第八讲 与声学有关的交叉学科
量子声学的原理与应用
量子声学的原理与应用引言：量子声学是声学和量子力学的交叉学科，它研究的是声波与量子系统之间的相互作用。
量子声学的发展为我们提供了一种全新的方法来研究和控制声波，同时也为量子信息科学和量子计算提供了新的可能性。
本文将介绍量子声学的基本原理以及其在通信、传感和信息处理等领域的应用。
一、量子声学的基本原理量子声学的基本原理建立在量子力学的基础上，它研究的是声波与量子系统之间的相互作用。
声波是一种机械波，它的传播需要介质的存在，而量子系统则是由微观粒子组成的。
量子声学的研究对象包括单个声子、声子的态密度和声子的操控等。
1. 单个声子的研究在量子声学中，我们可以通过操控单个声子来实现声波的精确控制。
通过将声波与量子系统进行耦合，我们可以将声波的能量转化为量子系统的激发态，从而实现声波的传输、存储和处理。
2. 声子的态密度声子的态密度是指单位频率范围内的声子数目。
在量子声学中，我们可以通过调节声子的态密度来实现声波的调制和解调。
通过控制声子的态密度分布，我们可以实现声波的频率选择性传输和滤波。
3. 声子的操控声子的操控是指通过外界的控制手段来改变声子的状态。
在量子声学中，我们可以通过操控声子的态密度、频率和相位等参数来实现声波的操控。
通过精确地控制声子的操纵，我们可以实现声波的干涉、调制和放大等操作。
二、量子声学的应用量子声学的研究不仅仅是为了满足科学探索的需求，它还具有广泛的应用前景。
以下将介绍量子声学在通信、传感和信息处理等领域的应用。
1. 量子通信量子通信是指利用量子力学的原理来实现信息的传输和处理。
量子声学作为量子通信的一个重要分支，可以实现高速、安全和高容量的通信。
通过利用量子声学的原理，我们可以实现量子态的传输和量子密钥分发等操作，从而实现信息的加密和解密。
2. 量子传感量子传感是指利用量子力学的原理来实现高灵敏度和高精度的传感器。
量子声学作为量子传感的一种手段，可以实现对声波的高精度测量和探测。
声学工程技术研究进展
声学工程技术研究进展声学工程技术是一门涉及声波传播、声学信号处理、噪声控制等等多个领域的交叉学科。
近年来，随着科技的不断发展，人们对于声学工程技术的需求也日益增加，声学工程技术研究也在持续深入。
声波传播声波传播是声学技术的基础，并且广泛应用于日常生活中，比如手机通讯、音响播放等等。
近年来，声波传播技术在医学领域、水下通讯等领域得到了广泛的应用，并取得了显著的进展。
例如，在医学领域，声波传播技术得到了广泛应用，如超声诊断、超声手术等，尤其是在乳腺癌的早期诊断中，越来越多地采用了超声波监测技术。
而在水下通讯领域，声波传播技术也成为了通讯的主要手段。
声学信号处理声学信号处理是指将声音信号转化为数字信号，进行相应的数字信号处理后，再将处理后的信号转换成音频信号的技术。
它在现代通讯、无线电视广播、语音识别、医学图像处理、声音压缩等领域得到广泛应用。
最近，深度学习技术的兴起，为声学信号处理技术的发展带来了革命性的变化。
深度学习在声学信号处理领域的应用，不仅提高了信号处理的精度，还缩短了处理时间，为未来声学技术的发展提供了很大的推动力。
噪声控制随着现代城市和工业的快速发展，噪声污染已经成为了人类生活的一大困扰。
因此，噪声控制的研究成为了声学工程技术不可或缺的一部分。
噪声控制技术主要分为被动消噪和主动消噪两种方式。
被动消噪是通过创造隔音墙和隔音窗等措施，以限制声波的传播和反射，并从根本上消除噪声。
而主动消噪是通过在噪声源处放置一个其他相反的声源，使两者相消，以消除噪声。
未来发展随着声学工程技术的不断发展，我们可以预见到，未来会有更多的技术被应用到生产与生活中。
特别是随着物联网的诞生，更多的设备会运用到声学技术中。
比如，家庭智能语音助手，这是一个新兴的应用领域，它通过将语音技术和物联网进行结合，让家居环境更加舒适和便捷。
总结声学工程技术的发展始终在为我们的生产和生活带来便利与舒适。
从声波传播到声学信号处理和噪声控制，再到未来的发展方向，声学工程技术无疑是一个不可或缺的学科。
声子晶体中的拓扑声学：探索声子晶体中的拓扑相与声波调控
声子晶体中的拓扑声学：探索声子晶体中的拓扑相与声波调控摘要拓扑声学是凝聚态物理学和声学交叉领域的新兴方向，研究声子晶体中的拓扑相及其对声波传播的调控。
本文深入探讨了拓扑声学的概念、原理、实验进展及其潜在应用。
通过对声子晶体中拓扑绝缘体、拓扑半金属、拓扑角态等拓扑相的介绍，阐述了拓扑声学在声波操控、新型声学器件设计等方面的独特优势。
引言拓扑声学（Topological Acoustics）是近年来兴起的跨学科领域，将拓扑物理的概念引入声学系统，研究声子晶体中受拓扑保护的声波传播现象。
声子晶体（Phononic Crystals）是由不同材料周期性排列而成的人工结构，其能带结构中存在带隙，可以禁止特定频率范围的声波传播。
拓扑声学通过引入拓扑不变量来描述声子晶体的能带结构，发现了许多受拓扑保护的声学现象，如拓扑绝缘体、拓扑半金属、拓扑角态等。
这些拓扑相具有独特的声波传播特性，为声波操控和新型声学器件设计提供了新的思路。
拓扑声学的原理拓扑声学的核心概念是拓扑不变量。
拓扑不变量是描述系统整体性质的物理量，不随系统的连续形变而改变。
在拓扑声学中，拓扑不变量可以用来表征声子晶体的能带结构。
当声子晶体的拓扑不变量发生变化时，其能带结构也会发生突变，出现新的拓扑相。
拓扑声学中的拓扑相主要包括：1. 拓扑绝缘体：拓扑绝缘体在体内是绝缘体，但在边界或界面上存在受拓扑保护的导电态。
拓扑声学绝缘体在体带隙中禁止声波传播，但在边界上存在受拓扑保护的声表面波或声边缘态。
这些拓扑态具有单向传播、背散射抑制等特性，可用于设计新型声波导、声隔离器等。
2. 拓扑半金属：拓扑半金属在能带结构中存在能带交叉点，称为Weyl点或Dirac点。
拓扑声学半金属具有类似的能带交叉点，其附近的声子具有线性色散关系。
拓扑声学半金属中的声波传播具有手性反常、负折射等特性，可用于设计新型声学透镜、声学天线等。
3. 拓扑角态：拓扑角态是存在于拓扑绝缘体拐角处的一种受拓扑保护的局域态。
声学的应用现状和发展趋势
声学的应用现状和发展趋势声学是研究声波传播、声音产生、声音感知和声音处理的学科。
声学的应用范围非常广泛，涉及到多个领域，包括音乐、语音通信、医学、环境保护、建筑设计等。
本文将从应用现状和发展趋势两个方面对声学的相关问题进行回答。
1. 应用现状声学在音乐领域的应用现状：声学在音乐领域的应用非常广泛。
例如，音乐家和音频工程师使用声学原理来设计和调整音响系统，以提供更好的音质和音场效果。
此外，声学也被应用于音乐教育中，帮助学生更好地理解声音的产生和感知过程。
声学在语音通信领域的应用现状：语音通信是声学的重要应用领域之一。
例如，电话系统、语音识别技术和语音合成技术都是基于声学原理来实现的。
此外，声学也被广泛应用于无线通信中的降噪和增强语音质量的领域。
声学在医学领域的应用现状：声学在医学领域也有重要的应用。
例如，医生使用声学技术来诊断和治疗听力问题、语言障碍和其他语音相关的疾病。
此外，声学在医学成像技术中也发挥着重要作用，如超声波成像和声学显微镜等。
声学在环境保护领域的应用现状：声学在环境保护领域的应用主要集中在噪声控制方面。
例如，声学工程师通过减少噪音污染来改善城市环境和工作场所的舒适度。
此外，声学也被用于研究海洋生物和动物的声音沟通方式，以保护海洋生态环境。
声学在建筑设计领域的应用现状：声学在建筑设计中起着重要作用，用于提供舒适的室内环境。
声学工程师考虑建筑物的声学特性，以减少噪音传播、提高音质和控制回声。
此外，声学还被用于设计音乐厅、剧院和会议室等特殊用途的建筑。
2. 发展趋势声学的发展趋势主要包括以下几个方面：声学传感器和设备的发展：随着技术的不断进步，声学传感器和设备的性能不断提高，尺寸不断缩小。
这将为声学应用提供更多可能性，例如更小型化的耳机、更精准的声音识别和高质量的音频设备。
声学与人工智能的结合：人工智能技术的快速发展将与声学技术相结合，实现更智能化的声学应用。
例如，基于深度学习的语音识别技术能够更准确地识别和理解人类语音，为语音通信和语音控制领域带来更大的便利。
声学基础讲义-第8章声学前沿
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）。
语音识别
语言模型
语言模型主要分为规则模型和统计模型两种。统计语言模型是用概率统计的方法来揭示语言单位内在的统计 规律，其中N-Gram简单有效，被广泛使用。
N-Gram：该模型基于这样一种假设，第n个词的出现只与前面N-1个词相关，而与其它任何词都不相关，整句 的概率就是各个词出现概率的乘积。这些概率可以通过直接从语料中统计N个词同时出现的次数得到。常用的是二 元的Bi-Gram和三元的Tri-Gram。
发展史
中国发展 识别模式
数据库 技术发展
中国的语音识别研究起始于1958年，由中国科学院声学所利用电子管电路识别10个元音。直至1973年才由中 国科学院声学所开始计算机语音识别。由于当时条件的限制，中国的语音识别研究工作一直处于缓慢发展的阶段。
进入80年代以后，随着计算机应用技术在中国逐渐普及和应用以及数字信号技术的进一步发展，国内许多单 位具备了研究语音技术的基本条件。与此同时，国际上语音识别技术在经过了多年的沉寂之后重又成为研究的热 点，发展迅速。就在这种形式下，国内许多单位纷纷投入到这项研究工作中去。
·苏联的研究为模式识别应用于语音识别这一领域奠定了基础；
·日本的研究则展示了如何利用动态规划技术在待识语音模式与标准语音模式之间进行非线性时间匹配的方 法；
·板仓的研究提出了如何将线性预测分析技术（LPC）加以扩展，使之用于语音信号的特征抽取的方法。
在语音识别的研究发展过程中，相关研究人员根据不同语言的发音特点，设计和制作了以汉语（包括不同方 言）、英语等各类语言的语音数据库，这些语音数据库可以为国内外有关的科研单位和大学进行汉语连续语音识 别算法研究、系统设计、及产业化工作提供充分、科学的训练语音样本。例如：MIT Media lab Speech Dataset（麻省理工学院媒体实验室语音数据集）、Pitch and Voicing Estimates for Aurora 2(Aurora2语 音库的基因周期和声调估计）、Congressional speech data（国会语音数据）、Mandarin Speech Frame Data（普通话语音帧数据）、用于测试盲源分离算法的语音数据等。
音乐与物理学的交叉研究
音乐与物理学的交叉研究音乐和物理学是两个看似完全不相干的领域，一个以艺术性和表达性闻名，另一个则以理性和实证性著称。
然而，深入探索音乐与物理学之间的关系可以带来意想不到的发现和启示。
在这篇文章中，我将讨论音乐和物理学的交叉研究，以及它们对彼此的相互影响。
首先，音乐是关于声音的艺术形式，而物理学则是研究声音的科学。
物理学家通过研究声波的传播和振动频率，深入了解音乐中的声音是如何产生和演变的。
例如，音乐家们利用物理学的知识来调整乐器的材料和形状，以产生不同的音色和音调。
另外，通过运用物理学的原理，音乐家们可以变化声音的音量和音调，从而创造出丰富多样的音乐效果。
除了音乐产生的声音本身，物理学还可以解释音乐对人类大脑的影响。
许多研究显示，音乐可以激发人的情感和情绪，这是因为音乐的节奏和旋律可以直接影响我们的大脑活动。
物理学家通过研究人脑的电信号和神经连接，揭示了音乐是如何通过触发大脑的特定区域来引发情绪反应的。
这些研究不仅有助于我们更好地理解音乐的魅力，也有助于开发音乐疗法来治疗情绪和心理问题。
此外，音乐还可以通过物理学的原理来提高音质和音乐体验。
物理学家通过研究声音传播的物理特性和声学原理，帮助音乐家们设计和优化音响系统和音乐场馆。
通过合理地安排音箱和吸音材料，可以减少声波的衍射和反射，从而提高音频的清晰度和逼真度。
此外，物理学的知识还能够帮助音乐家们解决音频设备中的问题，例如电磁干扰和噪音消除，以提供更好的音质体验。
除了音乐对物理学的应用，物理学家们也可以借鉴音乐的创作和表演过程来推动新的科学研究。
音乐的创作和演奏需要艺术家对节奏、和弦和旋律等元素进行组合和平衡，这与物理学家们追求科学理论和实证结果的过程有着相似之处。
音乐家们常常利用创造力和想象力来创作新的音乐作品，而物理学家们也需要这些品质来提出新的理论和模型。
因此，从音乐中借鉴的创作和表演过程可以激发物理学家的创新思维和探索精神。
最后，音乐和物理学的交叉研究还可以启发我们对于世界的理解和表达。
声学专业
声学既是一门经典学科，又是一门“常新”的学科。
从经典声学到现代声学，声学始终是最具生命力的学科之一，表现为其内涵不断深化、外延不断扩大。
现代声学是一门跨层次的基础性学科，研究从微观到宏观、从次声（长波）到特超声（短波）的一切形式的线性与非线性声（机械）波现象。
同时，现代声学具有极强的交叉性与延伸性，它与现代科学技术的大部分学科发生了交叉，形成了一系列诸如医学超声学、生物声学、海洋声学、环境声学等新型独特的交叉学科方向，在现代科学技术中起着举足轻重的作用。
现代声学更是一门具有广泛应用性的学科，对当代科学技术的发展、社会经济的进步、国防事业的现代化、以及人民物质与精神生活的改善与提高中发挥着极其重要、甚至不可替代的作用。
因此，声学学科已经大大超越了物理学的经典范畴，而成为包括信息、电子、机械、海洋、生命、能源等学科在内的充满活力的多学科交叉学科。
随着与当代电子与信息科学技术的不断融合，以及声学研究手段的不断进步，声学无疑是廿一世纪最具发展潜力的学科之一，并将迎来其更辉煌的篇章。
现代语音处理技术与应用
现代语音处理技术与应用1. 引言1.1 概述现代语音处理技术是一门涉及语音信号的分析、合成和理解的交叉学科领域。
随着科技的不断进步和人们对语音技术应用的需求不断增加，语音处理技术得到了广泛关注和应用。
从简单的声纹识别到复杂的自动语音识别系统，现代语音处理技术已经在很多方面展示出了惊人的能力和潜力。
1.2 文章结构本文将以三个主要部分来介绍现代语音处理技术与应用。
首先，我们将概述现代语音处理技术，并回顾其发展历程以及相关领域的应用。
然后，我们将深入探讨声学模型与语音分析技术，包括声学模型的概念、语音信号分析方法以及语音识别实现原理。
接下来，我们将详细介绍与之紧密相关的语音合成与生成技术，包括基本原理、合成方法分类以及实际应用场景。
最后，在科研前景与发展趋势部分，我们将讨论当前面临的挑战和机遇，探索新兴研究方向，并展望技术的发展趋势。
1.3 目的本文旨在全面介绍现代语音处理技术及其应用，帮助读者了解语音处理技术的基本概念、原理和实际应用场景。
此外，我们还将探讨当前面临的挑战和机遇，并提供展望未来语音处理技术发展趋势的观点。
通过阅读本文，读者将获得对现代语音处理技术及其前沿研究方向有更为深入和全面的理解。
2. 现代语音处理技术概述2.1 什么是语音处理技术语音处理技术是指对人类声音的数字信号进行分析和处理的一门学科。
它涉及了多个领域，如信号处理、机器学习、自然语言处理等。
语音处理技术旨在从语音信号中提取信息并实现对其理解和应用。
2.2 发展历程语音处理技术的发展可以追溯到20世纪50年代。
最初阶段，研究者主要关注于对人类声音特征的测量与分析。
随着计算机技术的进步，人们开始尝试将语音转换为数字信号，并运用数字信号处理技术进行分析。
20世纪80年代，在机器学习算法和大数据的支持下，自动语音识别取得了突破性进展。
21世纪以来，深度学习技术的兴起进一步推动了语音处理领域的发展。
2.3 相关领域应用现代语音处理技术已经广泛应用于各个领域。
[汇总]声学研究方向
![[汇总]声学研究方向](https://img.taocdn.com/s3/m/863c7d7859fafab069dc5022aaea998fcc224069.png)
声学研究方向【物理声学】物理声学是声学的基础研究方向。
目前，该方向有如下研究子方向。
（1）非线性声学：非线性振动动力学，振动激励下流体和颗粒介质中的非线性波动，周期与复杂介质（结构）中的非线性声波，声波非线性界面效应，声孤子及其混沌。
（2）强声学：含泡液体等多相介质中的声传播，声空化现象，声致发光现象，等等。
（3）空气声学与声凝聚：雾状气体、含微粒物质气体中声的传播，声与物质的相互作用，声致凝聚、结晶效应，等等。
【光声学】该方向是声学（超声学）与光信息科学与技术相结合而形成的交叉学科方向，主要研究光声热波效应与成像技术，激光超声理论与成像技术，光声技术在集成电路和材料无损检测与评价中的应用，微电子声学系统。
【超声学】该方向研究超声波的基本理论及其在电子、通讯、工业、交通等领域的应用,设如下两个子方向。
（1）超声电子学：超声在固体以及复合介质中的传播理论，声表面波现象，复合超声换能器设计，声表面波通讯器件及其在通讯领域的应用，微机械声学传动和传感器件及其应用。
（2）检测声学：超声在非均匀媒质、板状、层状或柱状媒质中的传播特征，超声导波技术，兰姆波传感技术，超声工业无损检测与评价，人工声带隙材料及其应用。
【生物医学超声学】该方向是超声学与生物学、医学等学科相结合而形成的交叉学科方向，是超声学、生物医学工程学的前沿研究方向之一。
主要研究领域包括：（1）医学超声工程：医学超声信号处理的理论与技术，新型超声电子诊断器械与设备以及超声手术器械；（2）非线性超声及其医学成像：生物媒质中的非线性声学效应和声传播特征，非线性超声参量成像，高频超声成像，超声造影剂，超声影像处理技术；（2）超声生物医学效应：超声对人体组织和生物大分子的物理、生物与化学效应，高强度聚焦超声及其医疗应用，生物组织的超声处理，超声安全与超声剂量学。
【音频声学】音频声学研究可听声范围内的一切声学问题，主要有如下若干个子方向。
（2）环境与建筑声学：噪声与振动控制原理，有源消声技术与有源抗噪声耳罩，噪声评价与治理；房间声场及其计算，建筑物与厅堂声学效果设计，隔声技术，声隐形技术；（3）电声学与音响工程：扬声器和扩声系统，计算机电声系统辅助测量与设计，音箱设计专家系统和电声测量专家系统，数字音频技术。
声生态学及其启示
声生态学及其启示
施郁
声音是我们每个人都熟悉的东西。声学是物理学中的一个传统领域，研究声音的物理性质，比如振动如何产生声波， 声波如何在媒介中传播，声波的频率、强度、速度，等等。
然而，我们对于声音的感知，或者推而广之，动物对于声音的感知，还有超出以上性质的很多问题。有一个有趣的 问题：“在一个没有人的地方，有没有声音？”简单来说，这里的“声音”可以有两种含义。一个含义是客观的声音本身， 即媒介的振动。物理学中有很多这种问题，比如材料的声学性质，声波的量子化，乃至早期宇宙中的声波。而且很多是 超出人耳的感知范围的。在这个意义上，声音当然不依赖于人的存在。
这就是一门叫做声生态学（acoustic ecology）的交叉学科。它与较传统的生物声学、 生理声学的关注点又有所不同。
我们知道，声音是信息的一种载体。声生态学也从这个角度进行研究，比如动物如
何通过发出声音向同伴传递信息，包括求偶、寻食、警示等等。 反过来，动物也从其他动
物以及环境的声音得到信息，比如寻找栖息地的线索。这当然也就导致噪声对动物行为
在抗击新型冠状病毒肺炎之际，还可以探讨另外几个学科交叉问题。一是比较一般的问题，就是物理学家可以为这种 传染病做哪些贡献。可以想到的有：宏观方面，可以用理论物理，特别是统计物理和复杂性科学的方法去研究传染病的 规律，甚至结合现实的数据，对它的传播作出预测，探讨如何尽快消灭它。微观方面，除了帮助发展医疗诊断工具和研究手 段（已有的例子是 X 射线，CT，磁共振，电镜等等），也有其他的努力方向，比如帮助发展更有效的病毒检测手段、急救技术 （既有的例子是包括人工肺的体外膜肺氧合，即 ECMO），等等。
但是“声音”还有另一个含义，就是人或者动物对于声音的感知，这当然不仅依赖于声音的客观性质，也依赖于人或者 动物的存在。在这个意义上研究声音，就需要新的概念和新的理论。比如，我们熟悉的分贝是声音强度的一个衡量。首先用 声压代表声音强度，它与参考值的比值的对数，再乘以 20，就得到分贝。这里选择 20 微帕斯卡作为参考值，是参考了人类 对声音感知的阈值下限。但是动物（包括人）对于不同频率的感知能力是不一样的，因此 研究人员提出频率加权函数这个概念。对于不同的动物，采取不同的加权方法。这样就可 以刻画不同生物感知的声环境，研究很多相关的问题，比如噪声导致听觉功能退化，不同 动物的听觉能力的比较，听觉能力随着生物进化的变化，等等。
建筑中的音乐与声学设计
建筑中的音乐与声学设计是一个涉及建筑和音乐的交叉学科领域。
它探究了如何通过合理的音乐与声学设计来提高建筑物的空间品质和舒适度。
音乐与声学设计在现代建筑的设计中起着重要的作用，可以为人们创造一个令人愉悦和宜居的环境。
在建筑中融入音乐可以通过多种方式实现。
首先，设计师可以在建筑物的外部或内部安装音响系统，播放特定的音乐。
这种音乐可以以背景音乐的形式存在，在不干扰建筑使用的情况下为人们创造一个轻松愉快的氛围。
此外，设计师还可以为不同区域的建筑物选择不同类型的音乐，以营造出不同的氛围。
例如，在商业区域，可以选择快节奏的流行音乐以增加活力；而在公共区域，可以选择更加舒缓的音乐以提供放松的感觉。
除了使用音乐进行建筑设计，声学设计也是重要的因素。
声学设计可以通过控制建筑物内部的声音反射和吸收来改善建筑物内部的声音品质。
良好的声学设计可以减少噪音的产生和传播，提高建筑物内部的声音清晰度。
在音乐演奏场所，例如音乐厅和剧院中，良好的声学设计对于音乐的传播和欣赏非常重要，能够提供更好的音乐体验。
在建筑设计中考虑音乐和声学设计的一个重要方面是建筑的材料选择。
各种不同的材料具有不同的声音传导特性。
因此，在选择建筑材料时，设计师需要考虑材料对声音的传导和反射的影响。
例如，木材和石材常常被用于音乐厅和剧院的内部装饰，因为它们可以提供良好的声音反射和吸收性能。
此外，设计师还可以通过在建筑物的设计中引入具有吸音功能的材料，如软质材料或吸音板，以提高建筑物内部的声音品质。
音乐和声学设计对于建筑物的舒适度和人们的健康和幸福感也起着重要的作用。
研究表明，良好的音乐和声学设计可以帮助降低人们的压力水平，促进身心健康。
在办公室和住宅建筑中，合理的音乐和声学设计可以帮助人们更好地集中注意力和工作效率。
在医院和养老院等场所，合适的音乐和声学设计可以为患者和居民创造一个安静和舒适的环境，有助于促进康复和休息。
综上所述，建筑中的音乐与声学设计是一个重要且多样化的学科领域。
声学基础 教学大纲
三、主要内容及学时安排
章或节 绪论 第1章 第2章
主要内容 声学的科学、技术和艺术
质点振动系统 弹性体的振动
学时安排 1 6 2
习题及讨论课
2
第3章
理想流体介质中声波的传播
6
球面声波的波动方程及其声阻抗率
6
声波在管中的传播
5
期中考试
2
第4章
声波的辐射
10
第5章
声波的散射
4
第6章
声波的吸收
2
第7章
声波的接收
的振动方程及其解，理解三种振动状态下的振动能量，掌握振动系统的 固有频率以及振动系统对固有频率的影响，理解谐振现象、强迫振动过 渡过程的物理意义；掌握机电类比方法。 (2) 弹性体的振动：理解弦的振动，建立弦的振动方程，求解弦振动方程的 一般解，理解弦自由振动的一般规律 — 弦振动的驻波解并理解解的物 理意义；了解棒的纵振动，建立棒的振动方程并求解；了解膜的振动及 膜振动方程。 (3) 声场的声学量：理解声压、质点振速、质点位移和声速的物理概念，推 导出理想流体介质中的三个基本方程；推导小振幅声波传播的波动方程， 理解声能密度、声能流密度、声强、声功率、声压级和声强级的物理概 念； (4) 建立平面波波动方程并求其解，掌握振速和声压的关系，明确声阻抗率 与介质特征阻抗的概念；了解声学边界条件，理解平面声波的反射、折
6
习题及讨论
2
期末考试
四、考核方式： 平时作业，期中、期末闭卷笔试
五、开课专业： 海洋技术
六、其它信息： 双语教学课程
主要 1. 何祚镰、赵玉芳，声学理论基础，北京：国防工业出版社，1981 参考书 2. 杜功焕、朱哲民、龚秀芬，声学基础， 南京大学出版社， 2002
物理教学教案-科学与音乐的交叉
实验目的：通过实验演示，让学生直观感受物理与音乐的联系，加深理解
实验材料：音响设备、音叉、示波器等
实验步骤： a. 准备音叉和音响设备，调整音响设备的音量和音调； b. 用示波器观察音叉的振动波形； c. 播放音乐，观察音叉的振动与音乐节奏的关系； d. 引导学生思考物理与音乐的联系，加深理解。
小组讨论：学生分组讨论音乐与科学的联系，培养合作与沟通能力 互动问答：教师与学生互动问答，深入探讨音乐与科学的交叉点 案例分析：通过具体案例分析音乐与科学的应用，增强理解与记忆 实验探究：设计实验探究音乐与科学的联系，培养实践与创新能力
介绍科学与音乐的 关系，强调物理在 音乐中的重要性
优势：能够激发学生的学习兴趣和积极性，培养学生的观察、思考和动手能力
案例分析：选取典型案例，深入剖析，理解科学与音乐交叉的原理
实践操作：通过实验、制作等活动，让学生亲身体验科学与音乐交叉的魅力
结合方式：将案例分析与实践操作有机结合，相互补充，提高教学效果 注意事项：注意案例与实践操作的选取与组织，保持与主题紧密相关
激发学生对物理和音乐的热爱， 培养其创新精神和实践能力
物理原理：声音的产生与传播
交叉点：声学与音乐理论的结合
添加标题
添加标题
添加标题
添加标题
音乐原理：音高、音色、音量和节 奏
教学方法：实验与演示相结合
节奏：物理中的振动与音乐中的节奏密切相关，振动频率决定了音乐的节奏。 音高：物理中的声学原理决定了音乐的音高，不同频率的振动产生不同的音高。 音色：物理中的波长和音色密切相关，不同波长的声音呈现出不同的音色。 和声：物理中的声波干涉和叠加原理可以解释音乐中的和声现象。
【课题申报】音乐与科学的跨学科融合研究
音乐与科学的跨学科融合研究音乐与科学的跨学科融合研究一、课题背景与意义随着现代社会的不断发展，各个领域之间的融合已经成为一种趋势。
音乐作为一门艺术，与科学领域紧密相连，两者之间的交叉学科已经引起了广泛的关注。
音乐与科学的跨学科研究不仅对于音乐学和科学的发展具有重要意义，而且对于人类的认知、创新力以及社会经济的提升也具有积极影响。
本课题旨在探索音乐与科学的跨学科融合，研究其内在的联系和相互作用，为两个领域的发展提供新的思路和方法。
二、国内外研究现状国内外对于音乐与科学的跨学科融合研究已有一定的积累。
在音乐学领域，一些学者通过研究音乐的特征、结构和演奏技巧，探索音乐作品中的科学原理和规律。
在科学领域，一些科学家通过研究声学、心理学等理论，运用科学的手段和方法来解析音乐的产生和作用机制。
然而，当前的研究还停留在对音乐和科学的单向影响分析，缺乏对于两个领域相互交融的理解。
因此，有必要开展深入研究，探索音乐与科学之间的内在联系和相互关系。
三、研究目标本课题的研究目标主要有以下几个方面：1. 探索音乐与科学的跨学科融合的内在规律和机制。
2. 研究音乐在认知、创新和社会经济领域的作用和影响。
3. 提出跨学科融合研究的新方法和手段，促进音乐学和科学的共同发展。
四、研究内容与方法1. 音乐与科学的理论研究：通过文献资料的搜集与分析，系统总结音乐与科学的相关理论，并探讨两者之间的内在联系和相互作用。
2. 音乐与科学的实证研究：通过实地调查、实验室研究等方法，收集音乐与科学交叉领域的相关数据，并运用统计学和心理学等分析工具，分析数据，深入研究音乐与科学的相互影响。
3. 跨学科融合的应用研究：结合实际需求，探索将音乐与科学的跨学科研究应用于认知、创新和社会经济领域，推动学术研究与社会实践的有机结合。
五、预期成果及创新点1. 建立音乐与科学跨学科研究的理论框架，揭示二者之间的内在联系和相互作用。
2. 运用定量和定性的研究方法，得出详实的研究结果和结论，为学术界提供可靠的研究数据和参考。
物理学中的声学与音乐学
物理学中的声学与音乐学声学和音乐学是物理学中重要的研究领域，涉及到音波的产生、传播和感知等方面。
声学主要探讨声音在空气、固体和液体等介质中的传播规律，而音乐学则研究音乐的创作、演奏、听觉感知等方面。
本文将介绍声学和音乐学的基本概念、应用以及两者之间的关联性。
一、声学的基本概念声学是研究声音的产生、传播和效果的学科。
声音是由机械振荡引起的压力波，通过空气、固体和液体等介质的震动传播。
声学研究的内容包括声音的频率、振幅、波长等基本特征，以及声波的传播速度、衰减、干扰等现象。
在声学中，频率是指声波振动单位时间内重复的次数，用赫兹（Hz）来表示。
振幅则表示声波的强度，与声音的音量有关。
波长是声波在媒质中传播一个周期所需的距离。
除了这些基本特征，声学还研究了声音的回声、共鸣、谐波等现象。
回声是指声音在遇到障碍物反射后返回的声波，共鸣是由于受到外部振动源的影响而引起物体自身振动的现象。
谐波则是指振动体的自然频率与外力施加频率相同时的共振。
二、音乐学的基本概念音乐学是研究音乐的学科，探讨音乐的创作、演奏、听觉感知等方面。
音乐是由声音的组织和艺术创造构成的一种艺术形式。
音乐学既涉及音乐的表演技巧、音乐创作原理，也关注人类对音乐的感知和欣赏。
音乐学的基本元素包括旋律、和声、节奏和音色等。
旋律是一系列音符按照一定的音高、音程和节奏顺序排列而形成的。
和声则是多个旋律在时间上的相互作用，形成和谐的效果。
节奏是音乐中有规律的时间感，通过强弱、快慢、长短等方式表现出来。
音色则是指音乐中不同乐器或声源所具有的特定音质。
音乐学还研究音乐的历史变迁、文化传承以及音乐与情感、社会等方面的关系。
通过对音乐的分析和研究，音乐学为音乐的创作和表演提供了理论基础。
三、声学与音乐学的关系声学和音乐学密切相关，它们互相借鉴和促进彼此的发展。
声学为音乐学提供了物理学的基础，并深化了对声音特性的理解。
通过声学的研究，音乐家可以更好地利用声波的传播特性和共鸣现象来设计乐器、演奏技巧以及音乐演出场所。
声学网络知识点总结归纳
声学网络知识点总结归纳声学网络的发展具有重要意义，对于水下通信、水下定位、海洋观测等领域有着重要的应用价值。
声学网络技术的发展可以极大的提高水下通信的速度和精度，并且可以应用于更多的领域，满足更多的需求。
声学网络的技术基础包括声学传感器、声学信号处理、声学通信协议等多个方面的技术。
声学传感器用于采集海洋中的声音信号，包括声纳、水下麦克风等，声学信号处理用于对采集的声音信号进行处理，提取出需要的信息，声学通信协议用于规定声学通信的相关规范和流程。
在声学网络中，声学通信是一项核心技术，它可以用于水下通信、水下定位、水下导航等领域。
声学通信可以利用声波在水中传播的特性，进行双向通信，通过声波在水中的传播和反射，实现对水下目标的探测和监测。
水下通信是声学网络中的一个重要应用，它可以用于水下机器人的控制、水下传感器的数据传输等。
声学网络还包括声学传感技术。
声学传感技术可以利用声波在水中的传播特性，进行海洋观测、海底勘探等任务。
声学传感技术可以通过声波在水中的传播速度和方向，获取海洋中的目标位置、速度等信息。
声学传感技术还可以用于水下定位、水下导航等领域。
声学网络的发展还受益于声学信号处理技术。
声学信号处理技术可以用于提取采集的声音信号中的有用信息，比如说海洋中的目标位置、速度等信息。
声学信号处理技术可以利用声学信号的频率、相位等特性，对声音信号进行分析和处理，提取出需要的信息。
声学网络还需要声学通信协议。
声学通信协议是声学通信的重要规范，它包括声学通信的信道规划、通信协议、数据格式等多个方面的规范。
声学通信协议可以确保声学通信的稳定、高效进行，提高通信的可靠性和安全性。
总的来说，声学网络是利用声音信号进行通信和传输的网络系统，它覆盖了声学通信、声学传感、声学定位等多个领域，应用于水下通信、声纳定位、声学遥感等多个领域。
声学网络的发展具有重要意义，对于水下通信、水下定位、海洋观测等领域有着重要的应用价值。
声学网络的技术基础包括声学传感器、声学信号处理、声学通信协议等多个方面的技术。
1.2.声学分支学科
室内声学的研究方法有几何声学方法、统计声学方法和波动声学方法。
当室内几何尺寸比声波波长大得多时，可用几何声学方法研究早期反射声分布以加强直达声，提高声场的均匀性，避免音质缺陷；统计声学方法是从能量的角度，研究在连续声源激发下声能密度的增长、稳定和衰减过程 (即混响过程)，并给混响时间以确切的定义，使主观评价标准和声学客观量结合起来，为室内声学设计提供科学依据；当室内几何尺寸与声波波长可比时，易出现共振现象，可用波动声学方法研究室内声的简正振动方式和产生条件，以提高小空间内声场的均匀性和频谱特性。
房间中从声源发出的声波能量，在传播过程中由于不断被壁面吸收而逐渐衰减。
声波在各方向来会反射，而又逐渐衰减的现象称为室内混响。
一般在房间中存在两种声，自声源直接到达接受点的声音叫直达声 （ Direct Sound ） ；而经过壁面一次或者多次反射后到达接受点的声音，听起来好像是直达声的延续叫做混响声 （ Reversable Sound ） 。
室内存在混响这是有界空间的一个重要声学特性，在无界空间中是不存在这一现象的。
当声源停止工作后室内混响中的规律是我们研究室内声学的一个重点。
我们用一个称为混响时间的量来描述室内声音衰减快慢的程度。
它的定义为：在扩散声场中，当声源停止后从初始的声压级降低 60dB (相当于平均声能密度降为 1/10 6 )所需的时间，用符号 T 60 来表示（也作 T R ）图 1.16 T 60 定义图示按照混响时间的定义，我们得到：( 1-2-1 -1)如果室内平均吸声系数较小， <0.2,那么由于 ，上式可近似为：( 1-2-1 -2)该公式最早由美国声学家赛宾从实验获得，因此命名为赛宾公式。
图 1.17 根据塞宾公司绘得 T 60 随房间墙面材料平均吸声系数变化的曲线混响时间对人的听音效果有重要影响，它仍然是迄今为止描述室内音质的一个最为重要的参量，大量经验表明，过长的混响时间会使人感到声音“混浊”不清，使语言听音清晰度降低，甚至更本听不清；混响时间太短就有“沉寂”的感觉，声音听起来很不自然。
语言声学
语言分析
是用分析的方法来研究语言的自然特性。主要内容是:分析语声的时间特性和波长特性，以及发声器官的发声 分析。在说话时，语声是处在语流之中的。从一个短暂的时间窗口去观察语声的声学特性，便是短时频谱分析， 而长时平均频谱则表示语言的统计平均特性。共振峰分析，是根据语音的频谱和语言产生的原理，推算出声道的 共振波长。基波分析，是从语言波中提取出基本波长，其方法既可以是测量基波本身，也可以是利用谐波来求出 基波。基波随时间的变化方式，构成了声调和语调，它们是重要的语声特征。在专用的语言分析设备问世以前， 曾采用浪纹计和示波器分析语言波形，以后又使用滤波器组或波长分析仪。但是，对于大量的多变的语声来说， 这些分析方法都有很大的局限性。因此，对语言特性的认识也受到一定的限制。40年代出现的语图仪，可以把可 听的语言描绘成可见的图样──语图。这便是所谓“可见语言”(见彩图)。
20世纪40年代，一种语言声学的专用仪器——语图仪问世了。它可以把语声的声学特征用语图表示出来，从 而得出了“可见语言”。这对语言声学的发展作出了重要贡献。50年代对语言产生的声学理论开始有了系统的论 述，到了60年代语言声学研究得到了计算工作， 得以在电子计算机上进行。在此基础上，语言声学不论在基础研究方面，还是在技术应用方面，都取得了突破性 的进展。
语言识别
是根据语言信号的声学待征，有时加上语言的结构规则和语意线索，由机器认出输入的语言来。可以根据使 用要求，由机器以不同的方式作出响应，如打印出与该语声相应的文字、符号，完成规定的动作等。它分为孤立 单词自动识别和连续语言自动识别。自20世纪50年代开始系统而广泛的研究。对单个人小量词汇(例如200个词) 的自动识别已取得了较大的进展;但是，很快便在更换发话人和扩大词汇容量方面遇到了困难。自动语言识别的实 现，面对着三个重大的语言声学基础课题：①语言知觉的基本单位是什么，是音素、音节还是单词；②是否存在 音素的心理常量，如果有，它是什么；③如何对连续语言进行分段。经过一个低潮以后，由于计算技术，特别是 语言声学基础研究和信号处理技术的发展，到了70年代自动语言识别又获得了新的进展，并开始进入了一个更高 的发展阶段──连续语言自动识别。，有限词汇的、在一定条件下适用的自动语言识别装置，已进入实际应用。 可以接受口令输入的电子计算机，正在研究发展中。适用于多数发话人的、不怕环境噪声干扰的和无限词汇的自 动语言识别系统还有待于大量的基础研究。
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第八讲与声学有关的交叉学科声学之所以被认为是“最古老而又最年轻的学科”，其根本原因是声学本身与其他许多学科之间存在着非常广泛的相互渗透关系，以致形成许多相应的边缘学科，其中不仅涉及包括生命科学在内的几乎所有主要的基础自然科学，还在相当程度上涉及若干人文科学．这种广泛性不仅在物理学其他分支中，即使在整个自然科学中也是非常罕见的．现代声学是一门跨层次的基础性学科，研究从微观到宏观、从次声(长波)到特超声(短波)的一切形式的线性与非线性声(机械)波现象．同时，现代声学具有极强的交叉性与延伸性，它与现代科学技术的大部分学科发生了交叉，形成了一系列诸如声化学、医学超声学、生物声学、海洋声学、环境声学、建筑声学、语言声学等新型独特的交叉学科方向，在现代科学技术中起着举足轻重的作用．现代声学更是一门具有广泛应用性的学科，对当代科学技术的发展、社会经济的进步、国防事业的现代化、以及人民物质与精神生活的改善与提高中发挥着极其重要、甚至不可替代的作用．本讲分别做一简介．§8.1次声学§8.2大气声学§8.3电声学§8.4生理声学§8.5生物声学§8.6水声学§8.7语言声学次声学的研究范畴次声学的发展历史次声学次声波在大气中的传播特性次声学的应用次声学是研究次声波在媒质中的产生、传播和接收及其效应和应用的科学．次声学的研究范畴次声是频率低于可听声频率范围的声，它的频率范围大致为10-4Hz ～20Hz ．次声学的发展历史早在19世纪，人们就已记录到了自然界中一些偶发事件(如大火山爆发或流星爆炸)所产生的次声波．其中最著名的是1883年8月27日，印度尼西亚的喀拉喀托火山突然爆发，它产生的次声波传播了十几万公里，当时用简单微气压计都可以记录到它．在理论方面，最早在1890年，英国物理学家瑞利就开始了大气振荡现象的研究．第一次世界大战前后，火炮和高能炸药的出现，提供了较大的声源，促进了对次声在大气中传播现象的了解．在20世纪20年代还进行了高层大气的温度和风对次声传播影响的研究，并建立了探测高层大气的简单声学方法，为此还研制了灵敏度更高的微气压计、热线式次声传声器．30年代发展了电容次声传声器．40年代后，利用声波在大气中的传播速度与温度的均方根成正比关系的原理，提出了火箭-榴弹次声法测定高层大气温度和风速的方法，发展了次声接收和定位的新技术．核武器的发展对次声学的建立起了很大的推动作用，使得次声接收、抗干扰方法、定位技术、信号处理和次声传播等方面部有了很大发展．核爆炸会形成强大的次声源，它产生的次声波在大气中可以传播得非常远，次声方法曾成为探测大气中核爆炸的主要方法之一．为此建立了许多次声观察站，进行了长时期连续记录和观察．人们还发现了大气中存在许多自然次声源，对它们的发声机制和特性进行了初步的了解．现在知道的自然次声源有火山爆发、流星、极光、电离层扰动、地震、晴空湍流、海啸、台风、雷暴、龙卷风、雷电等．认识并利用次声方法来预测它们的活动规律，已成为近代次声学研究的重要课题．长周期的次声波在电离层中传播，使电离层受到扰动，这种以声重力波方式传播的次声波成为高空大气研究中非常活跃的课题之一．次声波在大气中的传播特性次声在大气中的传播衰减小声在大气中传播的衰减主要是由分子吸收、热传导、和粘滞效应引起的，相应的吸收系数与频率的二次方成正比．由于次声的频率很低，所以大气对次声波的吸收系数很小．此外，湍流的作用也会引起次声波的衰减．但是它们的影响都很小，通常可略去不计．大气温度、密度和风速影响次声在大气中的传播大气温度、密度和风速随高度具有不均匀分布的特性，使得次声在大气中传播时出现“影区”、聚焦和波导等现象．大气温度当高度增加时，气温逐渐降低，在20公里左右出现一个极小值；之后，又开始随高度的增加，气温上升，在50公里左右气温再次降低，在80公里左右形成第二个极小值；然后复又升高．大气次声波导现象与这种温度分布有密切关系．声波主要沿着温度极小值所形成的通道(称为声道)传播．通常将20公里高度极小值附近的大气层称为大气下声道，高度80公里附近的大气层称为大气上声道．次声波在大气中传播时，可以同时受到两个声道作用的影响．次声在大气中的传播具有衰减小并受波导和重力影响等特点．在距离声源100～200公里处，次声信号很弱，通常将这样的区域称为影区．在某种大气温度分布条件下，经过声道传输次声波聚集在某一区域，这一区域称它为聚焦区．风速风也会对次声在大气中的传播产生很大的影响．次声的传播在顺风和逆风时差别很大：顺风时，声线较集中于低层大气；逆风时，产生较大的影区．不同频率的次声在大气声道中传播速度不相同，产生频散现象，这使得在不同地点测得次声波的波形各不相同．大气密度大气的密度随高度增加而递减，如果次声波的波长很大，例如有几十公里长，这时，在一个波长的范围内，大气密度已经产生显著的变化了．当大气媒质在声波的作用下受到压缩时，它的重心较周围媒质提高，这时除了弹性恢复力作用外，它还受重力的作用．反之，当它在声波作用下膨胀时，也有附加重力作用使它恢复到平衡状态．所以长周期的次声波，除了弹性力作用外，还附加有重力的作用，这种情况下，次声波通常称为声重力波．声重力波在大气中传播时，在理论上可以看作是一些简正波的叠加．基本上可分为声分支和重力分支．它们在大气中传播都具有频散现象．由于重力分支主要能量在地面附近传播，而地面附近温度较高，因此传播速度较大．次声学的应用早在第二次世界大战前，次声方法已应用于探测火炮的位臵，可是直到20世纪50年代，它在其他方面的应用问题才开始被人们注意，它的应用前景是很广阔的，大致可分为下列几个方面：通过研究自然现象产生的次声波的特性和产生机制，更深入地认识这些现象的特性和规律．利用接收到的被测声源所辐射的次声波，探测它的位臵、大小和其它特性．预测自然灾害性事件．对大范围某些大规模大气现象的性质和规律的连续探测、监视和预测．通过测定次声波与大气中其它波动的相互作用的结果，探测这些活动特性．利用测定次声波的特性来了解人体或其他生物相应器官的活动情况．大气声学大气声学的研究范畴大气声学的主要研究内容大气声学的发展历史大气声学的研究范畴大气声学是研究大气声波的产生机制和各种声源的声波在大气中传播规律的分支，作为以声学方法探测大气的一种手段，也可看成是大气物理的一个分支．大气中存在着的各种各样的声音，可以笼统的分成自然的和人为的两大类．大气声学的主要研究内容自然声主要来源于一系列气象现象和其他地球物理现象，如飓风(台风)、海浪、地震、极光、磁暴等．它们不仅产生可听声而且更产生次声；风的呼啸是由于大气涡旋通过各种障碍物时被破坏而产生的．其他一些常见的自然声则大多来自空气流中某些物体的振动，如电线的嗡嗡声、树叶的沙沙声等．人为声人为的声音中主要是工业和交通工具的噪声，特别是超音速喷气机飞行时产生的冲击波传播问题，日益引起人们的注意．如果大气条件有利于这种波的聚焦，那么地面上的建筑物和人的健康就会受到危害．主要研究内容声源定位频谱分析雷电声随着声定位技术的发展，现在已可由若干个接收站测得的数据定出自然声源或人为声源的位臵，这在预报台风、地震以及侦察核爆炸、炮位中都有具体应用．随着数字式数据处理技术的迅速改进，这类应用将日臻完善和广泛．大气中自然源发出的声波具有极宽的频谱，此外，在周期几分钟至几十分钟内，还存在一类空气压缩力和重力共同参与作用的声重力波．不过大部分自然声源主要产生大气次声波．由于发声过程的复杂性、测量技术和识别声源方面的困难，仅对雷声作过较多的频谱测量，其他发声过程的频谱尚只能估计．雷是伴随闪电出现的大气发声现象．雷形成的机制，主要是强烈的闪电放电时，电流通过闪电通道而产生高温高压等离子体，造成一个向通道四周传播的激震波，这个高压激震波在很短距离内迅速衰减并退化为强的可闻声和次声．大气不均匀性的影响从声学观点来看，大气是一种运动着的不均匀媒质，大气声学的重大课题都与声在大气中传播时所发生的现象相关联．大气的密度和温度随高度而降低，而温度在某些高度重新增长．在这种规则的不均匀性上，叠加着温度和风随气象条件的变化以及不同尺度的随机湍流脉动．所有这些不均匀性都对声传播产生强烈影响：无湍流大气的分层不均匀性使声音产生折射；湍流不均匀性引起声音的散射和减弱．不同频率的声波在大气中具有不同的传播速度，因而在大气中传播的(非单频)次声波会产生频散．同时大气特定的温度层结构和风结构对各种频率和向各个方向传播的次声波具有选择作用，即只允许某些频率的次声波作远距离传播，其余频率的传播则受到强烈抑制，这就是大气选频作用．次声波的频散和大气选频作用，在探测人工和自然声源以及解释声信号特征方面，都是十分重要的．频散和选频由于闪电放电的复杂性，不同闪电的雷声在时间变化和强度等方面也有很大差异，大体可分为炸雷(持续时间1秒左右的强烈雷声脉冲)、闷雷(重复数次的隆隆声脉冲)和拉磨雷(持续较长时间的低沉声响)三种．电声学电声学的研究范畴电声换能器电声学的发展历史电声技术电声学与其它学科的交叉电声学的研究范畴电声学是研究声电相互转换的原理和技术，以及声信号的存储、加工、传递、测量和利用的科学．它所涉及的频率范围很广泛，从极低频的次声一直延伸到几十亿赫的特超声．不过通常所指的电声，都属于可听声范围．电声学的发展历史电声技术的历史最早可以追溯到19世纪，由爱迪生发明留声机和贝尔发明用于电话机的碳粒传声器开始，1881年曾有人以两个碳粒传声器连接几对耳机，作了双通路的立体声传递表演．大约在1919年第一次用电子管放大器和电磁式扬声器做了扩声实验．在第一次世界大战以后，科学家们把机电方面的研究成果应用于电声领域中，于是电声学就有了理论基础．随着电声换能器理论的发展，较为完善的各类电声设备和电声测量仪器相继问世，特别是20世纪70年代来，电子计算机和激光技术在电声领域中的应用，大大促进了电声学的发展．电声换能器电声换能器是把声能转换成电能或电能转换成声能的器件，对它的研究是电声学的一个重要内容分支．通常所指的电声换能器，都属于可听声范围．电声换器能的组成各种电声换能器，尽管其类型、功用或工作状态不同，它们都包含两个基本组成部分，即电系统和机械振动系统．在换能器内部，电系统和机械振动系统之间通过某种物理效应相互联系，以完成能量的转换．在其外部，换能器的电系统与信号发生器的输出回路，或前级放大器的输入回路相匹配．换能器的机械振动系统，以其振动表面与声场相匹配．设计电声换能器要同时考虑到力-电-声三个体系．这三种体系是互相牵制的，处理得不好往往会顾此失彼．电声转换器的分类广义的电声换能器应用的频率范围很宽，包括次声、可听声、超声换能器．属于可听声频率范围内的电声换能器分类如下：声频换能器按用途分传声器扬声器送受话器助听器按换能方式分可逆换能器不可逆换能器电动式静电式压电式可用作声发射器碳粒式离子式调制气流式电声技术电声技术是电声领域中发展得比较快的一个分支，在政治、军事、文化各个领域内有着广泛的应用．例如，应用于有线或无线通信系统；有线或无线广播系统以及会场、剧院的扩声；录音棚、高保真录放系统等；此外还应用于发展中的声控、语控技术；以及语言识别等新技术．总起来说，它主要包括录放声技术、扩声技术以及与它们有关的电声仪器和电声测试技术等．录放声技术录放声技术是指把自然声音经过一系列技术设备(如传声器、录音机、拾声器等)进行接收、放大、传送、存储、记录和复制加工，然后再重放出来供人聆听的技术．它研究的主要问题是如何保持自然声的优良的音质，即在各个环节以及整个系统，都具有逼真地保持声音信号原来面貌的能力，包括对声音信号进行必要的美化和加工．声频放声装臵可分成四个部分：电信号提取设备——输入端录声机、电唱机、接收机，是从盒式磁带、唱片及广播电波中把希望的节目作为电信号提取出来的设备．调音设备——前级控制台(包括前臵放大器、衰减器、混合网路等)主要作调音用．功率放大器——将控制台的输出信号增强到能够驱动扬声器系统工作的放大器．声辐射器——扬声器或耳机，将电信号转换成声信号．收听室相当于扬声器系统的使用环境，对重放音乐的音质起很大的作用．扩声系统扩声系统主要包括：扩声系统是具有反馈的系统．在通路增益足够大时系统就会失去稳定性，并过渡到自振状态，产生啸叫．所以在扩声技术中除了对声信号进行加工美化外，为了提高扩声系统的最大功率增益，改进扩声质量和系统的稳定性，必须采取措施来抑制声反馈所引起的声音畸变．把电信号转变为声信号的扬声器和听众区的声学环境声源和它周围的环境把声信号转变为电信号的传声器放大电信号并对信号加工的设备传输线扩声不同于放声之处是传声器和扬声器处在同一声场内．电声学与其它学科的交叉电声学还是一门与人的主观因素密切相关的物理科学，原因是从声源到接收都摆脱不了人的因素．声音是多维空间问题(它包括音调、音色、持续时间、强度、声源方位以及噪声干扰等)，其中每一维变化都对听感有影响．复杂的主观感受并不是任何仪表所能完全反映出来的，这必须联系到生理声学和心理声学、语言声学甚至音乐声学和建筑声学等各个方面的问题，因而形成了电声学的特色和它的复杂性．社会的发展和生产的需要，对电声学提出了大量的实际和理论问题．因此电声学总的发展趋势是：提高检测声信号的能力仍是声测技术的主攻方向电声器件和电声设备朝着高保真、立体声、高抗噪能力、高效率、高通话容量的方向发展进行音质评价的研究，改善录放技术以及声音加工技术新的换能机理的研究以及新材料的开发总之，只要发声过程和听感(知觉)过程以及与二者互相联系的物理和生理上的规律不断为人们所掌握，电声学便会不断有新的发展，所以电声学是蕴藏着巨大生命力的学科．生理声学的研究范畴生理声学听觉系统发声系统生理声学的研究范畴生理声学是声学和生理学的边缘学科，它主要研究声音在人和动物引起的听觉过程、机理和特性，也包括人和动物的发声．听觉系统耳是听觉器官的统称．人耳可分为外耳、中耳和内耳，连同各级听觉中枢组成听觉系统．听觉的声学过程发生在外耳、中耳及内耳的耳蜗一部分，听觉的神经过程发生在耳蜗的感受器部分、听神经和听觉中枢．外耳包括耳廓和外耳道，主要起集声作用．中耳包括鼓膜、听骨链、鼓室、中耳机、咽鼓管等结构，主要起传声作用．耳蜗主要起感声作用．耳蜗是一有骨质外壳卷曲呈蜗牛状的三层平行管道结构，三层管道内充满淋巴液，分别称前庭阶、鼓阶和蜗管，后者夹在前二者当中，由软组织分隔．蜗管与鼓阶间的分隔称基底膜，上面排列着声音的感受器——螺旋器，其感受细胞为毛细胞．前庭阶和鼓阶各有一窗开向鼓室，分别称卵窗和圆窗，窗上均有膜．卵窗膜与听骨链内端的镫骨底板连在一起．耳蜗靠近窗的一端称基部，另一端称蜗顶．正常耳的传声途径是声波作用于鼓膜，经听骨链传入耳蜗，称气导．鼓膜面积比卵窗膜约大20倍，听骨链的杠杆结构使在鼓膜端振幅大、力小的振动变成在卵窗膜端振幅小、力大的振动，有如一个变压器，起到阻抗匹配的作用，从而提高了声音从空气媒质至淋巴液媒质的传播效率．声波也可通过头骨的振动直接传至内耳，称骨传声，不过传播效率较低．听觉机理包括从声波的机械振动至电、化学、神经脉冲、中枢信息加工等一系列过程．当听骨链推动卵窗膜产生振动时，声波便开始在耳蜗内的淋巴液媒质中传播，先经前庭阶，后经鼓阶．在传播途径中的时差造成了二阶各段每一瞬间的压力差，使基底膜上下波动，从耳蜗基部开始，顺序移向蜗顶，称行波．基底膜的运动使排列在它上面的螺旋器也相应地运动．由于惯性等作用，螺旋器内不同结构运动的方向差和速度差产生一种力，使感受细胞上的纤毛弯曲，改变了经常存在于蜗管和毛细胞之间的生物电流回路中的阻抗，从而调制了通过的电流．电流的变化导致感受细胞与听神经末梢间的突触释放化学递质，使神经末梢兴奋，发出神经脉冲．接受不同特性的各种声音后听神经发出的脉冲在时间和空间上各有不同的构型，它们携带有关声音的信息，顺序传至各级听觉中枢，经过处理和分析，最后产生反映声音各种复杂特性的听觉．发声系统发声器官在喉头，由声带、软骨韧带结构的支架、控制声带位臵和张力的肌肉群等组成．肌肉的活动由神经支配．从气管经喉头、咽部至嘴和鼻孔的管道称为声道．当气流从气管呼出时，呈一定张力的声带便可振动而发声，称嗓音．嗓音是多谐的，其基频的高低取决于声带的长短和张力．声音的强度则取决于气流的大小和速度．说话时基频范围约为100到300赫兹．男声较低，女声和童声较高．人类的语音包含极其大量的信息．发声的各种动作受大脑语言中枢的控制，通过学习后可以熟练地掌握．讲话者可以不断地通过听觉对发出的语音、唇舌等的触觉、声道肌肉群的本体感觉等接受反馈信息，这是语言流畅的重要条件．在学习通话时听觉的反馈尤其重要．绝大多数哑病是因为耳聋，患者的发声器官往往是正常的．生物声学的研究范畴生物声学生物声学发展简史生物声学的主要研究内容生物声学的研究范畴生物声学是研究能发声和有听觉动物的发声机制、声信号特征、声接收、加工和识别，动物声通信与动物声纳系统，以及各种动物的声行为的生物物理学分支学科．生物声学是介于生物学和声学之间的一门边缘学科，它是生物学、声学、语言学、医学、化学等多学科相互渗透的产物．广义的生物声学还涉及生物组织的声学特征、声对生物组织的效应、生物媒质的超声性质、超声的生物效应及超声剂量学等方面内容，并在此基础上形成了一个新的科学分支——超声生物物理学．生物声学的主要研究内容动物之间的联系和交往是维系它们种群和群落结构，以及进行正常生活的必要手段．光、电、磁以及化学气味都可以作动物交往的媒介，然而声信息在动物交往中却占有特别重要的地位．它最大优点是传递距离远，且易于负载丰富多彩的感情．生物声学主要围绕动物声交往这个内容进行着一系列有关课题的研究．主要研究同一种群内动物声的识别和交往功能研究动物的声发射和声接收器官及其工作机制，即动物声交往的生理基础和它们与动物形态学的关系．不同种群的动物声的区别和隔离功能动物声在种群和群落的形成和进化过程中的作用等许多动物的发声器官是声带，但有的却不是用声带产生动物声，如蚱蜢用后腿摩擦发声、蝉用腹下薄膜发声、鱼可用鳔发声、海豚主要靠鼻道发声等．动物接受声波的听觉器官也各不相同．如蚱蜢微小的听觉器官生在腹部；纺织娘靠前脚上一个肉眼看不到的微型薄膜感受声波；蟑螂是用尾须接收声波；雄蚊头上两根触角上的刚毛则对雌蚊翅膀的扇动声特别敏感；许多飞蛾都有一种内藏式的“声呐系统”可以收听超声波；大多数鱼的听觉器官便是体侧的侧线，在这些侧线中含有听觉神经末梢以受纳声波；蛇的听觉极弱，主要通过腹部感受周围环境的动静等等．。