聲學
聲學是物理學的一個分支，涉及對氣體，液體和固體中的機械波的研究，包括振動，聲音，超聲和臨界等主題。在聲學領域工作的科學家是聲學家，而在聲學技術領域工作的人可能被稱為聲學工程師。聲學的應用幾乎存在於現代社會的幾乎所有方面，最明顯的是音頻和噪聲控制行業。
聽力是動物世界中最關鍵的生存手段之一，言語是人類發展和文化最獨特的特徵之一。因此，聲學科學遍布人類社會的許多方面 - 音樂，醫學，建築，工業生產，戰爭等。同樣，諸如鳴禽和青蛙等動物物種將聲音和聽力作為交配儀式的關鍵要素或標記領土。與許多其他知識領域一樣，藝術，手工藝，科學和技術互相促進了整體。羅伯特·布魯斯·林賽（Robert Bruce Lindsay）的“聲學之輪”是聲學中各個領域的廣受歡迎的概述。
歷史
詞源
“聲學”一詞源自希臘語單詞ἀκουστικός（ akoustikos ），意思是“或者聽到，隨時可以聽到”，從ἀκουστός（ akoustos ）（聽到，聽到，可聽見），這又源自動詞the verb rybἀκκούΩ（ akouo ），“我聽到”。
拉丁的同義詞是“聲音”，之後Sonics一詞曾經是聲學的同義詞，後來是聲學的分支。在聽覺範圍上方和下方的頻率分別稱為“超聲波”和“頻率”。
聲學的早期研究
在公元前6世紀，古希臘哲學家畢達哥拉斯（Pythagoras）想知道為什麼音樂聲音的某些組合似乎比其他音樂更美麗，他在數值比率方面找到了代表弦上諧波銷售系列的答案。據說他觀察到，當振動字符串的長度以整數的比率表達（例如2至3、3至4）時，所產生的音調將是和諧的，並且整數越小，聲音就越和諧。例如，一連串長度的字符串聽起來與長度的兩倍（其他因素相等）特別和諧。在現代列表中，如果彈奏時弦樂聽起來C，則繩子的長度將聽起來是c c左右。在一種音樂調諧系統中，兩者之間的音調在d，8：5的16：9中為e，3：2 for f，f，4：3 for G，6：5 for a，和16 ：15 B，按順序排列。
亞里士多德（公元前384 - 322年）理解，聲音由“落在並撞擊並擊中旁邊的空氣……”的空氣的壓縮和稀有形式組成……”，這是波動運動本質的很好表達。在聽到的事物上，通常歸因於蘭帕克斯的弦，指出音調與空氣振動的頻率和聲音速度有關。
在公元前20年，羅馬建築師和工程師Vitruvius撰寫了一篇關於劇院的聲學特性的論文，包括討論干涉，迴聲和混響，這是建築聲學的開始。在他的de Architectura （建築十本書）的第五本書中，Vitruvius將聲音描述為可與延伸到三個維度相當的浪潮，當被障礙物中斷時，它會在波浪中流動並破裂。他描述了古代劇院中的上升座位，目的是防止這種聲音惡化，還建議將適當尺寸的青銅船放入劇院中，以與第四，第五，第五等的共鳴，直至雙重八度，以與之共鳴越理想，和諧的筆記。
在伊斯蘭黃金時代，據信阿布·雷哈·阿爾比尼（AbūRayhānal-Bīrūnī（973-1048））假設，聲音的速度比光速慢得多。
在科學革命期間和之後，對聲學過程的物理理解迅速發展。主要是伽利略·伽利略（Galileo Galilei）（1564– 1642），但也獨立地發現了馬林·梅森（ Marin Mersenne ）（1588–1648），發現了振動弦的完整定律（完成了畢達哥拉斯和畢達哥拉斯人在2000年前開始的一切）。伽利略寫道：“波浪是由一個son的身體的振動產生的，它通過空氣傳播，使耳朵的鼓舞人心的刺激刺激為聲音，這是一個了不起的聲音，這表明了生理和心理聲學的起點。在1630年至1680年之間，許多研究人員（Meakinally Mersenne）成功進行了空氣中聲速的實驗測量。同時，牛頓（1642–1727）得出了固體中波速的關係，固體是物理聲學的基石（ Principia ，1687）。
啟蒙和啟蒙時代
歐拉（ Euler ）（1707–1783），拉格蘭奇（ Lagrange ）（1736-1813）和d'Alembert （1717-1783）在18世紀的聲學上取得了重大進展，這是基於更堅定的數學和物理概念。在這個時代，連續物理學或現場理論開始獲得確定的數學結構。波方程在許多情況下出現，包括空氣中的聲音傳播。
在十九世紀，數學聲學的主要人物是德國的赫爾姆霍爾茨，他鞏固了生理聲學領域，而英格蘭的雷利勳爵則將先前的知識與他自己的巨大貢獻相結合（1877）。同樣在19世紀，惠特斯通，歐姆和亨利發展了電和聲學之間的類比。
二十世紀，當時的大量科學知識的技術應用迅速發展。第一個這樣的應用程序是薩賓在建築聲學方面的開創性工作，而其他許多人則遵循。水下聲學用於檢測第一次世界大戰中的潛艇。錄音和電話在社會的全球轉型中起著重要作用。通過使用電子和計算，聲音測量和分析達到了新的準確性和復雜水平。超聲波頻率範圍實現了醫學和行業的全新應用。發明並使用了新型的傳感器（發電機和聲學能源的接收器）。
定義
聲學由ANSI/ASA S1.1-2013定義為“（a）聲音科學，包括其生產，傳播和效果，包括生物學和心理效應。關於聽覺效果的特徵。”
對聲學的研究圍繞著機械波和振動的發電，傳播和接收。
上圖中顯示的步驟可以在任何聲學事件或過程中找到。有許多自然和自願的原因。有許多類型的轉導過程，可以將能量從其他形式轉化為聲波，從而將能量轉化為聲波。有一個基本方程描述了聲波傳播，聲波方程，但是從中出現的現像變化且通常是複雜的。波浪在整個傳播介質中攜帶能量。最終，這種能量再次將其轉化為其他形式，以可能是自然和/或自願人為的方式。最終效果可能純粹是物理的，或者可能進入生物學或自願域。無論我們是在談論地震，使用Sonar來定位敵人的潛艇還是在搖滾音樂會演奏的樂隊，都發現了五個基本步驟。
聲學過程中的中心階段是波傳播。這屬於物理聲學領域。在流體中，聲音主要作為壓力波傳播。在固體中，機械波可以採取許多形式，包括縱向波，橫向波和表面波。
聲學首先要查看聲波中的壓力水平和頻率以及波浪如何與環境相互作用。這種相互作用可以描述為衍射，干擾或反射或三個混合物。如果存在幾種媒體，也可能會發生折射。轉導過程對聲學也非常重要。
基礎概念
波傳播：壓力水平
在諸如空氣和水之類的流體中，聲波在環境壓力水平下傳播為乾擾。儘管這種干擾通常很小，但它仍然是人耳的引人注目的。一個人可以聽到的最小聲音被稱為聽力的門檻，比環境壓力小9個數量級。這些干擾的響度與聲壓水平（SPL）有關，該聲音水平（SPL）以分貝的對數尺度測量。
波傳播：頻率
物理學家和聲學工程師傾向於從頻率上討論音壓水平，部分原因是我們的耳朵如何解釋聲音。我們所經歷的“較高傾斜”或“低音”聲音是壓力振動的每秒循環數量較高或更低。在一種常見的聲學測量技術中，聲學信號會隨時間取樣，然後以更有意義的形式（例如八度帶或時間頻率圖）呈現。這兩種流行的方法均用於分析聲音並更好地理解聲學現象。
整個頻譜可以分為三個部分：音頻，超聲波和插曲。音頻範圍在20 Hz至20,000 Hz之間。該範圍很重要，因為它的頻率可以被人耳檢測到。該範圍有許多應用程序，包括語音交流和音樂。超聲波範圍是指非常高的頻率：20,000 Hz及更高。該範圍具有較短的波長，可以更好地分辨成像技術。超聲檢查和彈性圖等醫學應用取決於超聲波頻率範圍。在頻譜的另一端，最低頻率被稱為頻率範圍。這些頻率可用於研究地質現象，例如地震。
諸如光譜分析儀之類的分析儀器有助於可視化和測量聲信號及其性質。這種儀器產生的頻譜圖是時間變化壓力水平和頻率曲線的圖形顯示，賦予特定聲學信號其定義特徵。
聲學轉導
傳感器是一種將一種形式轉換為另一種能量的設備。在電聲環境中，這意味著將聲能轉換為電能（反之亦然）。電聲傳感器包括揚聲器，麥克風，粒子速度傳感器，言語傳感器，言語和聲納投影儀。這些設備將聲波轉換為或從電信號轉換。使用最廣泛的轉導原理是電磁，靜電和壓電。
大多數常見揚聲器（例如低音揚聲器和高音揚聲器）中的換能器是電磁設備，它使用由電磁語音線圈驅動的懸浮式隔膜產生波，從而發出壓力波。麥克風和冷凝器麥克風採用靜電 - 當聲波擊中麥克風的隔膜，它會移動並誘導電壓變化。醫療超聲檢查中使用的超聲系統採用壓電傳感器。這些是由特殊的陶瓷製成的，其中機械振動和電場通過材料本身的特性相互聯繫。
聲學家
聲學家是聲音科學的專家。
教育
聲學家有很多類型，但通常具有學士學位或更高的學歷。有些具有聲學學位，而另一些人則通過在物理或工程等領域的研究進入學科。聲學上的許多工作需要在數學和科學方面取得良好的基礎。許多聲學科學家從事研發。一些人進行基礎研究，以提高我們對言語，音樂和噪音的看法（例如聽力，心理聲學或神經生理學）的了解。其他聲學科學家在環境中移動，例如水下聲學，建築聲學或結構聲學時，就可以提高對聲音的影響。其他工作領域在下面的子學科下列出。聲學科學家從事政府，大學和私營企業實驗室的工作。許多人繼續從事聲學工程工作。一些職位，例如教師（學術人員）需要哲學博士。
子學科
考古聲學
考古聲學，也被稱為聲音考古學，是以我們眼睛以外的感官體驗過去的唯一方法之一。通過測試包括洞穴在內的史前部位的聲學特性來研究考古聲學。聲音考古學家Iegor Rezkinoff通過自然的聲音像嗡嗡作響和吹口哨研究洞穴的聲學特性。聲學的考古理論集中在儀式目的以及洞穴中的迴聲分配方式圍繞。在考古學中，聲音和儀式直接相關，因為特定的聲音旨在使儀式參與者更接近精神覺醒。也可以在洞穴壁畫和洞穴的聲學特性之間繪製相似之處。它們都是動態的。由於考古聲學是一個相當新的考古學主題，因此當今這些史前場所仍在測試聲音。
航空聲學
航空聲學是對空氣運動產生的噪聲的研究，例如通過湍流以及聲音通過流體空氣的運動。這些知識應用於聲學工程中，以研究如何使飛機安靜下來。航空聲學對於理解風樂器的工作方式很重要。
聲信號處理
聲信號處理是聲信號的電子操作。應用包括：主動噪聲控制；助聽器或人工耳蝸的設計；迴聲消除;音樂信息檢索和感知編碼（例如MP3或Opus ）。
建築聲學
建築聲學（也稱為建築聲學）涉及對如何在建築物內實現良好聲音的科學理解。它通常涉及研究語音清晰度，語音隱私，音樂質量和降低建築環境中的振動。經常研究的環境是醫院，教室，住宅，表演場所，錄音和廣播工作室。重點考慮因素包括房間聲學，空氣傳播和建築結構的影響傳播，空中和結構 - 傳播噪聲控制，建築系統的噪聲控制和電聲系統[1] 。
生物聲學
生物聲學是對動物呼喚的聽力和呼喚的科學研究，以及動物如何受到其棲息地的聲音和聲音的影響。
電聲
該子階級涉及使用電子設備對音頻的記錄，操縱和繁殖。這可能包括研究實驗室中的手機，大規模公共地址系統或虛擬現實系統等產品。
環境噪音和音景
環境聲學與鐵路，道路交通，飛機，工業設備和娛樂活動有關的噪音和振動有關。這些研究的主要目的是降低環境噪聲和振動水平。現在的研究工作還重點是在城市環境中聲音的積極使用：音景和寧靜。
音樂聲學
音樂聲學是對聲學儀器物理學的研究。電子音樂中使用的音頻信號處理；音樂和作曲的計算機分析，以及音樂的感知和認知神經科學。
噪音
這個聲學子院子的目標是減少不必要的聲音的影響。噪聲研究的範圍包括對結構，物體和人的產生，傳播和影響。
- 創新的模型開發
- 測量技術
- 緩解策略
- 建立標準和法規的意見
噪聲研究調查了噪聲對人類和動物的影響，包括在定義，減排，運輸噪聲，聽力保護，噴氣機和火箭噪聲，建築系統噪音和振動，大氣聲音傳播，音景和低頻聲音中的作用。
心理聲學
已經進行了許多研究，以確定聲學與認知之間的關係，或更常見的心理聲學，其中人們聽到的是感知和生物學方面的結合。通過大腦對聲波通過耳朵的通道攔截的信息被理解和解釋，強調了思想與聲學之間的聯繫。心理變化被視為腦波會因不同的聽覺刺激而減速或加快，這反過來又會影響人們的思維，感覺甚至行為的方式。可以在普通的日常情況下觀看這種相關性，在這種情況下，聽取樂觀或Uptempo歌曲會導致腳開始敲擊，或者一首較慢的歌曲會使一首感覺保持鎮定和寧靜。在更深入的生物學觀察心理聲學現像中，發現中樞神經系統被音樂的基本聲學特徵激活。通過觀察包括大腦和脊柱在內的中樞神經系統如何受到聲學的影響，聲學會影響思想，本質上是身體的途徑。
演講
聲學家研究語音的生產，處理和感知。語音識別和語音合成是使用計算機進行語音處理的兩個重要領域。該主題還與物理，生理，心理學和語言學學科重疊。
結構振動和動力學
結構聲學是對機械系統與其環境的運動和相互作用的研究以及其測量，分析和控制的方法[2] 。該制度中發現了幾個子學科：
應用可能包括：鐵路的地面振動；振動隔離以減少運營劇院的振動；研究振動如何損害健康（振動白手指）；振動控制以保護建築物免受地震的侵害，或測量結構 - 傳播聲音如何通過建築物移動。
超音波
超聲波處理的頻率太高而無法聽到人類的聲音。專業包括醫學超聲波（包括醫學超聲檢查），超聲測試，材料表徵和水下聲學（聲納）。
水下聲學
水下聲學是對水下自然和人造聲音的科學研究。應用包括聲納，以定位潛艇，鯨魚的水下通信，通過聲學測量海溫，聲音武器和海洋生物聲學來監測氣候變化。
聲學會議
- 在場
- 諾伊塞克
- 論壇聲學
- SAE噪音和振動會議和展覽
專業社會
- 美國聲學學會（ASA）
- 澳大利亞聲學學會（AAS）
- 歐洲聲學協會（EAA）
- 電氣和電子工程師研究所（IEEE）
- 聲學研究所（英國IOA）
- 音頻工程協會（AES）
- 美國機械工程師，噪聲控制和聲學部（ASME-NCAD）
- 國際聲學委員會（ICA）
- 美國航空聲學學院（AIAA）美國航空航天學院
- 國際計算機音樂協會（ICMA）
學術期刊
- 聲學| MDPI的開放訪問日記
- 今天的聲學
- Acta Acustica與Acustica聯合
- 聲學和振動的進步
- 應用聲學
- 建造聲學
- IEEE超聲波，鐵電和頻率控制
- 美國聲學學會雜誌（JASA）
- 美國聲學學會雜誌，快報（Jasa-el）
- 音頻工程學會雜誌
- 聲音與振動雜誌（JSV）
- 振動與聲學雜誌美國機械工程師學會
- MDPI聲學
- 噪聲控制工程雜誌
- SAE國際車輛動力學，穩定性和NVH雜誌
- 超聲波（雜誌）
- 超聲聲學
- 波動