声学

声学是物理学中波动学的一个领域，研究媒质中机械波，包括声波、超声波和次声波。研究课题包括声波的产生，接收，转换和声波的各种效应。同时声学测量技术是一种重要的测量技术，有着广泛的应用。

历史
中国商代（公元前17～12世纪）的编磬已有很接近自然律的乐律，比毕达哥拉斯利用弦提出自然律的乐律要早一千多年。

基本概念
声音是由物体振动产生的。声音的传播需要介质，它可在气体、液体和固体中传播，但真空不能传声。声音在不同物质中的传播速度也是不同的，一般在固体中传播的速度最快，液体次之，在气体中传播得最慢。并且，在气体中传播的速度还与气体的温度和压强有关。正常情況下，聲速約等於331+0.6*攝氏溫度 m/s，室溫15攝氏度時聲速約340 m/s，常溫（15攝氏度）時聲速約340米/秒。

一般而言，波長越長之聲音可以傳得越遠，但容易因散射而失真。相反地波長短的聲音雖然能量衰減快但不易散射，能夠直線傳遞聲音。

有规律的声音叫乐音，没有规律的声音叫噪音。
响度、音调和音色是决定乐音特征的三个因素。
 响度。物理学中把人耳能感觉到的声音的强弱称为响度。声音的响度大小一般与声源振动的幅度有关，振动幅度越大，响度越大。分贝（dB）则常用来表示声音的强弱。
 音调。物理学中把声音的高、低称为音调。声音的音调高低一般与发生体振动快慢有关，物体振动频率越大，音调就越高。
 音色。音色又叫音品，它反映了声音的品质和特色。不同物体发出的声音，其音色是不同的，因此我们才能分辨不同人讲话的声音、不同乐器演奏的声音等。

另外，有许多声音是正常人的耳朵听不到的。因为声波的频率范围很宽，由10-4Hz到1012Hz，但正常人的耳朵在80分貝（dB）之下只能听到20Hz到20000Hz之间的声音。通常把高于20000Hz的声音称为超声波，低于20Hz的声音称为次声波，在20Hz到20000Hz之间的声音称为可闻声。

一般來說正常人說話時，頻率通常落在150~2000HZ之間。而人耳對於約3000HZ的聲音最為敏感（由於人耳~2.7cm=波長/4）。

而音樂中所謂的音階，每差一個音階其頻率就差了兩倍（中音Do約262HZ，是低音Do之131HZ的兩倍）。在各自音階中每半音頻率會增加21/12倍（約1.0595倍）。

声学分支 
 依据研究方法可分为：
 物理声学（波动声学）研究声学的最基本问题，包括非线性声学量子声学等方面。
 几何声学（射线声学）
 统计声学
 依据研究对象可分为：
 电声学
 次声学
 超声学，应用如超声检测、评价和成像。
 噪声学
 量子声学，一般情况下，当频率高到109赫以上量子行为即显示出来。
 非线性声学，振幅大的声波有非线性现象。
 依据应用范围：
 大气声学
 地壳中的声波地震学
 水声学研究声在海洋中的传播和应用，如声遥感。
 生物声学（医疗声学）
 语言声学
 心理声学

延伸閱讀

 Mason W.P., Thurston R.N. Physical Acoustics (1981)

 
 M. Crocker (editor),  1994.  Encyclopedia of Acoustics (Interscience).
 Farina, Angelo; Tronchin, Lamberto (2004). Advanced techniques for measuring and reproducing spatial sound properties of auditoria. Proc. of International Symposium on Room Acoustics Design and Science (RADS), 11–13 April 2004, Kyoto, Japan. Article
 L. E. Kinsler, A. R. Frey, A. B. Coppens, and J. V. Sanders, 1999. Fundamentals of Acoustics, fourth edition (Wiley).
 Philip M. Morse and K. Uno Ingard, 1986.  Theoretical Acoustics (Princeton University Press).  ISBN 978-0-691-08425-1
 Allan D. Pierce, 1989.  Acoustics:  An Introduction to its Physical Principles and Applications (Acoustical Society of America).   ISBN 978-0-88318-612-1

 D. R. Raichel, 2006.  The Science and Applications of Acoustics, second edition (Springer).  eISBN  0-387-30089-9
 
 E. Skudrzyk, 1971.  The Foundations of Acoustics: Basic Mathematics and Basic Acoustics (Springer).

参考文献

3.Jian-Jiun Ding, Advanced Digital Signal Processing class note, the Department of Electrical Engineering, National Taiwan University (NTU), Taipei, Taiwan, 2020.

外部連結

 Acoustical Society of America 
 Institute of Acoustic in UK 
  National Council of Acoustical Consultants 
  Institute of Noise Control Engineers 

声学