由式 (2-162) 音速計(jì)算公式可知，介質(zhì)為氣體時(shí)音速與氣體的種類有關(guān)（氣體的種類決定氣體絕熱指數(shù)和氣體常數(shù)）；同時(shí)音速還與氣體的熱力學(xué)溫度的平方根成正比。溫度越高的氣體其聲速也越大，反之亦然。
通常所說(shuō)的聲速340m/s是指常壓下，溫度15℃（288K）時(shí)聲音在空氣中的傳播速度。對(duì)于空氣，絕熱指數(shù)，根據(jù)式 (2 - 162) 可得：
以上參考：
傳播介質(zhì)
從聲源發(fā)出的聲波以一定的速度向周圍傳播，意味著聲波的能量也以一定的速度向周圍傳播。音速，指聲波在介質(zhì)中傳播的速度。除了空氣可以傳遞聲音之外，液體和固體也都是聲音的介質(zhì)，且因?yàn)橐后w、固體的分子排列更為緊密，傳遞聲音的速度也比空氣快。音速的數(shù)值在固體中比在液體中大，在液體中又比在氣體中大。
傳播速度
音速的大小因媒質(zhì)的性質(zhì)和狀態(tài)而異。一般說(shuō)來(lái)，音速的數(shù)值在固體中比在液體中大，在液體中又比在氣體中大。空氣中的音速，在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓和15℃的條件下約為340米/秒，即1224公里/小時(shí)，溫度每升高1℃，音速約增加0.6米/秒。音速的大小還隨大氣溫度的變化而變化，在對(duì)流層中，高度升高時(shí)，氣溫下降，音速減小。在平流層下部，氣溫不隨高度而變，音速也不變，為295.2米/秒。空氣流動(dòng)的規(guī)律和飛機(jī)的空氣動(dòng)力學(xué)特性，在飛行速度小于音速和大于音速的情況下，具有巨大的差別，因此，研究航空器在大氣中的運(yùn)動(dòng)，音速是一個(gè)非常重要的基準(zhǔn)值。音速隨介質(zhì)密度降低而減小，隨介質(zhì)剛度增強(qiáng)而增大，例如金剛石的密度小于鐵、剛度遠(yuǎn)大于鐵，其音速12000米/秒）也遠(yuǎn)高于鐵（5120米/秒）。
測(cè)定方法
實(shí)驗(yàn)測(cè)量
聲波的傳播速度c與其頻率f和波長(zhǎng)λ的關(guān)系為可知，測(cè)得聲波的頻率和波長(zhǎng)，就可以得到聲速。
同樣，傳播速度為
測(cè)量音速的方法有多種，如干涉共振駐波法、水浸式脈沖插入取代法、脈沖透射時(shí)差法、脈沖回波法、相位比較法等。
干涉共振駐波法
實(shí)驗(yàn)裝置如下圖所示，圖中S1?和S2?為壓電晶體換能器，S1?作為聲波源，它被高頻信號(hào)發(fā)生器輸出的交流電信號(hào)激勵(lì)后，由于逆壓電效應(yīng)發(fā)生受迫振動(dòng)，并向介質(zhì)中定向發(fā)出近似為平面正弦波的超聲波；S2?為超聲波接收器，超聲波傳至它的接收面上時(shí)被反射。當(dāng)S1?和S2?的表面近似平行時(shí)，超聲波就在兩個(gè)平面間來(lái)回反射。根據(jù)駐波原理，當(dāng)兩個(gè)平面間距L為半波長(zhǎng)的整倍數(shù)，即，n=0,1,2等時(shí)，S1?發(fā)出的超聲波與其反射超聲波在S1?和S2?之間共振形成駐波。
駐波法測(cè)波長(zhǎng)物理原理：單射波與反射波的聲壓、在介質(zhì)中波動(dòng)方程分別表達(dá)如下：
疊加后合成波，經(jīng)過(guò)和差化積公式處理：
得：
當(dāng)時(shí)，的幅度為±2A，產(chǎn)生聲壓的波腹；當(dāng)時(shí)，，產(chǎn)生聲壓的波節(jié)。因此只要測(cè)得相鄰兩波腹（或波節(jié)）的位置、即可測(cè)算得波長(zhǎng)。
根據(jù)駐波原理，當(dāng)時(shí)，在S2?分界面左側(cè)的介質(zhì)（空氣）中，由于單射波與反射波質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度相位相反，所以合成的質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度為0，形成質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度的波節(jié)；同時(shí)入射波與反射波的聲壓同相，形成聲壓的波腹；在S2?分界面的右側(cè)介質(zhì)（壓電晶片）中，由于左側(cè)介質(zhì)合成質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度為0，所以波動(dòng)并沒(méi)有向右側(cè)的介質(zhì)傳播，S2?的壓電晶片只感受到2倍入射聲壓，其幅度最大，但仍然隨時(shí)間波動(dòng)。反映在接收器上就是一個(gè)壓強(qiáng)的峰值，對(duì)應(yīng)示波器輸出一個(gè)電壓的峰值。
該實(shí)驗(yàn)測(cè)量的是聲壓，所以當(dāng)接收換能器S2?位于的整數(shù)倍時(shí)，接收器聲壓的輸出會(huì)出現(xiàn)明顯增大。從示波器上觀察到的電信號(hào)幅值也是極大值（如下圖）。圖中各極大值之間的距離均為，由于散射和其他損耗，各極大值的幅值隨距離增大而逐漸減小。只要測(cè)出各極大值對(duì)應(yīng)的接收器S2?的位置，就可測(cè)出波長(zhǎng)。由信號(hào)源讀出超聲波的頻率值后，即可由式 算出聲速。該方法常用于測(cè)量頻率較低聲波的音速，當(dāng)用于測(cè)頻率較高的超聲波時(shí)，需特別注意。如果S1?，S2?之間的介質(zhì)是空氣，則超聲波衰減很嚴(yán)重，可以將介質(zhì)換成水等聲衰減相對(duì)小的介質(zhì)。
水浸式脈沖插入取代法
設(shè)樣品以及水中的聲速分別以和表示，是樣品的厚度，置入樣品時(shí)引起的接收脈沖時(shí)移為，
則樣品音速為
由下圖所示，只需要測(cè)得插入樣品引起的脈沖時(shí)移時(shí)，就能根據(jù)式上式算出樣品中的音速。水浸式脈沖插入法優(yōu)點(diǎn)為簡(jiǎn)單、方便、精確，需要樣品數(shù)量少。
海水音速速測(cè)量
在海上，音速測(cè)量一般采取兩種方法，即直接測(cè)量法和間接測(cè)量法。其中，以直接測(cè)量法為主，并作為仲裁測(cè)量方法，間接測(cè)量法為輔助方法。
直接測(cè)量法
直接測(cè)量法指采用有關(guān)儀器直接測(cè)出聲波通過(guò)水中固定兩點(diǎn)所需的時(shí)間，然后換算出對(duì)應(yīng)的音速值。直接測(cè)量法使用的設(shè)備一般稱為聲速儀，通常采用電聲電路測(cè)出聲波，利用收發(fā)換能器得到聲信號(hào)在固定的距離所需要的時(shí)間，從而計(jì)算出音速值，同時(shí)以壓力傳感器及溫度補(bǔ)償裝置測(cè)量水深。根據(jù)獲取音速的方法的不同，通常又分為環(huán)鳴法、相位法、脈沖疊加法、駐波干涉法等。簡(jiǎn)單介紹最常用的環(huán)鳴法以及相位法。
環(huán)鳴法
發(fā)射換能器產(chǎn)生的脈沖在海水中傳播一定距離后被接收換能器接收，經(jīng)過(guò)放大整形鑒別后產(chǎn)生一個(gè)觸發(fā)信號(hào)立即觸發(fā)發(fā)射電路。這樣的循環(huán)不斷進(jìn)行，就可以得到一個(gè)觸發(fā)脈沖序列。忽略熱力學(xué)循環(huán)中的電延遲，得到的重復(fù)周期時(shí)間可認(rèn)為是通過(guò)固定距離的時(shí)間，由此計(jì)算得到海水聲速。目前常見(jiàn)的海水聲速儀大多是采用環(huán)鳴法的原理制成的。
相位法
通過(guò)測(cè)量收發(fā)信號(hào)的相位差，計(jì)算固定頻率的波長(zhǎng)，最后獲得音速，該方法可以避免環(huán)鳴法每一次循環(huán)中電聲和電聲轉(zhuǎn)換帶來(lái)的誤差，也是一種常用的方法。隨著信號(hào)處理技術(shù)的發(fā)展，對(duì)相位法的精度正不斷提高，該方法的測(cè)量精度也不斷提高。此外，一般在海水中測(cè)音速，還要考慮如下因素：被測(cè)海域的水文要素；聲速在海水中的傳播特性；特殊水域，由于某種原因，音速剖面變化復(fù)雜，需做小間距測(cè)量；表層和底部的音速測(cè)量也非常重要。
間接測(cè)量法
間接測(cè)量法是根據(jù)海水音速與海水溫度、鹽度、壓力（或深度）的關(guān)系所建立的海水音速經(jīng)驗(yàn)公式，通過(guò)這些水文參數(shù)的測(cè)量數(shù)據(jù)換算出各水層的深度和海水音速值。目前，該方法的測(cè)量精度超過(guò)了直接測(cè)量法，尤其是在開(kāi)闊不凍的海洋中，鹽度的變化量通常是可以忽略不計(jì)的，一旦對(duì)深度的影響做修正后，溫度相對(duì)于深度的關(guān)系曲線與音速分布剖面是完全一致的。但是，該方法只適用于已有海水音速經(jīng)驗(yàn)公式的海域。
影響因素
氣體中微小擾動(dòng)的傳播，是由氣體內(nèi)無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)的分子相互碰撞實(shí)現(xiàn)的。這一傳播過(guò)程屬于等熵過(guò)程——即擾動(dòng)經(jīng)過(guò)氣體后，氣體本身的狀態(tài)（如溫度、壓強(qiáng)等）與擾動(dòng)傳播前保持一致。由于擾動(dòng)的傳播速度取決于分子碰撞，因此音速也與氣體的狀態(tài)密切相關(guān)。在特定氣體中，音速是一個(gè)恒定值，但該恒定值的大小取決于兩個(gè)因素：一是氣體的種類（如空氣、純氧、二氧化碳等），二是氣體的溫度。
空氣中的音速取決于氣體種類與氣體溫度。在地球上，大氣主要由雙原子分子構(gòu)成（氮?dú)?/a>與氧氣為主），且溫度隨平均海拔的變化規(guī)律較為復(fù)雜。為此，科學(xué)家與工程師建立了大氣數(shù)學(xué)模型，以量化溫度隨海拔變化對(duì)音速產(chǎn)生的影響。除溫度和化學(xué)成分外，固體的剛度、密度和可壓縮性也會(huì)影響聲速（因固體中存在剪切波）。
相關(guān)示例
以音叉為例，敲打音叉之后，音叉產(chǎn)生振動(dòng)，振動(dòng)中的音叉會(huì)來(lái)回推撞周圍的空氣，使得空氣的壓力時(shí)高時(shí)低，而使得空氣分子產(chǎn)生密部和疏部的變化，并藉由分子間的碰撞運(yùn)動(dòng)向外擴(kuò)散出去，音叉的聲波也就向外傳出了。聲波在傳遞時(shí)，空氣分子的振動(dòng)方向和波的傳遞方向是相同的，把這種波叫做“縱波”。
應(yīng)用領(lǐng)域
音速在眾多科學(xué)與技術(shù)領(lǐng)域中都具有重要意義。
聲學(xué)與音樂(lè)領(lǐng)域
在音樂(lè)和聲學(xué)領(lǐng)域，音速是理解聲音產(chǎn)生與感知機(jī)制的關(guān)鍵。音樂(lè)家和音響技術(shù)人員在設(shè)計(jì)樂(lè)器、以及為大型空間（如音樂(lè)廳、劇場(chǎng)）搭建音響系統(tǒng)時(shí)，必須考慮聲速因素——只有這樣，才能實(shí)現(xiàn)目標(biāo)頻率與音調(diào)的精準(zhǔn)還原，確保聲音的保真度。
醫(yī)學(xué)領(lǐng)域
醫(yī)學(xué)超聲檢查（B 超）利用音速來(lái)確定人體內(nèi)部組織的深度與距離。超聲設(shè)備通過(guò)向人體發(fā)射聲波，測(cè)量聲波經(jīng)組織反射后返回的時(shí)間，進(jìn)而生成內(nèi)臟器官及體內(nèi)結(jié)構(gòu)的精確圖像，為疾病診斷提供依據(jù)。
地球物理學(xué)領(lǐng)域
音速是地球物理勘探中的基礎(chǔ)工具。以地震勘探為例，工作人員會(huì)在地球表面產(chǎn)生聲波，然后記錄這些聲波穿過(guò)不同類型巖石和地下巖層后的到達(dá)時(shí)間。通過(guò)分析這些數(shù)據(jù)，地質(zhì)學(xué)家和地球物理學(xué)家能夠研究地下的物質(zhì)組成與結(jié)構(gòu)，為礦產(chǎn)資源勘探、油氣開(kāi)發(fā)及地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警等提供依據(jù)。
土木工程領(lǐng)域
在土木工程中，音速對(duì)建筑結(jié)構(gòu)檢測(cè)和缺陷排查至關(guān)重要。超聲檢測(cè)技術(shù)（利用高頻聲波）可在不破壞建筑結(jié)構(gòu)的前提下，識(shí)別建筑材料（如混凝土、鋼材）中可能存在的問(wèn)題，例如混凝土內(nèi)部的裂縫、鋼材的焊接缺陷等，保障建筑工程的安全性和穩(wěn)定性。
航空航天領(lǐng)域
在航空航天領(lǐng)域，物體飛行速度與音速的比值被稱為 “馬赫數(shù)”（Mach number）。當(dāng)物體速度超過(guò)聲速時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一種被稱為 “音爆”（sonic boom 或 sonic bang）的現(xiàn)象。這種現(xiàn)象可能對(duì)附近的飛行器和地面建筑產(chǎn)生顯著影響，因此在飛行器設(shè)計(jì)、飛行路線規(guī)劃中需重點(diǎn)考慮聲速相關(guān)特性。
空氣流動(dòng)的規(guī)律和飛機(jī)的空氣動(dòng)力特性，在飛行速度小于音速和大于音速的情況下具有質(zhì)的差別，因此，研究飛機(jī)在大氣中的運(yùn)動(dòng)，音速是一個(gè)非常重要的基準(zhǔn)值。空氣中音速是壓縮性的基本參數(shù)，越大表示越不易壓縮。在可壓縮流中，只有將流動(dòng)速度與音速進(jìn)行比較才能表明壓縮性是大或是小。馬赫(Ma)是衡量空氣壓縮性影響的最重要參數(shù)。
根據(jù)馬赫數(shù)的大小，通常將氣體流動(dòng)分為三種不同的類型：
例如：1964年5月11日，以每小時(shí)3200公里速度飛行的B-70轟炸機(jī)在加利福尼亞州帕默達(dá)爾北方美國(guó)飛機(jī)廠正式露面，而該飛機(jī)起飛前的研究工作并不為人所知。
在耗資13.4億美元的空軍工程中，按計(jì)劃只能再生產(chǎn)一架這類飛機(jī)。該機(jī)設(shè)計(jì)能力為在20000米上空飛行6000英里，它為飛機(jī)的性能創(chuàng)造了新的標(biāo)準(zhǔn)。但批評(píng)者們認(rèn)為它的技術(shù)是過(guò)時(shí)了的。飛機(jī)的支持者反駁說(shuō)B-70開(kāi)創(chuàng)了使用輕金屬鈦的先例，其中有6噸鈦用于飛機(jī)機(jī)體前身。可以相信，機(jī)重275噸的B-70是迄今建造的飛機(jī)最重的，由6部噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)作動(dòng)力，進(jìn)氣口大到足以使一個(gè)身高1.8的人直立其中。B-70于1964年9月21日首次試飛，而在后續(xù)飛行測(cè)試過(guò)程創(chuàng)下21500米高度，3倍音速巡航速度的世界紀(jì)錄。
氣象學(xué)領(lǐng)域
在氣象學(xué)中，音速可用于計(jì)算地球大氣層各層的高度。無(wú)線電探空儀（通過(guò)放飛搭載傳感器的氣象氣球?qū)崿F(xiàn)）會(huì)測(cè)量不同高度的溫度、濕度和氣壓，隨后結(jié)合聲速數(shù)據(jù)推算空氣密度，為氣象預(yù)報(bào)、大氣研究提供關(guān)鍵參數(shù)。
相關(guān)概念
馬赫數(shù)
氣體在高于音速流動(dòng)和低于音速流動(dòng)時(shí)壓力波對(duì)氣體的運(yùn)動(dòng)存在不同的影響效果，也同時(shí)體現(xiàn)出不同的壓縮性效果。為此馬赫將流體流動(dòng)速度和音速聯(lián)系起來(lái)反映氣體的壓縮性，同時(shí)也將流體的速度劃分成不同的區(qū)域。將流體運(yùn)動(dòng)速度與當(dāng)?shù)匾羲俚谋戎刀x為馬赫數(shù)，用符號(hào)表示。則：
時(shí)，，氣體的運(yùn)動(dòng)速度小于音速，氣流處于亞音速流動(dòng)狀態(tài)。這時(shí)流體中參數(shù)的變化能夠向各個(gè)方向傳播。
時(shí)，，氣體的運(yùn)動(dòng)速度大于音速，氣流處于超音速流動(dòng)狀態(tài)。這時(shí)流體中參數(shù)的變化不能向上游方向傳播。
時(shí)，，氣體的運(yùn)動(dòng)速度等于音速，氣流處于音速流動(dòng)狀態(tài)。
馬赫數(shù)Ma與是無(wú)量綱數(shù)，它反映流體流動(dòng)時(shí)慣性力與彈性力的比值，在氣體的高速流動(dòng)過(guò)程中起到十分重要的作用。
熱巧克力效應(yīng)
熱巧克力效應(yīng)（The Hot Chocolate Effect），是指敲擊裝有熱液體的杯子時(shí)，向液體中加入可溶性粉末（如向熱水中加可可粉）后，聽(tīng)到的音調(diào)會(huì)升高。原理：攪拌粉末時(shí)會(huì)引入氣泡，氣泡降低液體中的聲速，進(jìn)而使聲波頻率（音調(diào)）降低；當(dāng)氣泡消散后，聲速和頻率會(huì)再次升高。
音障
飛行器飛行速度接近音速時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一股強(qiáng)大的阻力，使飛行器產(chǎn)生強(qiáng)烈的振蕩，速度衰減，這一現(xiàn)象稱為音障。（2）激波 飛行器在進(jìn)行超音速飛行時(shí)，會(huì)壓縮飛行環(huán)境的氣體產(chǎn)生突躍變化。飛行器對(duì)空氣的壓縮無(wú)法向前傳播，因此逐漸在飛行器的迎風(fēng)面形成縱波，也叫激波。
音爆
音爆（sonic boom）是物體在空氣中的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度向上突破達(dá)到1馬赫臨界點(diǎn)時(shí)出現(xiàn)的現(xiàn)象，通常情況下，多為飛行器在超音速飛行時(shí)產(chǎn)生的強(qiáng)壓力波，傳到地面上形成如同雷鳴的爆炸聲。
飛行器在突破音障時(shí)，由于飛行器本身對(duì)空氣的壓縮無(wú)法迅速傳播，逐漸在飛行器的迎風(fēng)面積累而形成激波面，在激波面上聲學(xué)能量高度集中。這種激波傳遞到周圍環(huán)境中，會(huì)發(fā)出如雷鳴般短暫而強(qiáng)烈的爆炸聲，稱為音爆。
馬赫錐
飛行器在超音速飛行時(shí)，氣流的包絡(luò)面會(huì)呈現(xiàn)圓錐狀，稱為馬赫錐。由于在激波面后方氣壓增加而壓縮周圍空氣，使水汽凝結(jié)形成微小的水珠，看上去就像南岳云霧茶一般，此時(shí)便會(huì)由于馬赫錐而形成可觀測(cè)的音爆云，這種云霧通常只能持續(xù)幾秒鐘，激波現(xiàn)身，轉(zhuǎn)瞬即逝。
亞音速、跨音速、超音速與高超音速
亞音速、超音速與高超音速是根據(jù)飛行速度大小所做的分類。亞音速指低于聲速的速度，即Ma<1.0的速度；超音速指的是高于聲速的速度，即Ma>1.0的速度；高超音速指大于5倍聲速，即Ma>5.0的速度。在討論飛行器的運(yùn)動(dòng)規(guī)律時(shí)，這幾個(gè)速度分類的定義稍有不同，這是由飛行器結(jié)構(gòu)的不同導(dǎo)致的。由于飛行器自身具有一定的結(jié)構(gòu)特性，飛行器表面各點(diǎn)的氣流流速并不一致，因此會(huì)出現(xiàn)飛行器表面部分處于超音速流場(chǎng)，其余部分處于亞音速流場(chǎng)的情況，這種情況稱為跨音速飛行。跨音速指從飛行器表面某點(diǎn)出現(xiàn)超音速氣流到其整體都處于超音速流場(chǎng)的過(guò)程，其速度范圍通常為Ma0.8~Ma1.2。
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視頻：北美航空的最后結(jié)晶XB-70“女武神”轟炸機(jī).百家號(hào).2025-09-11
What is a sonic boom—and is it dangerous?.nationalgeographic.2025-09-19