声学(Acoustics)是指研究 机械波 的产生、传播、接收和效应的科学。

声学是物理学中最早深入研究的分支学科之一,随着19世纪 无线电技术 的发明和应用,机械波的产生、传输、接收和 测量技术 都有了飞跃发展,此声学从古老的经典声学进人了近代声学的发展时期。近代声学的 渗透性 极强,声学与许多其他学科(如物理、化学、材料、生命、地学、环境等)、 工程技术 (如机械、建筑、电子、通讯等)及艺术领域相交叉,在这些领域发挥了重要又独特的作用,并进一步发展了相应的理论和技术,从而逐步形成为独立的声学分支,如 非线性声学 量子声学 分子声学 次声学 超声学 光声学 电声学 、热声学、 建筑声学 环境声学 语言声学 、物理声学、 生物声学 水声学 大气声学 地声学 生理声学 心理声学 音乐声学 声化学 等,所以声学已不仅仅是一门科学,也是一门技术,同时又是一门艺术。 [1]

声音是人类最早研究的 物理现象 之一,声学是物理学中历史最悠久而当前仍在前沿的唯一分支学科。从上古起直到19世纪,都是把声音理解为可听声的同义语。中国先秦时就说:“情发于声,声成文谓之音”,“音和乃成乐”。声、音、乐三者不同,但都指可以听到的现象。同时又说“凡响曰声”,声引起的感觉是响,但也称为声,与现代对声的定义相同。西方也是如此,英文 acoustics 的词源是 希腊文 ακούειν、akoustikos,意思是“听觉”。世界上最早的声学研究工作在音乐方面。 《 吕氏春秋 》记载, 黄帝 伶伦 取竹作律,增损长短成 十二律 伏羲 作琴,三分损益成十三音。 三分损益法 就是把管(笛、箫)加长三分之一或减短三分之一,听起来都很和谐,这是最早的声学定律(波长和弦长成 正比 )。传说希腊时代, 毕达哥拉斯 也提出了相似的自然律(但是用弦作基础)。中国1957年河南 信阳 出土的“帠佀”蟠螭文 编钟 是为纪念 晋国 于公元前525年与楚作战而铸的。其音阶完全符合自然律,可以用来演奏 现代音乐 ,这是中国古代声学成就的证明。在以后的2000多年中,对 乐律 的研究有不少进展。
明朝 朱载堉 于1584年提出的 平均律 ,与当代西方 乐器制造 中使用的乐律完全相同,但比西方早提出300年。古代除了对声 传播方式 的认识外,对声本质的认识与今天的基本相同。在东西方,都认为声音是由物体在介质产生的,在空气介质中以某种方式传到人耳,引起人的听觉。这种认识现在看起来很简单,但是从古代人们的 知识水平 来看,却很了不起。例如,很长时期内古代人们对日常遇到的光和热就没有正确的认识,一直到牛顿的时代对光还有粒子说和 波动说 的争执,而粒子说取得优势。至于热,“热质”说的影响时间则更长,直到19世纪后期,F. 恩格斯还对它进行过批判。不过,在现代 固体物理 中,对于波长极短的声波,已经观察到其 波粒二象性 量子效应 ,类似于光子,称为“ 声子 ”(phonon),由固体内部晶格所产生。
对声学的 系统研究 是从17世纪初伽利略研究 单摆 周期和物体 简谐运动 开始的。从那时起直到19世纪,几乎所有杰出的物理学家和数学家都对研究物体简谐运动和声的产生原理作过贡献。声的传播问题则更早就受到注意,几乎2000年前中国和西方都有人把声与水面 波纹相 类比。1635年就有人用远地枪声测声速,假设闪光传播不需要时间。以后方法不断改进,到1738年巴黎科学院用火炮声测量,测得结果折合到0°C时,声速为332m/s,与最准确的数值331.45m/s只差1.5‰,这在当时“声学仪器”只有 停表 和人耳和情况下的确是了不起的成绩。牛顿在1687年出版的《 自然哲学的数学原理 》中,根据推理:简谐运动的物体要推动邻近媒质,后者又推动它的邻近媒质,等等,经过复杂而难懂的推导求得声速应等于大 气压 空气密度 之比的 二次方根 。L. 欧拉在1759年根据这个概念提出更清楚的分析方法,求得牛顿的结果。但是由此算出的声速只有288m/s,与实验值相差很大。J. L. R. 达朗伯于1747年首次导出弦的 波动方程 ,并预言可用于声波。直到1816年,P. S. M. 拉普拉斯 指出只有在声波传播中 空气温度 不变时牛顿的推导才正确,而实际上在声波传播中空气 密度变化 很快,不可能是 等温过程 ,而应该是 绝热过程 ,因此,声速的 二次方 应是大气压乘以 比热容比 (定压比热容与定容比热容的比) γ 与密度之比。据此算出声速的理论值与实验值就完全一致了。