主题：[原创]声学基础的问题-弦的振动

 我们来看声学基础(南大版)教材p.55, 弦的振动

一开始呢, 一个先决条件没说: 这个弦的振动方程的推导,
是忽略了弦的内部阻力所产生的摩擦内损的, 也就是说振动能量没有损失. 实际情况不是这样的, 弦自由振动时,会因为能量内耗而慢慢停下来.这点声学基础没讲到.所以不是很完美. 这个弦的振动用在理想状态下一般是可以的, 像吉他的弦和小提琴的弦振动时, 都符合这个方程.

物理过程描述的还是比较清楚的, 推导出了一个二阶偏微分方程.  uxx=(1/c^2)utt,  xx和tt分别表示对位移x和时间t的二次偏导数. 但是它的数学表达也有问题,
比如Fx, 书上说是表示力F在x轴方向的分量, 实际上Fx习惯上表示dF/dx, 表示F对x求导, 所以作者在数学方面都不是很严密,有一些表达习惯他没遵守或不懂.像我上面写的那个微分方程就是一种标准的表达.但是会同南大版的这个表达法混淆.

接下来解这个二阶偏微分方程时就有问题了. 当然没有解错, 但是讲得不好, 说了一大篇, 最后物理实质没说出来. 所以这样的教材学了以后,哪个学生能够真正地学懂? 这些年来我大概反复地看了声学基础很多遍了, 但是说到弦的振动问题,一直想不起来这个问题的实质,大概就知道基频,谐波,驻波, 在弦振动时会有这样一些现象发生, 但是振动的解呢, 不懂.  所以这是教材问题, 教材不好. 我们说, 没有不好的学生, 只有不好的教材.

再来看看厦大版许肖梅写的声学基础, 这个版本在叙述一些声学问题时比南大版的清楚, 容易懂一些, 在内容难度方面就稍稍减了一点点, 但难度并不是关键问题, 关键还是讲解清楚,但是在弦的问题上, 厦大版的基本也是照抄南大版,可能有一点差别, 但是大同小异. 物理实质也没说清楚. 所以我现在就知道了, 为什么学了这些东西以后学不懂, 看了就懂, 不看过会就忘了? 因为老师没给你讲清楚实质.

很多教材都是如此, 像南大版的声学基础吧, 内容讲得也比较深, 算是很不错的教材了, 但是它最大的一个毛病是什么呢, 就是它是很多声学问题的实质就说不清楚,或者根本就没说. 马大球的现代声学基础呢, 弦的振动没说, 但说了其他的声学问题, 书的内容也比较深, 但是也是很多讲不明白. 这都是一个问题, 就是作者自己很懂, 但写出的教材,不能让人真正懂. 所以大家学声学基础, 稀里糊涂一桶水,学了就忘. 不信你问问水仙是不是这样. 书写得比较有深度,这说明作者有水平, 但作者有水平只是他自己有水平, 写教材, 关键是要让学生能明白,很多书都是作者自己比较懂, 写得比较深奥,有的是故意如此, 他故意让你看不明白, 这样才显得他比较有水平. 另外一种情况呢, 作者水平也比较高, 但是对教学方面缺乏经验, 所以写不出浅显易懂的教材,不能把深奥复杂的道理, 用简单的话说明白.另外一些教材, 就是作者没水平, 也写不错有深度的书. 但是有一种比较好的教材, 就是既有深度, 又能让人明白.所以这样的才是值得推荐的教材.

所以我们大致有这么几种教材

1. 内容很深, 作者水平很高, 教学叙述方法也很好, 容易让人明白.(深入浅出)
2. 内容很深, 作者水平很高, 但故意不想让读者明白(故弄玄虚)
3. 内容很深, 作者水平很高, 也想写明白, 可是写不明白(有心无力)
4. 内容一般, 作者水平一般, 写得通俗易懂(入门之选)
5. 内容一般, 作者水平一般, 写得也一般(可看可不看)

现在问一下, 谁知道弦的振动的物理实质? 看看有没有人懂

 在弦振动的问题上, 内耗与劲度(也就是杨式模量E)没什么关系, 吉它用钢弦和尼龙弦都可以, 但这两种材料E还是差别很大的, 
弦的内耗与张力和弦的质量有关系, 张力大了,内耗减小, 反之增大. 质量大了, 内耗减小.  内耗对乐器来说还是很重要的, 内耗太大,
那个弦发出的声音比较小,很快就损失掉了,演奏者需要化比较大的力气去拨弦,失真也大了.

举例来说, 如果你想把吉它的钢弦换成尼龙弦, 而保持弦同样的长度和截面积, 这时内耗会增大, 这是因为弦占据同样的体积,但是密度降低了
(钢的密度7700kg/M3, 尼龙的1200kg/M3左右), 质量小了. 为了保持同样的内耗, 尼龙弦这时就要用粗一点的,来弥补它密度的减小.
否则的话, 就要把弦张紧一点, 来减小换材料带来的内耗, 但是这样一来, 谐振频率会改变, 所以也不好, 那么唯一的办法就是用粗一点的尼龙弦.
如果你玩吉它的话, 就会注意到尼龙弦会比钢弦要粗, 道理就在此.

  南大版<声学基础>并不是太适合作为本科生教材, 很多学校研究生才学这门课也说明了这个问题. 作为基础课来说, 难度还是偏深了一 些, 应用方面不足, 很多声学基础里讲到的,对本科生毕业以后的工作不适用, 其实也并不是说内容深了就不好, 内容深了如果能讲得好也没问题,但是这 一点并没有讲好. 一些数学问题, 偷工减料, 一晃而过了,比如说求个膜的振动方程, 出来个贝塞尔函数,但什么是贝塞尔函数, 对不起,他不告诉你, 说附录里有性质介绍,让你自己去看,但附录里也没有这种函数的解释,只有一些公式和图表.所以呢,这种就是故意的, 故意让人看不懂, 很多学者都是这样的. 那么什么是贝塞尔函数,我也是过了很久才明白的, 简单地说, 一个常微分方程,当它的y前面的系数里带有自变量x时, 它的解会很复杂,不是常规函数, 这时y的解可以表示为x的幂级数,比如a0+a1*x+a2*x^2+a3*x^3+......, 这是一种解常微分方程的方法,贝塞尔函数就是其中一种幂级数, 所以它是某种类型的微分方程的解, 它是一个数学工具. 这并不是很复杂的东西,说一下就行了呗, 为何要故弄玄虚呢, 你也许会说,这些复杂的函数是基础知识, 那这样的书,连基础知识都不介绍,还能叫声学基础? 比较好的参考书,不会因为知识浅,就不介绍.但国内的专家,就会觉得说那些太基本的,显得自己没水平. 另外像一些基本的声学现象, 有关实际的, 比如声音在大气中的传播,受温度,风速的影响,书里都没有讲到. 书的内容偏老,一些声学软件工具的运用,没有.整体内容偏理论化, 究其原因,可能也是受到一些类似理论参考书的影响, 比如莫尔斯的理论声学, 另外同作者所处的年代也有关系, 顺便点评一些较为熟知的电声参考书.

南大版声学基础:已述,如上.
马大球的现代声学理论基础:内容较广泛,质量同南大版的差不多,但总体上说, 还是要高出一个层次. 作者是老一辈声学理论家,写的书不可避免地,带有古板,僵化的学究气.
白瑞纳克的声学: 公认的比较权威的一本,比国内作者写的同类声学参考书都要好, 论述比较清楚,但是不可避免地带有老套,保守的问题, 有些问题不给讲你讲得很明白,带有些迂腐与陈旧的感觉.
VanceDickson的Cookbook: 就是本菜谱,哄人玩的,里面还放了很多广告.
John Eargle的Loudspeker handboook:天价的一本书, 但性价比较低, 感觉没什么水平,并且纸多,字少,有欺客之嫌, 看后没什么印象. 国内沈壕翻译了,叫扬声器音箱手册.
王某某的扬声器参考书系列: 王是一个万金油式的扬声器专家,他的书作为企业里做技术的参考还行, 作为电声教材肯定不行的,
管某某的电声基础: 管是介于学术派和工程派之间的电声专家, 但具体哪方面比较强不好说, 他的书知识体系也是过老,一些电声问题,不是没讲到就是讲得不够深刻.

总之,参考书还是以国外作者写得为好, 主要看作者,但是注意两个问题,一个是作者的国籍, 我发现特别是印度人还有俄罗斯人, 他们写的书一般理论水平都很深,可能同他们国家的基础科学研究有关系,但是他们一般不考虑读者,不管读者能否接受和看明白,这类作者带有炫耀的倾向, 思想很保守,就算在一些发达国家大学任教的印度教授,也难免带有这个习气. 再有就是高产型作者,写的参考书一个系列一个系列的,好几套,但实际一翻都没有什么水平,这类作者纯粹就是搞出版谋生的.

 马大球的论文我看了下, 里面批评莫尔斯很厉害啊,他说莫尔斯室内混响场的声压解错了, 他怎么证明自己解的就是对? 他的这篇论文得到国际声学界承认了没有?
 还是只是他自己的一家之言? 这么多年来, 室内声学,混响理论什么的,并没有发现有什么问题,如果莫尔斯错了,那肯定不止马大球一个人发现这个问题.

 回到评点南大版"声学基础"的话题来,这次说另外一个问题,就不开新贴了.

看教材P23页. 求解自由振动方程时, 最后给出的解得到A, B两个常数,
声学基础直接说 A=ξcosφ ,  B=ξsinφ ,然后话锋一转, 继续解释道: "它们都是取决于初始条件的待定常数,
详细研究它们的关系. 意义并不大. 这里提一下, 以后遇到类似情形,就不再赘述了"

它这里有好几个问题, 首先是不告诉你这个方程的解是怎么得来的, 其次, 直接说出解以后,
不讲A和B的关系. 这就好像说一个问题时, 直接说答案,你问他为什么, 他回答因为这就是答案,
所以陷入了逻辑上的自相矛盾,很混乱, 为什么会有这个结果? 因为原因是这个, 那为什么是这个原因?
因为结果是这样.   所以这样教学就不能让人真正搞明白, 让你自己绕来绕去,囫囵吞枣.这就是填鸭式的教学,
所以,知其然,不知其所以然啊.

然后, 说"详细研究他们的关系, 意义并不大", 这种妄自尊大的口吻, 很糟糕的, 实际上这个物理问题里, A和B的
来由都很有研究, 恰恰相反,研究它们的关系很有意义, 可能Sted听到这里又不服气了:这是物理教材,不需要引申太多
数学方面的东西. 我说你错了, 你以为物理教材就是如此吗? 那是你没见好的物理教材. 这个说法什么"意义并不大"
就是老学究的口气, 学术权威,所以他不想说就不说了, 一句话就让你封口. 后面再说, "以后再碰到这种问题,就不再赘述了.", 我的天啊, 他还没有述呢,后面就不赘述了,这不是摆谱又是什么? 所以这种就是做学问不求甚解.

厦大版许肖梅写的声学基础, 显然是注意到了这句话的不妥,所以她的书里在讲这个问题时, 没有说南大教授那么狂妄的话,但是因为她也主要参考这本教材,所以对方程的解里最后的常数A和B也没有叙述得很清楚,和南大版的基本是差不多的.
也是直接说答案,不讲过程.

以前db也说声学基础这本书又不少问题,实际上这是实话. 有空我把这段改版一下,把南大没讲清楚的给讲清楚,补足了.但不知道有没有空了. 南大版的声学基础很多地方不能说他错, 他是缺, 缺了很多东西, 所以不是一个完整的声学系统. 像
振动方程是声学基础里接触到的第一个实际问题,他讲解的时候给你偷工减料,这是很不应该的,当然这种"减料"减得也很有技巧,一般人是发现不了的.以后它再改版能注意到这个问题就好了.

 为什么? 因为学科的名称叫基础, 所以必须介绍一些基础知识, 就算认为之前的数学课程里讲过这类函数, 再多提两句不可以吗.
 因为两门不同的专业学科之间是互相独立的, 声学基础不能假设读者都学过贝塞尔, 不能做这种假设. 如果想偷工简料的话,就别
起名叫XX基础, 别人看你是"基础两字", 以为很简单,就掏钱买了, 但很快就发现看不下去了,因为有那么一些不是"基础"的东西在里面,
你不懂那些"基础",就读不懂这本书里讲的"基础" 怎么办? 还得继续掏钱买数学教材不是? 所以啊,这种挂羊头卖狗肉的事情啊,大家一定要吸取教训.