人们是怎样逐步掌握声学规律的:经典声学的建立——人们了解声学基本规律的艰苦过程(1)

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经典声学的建立——人们了解声学基本规律的艰苦过程

经典声学的发展是在17、18和19世纪,和其他基础学科发展是同步的。培根很早就讲过:“没有数学的介人,自然界的许多部分就不能详细的解释。”流体力学、弹性力学、热力学、电磁学的发展对声学发展的影响很大,此外,声学的发展还有赖于声学量的定量测量。定量测扭又依赖于仪器的发展。

经典声学的特点是有比较精确的测量,对声的物理实质有了深刻的认识,发展了相应的数学手段,建立了波动方程,对声波在气体、固体、液体和有限空间中的传播进行了理论和实践研究。从历史发展的情况看来,我们现在大家都知道的事,往往是在几十年内经过多少人多少次实验才得出结论。许多今天认为简单的问题往往是科学历史上赫赫有名的大科学家解决的,有的间题甚至引起像拿破仑这样的历史人物的注意,这可能是许多人都没有想到的。

音调和频率

在古代,人们只知道音调有高有低,愈短的弦发出的音愈高,但是当时没有频率的概念。音调与频率关系的概念是伽利略1634年提出的。

伽利略在一个大容器中放一个高脚玻璃杯。往大容器中注水,直到玻璃杯的边缘,用手指摩擦玻璃杯的边缘,玻璃杯会振动,发出一个音,水面也有波纹散开。有时玻璃杯发出的音比原来高一个八度,这时波纹的密度也高一倍。这说明音高八度.颁率增加一倍。

弦的振动

1625年法国的一个教士默森,对弦的振动进行了深入的研究,他的结论是弦振动的频率与弦长成反比,与弦的横截面平方根成正比。他还注意到弦线除发出基音以外,还产生两种泛音。W·诺贝尔等人在振动的弦线上不同的地方放上纸制游码,证明弦线不仅做总体振动,还做1/2、113等长度的运动。沙佛在1701年发表的文章中分析了弦在振动中有不动的点称为波节,振动最大的点称为波腹,弦中有波节的振动弦相应的颇率是没有波节的振动频率的整数倍。

弦的振动方程是提出著名的泰勒级数的泰勒在1713年提出的。贝努力、达朗贝尔和欧拉几位大权威为此建立了偏微分方程和波动方程,才彻底解决了弦的振动理论。

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