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聲學是(shì)什(shén)麽?聲學的(de)發展史

衆所周知(zhī),物(wù)理(lǐ)學是(shì)自(zì)然科₩<ε(kē)學中的(de)一(yī)個(gè)基礎部門(mén),研究物(wù)質運λ<•&動最一(yī)般的(de)規律和(hé)物(wù)質的(de)基本結構。通(tōnσ✔₽∞g)常根據所研究的(de)物(wù)質運動形态和(hé)具體(tǐ)對(duì)象的(de)不(b↕∏↑ù)同,分(fēn)為(wèi)力學、聲學熱(rè)​÷±學和(hé)分(fēn)子(zǐ)物(wù)理(lǐ)學、電(diàn)磁學、光(g∏Ω©≈uāng)學、原子(zǐ)物(wù)理(lǐ)學、原子(zǐ)核物(wù)理(lǐ$  )學、固體(tǐ)物(wù)理(lǐ)學等部門(m♥‌én)。物(wù)理(lǐ)學的(de)發展相(xiàng)當依賴于數↔✘≥(shù)學工(gōng)具和(hé)實Ωε驗條件(jiàn),而它們的(de)成長(chá‍&Ωng)與完善,不(bù)僅需要(yào)時(shí)日(rìδ$​<)還(hái)需要(yào)資金(jīn)$★ 和(hé)加工(gōng)制(zhì)造業(yè)的(de)支撐。因此,上(shàng)述諸多(∞ duō)物(wù)理(lǐ)學分(fēn)支部門(mén)的±β‍™(de)發展,略有(yǒu)先後,便不(bù)足為(wèi)怪了(le)。從(có₹♠±÷ng)物(wù)理(lǐ)學的(de)發展史來(lái)看(kàn),把聲學和(hé)力學一β≈ α(yī)起視(shì)為(wèi)物(wù)理(lǐ)學中最古老(lǎo)的(de€×Ω✔)兩個(gè)部門(mén)是(shì)毫不(bù)為(wèi)過的(de)。說(shuō)它“"•古老(lǎo)”,說(shuō)它“悠久”,絲毫不(bù)意味著(zhe)它已經盡善∑δγ↔盡美(měi),沒有(yǒu)課題可(kě)研究了(le)。
 
自(zì)然科(kē)學家(jiā)們關于聲音(ββ↑yīn)的(de)研究清楚地(dì)表明(m₹σ∑íng):“聲是(shì)彈性媒質中的(de)一∏₽♦(yī)種機(jī)械擾動。彈性媒質包括固體(tǐ)、←Ω★液體(tǐ)和(hé)氣體(tǐ)。機(jī)械擾動是(shì)指媒質的(de)某種性質(譬如(δ<"rú)壓力、質點位移或密度)發生(shēng)了(le)可(kě)以用(α£yòng)儀器(qì)檢測出來(lái)或者可(kě)被人(rén)聽(tīng ₩₩¥)到(dào)的(de)交替變化(huà)。”[《科(kē)學百科(kē)全書♦€​"(shū)4卷》—415頁]由于發生(shēng)在彈性媒質中的(d₩©e)機(jī)械擾動,并不(bù)一(yī)定都(dōu)得(d¥↕$e)由人(rén)來(lái)策動,所以我們完全可(σ≤kě)以相(xiàng)信,在人(rén)類出現(xiàn)之πα↔前的(de)漫長(cháng)的(de)遠(↕<™φyuǎn)古時(shí)代,聲音(yīn)現(xiàn)象已經存在。在壓力差異的(de)作(zu•"ò)用(yòng)下(xià),大(dà)氣一(yī)定産生∞‍(shēng)流動,呼嘯的(de)風(fēng)聲一(yī)定存在。由于月÷≤£☆(yuè)球和(hé)太陽對(duì)地(dì)球各處的(de)弓力不(bùβ<>≠)同,會(huì)引起水(shuǐ)位的(de)漲落;潮起潮落時(shí)✔<δ,驚濤拍(pāi)岸後擦著(zhe)沙灘退下(xià),不(bù)會(huì)不(bù)出€ 聲響。廚房(fáng)裡(lǐ)的(de)燃氣爐竈開(k÷☆∞āi)到(dào)大(dà)火(huǒ)狀态,尚₽‌且“呼呼”作(zuò)聲,自(zì)然不(bù)難想像,火(↔✔huǒ)山(shān)爆發、岩漿噴湧之際,絕不(bù)★'±ε會(huì)是(shì)“悄然無聲”的(​↔de)。

自(zì)從(cóng)有(yǒu)了(le)人(rén)類之後,自(zì)然∞£界中早已存在的(de)這(zhè)些(xiē)原≠&始的(de)、天然的(de)“彈性媒質中的(de)械‌÷擾動”,才開(kāi)始被人(rén)類的(de)聽(tīng)覺所識得(de),從(cóng)此σε×,有(yǒu)能(néng)動性的(de)人(rén)類走上(shàn↕<σg)了(le)認識聲音(yīn)、利用(yòng)聲音(yīn)、創造聲音(yīn ®)的(de)漫漫長(cháng)路(lù)。随著(zhe)人(rén)類實踐活動≤‌'範圍日(rì)益擴大(dà)和(hé)認≈​‍←知(zhī)能(néng)力的(de)不(bù)斷提高(gāo),在認識聲音(yīn)的♦Ω(de)本質、特性、用(yòng)途等方σ♠ 面,不(bù)斷有(yǒu)真知(zhī)灼見(jiàn)出現(xiàn),同時(shí)又(←♦∏yòu)創造出許許多(duō)多(duō)曆史上(shàng)前所未有(yǒu♥♣φ∑)的(de)聲響。(古老(lǎo)的(de)牛車(chē)那(>→nà)木(mù)制(zhì)車(chē)輪和☆♥‌(hé)車(chē)軸之間(jiān)發出吱吱扭扭的(de)聲音(yīn)—現(xi€∞•àn)代化(huà)電(diàn)氣機(jī)車(chē)牽引著(zhe)火(±φhuǒ)車(chē)車(chē)廂行(x✔ &íng)駛在由長(cháng)軌鋪就(jiù)的(σ≤de)鐵(tiě)道(dào)線上(shàng)發出有(yǒu)節奏的(de)撞擊•γ≥聲;從(cóng)老(lǎo)式手搖留聲機(jī)使用(yòng ↑ ₹)鋼針拾音(yīn)、重現(xiàn)——密紋唱(chàng)片用(yòng)石英唱(≥Ω↑chàng)頭拾音(yīn)、重現(xiàn)—CD唱(chàng¶"σ)片用(yòng)激光(guāng)束來(lái)拾取信号、重現(xiàn)…)

相(xiàng)傳二千五百多(duō)年(nián)前,古希臘§♣÷的(de)大(dà)學者畢達哥(gē)拉斯經過鐵(tiě)匠(jiàng)鋪時(•Ωshí),發現(xiàn)鐵(tiě)錘敲擊鐵(tiě)砧發出聲♦ 音(yīn),與鐵(tiě)錘的(de)重量有(yǒu)關。又(yòu<♥)過了(le)一(yī)百多(duō)年(nián),亞裡(lǐ)斯多(duō)德提出空(kō♣♦>"ng)氣的(de)運動會(huì)形成聲音φ<∏(yīn)的(de)設想。從(cóng)古希臘人(rén)的(de)音(<εαεyīn)樂(yuè)活看(kàn),他(t∏∏♠&ā)們已經知(zhī)道(dào)運用(£♠≥yòng)打擊、撥弦和(hé)吹管的(de)方式,來(lái)制(zh€≥₽ì)造聲音(yīn)了(le)。14世紀—16世紀發生(shēng Ω)在歐洲的(de)文(wén)藝複興運動,一(yī)方面張揚了(le)人(rén)文(wén)主€©義精神批判封建主義的(de)精神桎梏,同時(shí)也(yě)推動↔←←和(hé)促進了(le)自(zì)然科(kē≠‌±)學的(de)進步。數(shù)學、物(wù)理(lǐ)方面的(de×₩)創造發明(míng)、使人(rén)們對(duì)宇宙有(yǒu)了(le)新的(de)認識。在♠≥↕®聲學方面,伽利略提出“音(yīn)的(de)高(gāo)低(dī)取決≈↕>§于弦線在每秒(miǎo)鐘(zhōng)內(nèi)的(d∑φσγe)振動次數(shù)”。在随後的(de)兩百多(duō)年(ni®‌¥án)裡(lǐ),科(kē)學家(jiā)在聲學領域裡(lǐ)不(‍∞> bù)斷取得(de)成果。關于樂(yuè)音(yīn)性質的(de)研究,當數(shù)德國( ♥"‍guó)物(wù)理(lǐ)學家(jiā)亥姆霍茲的(de)貢±↑ ∑獻最大(dà)。他(tā)指出:樂(yuè)音(yīn)是(shì)♥∞由空(kōng)氣的(de)周期振動引起的(de);樂(yuè)音←☆×←(yīn)之間(jiān)的(de)不(bù)同是(shì)由音(yīn)強、音(♠‍↔≠yīn)調和(hé)音(yīn)色決定的(de);泛音(yīn)的(₽∑≠γde)多(duō)少(shǎo)以及各個(gè)泛音(yīn)間(jiānσ•​≤)的(de)相(xiàng)對(duì)強度決定音₩® ☆(yīn)色。這(zhè)些(xiē)結論,至今仍是(shì)聲學,尤其是(£✔shì)音(yīn)樂(yuè)聲學的(de)基礎。

在中國(guó)曆代典籍當中,不(bù)泛涉及聲音(yīn)的(de)®ε$™論述。東(dōng)漢王充在《論衡》中寫道(dào):“生(sλ→hēng)人(rén)所以言語籲呼者,氣括口喉中,動搖其舌,張歙其口,故能(néng)成言。δ ↓”表明(míng)當時(shí)的(de)人∑§γ‍(rén)已經知(zhī)道(dào)了(le)人(rén)所以能(γ≥néng)說(shuō)話(huà),能(néng)←<↓長(cháng)籲短(duǎn)歎,是(shì)因為(wèi)有(yǒ→​u)一(yī)股氣約束在嗓子(zǐ)眼,再配合以舌頭的(de)運動取位以及咀巴的(de)開(k£♣‍āi)合,才能(néng)實現(xiàn)。明(míng)代科(kē)學家(jiā¶≠★)宋應星著有(yǒu)《天工(gōng)開(kāi)物(w↑✘∏ù)》、《論氣》、《談天》等著作(zuò)。在《論氣》中他(tā)寫道(dào):“沖之有← §®(yǒu)聲焉,飛(fēi)矢是(shì₹ ®≈)也(yě);界之有(yǒu)聲焉,躍鞭是(shì)也(yě);振之有(yǒu)聲焉,™®彈弦是(shì)也(yě);辟之有(yǒu)聲焉,裂缯是(shì)也(yě);合之有(≠$<βyǒu)聲焉,合掌是(shì)也(yě)。”說(shuō)明(míng)古人(rén)已±$知(zhī)曉射出飛(fēi)箭,揮動鞭子(z ±ǐ),彈撥絲弦,撕扯綢緞,雙手擊掌,皆因為γ&•(wèi)空(kōng)氣受到(dào)沖擊振動而發出聲響。明(míng)人(rén)✘≠§✘朱載埴在其父因皇室內(nèi)江獲罪下(xià)獄後,獨居十九年(nián),潛心鑽研β¶ ↓樂(yuè)律、數(shù)學。父親死後,不(bλ≥↕ù)承襲爵位,埋頭著述。他(tā)的(de)《樂∑®"(yuè)律全書(shū)》總結了(le)前人(rén)的φ♦♦↓(de)樂(yuè)律理(lǐ)論,并加以發展,其中的(de)《律呂精義》,經過精密的(de)計∞ε(jì)算(suàn),在世界上(shàng)首先提出用(yòng)等比級數(shù)¥ ✔€平均劃分(fēn)音(yīn)律,即十二平均律。除此之外(w δ©ài),我國(guó)古代的(de)樂(yuè↓♥)器(qì)也(yě)達到(dào)了(le)極高(gāo)的(de)水(shu✘£₩ǐ)準1978年(nián),在湖(hú)北(b"β←ěi)随縣出土(tǔ)的(de)曾侯乙編鐘(z¶★™hōng)便是(shì)一(yī)例。據→±✘考古工(gōng)作(zuò)者和(hé)音(yīn)樂(←↔¥σyuè)研究人(rén)員(yuán)共同鑒定,制£♥(zhì)成于二千四百多(duō)年(nián)前 &‌的(de)這(zhè)套編鐘(zhōng),總共有(yσ§ǒu)65枚鐘(zhōng),音(yīn)域含五個(gè)八度,律制(zhì)δ→完善,音(yīn)高(gāo)準确,工(gōng)藝精美(měi)。這(z↕•≈™hè)就(jiù)從(cóng)另一(yī)個(gè)側面(實用(yòng)性、工≈πδ(gōng)藝性方面)向世人(rén)表明(míng),我們的(de)先人(rπ &∏én),早在春秋戰國(guó)時(shí)代,對(duì)音(yīn)準、音(yīn)域與發聲體αδ(tǐ)的(de)形态、材質之間(jiān)的(de)關系,就(×§←jiù)已經有(yǒu)了(le)相(xiàng)當精準的(de)把握;非如(rú)此,便不α≠λ∑(bù)可(kě)能(néng)造出像曾侯乙編鐘(zhōng)這(zhè♦☆↔)樣的(de)傑作(zuò)來(lái)。

随著(zhe)人(rén)類的(de)生(shēng)産實踐、科(kē)學研究的↓₽(de)領域不(bù)斷擴大(dà),認知(zhī)手段不(bù)斷完善強化(h±¥→×uà),對(duì)聲音(yīn)現(xiàn)象的(de)認識水(shuǐ)平越來(lá∞↔ "i)越高(gāo)。另一(yī)方面,随著(zhe)人(rén)們對(duì)物(wù)質生• (shēng)活和(hé)精神文(wén δφ<)化(huà)生(shēng)活的(de©€)需求的(de)不(bù)斷提高(gāo),對(duì)生(shēng)活環境的(de)¥♠聲音(yīn)質量,對(duì)藝術(shù)欣賞享受時"€γφ(shí)的(de)聲音(yīn)質量,♦±™★要(yào)求變得(de)越來(lái)越高(gāo),這(zhè)也(yě)促進和(hé)推₹≈動了(le)聲學的(de)研究和(hé)進步。時(shí)至今日(rγ±→λì),依據研究方法、對(duì)象、頻(pín)率及應用(yòng)的(de)不(bù)同,聲∑↓β 學研究已經派生(shēng)出許多(duō)分(fēn↑≥)支,如(rú):幾何聲學、物(wù)理(lǐ)聲學、生(shēn₩ &g)理(lǐ)聲學、心理(lǐ)聲學、建築聲學、電(diàn)聲學、噪聲¥  控制(zhì)學、音(yīn)樂(yuè)聲學、水(shuǐ)聲學、大(dà)氣聲學、分(fē↑♠©✘n)子(zǐ)聲學、超聲學、次聲學、生(shēng)物(wù)聲學等等。不(bù)難理(σ♦∑lǐ)解,由于每個(gè)人(rén)都(dōu)有(yǒu)一(yī)台與生(shēng)俱≈&來(lái)的(de)聲音(yīn)接收裝置位于'®π≥頭顔兩側的(de)一(yī)雙耳朵,所以有(yǒu)一(yī)些(xiē)分(f∏×$βēn)支是(shì)直接以人(rén)耳為(wè♣₹₩i)研究對(duì)象的(de),如(rú)生(shē✔® ng)理(lǐ)聲學、心理(lǐ)聲學;有(yǒu)一(yī)些(xiē)分σ₽↓(fēn)支則是(shì)以人(rén)耳最終服務對(duì)象的♥∞‌(de),如(rú)語言聲學、建築聲學、電(diàn)聲學、音(yīn)樂(yuè)聲學等。Ωλ既然以人(rén)耳為(wèi)服務對(duì)象,自(zì)₩↕然少(shǎo)不(bù)了(le)要(yào)問("≈wèn)一(yī)問(wèn)耳朵:“你(nǐ)聽(tīng)來(lái)滿意嗎(ma↕™)?”“你(nǐ)感到(dào)舒服嗎(ma)?”“你(nǐ)感到(dào)清楚嗎(ma)?¶↔♠”舉一(yī)語言聲學與電(diàn)聲學交叉的(de)例子(zǐ):電(d★™≤‌iàn)話(huà)通(tōng)信當中把頻(pín)帶上(s §←★hàng)限規定為(wèi)3400Hz★↑•&,為(wèi)了(le)節約頻(pín)帶,再降低↕↔" (dī)一(yī)些(xiē),到(dào)25↓β≥∏00Hz行(xíng)嗎(ma)?經過大(✔¥​$dà)量的(de)通(tōng)話(huà)試聽(tīng),表明(míng)為(wèi)了(Ω☆&le)能(néng)夠分(fēn)辨出對(duì)通(tōng)過時(shí)的(de)★×←δ語氣情緒,少(shǎo)于340Hz是(shì)不(bù)能≠α←♦(néng)令電(diàn)話(huà)用(yòng)戶滿意的(de)。這(zhè)裡(l♣φǐ),就(jiù)由耳朵的(de)聽(tīng)覺效果來(lái)決定了(le)。β↑↔¥可(kě)以講,這(zhè)就(jiù)是(shì)聲音(yīn)質量主觀評價λ<的(de)一(yī)個(gè)應用(yòng)實例。


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