现代声学理论基础_马大猷_9787030119643

《现代物理基础丛书·典藏版：现代声学理论基础》系统总结了声学的基本现象、基础理论和处理问题的重要方法，并对声学的发展方向作了展望和预测。全书共15章，每章后均配有习题供读者练习。读者通过学习《现代物理基础丛书·典藏版：现代声学理论基础》能够对声学的基本现象、基础理论和重要方法有全面的理解，并能够开拓视野进而提高自己的工作能力。
　　《现代物理基础丛书·典藏版：现代声学理论基础》可作为高等院校声学相关专业的研究生和高年级本科生教材，亦可供从事相关专业的科研人员参考阅读。

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这是一本为声学研究生写的教本，也是为从事声学研究的工作者而写的声学理论基础书。声学是近代科学中发展最早、内容最丰富的学科之一，在我国谈及科学曾有声光化电的提法。声学基本理论到19世纪末已发展成熟，对声学的研究达到高潮，瑞利爵士总结的《声的理论》二卷集巨著长期被声学界视为经典，后来莫尔斯取其精华，并有所发展，完成的《振动和声》（1936年版，1948年第二版；1980年科学出版社出版中文版）也颇受重视。进入20世纪以来，声学基本理论发展较少，但其与不同学科和技术结合而形成的不少边缘学科则蓬勃发展，可独立称为声学分支的不下十五六门，其中主要的如建筑声学、水声学、超声学、电声学、噪声学和噪声控制、结构声学以及振动、语言声学、生理和心理声学、声学测量学等，都已出版几本内容充实的专著。各个分支在技术方面各有其特点，但理论方面是相通的，因为都不过是在某些条件下，声波产生、传播、接收和效果的问题。它们大大地丰富了声学理论，本书目的就是反映这些成就，使声学理论有一个接近全面的描述，使不同分支的工作者互相借鉴，有助于其本身的工作，扩大眼界，推进声学发展。
　　振动问题在声学中非常重要，在瑞利和莫尔斯的书中都占一半篇幅。后人囿于先例，出版的书中振动问题也都占极大一部分。如果本书也这样，就不免篇幅过大，而且振动问题的细致讨论也是要涉及声波的内容，有些重复。振动问题基本是固体内的声波问题，只是速度上有差别（弹性常数不同，有横渡问题）而已。所以在本书中对基本振动问题完全不加讨论，而把它们置入附录，略加说明。这样并不妨碍对振动的基本问题的理解和参考，但节省了篇幅。
　　声学理论问题的来源主要是自然现象或实验结果。只有深入探讨其物理因素和机理，进行物理分析，寻求最佳措施，经过数学处理，才能完成理论。物理措施和理论本身越简单，越容易掌握，也越容易运用和推广。不仅如此，只有这样的理论才真实反映本质、反映事物的核心。因此，中间物理分析步骤非常重要，最后结果决定于此，须特别注意。结果必须正确，但不避免些许误差。一般声学计算和测量多准确到1分贝（10%），所以理论有些小误差并不妨事，只是在特殊情况，才要求更为严格。可容许的误差范围必须明确。声学是应用学科，理论要用以预计实验结果，所以必须定量，只说明其存在是不够的，这是与纯粹学科的不同处。在只知道声波可传播到远方的时候，牛顿是用物理分析方法于1687年推导出声波的传播速度。求出声波的传播速度等于压力与密度之比的平方根，方法非常巧妙，当时的大科学家没有一人看得懂他的推导，但都认为结果是有误的，因为算出的声速288m/s，与当时的测量值332m/s（与现在的准确值差不多）有显著差别，到1749年欧拉看懂了牛顿的推导，并用更简单明了的推论导出牛顿公式，已过了60年。又过了60年，拉普拉斯推论声波的变化应是绝热过程，压力应乘以比热比，声速公式才完全符合实际。这说明物理分析与推论是理论发展所必需的，也说明数值正确的重要性。事实上，数值正确也需要物理分析。
　　在理论的推导和表达中，在实验数据的处理中，数学是必需的。但是声学研究是把数学作为工具，而不是研究数学本身。声学理论要求其中数学简单、正确，数学不甚严格，无伤大雅。一般物理学家相信，自然规律都是像引力、电磁力等那样是一次方、二次方等的幂数关系，而且幂数都是整数，有人说，上帝只创造了整数！声学当然并不例外。但实际上，复杂关系不可避免，即使理论结果是复杂函数，声学家也常设法将其近似为简单解析式，虽然稍有误差（也许5%左右），但便于理解和掌握、运用。穿孔板声阻抗理论的发展即是如此。在实验数据处理中，取得简单规律也需要物理分析。赛宾混响时间公式是20世纪第一个应用声学公式，赛宾经过物理分析得知混响时间与吸声材料的面积（吸声量）有关，为得到这个不到三厘米长的公式竟花了他五年的时间（白天教书，晚上实验、计算）！事实上，他工作三年后已获得非常丰富的实验数据，可是整理这些数据，总也得不到规律。直到后来，他发现要把房间原有的吸声量计算在内，这才得到混响时间与吸声量成反比的关系，欢喜得大叫Eureka，和古希腊时代阿基米德发现王冠内的含金量一样高兴！

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