声学是什么？声学的发展史

众所周知，物理学是自然科学中的一个基础部门，研究物质运动最一般的规律和物质的基本结构。通常根据所研究的物质运动形态和具体对象的不同，分为力学、声学热学和分子物理学、电磁学、光学、原子物理学、原子核物理学、固体物理学等部门。物理学的发展相当依赖于数学工具和实验条件，而它们的成长与完善，不仅需要时日还需要资金和加工制造业的支撑。因此，上述诸多物理学分支部门的发展，略有先后，便不足为怪了。从物理学的发展史来看，把声学和力学一起视为物理学中最古老的两个部门是毫不为过的。说它“古老”，说它“悠久”，丝毫不意味着它已经尽善尽美，没有课题可研究了。
 

自然科学家们关于声音的研究清楚地表明：“声是弹性媒质中的一种机械扰动。弹性媒质包括固体、液体和气体。机械扰动是指媒质的某种性质(譬如压力、质点位移或密度)发生了可以用仪器检测出来或者可被人听到的交替变化。”[《科学百科全书4卷》—415页]由于发生在弹性媒质中的机械扰动，并不一定都得由人来策动，所以我们完全可以相信，在人类出现之前的漫长的远古时代，声音现象已经存在。在压力差异的作用下，大气一定产生流动，呼啸的风声一定存在。由于月球和太阳对地球各处的弓力不同，会引起水位的涨落；潮起潮落时，惊涛拍岸后擦着沙滩退下，不会不出声响。厨房里的燃气炉灶开到大火状态，尚且“呼呼”作声，自然不难想像，火山爆发、岩浆喷涌之际，绝不会是“悄然无声”的。

自从有了人类之后，自然界中早已存在的这些原始的、天然的“弹性媒质中的械扰动”，才开始被人类的听觉所识得，从此，有能动性的人类走上了认识声音、利用声音、创造声音的漫漫长路。随着人类实践活动范围日益扩大和认知能力的不断提高，在认识声音的本质、特性、用途等方面，不断有真知灼见出现，同时又创造出许许多多历史上前所未有的声响。(古老的牛车那木制车轮和车轴之间发出吱吱扭扭的声音—现代化电气机车牵引着火车车厢行驶在由长轨铺就的铁道线上发出有节奏的撞击声；从老式手摇留声机使用钢针拾音、重现——密纹唱片用石英唱头拾音、重现—CD唱片用激光束来拾取信号、重现…)

相传二千五百多年前，古希腊的大学者毕达哥拉斯经过铁匠铺时，发现铁锤敲击铁砧发出声音，与铁锤的重量有关。又过了一百多年，亚里斯多德提出空气的运动会形成声音的设想。从古希腊人的音乐活看，他们已经知道运用打击、拨弦和吹管的方式，来制造声音了。14世纪—16世纪发生在欧洲的文艺复兴运动，一方面张扬了人文主义精神批判封建主义的精神桎梏，同时也推动和促进了自然科学的进步。数学、物理方面的创造发明、使人们对宇宙有了新的认识。在声学方面，伽利略提出“音的高低取决于弦线在每秒钟内的振动次数”。在随后的两百多年里，科学家在声学领域里不断取得成果。关于乐音性质的研究，当数德国物理学家亥姆霍兹的贡献最大。他指出：乐音是由空气的周期振动引起的；乐音之间的不同是由音强、音调和音色决定的；泛音的多少以及各个泛音间的相对强度决定音色。这些结论，至今仍是声学，尤其是音乐声学的基础。

在中国历代典籍当中，不泛涉及声音的论述。东汉王充在《论衡》中写道：“生人所以言语吁呼者，气括口喉中，动摇其舌，张歙其口，故能成言。”表明当时的人已经知道了人所以能说话，能长吁短叹，是因为有一股气约束在嗓子眼，再配合以舌头的运动取位以及咀巴的开合，才能实现。明代科学家宋应星著有《天工开物》、《论气》、《谈天》等著作。在《论气》中他写道：“冲之有声焉，飞矢是也；界之有声焉，跃鞭是也；振之有声焉，弹弦是也；辟之有声焉，裂缯是也；合之有声焉，合掌是也。”说明古人已知晓射出飞箭，挥动鞭子，弹拨丝弦，撕扯绸缎，双手击掌，皆因为空气受到冲击振动而发出声响。明人朱载埴在其父因皇室内江获罪下狱后，独居十九年，潜心钻研乐律、数学。父亲死后，不承袭爵位，埋头著述。他的《乐律全书》总结了前人的乐律理论，并加以发展，其中的《律吕精义》，经过精密的计算，在世界上首先提出用等比级数平均划分音律，即十二平均律。除此之外，我国古代的乐器也达到了极高的水准1978年，在湖北随县出土的曾侯乙编钟便是一例。据考古工作者和音乐研究人员共同鉴定，制成于二千四百多年前的这套编钟，总共有65枚钟，音域含五个八度，律制完善，音高准确，工艺精美。这就从另一个侧面(实用性、工艺性方面)向世人表明，我们的先人，早在春秋战国时代，对音准、音域与发声体的形态、材质之间的关系，就已经有了相当精准的把握；非如此，便不可能造出像曾侯乙编钟这样的杰作来。

随着人类的生产实践、科学研究的领域不断扩大，认知手段不断完善强化，对声音现象的认识水平越来越高。另一方面，随着人们对物质生活和精神文化生活的需求的不断提高，对生活环境的声音质量，对艺术欣赏享受时的声音质量，要求变得越来越高，这也促进和推动了声学的研究和进步。时至今日，依据研究方法、对象、频率及应用的不同，声学研究已经派生出许多分支，如：几何声学、物理声学、生理声学、心理声学、建筑声学、电声学、噪声控制学、音乐声学、水声学、大气声学、分子声学、超声学、次声学、生物声学等等。不难理解，由于每个人都有一台与生俱来的声音接收装置位于头颜两侧的一双耳朵，所以有一些分支是直接以人耳为研究对象的，如生理声学、心理声学；有一些分支则是以人耳最终服务对象的，如语言声学、建筑声学、电声学、音乐声学等。既然以人耳为服务对象，自然少不了要问一问耳朵：“你听来满意吗?”“你感到舒服吗?”“你感到清楚吗?”举一语言声学与电声学交叉的例子：电话通信当中把频带上限规定为3400Hz，为了节约频带，再降低一些，到2500Hz行吗?经过大量的通话试听，表明为了能够分辨出对通过时的语气情绪，少于340Hz是不能令电话用户满意的。这里，就由耳朵的听觉效果来决定了。可以讲，这就是声音质量主观评价的一个应用实例。