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内容简介

《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。

目　　录

自序
声学常数
符号

第一章绪论
1．1 声学的发展
1．2 声波
1．2．1 一维声波
1．2．2 三维声波
1．2．3 阻尼波
1．3 拉格朗日系统
1．4 冲击波概论
参考书目
习题

自序 声学常数 符号 第一章 绪论 1．1 声学的发展 1．2 声波 1．2．1 一维声波 1．2．2 三维声波 1．2．3 阻尼波 1．3 拉格朗日系统 1．4 冲击波概论 参考书目 习题 第二章 线性声学 2．1 平面波 2．2 正弦波及复数表示法 2．3 声阻抗率特性阻抗 2．4 声强声能 2．5 声级分贝 2．6 管中声波 2．6．1 均匀管 2．6．2 喇叭 2．7 球面波与柱面波 参考书目 习题 第三章 声的主客观评价 3．1 人的听觉响度级 3．2 响度与响度级 3．3 音调音高 3．4 计权声压级声级计 3．5 频率分析 3．6 声图 3．7 傅里叶转换 参考书目 习题． 第四章 平面波的传播 4．1 反射折射透射 4．2 声阻抗率和吸声系数的测量 4．3 掠入射蠕行波 4．4 干涉测不准原理 4．5 声波散射 4．5．1 散射波 4．5．2 单极子声场 4．5．3 偶极子声场 4．5．4 散射截面目标强度 4．5．5 共振散射 4．6 声波衍射路旁障板 4．7 声波传播与运动多普勒效应 4．7．1 声源运动 4．7．2 介质运动 4．7．3 接收器向零点运动 4．8 流体中的声吸收 4．8．1 弛豫吸收 4．8．2 空气中的声衰减 4．8．3 水中声衰减 参考书目 习题 第五章 声辐射 5．1 单极子 5．1．1 脉动球 5．1．2 格林函数 5．1．3 声场互易原理 5．2 偶极子 5．3 四极子 5．4 基尔霍夫一亥姆霍兹面积分定理 5．5 线列阵 5．6 矩形阵 …… 第六章 动态类比 第七章 换能器原理 第八章 声线和导波 第九章 驻波 第十章 吸声材料 第十一章 有源噪声和振动控制 第十二章 调制气流声源 第十三章 气流声学 第十四章 非线性声学 第十五章 热声学 附录 后记声学的发展前景 索引

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前　　言

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。

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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