我们看一下,在我写这篇文章的过程,都涉及到哪些方面的声学:
打开电脑,打开spotify放歌
—— 各种乐器手弹奏,歌手演唱,通过录音设备留下声音;声音文件通过spotify软件,被我的音响播放;播放出来的声音一部分直接进到我的耳朵,而另一部分经过我房间的各种反射才能进到耳朵;房间的地板下面铺有吸声材料,沙发和窗帘材料也在扮演吸声好手,这些都会影响我听到的声音;
—— 涉及到:乐器、音乐、录音(麦克风、前段放大器、数采)、音频工程、音响工程、房间声学、声学吸声材料;
敲打键盘
—— 键盘发出的声音也是经过设计,你会发现苹果的键盘和联想的并不一样,和机械键盘又不一样;
—— 涉及到:机械、声学设计、工业设计;
写了一会,走到窗边,打开窗户透透气
—— 窗户打开后,马上就能大街上的各种交通工具的声音,街上有各种汽车,每种汽车的引擎声和经过声音都不尽相同;
—— 涉及到:环境噪声和声学、建筑声学、汽车声学;
掏出手机,跟朋友发几条语音
—— 对着话筒说话,用Bose耳机听朋友回复。不想听语音,把语音转文字;
—— 涉及到:麦克风技术、DSP、主动降噪、声音压缩、语音识别;
说实话,不写出来我也没发现短短的几个活动就可以涉猎到这么多领域。这就是声学的特点,交叉性极强。
著名的“声学之轮”了解一下。
很少有基础理论学科能做到声学交叉性这么强 [https://acoustics.byu.edu/content/what-acoustics]
看完不禁感叹:真是哪哪落不下啊!

声学是干什么的?

萨尔福德大学声学网站上有一张图
我原来科普讲座里面也大概整理过涉及到的领域:
美国声学协会ASA(Acoustical Society of America)对声学领域的进行了如下分支:
气动声学(Aeroacoustics):关注声音/噪声如何通过气体流动产生以及传播,比如噪声怎样通过航天器和风车产生,以及吹奏乐器如何发声等等。
风车叶片湍流仿真https://www.zhihu.com/video/1207344456074219520
音频信号处理(Audio signal processing):设计范围比较广,比如
模拟声音信号处理,涉及到电气工程;声音增强,比如在混响比较强的空间中;去噪,比如Skype的回声消除或者助听器的去噪降噪;音频文件压缩,比如大名鼎鼎的MP3;声音信号识别,比如摇一摇搜歌。
建筑声学(Architectural acoustics):我之前详细介绍过建筑声学发展史,这里不做过多介绍。
生物声学(Bioacoustics):主要研究动物间声音的产生和听觉。包括声音交流和动物行为和种类进化的关系,动物的听力原理和神经生理学,利用声音来监督动物种群,认为噪声对动物的影像等等。我在AI声学这篇文章里面也介绍了人工智能如何应用在生物声学
电声学(Electroacoustics):涉及到耳机、麦克风、音响等声音系统的声音重建和录制的设计。随着手机等便携式电子设备的兴起而迅猛发展,HiFi爱好者对其也有很大推动。相关的电子企业都有电声方面的研究。
环境声学(Environmental Acoustics):控制环境中交通、飞机、工业设备、娱乐活动等产生的振动和噪声。声学从业者需要能够定量检测噪声,并且提出解决方案。很多声学咨询都可以提供相关服务,国内外在环境声学领域都有很多人在做。由于和人的健康息息相关,环境噪声对人的影响越来越大,也因此更受重视。声景(Soundscape)是环境声学衍生出来的新宠,不止关注与噪声,也关注如何积极地利用声音,为人服务。更多声景的知识可以参考康健老师的书[4]。
https://www.nps.gov/yose/learn/nature/soundscape.htm
音乐声学(Musical Acoustics):致力于研究音乐的物理特性和感知。主要包括乐器和电子合成器的功能和设计,人类的嗓音研究,电脑分析音乐和合成(原来有个同事在芬兰学的computational music),医用的音乐理疗等等。
Autotune怎么救的歌手?https://www.zhihu.com/video/1207348532652683264
噪声控制(Noise Control):顾名思义,关注怎样降低噪声,可从三个领域降噪:噪声源、传播途径和接受者(比如戴耳塞)。噪声控制里面包含一个重要的工业应用分支:NVH(noise, vibration, and harshness),在汽车领域扮演者极为重要的角色。继N和V之后,H也逐渐被重视起来,这就不得不谈心理声学。
心理声学(Psychoacoustics):声学和心理学的结合,是声学领域的新贵。人脑这个黑箱,给声学带来了无尽不确定性以及挑战。在原来的文章也长篇大论过,不在这里展开。
语音(Speech):包括语音的产生、处理和感知,涉及到物理、生理、心理、语音信号处理和语言学。在人工智能/机器学习中,语音识别和语义分析是两大重要课题。如何让语音清晰、高效、高质量的被传递和接受是现在语音交互中的难点。我在上面提到的人工智能声学那篇文章也有提过。
超声(Ultrasonics):虽然频率太高,人类听不见,但是在医疗领域应用广泛,其他领域还包括无损监测、水声等。
水声(Underwater Acoustics):说了半天水上的,终于来了个水下的。经典的水声研究就是水下声源定位,在军事上广泛应用。除了人类活动之外,水声也和生物声学交叉,面向水下动物。
http://www.sercel.com/products/Pages/mats3g.aspx
振动和动力(Vibration and Dynamics):研究机械系统的振动,比如铁轨的地面振动、建筑物的隔振(消声室)、人类振动(手-手臂振动症候群)、桥梁防震、建筑中结构声等等。
除了ASA提到的这些分类,我个人觉得还有几个分需要以补充(部分和上边提到的有重叠):
医疗声学、材料声学、虚拟声学。
虚拟声学这块我写过关于Auralization的发展史:
最后来看看声学从业者们现身说法:
欢迎声学同行们补充、提意见和建议。
最后希望疫情早日退去,生活尽快恢复正常,小伙伴们健康平安!
在家没事的时候看看声学科普也不错 ^^

参考

[1] Turner, J., & Pretlove, A. J. (1991).Acoustics for engineers. Macmillan International Higher Education.
[4] Kang, J., & Schulte-Fortkamp, B. (Eds.). (2016).Soundscape and the built environment(pp. 161-195). Boca Raton, FL, USA:: CRC press.