声学基础 经典声学发展史
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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。
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。
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。
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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)。
古代声学的发展历程古代声学的发展历程可以追溯到公元前6世纪左右。
在这个时期,古希腊和古罗马的科学家和哲学家开始对声音和音乐进行研究。
最早的声学研究可以追溯到古希腊的毕达哥拉斯学派。
毕达哥拉斯学派认为音乐是宇宙的基本原理,通过对音乐和和谐的研究来揭示世界的本质。
他们发现了音乐的数学原理,如音程和和谐比例等。
毕达哥拉斯学派还提出了“音乐宇宙论”,认为音乐的和谐影响了人类的健康和心灵。
在古罗马时期,科学家和哲学家继续对声音和音乐进行研究。
罗马数学家皮波尼乌斯研究了音高和频率之间的关系,他提出了“字符串法则”,即琴弦的长度和拉紧程度决定了音的高低。
此外,罗马的工程师维特鲁威在他的著作《建筑十书》中介绍了如何设计一个良好的音响系统。
中世纪的声学研究主要由基督教教士和修道士进行。
他们相信音乐是神圣的,并通过音乐来敬拜上帝。
修道院成为音乐教育的中心,里面兴建了许多大教堂和乐器工坊。
在这个时期,音乐理论的发展也取得了重大进展,包括波义耳定律和福尔尼尔定律等。
文艺复兴时期,声音与音乐的研究经历了一次重要的革命。
意大利科学家盖尔利略·伽利略通过他的实验研究了自由落体和摆动,发现了周期性振动的规律。
这些研究为后来的声学研究奠定了基础。
17世纪的欧洲科学家罗伯特·胡克对声音的传播和声波的性质进行了深入研究,他发现声音是由振动引起的,可以通过空气、液体和固体传播。
他还研究了共鸣、音韵和回声等声学现象。
到了18世纪,德国科学家赫尔曼·冯·亥普发现了声波的波动性质,并提出了一种称为亥普传播定律的理论,该理论解释了声音在介质中传播的方式。
到了19世纪,声学研究取得了巨大的进展。
法国人让·巴蒂斯特·约瑟夫·福利埃发现了声音的频谱结构,他的研究为后来的声音处理和音乐合成技术奠定了基础。
到了20世纪,声学研究进一步深入,涉及了更广泛的领域,如声场理论、声学信号处理和音响技术等。
中国古代声学发展简介——应物10902 舒浪20世纪70年代,音乐家吕骥、黄翔鹏等人在普查和测试古乐器当中,偶然发现一个编钟壳体能演奏出两个基音。
当时简直不敢完全相信自己的耳朵,因为谁也说不清楚一钟双音的物理机制,一场有否双音钟的争论由此而发。
1978年曾侯乙编钟出土,证实确有双音钟,因为在它的每一钟体的鼓中央与鼓侧旁分明标出两个基音的音高。
这一发现立即引起声学家的重视。
他们以最先进的实验手段揭开了双音钟的奥秘。
一时间,为了弄清古代人的创造发明物的机制,忙坏了今日的音乐界与科学界的学者。
这是湖南教育出版社出版的“中国物理学史大系”《声学史》卷告诉我们的一个故事。
其实中国人民很早就和声音结下了不解之缘,根据神话传说及典籍,在距今五千年前至五六千年前地新石器时代左右,我们的祖先就创造的最早的也是最简单的乐器与舞蹈,当时的音乐并非是用于娱乐而是用来祈福,如打击乐器,管乐器及用以招来雨水,驱除乾旱之舞。
之后逐渐过渡到夏、商时期,根据古典文献记载,此时的音乐舞蹈已经渐渐脱离原始氏族乐舞为氏族共有的特点,它们更多地为奴隶主所占有。
从内容上看,它们渐渐离开了原始的图腾崇拜,转而为对征服自然的人的颂歌。
继而到了周代,西周和东周是奴隶制社会由盛到衰,封建制社会因素日趋增长的历史时期。
西周时期宫廷首先建立了完备的礼乐制度。
在宴享娱乐中不同地位的官员规定有不同的地位、舞队的编制。
总结前历代史诗性质的典章乐舞,可以看到所谓“六代乐舞”,即黄帝时的《云门》,尧时的《咸池》,舜时的《韶》,禹时的《大夏》,商时的《大蠖》,周时的《大武》。
而在周代还有采风的习俗,在民间广泛收集民歌民谣,为后代保留了许多的民间风采,在春秋时期经孔子的删定,形成了我国的第一部诗歌总集——《诗经》。
在秦汉时期,出现了一大批文人琴家相继出现,如嵇康、阮籍等,《广陵散》(《荆轲刺秦王》)、《猗兰操》、《酒狂》等一批著名曲目问世。
唐代宫廷宴享的音乐,称作“燕乐”。