聲音是人類(lèi)最早研究的物理現象之一，聲學(xué)也是經(jīng)典物理學(xué)中歷史最悠久，并且當前仍處在前沿地位的唯一的物理學(xué)分支學(xué)科。雖然聲學(xué)深深改變和影響著(zhù)人類(lèi)的生活，但是近代聲學(xué)的研究卻大量服務(wù)于軍事科學(xué)，而在基礎理論方面并沒(méi)有太大實(shí)質(zhì)性進(jìn)展，這讓現代聲學(xué)距離諾貝物理獎似乎越來(lái)越遠。但這并未到特別悲觀(guān)的地步，因為幾乎所有的物理大佬都研究過(guò)聲學(xué)，而且近代很多諾貝爾獎獲得者也是聲學(xué)出身，其中集聲學(xué)理論于大成者的瑞利曾獲得1904年諾貝爾物理學(xué)獎。另外還有一個(gè)奇怪的現象，世界上研究聲學(xué)的學(xué)者大都很長(cháng)壽。
當你決定是否準備把自己孩子送去學(xué)習聲學(xué)之前，我們先數數物理學(xué)界泰斗們的聲學(xué)淵源。從上古起直到19世紀，人們都是把聲音理解為可聽(tīng)聲的同義語(yǔ)。中國先秦時(shí)就說(shuō)“情發(fā)于聲，聲成文謂之音”，“音和乃成樂(lè )”。聲、音、樂(lè )三者不同，但都指可以聽(tīng)到的現象。同時(shí)又說(shuō)“凡響曰聲”，聲引起的感覺(jué)是響，但也稱(chēng)為聲，這與現代對聲的定義相同。西方國家也是如此，英文Audition的詞源來(lái)源于希臘文，意思就是“聽(tīng)覺(jué)”。
世界上最早的聲學(xué)研究工作主要在音樂(lè )方面?！秴问洗呵铩酚涊d，黃帝令伶倫取竹作律，增損長(cháng)短成十二律；伏羲作琴，三分損益成十三音。三分損益法就是把管(笛、簫)加長(cháng)三分之一或減短三分之一，這樣聽(tīng)起來(lái)都很和諧，這是最早的聲學(xué)定律。傳說(shuō)在古希臘時(shí)代，畢達哥拉斯也提出了相似的自然律，只不過(guò)是用弦作基礎。
1957年在中國河南信陽(yáng)出土了蟠螭文編鐘，它是為紀念晉國于公元前525年與楚作戰而鑄的。其音階完全符合自然律，音色清純，可以用來(lái)演奏現代音樂(lè )。1584年，明朝朱載堉提出了平均律，與當代樂(lè )器制造中使用的樂(lè )律完全相同，但比西方早提出300年。
古代除了對聲傳播方式的認識外，對聲本質(zhì)的認識也與今天的完全相同。在東西方，都認為聲音是由物體運動(dòng)產(chǎn)生的，在空氣中以某種方式傳到人耳，引起人的聽(tīng)覺(jué)。這種認識現在看起來(lái)很簡(jiǎn)單，但是從古代人們的知識水平來(lái)看，卻很了不起。
例如，很長(cháng)時(shí)期內，古代人們對日常遇到的光和熱就沒(méi)有正確的認識，一直到牛頓的時(shí)代，人們對光的認識還有粒子說(shuō)和波動(dòng)說(shuō)的爭執，且粒子說(shuō)占有優(yōu)勢。至于熱學(xué)，“熱質(zhì)”說(shuō)的影響時(shí)間則更長(cháng)，直到19世紀后期，恩格斯還對它進(jìn)行過(guò)批判。
對聲學(xué)的系統研究是從17世紀初伽利略研究單擺周期和物體振動(dòng)開(kāi)始的。從那時(shí)起直到19世紀，幾乎所有杰出的物理學(xué)家和數學(xué)家都對研究物體的振動(dòng)和聲的產(chǎn)生原理作過(guò)貢獻，而聲的傳播問(wèn)題則更早就受到了注意，幾乎2000年前，中國和西方就都有人把聲的傳播與水面波紋相類(lèi)比。
1635年有人用遠地槍聲測聲速，以后方法又不斷改進(jìn)，到1738年巴黎科學(xué)院利用炮聲進(jìn)行測量，測得結果折合為0℃時(shí)聲速為332米/秒，與目前最準確的數值331.45米/秒只差0.15%，這在當時(shí)“聲學(xué)儀器”只有停表和人耳和情況下，的確是了不起的成績(jì)。
牛頓在1687年出版的《自然哲學(xué)的數學(xué)原理》中推理：振動(dòng)物體要推動(dòng)鄰近媒質(zhì)，后者又推動(dòng)它的鄰近媒質(zhì)等等，經(jīng)過(guò)復雜而難懂的推導，求得聲速應等于大氣壓與密度之比的二次方根。歐拉在1759年根據這個(gè)概念提出更清楚的分析方法，求得牛頓的結果。但是據此算出的聲速只有288米/秒，與實(shí)驗值相差很大。
達朗貝爾于1747年首次導出弦的波動(dòng)方程，并預言可用于聲波。直到1816年，拉普拉斯指出只有在空氣溫度不變時(shí)，牛頓對聲波傳導的推導才正確，而實(shí)際上在聲波傳播中空氣密度變化很快，不可能是等溫過(guò)程，而應該是絕熱過(guò)程。因此，聲速的二次方應是大氣壓乘以比熱容比(定壓比熱容與定容比熱容的比)與密度之比，據此算出聲速的理論值與實(shí)驗值就完全一致了。
直到19世紀末，接收聲波的“儀器”還只有人耳。人耳能聽(tīng)到的最低聲強大約是10ˉ12瓦/米2，在1000Hz時(shí)，相應的空氣質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)位移大約是10pm(10ˉ11米)，只有空氣分子直徑的十分之一，可見(jiàn)人耳對聲的接收確實(shí)驚人。19世紀中就有不少人耳解剖的工作和對人耳功能的探討，但至今還未能形成完整的聽(tīng)覺(jué)理論。目前對聲刺激通過(guò)聽(tīng)覺(jué)器官、神經(jīng)系統到達大腦皮層的過(guò)程有所了解，但這過(guò)程以后大腦皮層如何進(jìn)行分析、處理、判斷還有待進(jìn)一步研究。
音調與頻率的關(guān)系明確后，對人耳聽(tīng)覺(jué)的頻率范圍和靈敏度也都有不少的研究。發(fā)現著(zhù)名的電路定律的歐姆于1843年提出，人耳可把復雜的聲音分解為諧波分量，并按分音大小判斷音品的理論。在歐姆聲學(xué)理論的啟發(fā)下，人們開(kāi)展了聽(tīng)覺(jué)的聲學(xué)研究(以后稱(chēng)為生理聲學(xué)和心理聲學(xué))，并取得了重要的成果，其中最有名的是亥姆霍茲的《音的感知》。
在封閉空間(如房間、教室、禮堂、劇院等)里面聽(tīng)語(yǔ)言、音樂(lè )，效果有的很好，有的很不好，這引起今天所謂建筑聲學(xué)或室內音質(zhì)的研究。但直到1900年賽賓得到他的混響公式，才使建筑聲學(xué)成為真正的科學(xué)。
19世紀及以前兩三百年的大量聲學(xué)研究成果的最后總結者是瑞利，他在1877年出版的兩卷《聲學(xué)原理》中集經(jīng)典聲學(xué)的大成，開(kāi)創(chuàng )了現代聲學(xué)的先河。1904年，Lord Rayleigh因為在研究中的特殊貢獻，獨自獲取諾貝爾物理學(xué)獎。至今，特別是在理論分析工作中，還常引用這兩卷巨著(zhù)。他開(kāi)始討論的電話(huà)理論，目前已發(fā)展為電聲學(xué)。
除了上述物理學(xué)界的大佬們，1924年憑借心電圖獲得諾貝爾生物或者醫學(xué)獎的Willem Einthoven，1930年憑借光學(xué)領(lǐng)域拉曼效應獲得諾貝爾獎的Venkata Raman也是聲學(xué)研究領(lǐng)域出身，只是他們其他方面的成就更加顯著(zhù)而已。
20世紀，由于電子學(xué)的發(fā)展，使用電聲換能器和電子儀器設備，可以產(chǎn)生接收和利用任何頻率、任何波形、幾乎任何強度的聲波，已使聲學(xué)研究的范圍遠非昔日可比?，F代聲學(xué)中最初發(fā)展的分支就是建筑聲學(xué)和電聲學(xué)以及相應的電聲測量。以后，隨著(zhù)頻率范圍的擴展，又發(fā)展了超聲學(xué)和次聲學(xué)；由于手段的改善，進(jìn)一步研究聽(tīng)覺(jué)，發(fā)展了生理聲學(xué)和心理聲學(xué)；由于對語(yǔ)言和通信廣播的研究，發(fā)展了語(yǔ)言聲學(xué)。
在第二次世界大戰中，開(kāi)始把超聲廣泛地用到水下探測，促使水聲學(xué)得到很大的發(fā)展。20世紀初以來(lái)，特別是20世紀50年代以來(lái)，全世界由于工業(yè)、交通等事業(yè)的巨大發(fā)展出現了噪聲環(huán)境污染問(wèn)題，而促進(jìn)了噪聲、噪聲控制、機械振動(dòng)和沖擊研究的發(fā)展高速大功率機械應用日益廣泛。非線(xiàn)性聲學(xué)受到普遍重視。此外還有音樂(lè )聲學(xué)、生物聲學(xué)。這樣，逐漸形成了完整的現代聲學(xué)體系。
除了上面已提到的聲學(xué)領(lǐng)域以外， 聲學(xué)對國防還有許多重要用途。聲學(xué)通信在指揮聯(lián)絡(luò )上是關(guān)鍵性問(wèn)題。超聲檢測和表面波器件在國防工業(yè)中起重要作用。其他各聲學(xué)分支也都與國防有關(guān)，在國防中應用較多的是水聲學(xué)。海洋中除聲以外的各種信號都很難傳到幾米之外，因此水聲技術(shù)在利用回聲探測水下物體，如潛艇、海底、魚(yú)群、沉船等，是有力手段。由于溫度、壓力等的分布，在水面下 1200m左右有一聲速最低的深水聲道（聲發(fā)聲道）。其中聲速比其上、下層的都低，聲波傳入后就局限于聲道內，損失很小。船舶遇到事故時(shí)，丟下一枚小型深水炸彈，其低頻信號可在聲道內傳播幾百甚至幾千km遠，在這個(gè)范圍內的“聲發(fā)”站接收到信號即可組織救援。在水下檢測異物時(shí)就要用較高可聽(tīng)聲頻或較低超聲頻，這時(shí)水中吸收較大，只能達到較近區域，要延長(cháng)作用距離還是個(gè)困難課題。在航海和漁業(yè)方面水聲學(xué)也有廣闊的應用前景。
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