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一．声学的发展简史 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1/3或减短1/3，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，只不过是用弦做基础。 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做过贡献。声的传播问题很早就受到了注意，早在2 000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℃的空气中声速332m/s 。1827年瑞士物理学家克拉顿（Daniel Colladon，1802—1893）和法国数学家斯特姆（Charles sturm，1803—1855）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。除了基本的声产生与传播理论的研究外，声学还发展了许多分支学科。 人耳能听到的最低声强约为10-12W/m2 ，在1 000Hz 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（G.S.Ohm ，1787—1854）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 ) ，但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。但在语言和听觉范围内，理论的研究已导致了很多医疗设备的产生，如装在耳道内的助听器、人工喉、语言合成器、人工耳蜗等。 在封闭空间 ( 如房间、教室、礼堂、剧院等 ) 里面听语言、音乐，效果有的很好，有的很不好，这引起今天所谓建筑声学或室内音质的研究。1900年赛宾提出了他的混响公式，标志着建筑声学成为真正的科学。 1877年，瑞利（Lord Rayleigh ，1842—1919）出版了两卷《声学原理》，书中集19世纪及之前两三百年的大量声学研究成果之大成，开创了现代声学的先河。至今，特别是在理论分析工作中，还常引用这两卷巨著。他开始讨论的电话理论，目前已发展为电声学。 20世纪，由于电子学的发展，使用电声换能器和电子仪器设备，可以产生接收和利用任何频率、任何波形、几乎任何强度的声波，已使声学研究的范围远非昔日可比。现代声学中最初发展的分支就是建筑声学和电声学以及相应的电声测量。以后，随着频率范围的扩展，又发展了超声学和次声学；由于手段的改善，进一步研究听觉，发展了生理声学和心理声学；由于对语言和通信广播的研究，发展了语言声学。 在第二次世界大战中，人们开始把超声广泛地用到水下探测，促使水声学得到很大的发展。20世纪初以来，特别是20世纪50年代以来，全世界由于工业、交通等事业的巨大发展，出现了噪声环境污染问题，从而促进了噪声、噪声控制、机械振动和冲击研究的发展，非线性声学受到普遍重视。此外还有音乐声学、生物声学等，多个分支学科的发展逐渐形成了完整的现代声学体系。 二．我国古代的声学研究 我国是世界上的文明古国。根据对现存的有关古书及文物的考证可以看出，我国古代有关声学方面的知识是从制造、使用乐器开始的。早在公元前 11 世纪的商代，我国已能制造石磬 (音qìng) 和成套的铜铙 (音náo) 等乐器。经过对河南安阳大司空村出土的商代后期铜铙的研究，可以推测当时已具有现代十二音律中的九律，并已有了五度谐音的概念。 根据《汉书·律历志》记载，在西周后期 (公元前11世纪) 已用各种质料制作乐器，提出所谓“八音”，即 土曰埙匏曰笙皮曰鼓竹曰管 丝曰弦石曰磬金曰钟木曰祝 中国是世界上制造乐器最早的国家。编钟是我国古代的一种重要乐器。1978年在湖北随县（今随州市）出土战国时代曾侯乙编钟，附有钟架、配件，精美罕见。墓葬时间为公元前433年。全部3层，64件，总重超过2500kg。这套编钟总音域跨五个八度，可以演奏出完整无缺的半音阶。 公元前4—3世纪间成书的《墨经》中有大量的有关声学方面的记载。其中有一段关于利用挖地井埋缸听测地声的记录。这种方法，现代仍在使用。 我国东汉时期的思想家王充 (约公元27—79) 在《论衡》中曾有关于喉舌鼓动空气而发声的叙述。到了明朝，著名学者宋应星明确提出声波的概念。他在《论气·气声篇》中指出“气体浑沦之物……冲之有声焉，飞矢是也；振之有声焉，弹弦是也”。明朝朱载堉 (1536—1611) 发明了音律中的十二平均律。他的《律学新说》发表于1584年，比欧洲最早提出十二平均律的梅尔生早52年。朱载堉在计算时，小数点后精确到第25位。他的工作受到德国物理学家亥姆霍兹的高度评价。可惜，由于封建社会的局限，朱的十二平均律被认为是异端邪说而被扼杀了。 在我国，一些古建筑中还有一些巧妙地利用声音反射、共鸣特性的。其中最著名的就是北京天坛的回音壁、三音石、圜丘。此外还有山西永济县的莺莺塔。 三．人是怎么发声的 人的发声系统如图所示。在说话或唱歌时，人迫使空气从肺向上通过喉部，喉部有两块折叠的组织叫声带，这些受到挤压的空气冲过声带并使之产生振动，当声带合拢时，中间的空气被压缩；声带分开时，中间的空气又变稀薄，使空气产生了疏部和密部，就像鼓面振动使空气产生疏部和密部一样，这一空气的振动通过口腔向外传播，于是就发出了声音。
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