聲學(xué)作為一門科學(xué)，它就是要研究聲音這么一個(gè)范疇中的規(guī)律，要建立定律。在聲音這個(gè)范疇里面，有各種各樣的現(xiàn)象，聲學(xué)就是要建立各種各樣的方程、定律來描述這些現(xiàn)象；創(chuàng)造是要發(fā)現(xiàn)和發(fā)明一些新的東西，當(dāng)然新的東西不是常常能夠發(fā)明的，能夠揭示我們過去不知道的聲學(xué)現(xiàn)象，也叫做創(chuàng)造。

比如說人耳的聽覺機(jī)理，聲音的刺激怎樣變成電信號(hào)并進(jìn)入大腦，像這樣的一些現(xiàn)象都是通過研究了以后，找到其規(guī)律，就是一個(gè)發(fā)現(xiàn)和創(chuàng)造的過程。然后要理解，在理解一些聲學(xué)現(xiàn)象的基礎(chǔ)上，發(fā)展新的預(yù)測(cè)性理論。一個(gè)人在這邊講一句話，在遠(yuǎn)處聽到的是什么樣的效果，跟這兒講的話有什么樣的聯(lián)系，類似這樣的一些關(guān)系，都需要在理解的基礎(chǔ)上建立起來一些規(guī)律才能說明白。

所以我們說，聲學(xué)首先是一門科學(xué)，聲學(xué)的生命力也就在于科學(xué)的物理基礎(chǔ)，有了這些基礎(chǔ)，聲學(xué)才能朝前發(fā)展。

1、聲波的產(chǎn)生機(jī)制

首先要研究的是聲波的產(chǎn)生，比如在研究語音識(shí)別、語音合成這些技術(shù)性的問題之前，就先要理解語音是怎么產(chǎn)生的?，F(xiàn)在我們知道，語音產(chǎn)生動(dòng)力源于肺，肺產(chǎn)生壓縮空氣，然后通過氣管、喉、口腔、鼻腔、牙齒、嘴唇等等這一套器官調(diào)制以后，再噴射出來，就產(chǎn)生了語音。專業(yè)的歌手發(fā)出樂音時(shí)，還要使用胸腔，而不僅僅是喉嚨。 

對(duì)樂器和人的發(fā)音原理的研究是從激勵(lì)器、共鳴器、輻射器三大部件來入手，以求得最高的發(fā)音效率和優(yōu)美的音色。簡(jiǎn)單的響器，其激勵(lì)、共鳴、輻射合為一體，如鑼；電子合成樂器則用電路來模仿激勵(lì)器和共鳴器，輻射器就是揚(yáng)聲器。 

音樂家以音強(qiáng)、音高、音色(或稱為音品)作為樂音三大要素，客觀上決定任一聲音的物理參量是聲壓、時(shí)程和頻譜。對(duì)樂音而言，聲壓決定它的強(qiáng)度或響度感覺，頻譜決定它的音色。音高在聲學(xué)上稱為音調(diào)，由頻譜中的基音頻率決定。若基音消失，音調(diào)的感覺不變，由諧音系列的結(jié)構(gòu)決定。

2、聲波的傳播

聲速聲速也稱音速也稱音速，即聲音在介質(zhì)中傳播之速度。音波可以在固體、液體或是氣體介質(zhì)中傳播，介質(zhì)密度愈大，則音速愈快。在空氣中，音速又會(huì)依空氣之狀態(tài)（如濕度、溫度、密度）不同而有不同數(shù)值。如?z氏零度之海平面音速約為 331.5m/s(1193 km/h)；一萬米高空之音速約為 295m/s(1062 km/h)；另外每升高1攝氏度，音速就增加0.607m/s。 

1635年有人用遠(yuǎn)地槍聲測(cè)聲速，以后方法又不斷改進(jìn)，到1738年巴黎科學(xué)院利用炮聲進(jìn)行測(cè)量，測(cè)得結(jié)果折合為0℃時(shí)聲速為332米/秒，與目前最準(zhǔn)確的數(shù)值331.45米/秒只差0.15%，這在當(dāng)時(shí)“聲學(xué)儀器”只有停表和人耳和情況下，的確是了不起的成績(jī)。經(jīng)過嚴(yán)格推導(dǎo)，聲速公式為： 

式中ρ為介質(zhì)的密度；K稱為體積彈性模量，dp、dρ分別為壓強(qiáng)和密度的微小變化。對(duì)于液體和固體，K和ρ隨溫度和壓強(qiáng)的變化很小，主要是隨介質(zhì)不同而異，所以在同一介質(zhì)中，聲速基本上是一個(gè)常數(shù)。對(duì)于氣體，K和ρ隨壓強(qiáng)和溫度的變化很大,故按體積彈性模量的定義，以用下式計(jì)算更為方便： 

聲波能量產(chǎn)生了以后是要傳播的，因?yàn)楦鶕?jù)聲的定義，聲就是擾動(dòng)的傳播。從我的嘴巴到你的耳朵，中間的這個(gè)過程，是不是說就是一個(gè)直線過去？不是這么簡(jiǎn)單，它實(shí)際上有各種各樣的渠道過去，從地面反射過去，從天花板反射過去，從我背后的墻反射過去，像這樣的一個(gè)復(fù)雜的環(huán)境，聲波傳到你的耳朵，變化已經(jīng)非常大了，到底變成了什么樣，就需要研究。

如果不能研究清楚，建造了一個(gè)音質(zhì)很糟的廳堂，這邊講的話，那邊聽到的聲音可能很響，但并不能聽懂說話人說的什么意思，傳播的效果就沒法控制，所以說就需要先認(rèn)識(shí)聲波是怎么傳播的。 

(1) 直達(dá)聲：是室內(nèi)任一點(diǎn)直接接收到聲源發(fā)出的聲音。它是接收聲音的主體，又叫主達(dá)聲，不受空間界面影響，其聲強(qiáng)基本上是與聽點(diǎn)到聲源間距離的平方成反比衰減。 

(2) 早期反射聲：指延遲直達(dá)聲50ms以內(nèi)到達(dá)聽聲點(diǎn)的反射聲，對(duì)聲音起到增強(qiáng)作用；在大空間內(nèi)，因反射距離遠(yuǎn)，易形成回聲，產(chǎn)生空間感。  

(3) 混響聲：聲波經(jīng)室內(nèi)界面的多次反射，遲于早期反射聲到達(dá)聽點(diǎn)的聲音，直至聲源停止發(fā)聲，但由于多次反射，聽點(diǎn)仍能聽到，故又稱余聲，影響聲音的清晰度。 

混響時(shí)間：在一個(gè)聲場(chǎng)中，一個(gè)聲音的聲壓級(jí)衰減60dB所需要的時(shí)間，用T60來表示。單位：秒（s）

T60=0.16V/Sa  (賽賓公式)

式中：V為聲場(chǎng)總?cè)莘e，S為聲場(chǎng)的表面積，a為聲場(chǎng)的建筑裝飾材料的平均吸聲系數(shù)。 

例：某段音樂的聲壓級(jí)為90dB，此時(shí)中止音樂，音樂聲逐漸減弱，當(dāng)其聲壓級(jí)從90dB降至30dB時(shí)可需時(shí)1.2秒，那么，此房間的混響時(shí)間為1.2秒。

3、聲波的接收

聲波的接收首先要研究聽覺的機(jī)理，它是聲學(xué)里面最讓人感興趣的課題之一，因?yàn)樗苯优c人有關(guān)。人感受到聲音首先是通過耳朵，所以聽覺一直是一個(gè)非常熱鬧的研究方向，也是聲學(xué)里唯一得了諾貝爾獎(jiǎng)的一個(gè)分支學(xué)科。整個(gè)來說，聽覺機(jī)理包括幾個(gè)學(xué)科的交叉。

首先外面有聲音傳播進(jìn)入到耳朵里來，這是一個(gè)物理的過程：聲波從外面的一個(gè)擾動(dòng)，通過傳播，進(jìn)入了人的耳朵，然后在鼓膜上產(chǎn)生了響應(yīng)，帶動(dòng)了耳膜后的一個(gè)耳骨，耳骨的運(yùn)動(dòng)在耳蝸中，也就是在一個(gè)像蝸牛形狀的這么一個(gè)東西里面，產(chǎn)生一個(gè)響應(yīng)，耳蝸周圍有一些毛細(xì)的細(xì)胞，會(huì)刺激里面的皮層，然后產(chǎn)生電的響應(yīng)，到了這樣的層次，就變成了一個(gè)生理的過程，也就是說聲波傳播到了耳蝸這個(gè)地方，就到了一個(gè)生理聲學(xué)研究的范疇。

然后再進(jìn)到里面，聲信號(hào)變成了電信號(hào)，進(jìn)入人的大腦，產(chǎn)生的響應(yīng)就變成了心理的東西，所以它后面是心理聲學(xué)研究的范疇，所以這么一個(gè)聽覺的機(jī)制是從物理的到生理的，然后到心理的，是交叉性非常強(qiáng)的一個(gè)學(xué)科，也是很容易出成果的一個(gè)地方。

當(dāng)然我們現(xiàn)在研究聲波的接收，更多的時(shí)候不是用耳朵，而是用話筒，專業(yè)上稱為傳聲器，研究怎么樣把聲音信號(hào)變成電信號(hào)，要研究聲和電之間是怎么樣轉(zhuǎn)變的，什么樣的材料會(huì)產(chǎn)生這種變化，什么樣的結(jié)構(gòu)能夠有效地實(shí)現(xiàn)這種變化。

本文摘自百度文庫《聲學(xué)基礎(chǔ)講義》一文，作者賀志堅(jiān)，該文由hzj127于2011年5月20日分享。

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標(biāo)簽：聲波

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文章名稱：《聲波是如何產(chǎn)生并傳播及接收》

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