声学基础 经典声学发展史
古代声学的发展历程
古代声学的发展历程
古代声学的发展历程可追溯至古希腊时期。
在此之前，人们对声音的产生和传播缺乏理论基础，仅凭个人经验和观察进行猜测和推测。
古希腊哲学家毕达哥拉斯（Pythagoras）是声学研究的先驱之一。
他观察到不同弦的振动产生不同音高的声音，并将这种现象与数学关系联系起来。
他发现在长度相同的弦上，振动的次数与产生的音高成正比。
毕达哥拉斯的发现为后来的音调和音高的研究奠定了基础。
公元4世纪，亚历山大的欧几里得（Euclid）创作了《几何原本》，其中包含了声学方面的内容。
他对共鸣现象进行了研究，并提出了声音在空气和固体中传播的理论，即声音通过振动的方式传递。
欧几里得的理论为声音传播的研究提供了重要的框架。
在古罗马时期，维特鲁威（Vitruvius）是声学领域的重要贡献者。
他在《建筑十书》中论述了声音在建筑物内传播的原理，并提出了一些关于声学优化的建议。
他强调结构和材料对声音传播的影响，为音响工程奠定了基础。
古代中国也有对声学的研究。
经过长时间的观察，中国古代科学家研究出了很多关于声音传播和音乐理论的知识。
《黄帝内经》等古代医学著作中也有关于声音对身体和健康的影响的描述。
总结起来，古代声学的发展历程经历了毕达哥拉斯、欧几里得、维特鲁威以及中国的科学家们的研究和贡献。
他们的发现和理论为后来的声学研究和应用奠定了基础，为现代科学的发展做出了重要贡献。
电声学基础
因为声能量是以声速Co传播的，因此平 均声能量流应等于声场中面积为S，高度 为D的柱体内所包括的平均声能量，即
W C0S
平均声能量流，单位为瓦，1瓦=1牛 顿·米／秒。
.
2. 声强I
a. 定义
通过垂直于声传播方向的单位面积上的 平均声能量流就称为平均声能量流密度 或称为声强，即
声波是一种机械波，媒质
传播的只是能量
气体中的声波是纵波，即疏密波
.
3. 声波具有一般波动现象所共有的特征： 反射、折射、衍射、干涉等
.
声波的反射
.
声波的全反射
.
声波的折射
.
波的衍射：惠更斯定律
.
干涉与拍频
当一列有明显波长和振幅的正弦声波由 左向右传播时，遇到另一列具有同样波 长和振幅，却由右向左传播的声波，此 时在任何一点观察所产生的效果，都要 依据在不同时间两列波叠加的情况而定。
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3. 柱面声波
a. 什么是柱面声波？
若声源为长圆柱形，其长度远大于波长， 则辐射的声波为圆柱面声波，此时 S=2πrl，其中l为圆柱长度。
速度随着媒质密度增大而增加。 声音的传播速度与媒质的密度、弹性和温度
（变化1度，变化0.6m/s）有关，与声波的频 率、强度和空气湿度无关。 声速比光速慢得多，这对方位感的辨别起到了 很重要的作用。 必须把声速和振速严格区分开来
声学发展史
声学发展史声学是研究声波的产生、传播和接受的科学。
声学发展史可以追溯到古代，人类对声音的认识和探索始于很早以前。
本文将从古代到现代，梳理声学发展的里程碑事件和关键人物，以及对人类社会的影响。
古代人类最早对声音的研究来源于生活中的声响现象。
原始社会的人们通过听觉感知世界，他们发现不同物体发出的声音具有不同的特征。
例如，敲击木头和石头会发出不同的声音，因此人们开始意识到声音与物体的性质和状态有关。
古代中国的《周礼·乐书》中记载了音律的研究，这是对声音的系统化认识。
古希腊哲学家皮波那斯则提出了声音是由震动产生的观点，并研究了声音的音高和音量等特性。
他的理论为后来的声学研究奠定了基础。
中世纪时期，阿拉伯学者阿尔哈托姆斯提出了声音的传播速度是恒定的观点。
这一观点被后来的科学家亨利·奥尔教练通过实验证实，为声学研究带来了重要的突破。
17世纪，英国科学家罗伯特·赫克托尔通过对音乐的研究，提出了声音的频率和振幅对音调和音量的影响。
这一发现为后来的声学研究奠定了基础。
18世纪末和19世纪初，德国科学家赫尔曼·冯·亥姆霍兹成为声学研究的重要人物。
他通过实验证实了声音的谐波结构，提出了共振理论，并开创了声学谐波分析的方法。
亥姆霍兹的研究奠定了现代声学的基础，并对音乐、声乐和乐器制造等领域产生了深远影响。
20世纪初，美国科学家托马斯·爱迪生发明了第一台实用的唱机，引发了对声音记录和重放技术的研究热潮。
随着电子技术的进步，声学研究逐渐从实验室走向应用领域。
声学在通信、音乐、医学、工程等领域发挥着越来越重要的作用。
20世纪中叶，声学研究开始涉及到环境和城市规划领域。
人们开始关注声音对人类健康和生活质量的影响。
通过声学原理的应用，人们能够改善城市噪音问题，设计更舒适的室内环境，并提供更好的音响效果。
近年来，随着计算机技术的快速发展，数字声音处理成为声学研究的重要方向之一。
经典声学发展史.ppt
经典声学发展史
内容提要
经典声学发展史—前言 声音的产生 声音的传播 声音的接收
Fundamentals of Acoustics
大连海洋大学海洋技术
声学基础
一、前言
人们通常将18和19世纪欧洲的声学发 展称之为经典声学。
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。
Fundamentals of Acoustics
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声学基础
二、声音的产生
意大利的Galileo Galilei在他1638年出版的 第一版《关于两种新科学 的对话》里的《第一天》 的最后，谈及了钟摆的周 期与振幅无关，而只依赖 于决定振动频率的悬线的 长度的问题。
“First Day” of Dialogues concerning Two New Sciences
Fundamentals of Acoustics
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声学基础
一、前言
声音的接收
1877年，瑞利（Rayleigh）《声音论》的出版 象征着经典声学时代的结束和现代声学时代的 到来。
Fundamentals of Acoustics
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声学基础
二、声音的产生
我们通常认为最早研 究乐器声音起源的人是希 腊的哲学家彼得格拉斯 Pythagoras。他在公元前 6世纪在意大利南部城市 Crotone建立了自己的学 校。
Galileo Galilei 1564.2.15－1642.1.8
Fundamentals of Acoustics
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声学基础
二、声音的产生
Galileo当时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。
声学基本知识ppt
麦克风与扩音设备
麦克风
麦克风是指能够将声音转化为电信号的设备，包括动圈麦克 风、电容麦克风等。麦克风在演讲、演唱、会议等领域广泛 应用，可以将声音放大并传输到扩音设备中。
扩音设备
扩音设备是指能够将声音放大并传输到远距离的设备，包括 扬声器、功率放大器等。扩音设备在演讲、演唱、会议等领 域广泛应用，可以将麦克风接收的声音放大并传输到远距离 ，使更多人能够听到声音。
高效的数学模型和算法。
03
声学与工程学的交叉
声学在工程领域有着广泛的应用，如建筑、汽车、航空航天等。未来
的声学研究将更加注重与工程学的交叉，开发出更先进的声学技术和
解决方案。
声学在新技术领域的应用前景
智能家居和物联网
随着智能家居和物联网技术的发展，声学将在智能家居和物联网中发挥重要作用，如语音 识别、智能音箱、智能家居控制等。
06
声学研究展望
声学的未来发展方向
深入探究声音传播的物理机制
随着科学技术的发展，声学研究将更加深入，对声音传播的物理机制进行更深入的探究和 理解。
开发新型声学材料和器件
未来声学研究将注重开发新型声学材料和器件，提高声音的传播效率、降低噪声、改善音 质等。
声学与人工智能的结合
随着人工智能的快速发展，声学研究将更加注重与人工智能的结合，开发出更智能的语音 识别、语音合成、语言理解等人工智能系统。
声学基本知识ppt
xx年xx月xx日
目录
• 声学概述 • 声音的特性 • 声音的测量与评估 • 声学材料与设备 • 声学在生活中的应用 • 声学研究展望
01
声学概述
声学的定义与分类
声学定义
声学是研究声音的产生、传播、接收和效应的科学。
声学的发展历史过程
声学的发展历史过程声学的发展历史过程声音是人类最早研究的物理现象之一。
世界上最早的声学研究工作主要在音乐方面。
《吕氏春秋》记载，黄帝令伶伦取竹作律，增损长短成十二律；伏羲作琴，三分损益成十三音。
三分损益法就是把管(笛、箫)加长三分之一或减短三分之一，这样听起来都很和谐，这是最早的声学定律。
传说在古希腊时代，毕达哥拉斯也提出了相似的自然律，只不过是用弦作基础。
古代对声本质的认识与今天的声学理论很接近。
在东西方，都认为声音是由物体运动产生的，在空气中以某种方式传到人耳，引起人的听觉。
对声学的系统研究是从17世纪初伽利略研究单摆周期和物体振动开始的。
从那时起直到19世纪，几乎同时代所有杰出的物理学家和数学家都对研究物体的振动和声的产生原理作过贡献。
声的.传播问题很早就受到了注意，早在2000年前，中国和西方就都有人把声的传播与水面波纹相类比。
1635年就有人用远地枪声测声速，以后方法又不断改进。
1738年，巴黎科学院的科学家利用炮声进行测量，得到0℃时空气声速为332m/s。
1827年瑞士物理学家丹尼尔和法国数学家斯特姆在日内瓦湖进行实验，得到声在水中的传播速度是1435m/s,这在当时“声学仪器”只有停表和人耳的情况下，是非常了不起的成绩。
人耳能听到的最低声强约为10-12W/m2,在1000Hz时相应的空气质点振动位移约是10-11m，可见人耳对声的接收本领确实惊人。
19世纪中就有不少人耳解剖的工作和对人耳功能的探讨，1843年发现著名的电路定律的欧姆提出，人耳可把复杂的声音分解成谐波分量，并按分音大小判断音色的理论。
在欧姆声学理论的启发下，人们开展了听觉的声学研究(以后称为生理声学和心理声学)，并取得了重要的成果，其中最有名的是亥姆霍兹的《音的感知》。
至今完整的听觉理论还未能形成，目前人们对声刺激通过听觉器官、神经系统到达大脑皮层的过程有所了解，但这过程以后大脑皮层如何进行分析、处理、判断还有待进一步研究。
中国古代声学的发展
中国古代声学的发展
中国古代声学的发展可以追溯到先秦时期。
在《周髀算经》中，关于乐声的调和比例就有详尽的论述。
汉代的《律吕志》系统地总结了古代乐律的各种变化，成为后世乐律的基础。
唐代的音乐理论家欧阳修对音乐的音色、节奏、韵律等方面进行了深入的研究和探讨。
此外，中国古代也有很多声学实验和发明。
其中最著名的是汉代的张衡发明的“地动仪”。
这是一种测量地震的仪器，通过“铜蛇”和“铜龟”等部件的震动，来显示地震的方向和强度。
同时，张衡还提出了地心说和地轴偏移说等观点，对地球磁场、地震等现象进行了先进的分析和解释。
另外，中国古代的机械钟也是声学方面的重要发明。
据传，我国的机械钟已经有2000多年的历史，最早是由秦始皇时期的制造家李冰发明的。
而随着时间的推移，我国的机械钟发展成为了世界上最早的机械钟之一，并在世界范围内产生了深远的影响。
总的来说，中国古代声学的发展取得了丰硕的成果，这些成果不仅对我国的音乐、物理学、地震学等领域做出了巨大贡献，也为世界声学的研究提供了宝贵的经验和素材。
- 1 -。
声学基础讲义-第8章声学前沿
第八章声学前沿8.1 概述声学差不多是近代科学中最早发展的分支，伽利略1638年发表的《两个新科学的讲话》中仔细讨论了物体的振动，对音调与频率的关系、振动的弦长与音调的关系，以及和声与频率比的关系等都有生动的讨论。
半个世纪后，牛顿提出恒温声速的理论。
17到19三世纪中的重要数学家和物理学家几乎都研究过声学问题，把经典物理声学发展到成熟的阶段，最后由瑞利以1000页的两卷《声学理论》做了总结，这部书直到100年后的今年仍在售卖。
从20世纪初开始，声学主要以外延的形式发展，与其它科学技术分支结合，建立了大量的边缘学科，声学学科图给出了一个大概的概念。
这个图是1972年著名声学家林赛画的，当时计算技术、环境科学、空间科学等还没有像现在这样发达，这个图肯定是不完全的。
但即使如此，声学的外延也是很可观。
当然，物理声学还是继续发展。
到本世纪下半叶，物理声学又大大发展了，这是因为在各分支学科中，不少问题如不对其中声波和振动基本特性和作用确切了解，就不能对该问题真正理解和进一步深入。
所以在20世纪中，声学经过了发散和收敛过程，一些分支学科或其一部分已发展为工程技术，直接为生产服务，不少部分则向基础深入发展。
现在主要讨论这些部分。
1. 物理声学。
振动和声波的基本特性和效应是声学各个分支共同的基础，包括线性声学、非线性声学、振动理论。
许多应用都涉及声波的辐射压力、声流和空化作用。
声源的辐射和障碍物的散射是突出的问题。
声学的研究继续发展。
物理声学占声学研究论文的五分之一强。
2. 声学信号处理。
信号处理在电子学中是成熟的技术，用在声学中非常重要，几乎声学各个分支中都有信号处理问题。
最多的问题是空—时信号的处理方法，如水声信号、超声信号、语言信号、有源控制信号、环境声学信号、地声信号等，都须要处理，以了解或应用其有关物理过程。
此外信号显示、图样识别、学习机、自适应处理、声学反问题、声学层析术、声全息处理等都非常重要。
3. 声学海洋学（海洋声学）。
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一、前言
声音的接收
1830年，F.Savart确定人耳最低听觉频率和最 高听觉频率; 1843年，George 提出人耳有能力把复杂音调分 析成一系列简单的谐音的理论; Helmholtz给出了人耳机制的详细阐述，即所谓 的共鸣理论;
二、声音的产生
他发现当把两根拉直 的弦底部扎牢时，高音是 从短的那根弦发出的。
二、声音的产生
意大利的Galileo Galilei在他1638年出版的 第一版《关于两种新科学 的对话》里的《第一天》 的最后，谈及了钟摆的周 期与振幅无关，而只依赖 于决定振动频率的悬线的 长度的问题。 “First Day” of Dialogues concerning Two New Sciences
一、前言
声音的产生
1766年，Euler论文第四部分全部都是有关管道中 的声波的研究; 1822年,Fourier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; 瑞利Lord Rayleigh和他的继承者们对电声学做出 的巨大的贡献。
一、前言
声音的传播 1660年，Boyle利用真空气泵实验证明，空气是 声传播的一种媒介;
二、声音的产生
经典声学的发展离不 开数学理论的突飞猛进。 正是无穷级数泰勒Taylor 定理的发明，我们才可以 第一次给出振动弦的严格 动态解。 1713年，泰勒无穷级数定理。
Brook Taylor 1685.8.18－1731.12.29
二、声音的产生
法国人d‘Alembert 通常被誉为第一个以我们 现在所参考的行波方程的 形式，于1747年给出振动 弦的部分差分方程。他也 得到了行波在弦两端传播 时的通解。
一、前言
声音的接收
1877年，瑞利（Rayleigh）《声音论》的出版 象征着经典声学时代的结束和现代声学时代的 到来。
二、声音的产生
我们通常认为最早研 究乐器声音起源的人是希 腊的哲学家彼得格拉斯 Pythagoras。他在公元前 6世纪在意大利南部城市 Crotone建立了自己的学 校。
出生于公元前约 569年于Samos, Ionia 卒于公元前约 475年于 Metapontum, Italy
二、声音的产生
毫无疑问，彻底解决基频和谐频之间关系 的是法国人Joseph Sauveur(1653-1716)。认 为他是第一个使声学成为声的科学。
二、声音的产生
Sauveur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 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 有6个节拍，他得到了两个数据：90和96cps。 1700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。
300余年的时间，测量了空气中的声速; 1808年，Biot在巴黎测量了铁管中的声速; 1826年，Colladon在日内瓦湖测量了水中的声 速;
一、前言
声音的传播 第一个基于声的波动理论的数学理论的研究是由 Newton完成的; 1759年，Euler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;
一、前言
声音的产生
Joseph Sauveur ，公认为他是第一个使声学 成为声的科学; 1713年，无穷级数泰勒Taylor定理的出现，第 一次给出振动弦的严格动态解; 1747年，Alembert给出振动弦的部分差分方程; 1759年, Lagrange开始寻求细分元段的方法来 研究弦振动问题;
二、声音的产生
对管中声传播的研究 中最富盛名的是欧拉 Euler，当时的Euler年仅 20岁，关于管道的意义的 本质特征的研究实际上已 经达到了现在的水平。
Leonhard Euler 1707.4.15－1783.9.18
二、声音的产生
Euler对乐器如笛子特别 感兴趣，大概在1759年， Euler和Lagrange作了关于管 道中声音幅值问题的研究，而 且很多方面都取得了一致。 1766年，Euler发表了一篇关 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 的声波。
声学基础
经典声学发展史
内 容 提 要
经典声学发展史—前言 声音的产生
声音的传播声音的接收Fra bibliotek一、前言
人们通常将18和19世纪欧洲的声学发 展称之为经典声学。
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。
一、前言
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 绍18，19世纪这近200多年的历史中，这些伟 大的科学家们对声音的探索和认识。
Jean Le Rond d‘Alembert 1717.11.17－1783.10.29
二、声音的产生
18世纪的数学家中研究 弦振动问题的还有拉格朗日 grange。1759年在给 都灵学院的一篇内容广博的 论文中，Lagrange决定采用 一种他认为与众不同的弦问 题解法，他假定弦是有数量 有限且空间和质量相等的元 段连接而成的，这些元段都 Louis Comte de la Grange 来自于没有质量的伸展弦。 Joseph 1736.1.25－1813.4.10
Galileo Galilei 1564.2.15－1642.1.8
二、声音的产生
Galileo当时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。
二、声音的产生
法国人Issac Beeckman（1588-1637） 早在1618年就发表了他 的研究成果。他证明了 关于基频和谐频之间的 关系，并给出了它的特 征参量。
Leonhard Euler
二、声音的产生
不仅如此，Euler 在膜的振动方程的建立 和求解上也有很多建树。
二、声音的产生
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， 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。
J.P.Joule(1818-1892)于1842年发现了磁 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 率和强度的声音发生和接受设备的想法成为了 可能。