1、大连海洋大学海洋技术声学基础Fundamentals of Acoustics 经典声学发展史前言 声音的产生 声音的传播 声音的接收内内 容容 提提 要要大连海洋大学海洋技术声学基础Fundamentals of Acoustics一、前言一、前言 人们通常将人们通常将18和和19世纪欧洲的声学发世纪欧洲的声学发展称之为经典声学。展称之为经典声学。一大批如同机械般精确的大脑为发现一大批如同机械般精确的大脑为发现和解决声学的难题付出了热忱。和解决声学的难题付出了热忱。大连海洋大学海洋技术声学基础Fundamentals of Acoustics一、前言一、前言 在这里，我们将主要从经典声学对声
2、音的在这里，我们将主要从经典声学对声音的产生、传播和接收三个方面的研究分别来介产生、传播和接收三个方面的研究分别来介绍绍18，19世纪这近世纪这近200多年的历史中，这些伟多年的历史中，这些伟大的科学家们对声音的探索和认识。大的科学家们对声音的探索和认识。大连海洋大学海洋技术声学基础Fundamentals of Acoustics一、前言一、前言Joseph Sauveur，公认为他是第一个使声学，公认为他是第一个使声学成为声的科学成为声的科学;1713年，无穷级数泰勒年，无穷级数泰勒Taylor定理的出现，第定理的出现，第一次给出振动弦的严格动态解一次给出振动弦的严格动态解;1747年，年
3、，Alembert给出振动弦的部分差分方程给出振动弦的部分差分方程;1759年年,Lagrange开始寻求细分元段的方法来开始寻求细分元段的方法来研究弦振动问题研究弦振动问题;声音的产生声音的产生大连海洋大学海洋技术声学基础Fundamentals of Acoustics一、前言一、前言17661766年，年，EulerEuler论文第四部分全部都是有关管道中论文第四部分全部都是有关管道中的声波的研究的声波的研究;18221822年年,Fourier,Fourier提出了序列扩展理论，第一次用提出了序列扩展理论，第一次用无穷级数表示振动弦的初始形状无穷级数表示振动弦的初始形状;瑞利瑞利Lor
4、d RayleighLord Rayleigh和他的继承者们对电声学做出和他的继承者们对电声学做出的巨大的贡献。的巨大的贡献。声音的产生声音的产生大连海洋大学海洋技术声学基础Fundamentals of Acoustics一、前言一、前言16601660年，年，BoyleBoyle利用真空气泵实验证明，空气是利用真空气泵实验证明，空气是声传播的一种媒介声传播的一种媒介;300300余年的时间，测量了空气中的声速余年的时间，测量了空气中的声速;18081808年，年，BiotBiot在巴黎测量了铁管中的声速在巴黎测量了铁管中的声速;18261826年，年，ColladonColladon在日内
5、瓦湖测量了水中的声在日内瓦湖测量了水中的声速速;声音的传播声音的传播大连海洋大学海洋技术声学基础Fundamentals of Acoustics一、前言一、前言第一个基于声的波动理论的数学理论的研究是由第一个基于声的波动理论的数学理论的研究是由NewtonNewton完成的完成的;17591759年，年，EulerEuler在柏林学会的三篇论文建立了空气在柏林学会的三篇论文建立了空气中声波波动理论的基础中声波波动理论的基础;18161816年年，LaplaceLaplace对声音的传播做出了大胆的假设对声音的传播做出了大胆的假设;18201820年年,S,S.D.Poisson.D.Pois
6、son攻破了攻破了压缩性波在三维流体压缩性波在三维流体介质中传播介质中传播的的难题难题。声音的传播声音的传播大连海洋大学海洋技术声学基础Fundamentals of Acoustics一、前言一、前言18301830年，年，F.SavartF.Savart确定人耳最低听觉频率确定人耳最低听觉频率和和最最高听觉频率高听觉频率;18431843年，年，George George 提出提出人耳有能力把复杂音调分人耳有能力把复杂音调分析成一系列简单的谐音析成一系列简单的谐音的理论的理论;HelmholtzHelmholtz给出了人耳机制的详细阐述，即所谓给出了人耳机制的详细阐述，即所谓的共鸣理论的共
7、鸣理论;声音的接收声音的接收大连海洋大学海洋技术声学基础Fundamentals of Acoustics一、前言一、前言18771877年，瑞利（年，瑞利（RayleighRayleigh）声音论声音论的出版的出版象征着经典声学时代的结束和现代声学时代的象征着经典声学时代的结束和现代声学时代的到来。到来。声音的接收声音的接收大连海洋大学海洋技术声学基础Fundamentals of Acoustics二、声音的产生二、声音的产生 我们通常认为最早研我们通常认为最早研究乐器声音起源的人是希究乐器声音起源的人是希腊的哲学家彼得格拉斯腊的哲学家彼得格拉斯PythagorasPythagoras。他
8、在公元前。他在公元前6 6世纪在意大利南部城市世纪在意大利南部城市CrotoneCrotone建立了自己的学建立了自己的学校。校。出生于公元前约 569年于Samos,Ionia卒于公元前约 475年于 Metapontum,Italy 大连海洋大学海洋技术声学基础Fundamentals of Acoustics二、声音的产生二、声音的产生 他发现当把两根拉直他发现当把两根拉直的弦底部扎牢时，高音是的弦底部扎牢时，高音是从短的那根弦发出的。从短的那根弦发出的。大连海洋大学海洋技术声学基础Fundamentals of Acoustics二、声音的产生二、声音的产生 意大利的意大利的Galil
9、eo Galilei在他在他1638年出版的年出版的第一版第一版关于两种新科学关于两种新科学的对话的对话里的里的第一天第一天的最后，谈及了钟摆的周的最后，谈及了钟摆的周期与振幅无关，而只依赖期与振幅无关，而只依赖于决定振动频率的悬线的于决定振动频率的悬线的长度的问题。长度的问题。Galileo Galilei1564.2.151642.1.8“First Day”of Dialogues concerning Two New Sciences大连海洋大学海洋技术声学基础Fundamentals of Acoustics二、声音的产生二、声音的产生 Galileo当时已经能清楚的理解到弦振动当时
10、已经能清楚的理解到弦振动频率依赖于弦的长度、紧绷度、和密度。频率依赖于弦的长度、紧绷度、和密度。大连海洋大学海洋技术声学基础Fundamentals of Acoustics二、声音的产生二、声音的产生 法国人法国人Issac Beeckman（1588-1637）早在早在1618年就发表了他年就发表了他的研究成果。他证明了的研究成果。他证明了关于基频和谐频之间的关于基频和谐频之间的关系，并给出了它的特关系，并给出了它的特征参量。征参量。大连海洋大学海洋技术声学基础Fundamentals of Acoustics二、声音的产生二、声音的产生 毫无疑问，彻底解决基频和谐频之间关系毫无疑问，彻底
11、解决基频和谐频之间关系的是法国人的是法国人Joseph Sauveur(1653-1716)。认。认为他是第一个使声学成为声的科学。为他是第一个使声学成为声的科学。大连海洋大学海洋技术声学基础Fundamentals of Acoustics二、声音的产生二、声音的产生 Sauveur意识到两个基频稍有不同的风琴意识到两个基频稍有不同的风琴管一起发声时产生节拍的重要性，并且用人耳管一起发声时产生节拍的重要性，并且用人耳听起来相差半音的两个风琴管来计算基频。通听起来相差半音的两个风琴管来计算基频。通过实验，他发现当同时发声时，风琴管一秒钟过实验，他发现当同时发声时，风琴管一秒钟有有6个节拍，他得
12、到了两个数据：个节拍，他得到了两个数据：90和和96cps。1700年，他也利用弦的振动实验计算出了一个年，他也利用弦的振动实验计算出了一个给定伸展弦的频率。给定伸展弦的频率。大连海洋大学海洋技术声学基础Fundamentals of Acoustics二、声音的产生二、声音的产生 经典声学的发展离不经典声学的发展离不开数学理论的突飞猛进。开数学理论的突飞猛进。正是无穷级数泰勒正是无穷级数泰勒Taylor定理的发明，我们才可以定理的发明，我们才可以第一次给出振动弦的严格第一次给出振动弦的严格动态解。动态解。Brook Taylor1685.8.181731.12.291713年，泰勒无穷级数定
13、理。年，泰勒无穷级数定理。大连海洋大学海洋技术声学基础Fundamentals of Acoustics二、声音的产生二、声音的产生 法国人法国人dAlembert 通常被誉为第一个以我们通常被誉为第一个以我们现在所参考的行波方程的现在所参考的行波方程的形式，于形式，于1747年给出振动年给出振动弦的部分差分方程。他也弦的部分差分方程。他也得到了行波在弦两端传播得到了行波在弦两端传播时的通解。时的通解。Jean Le Rond dAlembert1717.11.171783.10.29大连海洋大学海洋技术声学基础Fundamentals of Acoustics二、声音的产生二、声音的产生 1
14、8世纪的数学家中研究世纪的数学家中研究弦振动问题的还有拉格朗日弦振动问题的还有拉格朗日J.L.Lagrange。1759年在给年在给都灵学院的一篇内容广博的都灵学院的一篇内容广博的论文中，论文中，Lagrange决定采用决定采用一种他认为与众不同的弦问一种他认为与众不同的弦问题解法，他假定弦是有数量题解法，他假定弦是有数量有限且空间和质量相等的元有限且空间和质量相等的元段连接而成的，这些元段都段连接而成的，这些元段都来自于没有质量的伸展弦。来自于没有质量的伸展弦。Joseph Louis Comte de la Grange1736.1.251813.4.10大连海洋大学海洋技术声学基础Fun
15、damentals of Acoustics二、声音的产生二、声音的产生 对管中声传播的研究对管中声传播的研究中最富盛名的是欧拉中最富盛名的是欧拉Euler，当时的，当时的Euler年仅年仅20岁，关于管道的意义的岁，关于管道的意义的本质特征的研究实际上已本质特征的研究实际上已经达到了现在的水平。经达到了现在的水平。Leonhard Euler1707.4.151783.9.18大连海洋大学海洋技术声学基础Fundamentals of Acoustics二、声音的产生二、声音的产生 Euler对乐器如笛子特别对乐器如笛子特别感兴趣，大概在感兴趣，大概在1759年，年，Euler和和Lagra
16、nge作了关于管作了关于管道中声音幅值问题的研究，而道中声音幅值问题的研究，而且很多方面都取得了一致。且很多方面都取得了一致。1766年，年，Euler发表了一篇关发表了一篇关于流体力学的优秀论文，其中于流体力学的优秀论文，其中第四部分全部都是有关管道中第四部分全部都是有关管道中的声波。的声波。Leonhard Euler大连海洋大学海洋技术声学基础Fundamentals of Acoustics二、声音的产生二、声音的产生 不仅如此，不仅如此，Euler在膜的振动方程的建立在膜的振动方程的建立和求解上也有很多建树。和求解上也有很多建树。大连海洋大学海洋技术声学基础Fundamentals
17、of Acoustics二、声音的产生二、声音的产生 在任意种类、大小、形状的介质中，以在在任意种类、大小、形状的介质中，以在很宽范围中选取的任意频率取激励振动的能力，很宽范围中选取的任意频率取激励振动的能力，必须等待电声学的发展，而这很大程度上是必须等待电声学的发展，而这很大程度上是20世纪研究的成果了。世纪研究的成果了。J.P.Joule(1818-1892)于于1842年发现了磁年发现了磁致现象，真空管振荡器和放大器时代到来了，致现象，真空管振荡器和放大器时代到来了，使得利用这些现象生产可以产生精确的各种频使得利用这些现象生产可以产生精确的各种频率和强度的声音发生和接受设备的想法成为了率
18、和强度的声音发生和接受设备的想法成为了可能。可能。大连海洋大学海洋技术声学基础Fundamentals of Acoustics二、声音的产生二、声音的产生 由重叠定理的提示用正由重叠定理的提示用正弦和余弦的无穷级数来表示弦和余弦的无穷级数来表示振动弦的初始形状，在振动弦的初始形状，在18世世纪中叶的数学水平下是很困纪中叶的数学水平下是很困难的，只有到了难的，只有到了1822年年J.B.J.Fourier在他的分析理在他的分析理论中，提出了对声学发展具论中，提出了对声学发展具有巨大价值的序列扩展理论，有巨大价值的序列扩展理论，上述问题才变得有可能解决。上述问题才变得有可能解决。J.B.J.Fo
19、urier17681830大连海洋大学海洋技术声学基础Fundamentals of Acoustics二、声音的产生二、声音的产生 声音的产生剩下的历史，从很大程度上来说声音的产生剩下的历史，从很大程度上来说就是电声学的发展，瑞利就是电声学的发展，瑞利Lord Rayleigh和他的和他的继承者们对此做出的巨大的贡献。再此恕不能详继承者们对此做出的巨大的贡献。再此恕不能详细介绍。细介绍。大连海洋大学海洋技术声学基础Fundamentals of Acoustics三、声音的传播三、声音的传播 最早的记录显示，大家都认为声音在空最早的记录显示，大家都认为声音在空气中的传播是通过空气的运动实现的
20、。亚里士气中的传播是通过空气的运动实现的。亚里士多德多德Aristotle强调了空气的运动，从他的论文强调了空气的运动，从他的论文“De Anima”和和“De Audilibus”中可以看出，中可以看出，他认为声音是压缩空气产生的。他认为声音是压缩空气产生的。Aristotle和他和他的助手都认为空气不是整个沿传播方向流动的，的助手都认为空气不是整个沿传播方向流动的，这个使得当时的科学界很难理解。这个使得当时的科学界很难理解。大连海洋大学海洋技术声学基础Fundamentals of Acoustics三、声音的传播三、声音的传播Aristotle 公元前384至公元前322年大连海洋大学海
21、洋技术声学基础Fundamentals of Acoustics三、声音的传播三、声音的传播 1660年，波意略年，波意略Robert Boyle利用一个利用一个更好的气泵，经过细心安排做了个试验。随着更好的气泵，经过细心安排做了个试验。随着空气的抽出，声音强度明显变小，由此他推断空气的抽出，声音强度明显变小，由此他推断空气是声传播的一种媒介。空气是声传播的一种媒介。大连海洋大学海洋技术声学基础Fundamentals of Acoustics三、声音的传播三、声音的传播Robert Boyle1627.1.251691.12.30大连海洋大学海洋技术声学基础Fundamentals of A
22、coustics三、声音的传播三、声音的传播 确认了空气是声传播的媒介之后，相确认了空气是声传播的媒介之后，相应的问题产生了：应的问题产生了：声传播速度是多少？声传播速度是多少？大连海洋大学海洋技术声学基础Fundamentals of Acoustics三、声音的传播三、声音的传播16351635年年 GassediGassedi 风风 手枪声源手枪声源 478.5m/s478.5m/s MersenneMersenne 风风 450m/s450m/s16501650年年 G.A.BorelliG.A.Borelli 风风 手枪声源手枪声源 350m/s350m/s17381738年年 巴黎
23、学会巴黎学会 野外无风野外无风 大炮声源大炮声源 332m/s332m/s19421942年年 巴黎学会巴黎学会 标准状态标准状态 大炮声源大炮声源 331.45m/s331.45m/s经历了经历了300多年的时间多年的时间大连海洋大学海洋技术声学基础Fundamentals of Acoustics三、声音的传播三、声音的传播 1808年，法国物理学年，法国物理学家家J.B.Biot在巴黎通过控制在巴黎通过控制时间的方式测量了铁管中时间的方式测量了铁管中的声速。的声速。J.B.Biot17741862大连海洋大学海洋技术声学基础Fundamentals of Acoustics三、声音的传播
24、三、声音的传播 第一个有强烈愿望第一个有强烈愿望去测量水中声速的人是去测量水中声速的人是瑞典人瑞典人Daniel Colladon。他于他于1826年在日内瓦湖年在日内瓦湖测量了水中的声速。测测量了水中的声速。测值：值：1435m/s。Daniel Colladon1802-1893大连海洋大学海洋技术声学基础Fundamentals of Acoustics三、声音的传播三、声音的传播 由此，牛顿做了个大胆而武断假设，这由此，牛顿做了个大胆而武断假设，这个假设是这样的：当振动在某一流体中传播时，个假设是这样的：当振动在某一流体中传播时，流体分子一直做简谐运动，就像钟摆的运动那流体分子一直做简
25、谐运动，就像钟摆的运动那样加速或是减速。样加速或是减速。并且他证明了，如果这在一个分子上成立，并且他证明了，如果这在一个分子上成立，那么在所有临近的分子上都成立。最终得出结那么在所有临近的分子上都成立。最终得出结论：声速正比于根据空气密度所得大气压力的论：声速正比于根据空气密度所得大气压力的平方根。平方根。大连海洋大学海洋技术声学基础Fundamentals of Acoustics三、声音的传播三、声音的传播 尽管声音在液体中传播与在空气中做了比尽管声音在液体中传播与在空气中做了比较，但是第一个基于声的波动理论的数学理论较，但是第一个基于声的波动理论的数学理论的研究是由的研究是由Sir Is
26、aac Newton完成的。他在他完成的。他在他的著名的第二部的著名的第二部数学原理数学原理一书中表述道：一书中表述道：声在传播过程中引起介质振动，这个振动会使声在传播过程中引起介质振动，这个振动会使临近的媒质振动，这样不断地延续下去。临近的媒质振动，这样不断地延续下去。大连海洋大学海洋技术声学基础Fundamentals of Acoustics三、声音的传播三、声音的传播 Isaac Newton（1642年年12月月25日日-1727年年3月月20日）日）Newton的数学原理大连海洋大学海洋技术声学基础Fundamentals of Acoustics三、声音的传播三、声音的传播If
27、I have seen further than other men,it is because I have stood on the shoulders of giants.大连海洋大学海洋技术声学基础Fundamentals of Acoustics三、声音的传播三、声音的传播 我们可以清晰的看到，我们可以清晰的看到，没有流体中声波波动方程的没有流体中声波波动方程的建立和解答，声传播的问题建立和解答，声传播的问题就无法完全解决。就无法完全解决。dAlembert是第一个于是第一个于1747年推导出这个公式的人。他年推导出这个公式的人。他认为这个公式将会用于声波。认为这个公式将会用于声波。
28、但在细节上他没有获得多少但在细节上他没有获得多少进展。最终还是由进展。最终还是由Euler解决解决了这个问题。了这个问题。dAlembertEuler大连海洋大学海洋技术声学基础Fundamentals of Acoustics三、声音的传播三、声音的传播 Euler于于1759年在柏林学会的三篇论文建年在柏林学会的三篇论文建立了空气中声波波动理论的基础。根据同一时立了空气中声波波动理论的基础。根据同一时期都灵学会的记载，期都灵学会的记载，Lagrange修正了修正了Newton的理论并将其概括总结为声波作为简谐波的直的理论并将其概括总结为声波作为简谐波的直接形式的武断特性的情形，也得出了类似
29、的结接形式的武断特性的情形，也得出了类似的结论。论。大连海洋大学海洋技术声学基础Fundamentals of Acoustics三、声音的传播三、声音的传播 直到直到1816年年Pierre Simon Laplace指出指出Newton和和Lagrange在用空气自身体积的弹性在用空气自身体积的弹性时犯了个错误，期间毫无进展。这个弹性是在时犯了个错误，期间毫无进展。这个弹性是在恒定温度估计空气微粒弹性的等价物。鉴于运恒定温度估计空气微粒弹性的等价物。鉴于运动加速涉及声波的传播路径，看起来动加速涉及声波的传播路径，看起来Laplace对压缩和变稀疏服从绝热定律的假设更加合理。对压缩和变稀疏服
30、从绝热定律的假设更加合理。大连海洋大学海洋技术声学基础Fundamentals of Acoustics三、声音的传播三、声音的传播Pierre Simon Laplace17491827大连海洋大学海洋技术声学基础Fundamentals of Acoustics三、声音的传播三、声音的传播 18世纪末和世纪末和19 世纪的前世纪的前25年间在连续介年间在连续介质中声波的理论取得了巨大的进步，大部分以质中声波的理论取得了巨大的进步，大部分以dAlembert于于1747年发现的声波方程这个一年发现的声波方程这个一般方法为基础。这个方程说明声速量的二次对般方法为基础。这个方程说明声速量的二次对
31、时间求导该值对空间求二次导所得值是等效的。时间求导该值对空间求二次导所得值是等效的。大连海洋大学海洋技术声学基础Fundamentals of Acoustics三、声音的传播三、声音的传播 关于压缩性波在三维流体介质中传播的很关于压缩性波在三维流体介质中传播的很多难题已经在多难题已经在S.D.Poisson1820年著名的论文集年著名的论文集中被攻破。三年后，在同样冗长的论集中，他给中被攻破。三年后，在同样冗长的论集中，他给出了最精细的理论来解释管中声波的传播次数，出了最精细的理论来解释管中声波的传播次数，包括无限长管（开放或封闭）中固定空气波理论。包括无限长管（开放或封闭）中固定空气波理论
32、。赫姆赫兹赫姆赫兹Herman V.Helnhotz在在1860年对年对整个问题做了一次更加全面的分析处理。整个问题做了一次更加全面的分析处理。大连海洋大学海洋技术声学基础Fundamentals of Acoustics三、声音的传播三、声音的传播S.D.Poisson大连海洋大学海洋技术声学基础Fundamentals of Acoustics四、声音的接收四、声音的接收 在过去的一个世纪里，已经有许多详细阐在过去的一个世纪里，已经有许多详细阐述了对人耳的解剖研究，人耳的听觉机制已经述了对人耳的解剖研究，人耳的听觉机制已经被研究得非常透彻。然而，尽管所做的这种种被研究得非常透彻。然而，尽管
33、所做的这种种工作，还是没能形成一套完整的可接受的听觉工作，还是没能形成一套完整的可接受的听觉理论。理论。在现代精神物理学领域，究竟我们是如何在现代精神物理学领域，究竟我们是如何听见声音的仍然是一个令人困扰的问题。听见声音的仍然是一个令人困扰的问题。大连海洋大学海洋技术声学基础Fundamentals of Acoustics四、声音的接收四、声音的接收 法国物理学家，法国物理学家，F.Savart(1971-1841)，用风，用风机和旋转齿轮在机和旋转齿轮在1830年做了一系列研究，确定年做了一系列研究，确定人耳最低听觉频率为人耳最低听觉频率为 8vibrations/s，最高听觉，最高听觉频
34、率为频率为24000vibrations/s。大连海洋大学海洋技术声学基础Fundamentals of Acoustics四、声音的接收四、声音的接收 在在1843年，年，George Simon Ohm(1787-1854)，著名的电流定律的创立者，提出了一个，著名的电流定律的创立者，提出了一个理论，根据该理论，频率一定的简单的简谐振理论，根据该理论，频率一定的简单的简谐振动能够产生所有的音乐声调，以及特殊音质或动能够产生所有的音乐声调，以及特殊音质或者音品的现场音乐声是由可公度频率的简单音者音品的现场音乐声是由可公度频率的简单音调叠合而成。调叠合而成。此外，他坚持，人耳有能力把任何复杂音
35、此外，他坚持，人耳有能力把任何复杂音调分析成一系列简单的谐音，这样就可以依据调分析成一系列简单的谐音，这样就可以依据傅立叶定理在数学上进行展开。傅立叶定理在数学上进行展开。大连海洋大学海洋技术声学基础Fundamentals of Acoustics四、声音的接收四、声音的接收 19世纪最伟大的贡献不容置疑的当属世纪最伟大的贡献不容置疑的当属von Helmholtz,他的论文他的论文Die Lehre von den Tonempfindungen als physiologische Grundlage fr die Theorie der Musik。这篇论文在这篇论文在1895年由年由
36、A.J.Ellis 译成英文，译成英文，题目是题目是音调的感觉音调的感觉。大连海洋大学海洋技术声学基础Fundamentals of Acoustics四、声音的接收四、声音的接收 在此在此，这位开创者，这位开创者给出了人耳机制的详细给出了人耳机制的详细阐述，即所谓的共鸣理阐述，即所谓的共鸣理论：耳蜗基膜的各构成论：耳蜗基膜的各构成部件对传入耳朵的一定部件对传入耳朵的一定频率产生共鸣频率产生共鸣。Hermann von Helmholtz1821.8.311894.9.8大连海洋大学海洋技术声学基础Fundamentals of Acoustics四、声音的接收四、声音的接收 Hermann
37、von Helmholtz对这种机械共鸣现对这种机械共鸣现象产生了巨大的兴趣，并且象产生了巨大的兴趣，并且在研究期间，他发明了一种在研究期间，他发明了一种特殊的声共鸣器，并以他的特殊的声共鸣器，并以他的名字命名。名字命名。Hermann von Helmholtz1821.8.311894.9.8大连海洋大学海洋技术声学基础Fundamentals of Acoustics四、声音的接收四、声音的接收 赫姆赫兹共鸣器 简单简单来说，这是一个面上有一个小孔的球来说，这是一个面上有一个小孔的球体。当一个谐波源发出的合适频率的声音传到体。当一个谐波源发出的合适频率的声音传到小孔处，如果球体的尺寸和小
38、孔都合适的话，小孔处，如果球体的尺寸和小孔都合适的话，声音会由于小孔内声音的强烈振动而被放得非声音会由于小孔内声音的强烈振动而被放得非常大。大球体跟低频或者低音调产生共鸣，反常大。大球体跟低频或者低音调产生共鸣，反之亦然。这种共鸣器在现代声学研究和应用领之亦然。这种共鸣器在现代声学研究和应用领域被广泛使用域被广泛使用。大连海洋大学海洋技术声学基础Fundamentals of Acoustics四、声音的接收四、声音的接收 Hermann von Helmholtz1821.8.311894.9.8 他他推测耳膜就是这样一个不推测耳膜就是这样一个不对称的振荡器，并据此预测人类对称的振荡器，并据
39、此预测人类有能力探测到音调之和有能力探测到音调之和以及其他以及其他不同不同的音调。这个预测已被证实的音调。这个预测已被证实。Helmholtz的开拓性研究为的开拓性研究为听觉领域的所有研究铺平了道路。听觉领域的所有研究铺平了道路。作为作为19世纪最伟大的物理学家之世纪最伟大的物理学家之一，他实验和理论上的天赋肥沃一，他实验和理论上的天赋肥沃了每一个他所涉及的领了每一个他所涉及的领域。域。大连海洋大学海洋技术声学基础Fundamentals of Acoustics四、声音的接收四、声音的接收 因为在封闭空间，如房间、教堂、剧院和因为在封闭空间，如房间、教堂、剧院和礼堂里人耳对声音的接收已经成为
40、了普遍经验，礼堂里人耳对声音的接收已经成为了普遍经验，在此应该留意称之为室内声学或建筑声学的发在此应该留意称之为室内声学或建筑声学的发展。人们很早就认识到在一些房间里不能达到展。人们很早就认识到在一些房间里不能达到令人满意的听音效果，而通过一些设备则可以令人满意的听音效果，而通过一些设备则可以克服这些困难。克服这些困难。大连海洋大学海洋技术声学基础Fundamentals of Acoustics四、声音的接收四、声音的接收 现代建筑声学的定量研究始于哈佛大学现代建筑声学的定量研究始于哈佛大学的物理学家塞宾的物理学家塞宾Sabine。他在。他在1900年发现了年发现了室内混响时间随着房间体积和
41、内部声吸收材料室内混响时间随着房间体积和内部声吸收材料而变化的规律，这使得应用声学知识指导建筑而变化的规律，这使得应用声学知识指导建筑设计成为可能。设计成为可能。大连海洋大学海洋技术声学基础Fundamentals of Acoustics四、声音的接收四、声音的接收Wallace C.Sabine 18681919 Lord Rayleigh（瑞（瑞利）在利）在1877年出版的年出版的声声的理论的理论象征着经典声学象征着经典声学时代的结束和现代声学时时代的结束和现代声学时代的到来。代的到来。大连海洋大学海洋技术声学基础Fundamentals of Acoustics四、声音的接收四、声音的
42、接收 Rayleigh是是19世世纪剑桥大学数学院的学纪剑桥大学数学院的学生，于生，于1865年在剑桥大年在剑桥大学数学荣誉学位考试中学数学荣誉学位考试中荣获高级甲等数学学位荣获高级甲等数学学位而毕业。而毕业。John William Strutt Lord Rayleigh1842.11.121919.6.30 大连海洋大学海洋技术声学基础Fundamentals of Acoustics四、声音的接收四、声音的接收 他成功地处理了他成功地处理了von Helmholtz的论文的论文音调的音调的感觉感觉中遇到的解析问题。中遇到的解析问题。这启发了他，促使他产生这启发了他，促使他产生了想写一篇
43、涵盖整个声学领了想写一篇涵盖整个声学领域的，将所有散见于学会期域的，将所有散见于学会期刊的有关声学方面的知识综刊的有关声学方面的知识综合起来的充实而权威性论文合起来的充实而权威性论文的想法。的想法。大连海洋大学海洋技术声学基础Fundamentals of Acoustics四、声音的接收四、声音的接收 同时，他充实了自己的某些贡献。他的成同时，他充实了自己的某些贡献。他的成果是伫立于物理学文献上的一座丰碑，对声学科果是伫立于物理学文献上的一座丰碑，对声学科学，特别是分析方面的具体发展有着不可估量的学，特别是分析方面的具体发展有着不可估量的影响。影响。大连海洋大学海洋技术声学基础Fundame
44、ntals of Acoustics四、声音的接收四、声音的接收 声的理论声的理论的第二版于的第二版于1894年和年和1896年年之间问世后，大家都觉得整个声学作为物理学之间问世后，大家都觉得整个声学作为物理学的一个分支已经彻底完善，再也没有更多的新的一个分支已经彻底完善，再也没有更多的新东西可学了。东西可学了。大连海洋大学海洋技术声学基础Fundamentals of Acoustics四、声音的接收四、声音的接收 当然当然，有一点是真实的，那就是调查研究，有一点是真实的，那就是调查研究沿着各种自然现象向前发展，人类为了达到自沿着各种自然现象向前发展，人类为了达到自己目的的创造变得越来越模糊，越来越异想天己目的的创造变得越来越模糊，越来越异想天开。科学未来的目标就是实现一次意义重大的开。科学未来的目标就是实现一次意义重大的大综大综合。合。那时那时，声学会据于它应有的位置，声学会据于它应有的位置。大连海洋大学海洋技术声学基础Fundamentals of Acoustics
