声学仪器

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摘要

简要介绍声学仪器的发展历程,及对现代声学发展的贡献。

声学仪器

20世纪以前,声源仅限于人声、乐器、音义和哨子。频率限于可听声范围内,可控制的声强范围也有限。接收仪器主要是人耳,有时用歌弧、歌焰作定性比较,电话上的接收器和传声器还很简陋,难于用作测试仪器。

20世纪以后,人们把电路理论应用于换能器的设计,把晶体的压电性用于声信号和电信号之间的转换,以后又发展了压电陶瓷、驻极体等,并用电子线路放大和控制电信号,使声的产生和接收几乎不受频率和强度的限制。

近年用半导体薄膜产生超声,用激光轰击金属激发声波等,使声频超过了可听声高限的几亿倍。次声频率可达每小时一周以下,声强可超过人耳所能接收高强声音的几千万倍。声功率也可超过人发声的一千亿倍。声学测量分析仪器也达到了高度准确的程度,以计算机为中心的测试设备可完成多种测试要求,60年代需要几天才能完成的测试分析工作,用现代设备可能只要几秒钟就可以完成,这些手段给声学各分支的发展创造了很好的条件。

利用对声速和声衰减,测量研究物质特性已应用于很广的范围。目前测出在空气中,实际的吸收系数比19世纪斯托克斯和基尔霍夫根据粘性和热传导推出的经典理论值大得多,在液体中甚至大几千倍、几万倍。这个事实导致了人们对弛豫过程的研究,这在对液体以及它们结构的研究中起了很大作用。对于固体同样工作已形成从低频到起声频固体内耗的研究,并对诸如固体结构和晶体缺陷等方面的研究都有很大贡献。

表面波、声全息、声成像、非线性声学、热脉冲、声发射、超声显微镜、次声等以物质特性研究为基础的研究领域都有很大发展。

声全息和声成像是无损检测方法的重要发展。将声信号变成电信号,而电信号可经过电子计算机的存储和处理,用声全息或声成像给出的较多的信息充分反应枝检对象的情况,这就大大优于一般的超声检测方法。用热脉冲产生的超声频率可达到10¹²Hz以上,为凝聚态物理开辟了新的研究领域。

声波在固体和液体中的非线性特性可通过媒质中声速的微小变化来研究,应用声波的非线性特性可以实现和研究声与声的相互作用,它还用于高分辨率的参量声呐中。

声波可以透过所有物体:不论透明或不透明的,导电或非导电的。因此,从大气、地球内部、海洋等宏大物体直到人体组织、晶体点阵等微小部分都是声学的实验室。近年来在地震观测中,测定了固体地球的简正振动,找出了地球内部运动的准确模型,月球上放置的地声接收器对月球内部监测的结果,也同样令人满意。进一步监测地球内部的运动,最终必将实现对地震的准确预报从而避免大量伤亡和经济损失。

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