主题：声学人物介绍

　　声学差不多是近代科学中最早发展的分支，伽利略 1638年发表的《两个新科学的讲话》中仔细讨论了物体的振动，对音调与频率的关系、振动的弦长与音调的关系，以及和声与频率比的关系等都有生动的讨论。半个世纪后，牛顿提出恒温声速的理论。17到19三世纪中的重要数学家和物理学家几乎都研究过声学问题，把经典物理声学发展到成熟的阶段，最后由瑞利以1000页的两卷《声学理论》做了总结，这部书直到100年后的今年仍在售卖。

　　从20世纪初开始，声学主要以外延的形式发展，与其它科学技术分支结合，建立了大量的边缘学科，声学学科图给出了一个大概的概念。这个图是1972年著名声学家林赛画的，当时计算技术、环境科学、空间科学等还没有像现在这样发达，这个图肯定是不完全的。但即使如此，声学的外延也是很可观。当然，物理声学还是继续发展。到本世纪下半叶，物理声学又大大发展了，这是因为在各分支学科中，不少问题如不对其中声波和振动基本特性和作用确切了解，就不能对该问题真正理解和进一步深入。所以在20世纪中，声学经过了发散和收敛过程，一些分支学科或其一部分已发展为工程技术，直接为生产服务，不少部分则向基础深入发展。现在主要讨论这些部分。

　　1.物理声学。

　　振动和声波的基本特性和效应是声学各个分支共同的基础，包括线性声学、非线性声学、振动理论。许多应用都涉及声波的辐射压力、声流和空化作用。声源的辐射和障碍物的散射是突出的问题。声学的研究继续发展。物理声学占声学研究论文的五分之一强。

　　2.声学信号处理。

　　信号处理在电子学中是成熟的技术，用在声学中非常重要，几乎声学各个分支中都有信号处理问题。最多的问题是空—时信号的处理方法，如水声信号、超声信号、语言信号、有源控制信号、环境声学信号、地声信号等，都须要处理，以了解或应用其有关物理过程。此外信号显示、图样识别、学习机、自适应处理、声学反问题、声学层析术、声全息处理等都非常重要。

　　3.声学海洋学（海洋声学）。

　　海洋是世界上的巨大未知数。海洋变化非常大，海流、涡流等可大到若干公里，并不断变化。影响气候变化，食物链以及矿产，即使远离海洋的人也要受影响。用船或卫星可以取得大量信息，但船只限于一时一地，而卫星只能观察海面。用声学方法可以大大推动海洋研究，一个重要问题是海底的研究（当前也许限于技术条件只是浅海的海底），用反射研究可以推出海底表面和表面下的物理特性。用声学层析术，以单频声源和简正波测量为基础，可求得声速分布的截面图。频率低的声波在海洋中可传到很远距离（SOFAR系统）。在南印度洋设的赫德发射站（57赫）可在18000公里外收到，因而可算出声道内的平均声速。用这个系统可测每年水温变化准到0.01℃。这个监测水温变化的办法还要推广，因为水温变化影响气温，影响海洋生物的繁殖。海洋中浮游生物密度的研究也是一方面，这影响海洋中整个的食物链。

　　4.光声学和声致发光学。
　
　　用脉冲激光照射固体或液体表面以在后者中产生声波，和在液体中用声波产生空化而发光是声光互相转换的两种方式，广泛用于物质研究中。用激光束照射水面产生高频声一般转换效率较低，传播距离也较短。有人试验，使激光束照射到水面上的点以略高于声速移动，这就可以不断加强声束，估计可使高频率声波传到5公里、10公里的距离，有广阔应用的前途。光声在无损检测方面也很重要。声致发光所需声场能量很小，由于空化气泡破碎而发射光量子可能放大了11个数量级，很是惊人。这些现象的机理、频谱等很值得研究。

　　5.扫描声学显微镜。

　　1949年，索柯罗夫在《超声显微镜》一文中说：“超声显微镜可以在不透明的媒质中取得小物体的像，和这种媒质中不纯的质点或杂质的像。”他虽然从1936年提出超声显微镜的概念起，几十年中并未能实现他提出的两项重要的应用，因为他无法产生较高的频率。一直到本世纪60年代中叶，薄膜换能器出现了，这才有了可能。从1974年制出第一架扫描声学显微镜起，现已有很大发展，在室温下分辨率可达到0.2微米，在低温下到0.0
2微米，理论上还可能高得多。所用频率在水中为3兆赫，在流氦中8吉（千兆）赫。扫描声学显微镜还将有较大的发展，它在物质结构和器材（如集成电路）的研究中将越来越重要。

　　6.医疗和生物声学。

　　超声诊断现在已是成熟的技术，在与CT及核磁共振竞争中处于有利地位。这是由于计算机的应用，使传输、接收和显示过程都达到最佳状态，改进了超声成像质量和其中细节的显示。这都是几年前不能比的。三维超声显示正在发展。利用计算机重建三维图像，须要一组距离已知的截面图和各种组织可区别的特征。但后者是不存在的，软组织的特征无法分辨。因此，CT与核磁技术不能移植到超声。但各组织和液体间的界面是很明显的，所以超声三维成像多以此为基础，微动的部分可以用多普勒方法分辨，这方面发展很快。体外激波碎石术用于肾结石也比较成熟，但还在发展。换能器、各种生物和生物体的声学特性，声波对生物体的影响等的研究工作还是大量的。

　　7.噪声和噪声控制。

　　噪声控制主要是工程技术问题，但声源和发声机理的研究是关键问题，受到注意。噪声和噪声控制的研究目的是保证适合人们的工作和生活条件，保证人们的健康。但噪声降低产生的后果是改进生产，发展工业，这却往往不被一般人注意。本世纪40年代发展的喷气飞机载客不过二十多人，噪声和振动却几乎令人不能忍受（110分贝）。几十年降低噪声和振动的结果，1988年鉴定的空中客车B320，载300～400人，机舱中的噪声只是和热闹的大街上差不多（84分贝）。在一般铁路系统上稍加改造，行车速度可提高到每小时200公里，而噪声并不提高（92分贝），磁悬浮列车开到400公里，噪声也只到这个程度。现在噪声研究最热烈的部门是航空、铁路和汽车。大到重工业设备，小到家用电器，噪声和噪声控制的研究也都是重要问题。

　　8.室内音质。

　　如果噪声控制的目的是使人不受噪声伤害，音质的研究则是使人们的声环境舒适，有利于思考、学习和开展各种活动。这是在提高人们“生活质量”的总趋势下越来越重要的问题。学校建筑中的音质问题影响儿童、少年的成长，会越来越受到重视。报告厅、音乐厅等的音质问题比较复杂，虽然混响时间早被承认是主要的参数，其他有影响的参数还有不少。这些包括亲切感、声音的响度、室内声波的扩散、空间感和明晰度。此外还要求在舞台上能听得清楚。这些因素的衡量和平衡还是研究的课题。

　　9.有源振动和噪声控制。

　　产生一个相位相反的振动或噪声以消除或降低原有的振动或噪声的方法已发展了20年，在换能器、控制理论、计算机软件等方面都有巨大的发展。现在对室外声源、通风管道和小尺寸的空腔等的噪声控制已比较成熟，室内噪声的控制由于简正波抵消原理的应用也有了良好的开端。这个原理用于振动控制也很有前途。有人用圆筒模拟飞机，在其上适当一点加力以激发在某一频带内的简正振动，去抵消其上原有的振动，效果很好，圆筒振动所辐射的噪声也降低不少。飞机内部噪声用有源噪声控制（用多个声源和传声器）的飞行试验也正在进行。有源控制的关键问题是振动方式和控制策略。

　　10.听觉问题。

　　听觉问题研究的一大特点是心理—物理实验的成就，突出的例子是亥姆霍兹，他用简单设备得到的斗蜗共振理论在100年后得到贝凯西的解剖学证明，后来在声音响度，音调等方向的研究也取得重要成果。近20年中已证明斗蜗接收声音后要引起机电正反馈（能量来源是新陈代谢），使信号加强并增加共振的锐度，并发出神经脉冲。以后神经系统和大脑如何处理这些信息还是在研究中。听觉研究可能是研究大脑的一条路。目的是建立完整的听觉理论。此外，听觉研究还包括听觉器官的构造和作用原理、耳鸣、耳聋、耳声发射、测听、助听、以及仪器设备等。

　　11.自动语言识别。

　　这是人类长久的梦想，只有计算机，大规模集成电路出现后才可能认真向这方向努力。70年代初，美国国防部ARPA任务以数百万美元资助四个单位发展认人、有限词汇的识别系统。只有Harpy成功。以后试过不同方案，水平基本相同。80年代末有了突破美国李凯夫完成不认人，识别以1000词的词汇组成的连续语言系统，正确率达94％。所用的是隐藏马尔柯夫模型（HMM）。于是HMM系统大量出现，水平并未提高。近年一些国家决定以发展“口语系统”（SLS）为目标，要求对数据库中的问题高水平地理解，并作出反应。人们期待进一步突破。

　　12.热声学。

　　1982年，Wheatley发现在驻波管内近一端四分之一波长内放一摞薄片，在声波作用下，薄片两端产生温度差，这就是热声现象，给不用氟利昂的冷藏系统提出前景。这方面进展很快，已制成热声致冷器，热声低温发生器，热声发声器和利用液钠运动于磁场中的磁流体动力发电器，并建立了相应的理论，这些设备的功率小，离实用尚远，但有些可以直接在卫星上使用。深入研究，可期望重大成果。

　　13.空间声学。

　　在空间研究空气中的液滴、液体中的气泡以及固体的特性和运动有很大意义。液滴的研究结果可用在从水滴直至原子核的各种对象。液滴和气泡是比较简单的非线性动力系统，对它们的运动作理论和实验研究可得到对混沌现象的演变过程的确切了解。此外，大气中的水滴和海洋中的气泡对世界气候也是重要因素。在空间研究液滴，气泡和固体可避免容器的影响，并对纯金属、特殊合金和玻璃的冶炼提供条件，所以在理论上和实际应用上都
非常重要。声悬浮和操纵是地面上和空间实验的最好手段，用声波不但可以使小滴悬浮和固定在一点，还可以使它旋转、移动、振动，以研究它的运动特性、形状变化、光学性质、凝聚时的详细过程等。在地面上曾用声波使直径1厘米的钢球在空中悬浮，可见这方面潜力之大。

　　14.声模拟的应用。

　　声波、电磁波和固体中的电子（以波看待）都满足同样的波动方程，所以可互相模拟。用声模拟固体物理现象很有潜力。用一组质点（例如铅块）和弹簧可制成声模型，而且可以直接测量其特征值、特性函数和其它性质，在凝聚态物质系统直接测量却很难，甚至不可能测。 Anderson局限的非弹性效应和准晶华性质的声模拟研究是有名的例子。这方面的可能性还没有充分发掘。

　　除物理声学没有具体目标外，其余目标都很明确，有的是学术上的，有的则是实际应用的，但都不是短期生效的。声学是一门应用物理学，其中相当部分已成为工程技术。近年来我们提倡科学工作者支援国民经济建设第一线，这在国家建设中完全是正确的、必要的。声学工作者由于学科性质，很容易走向工程方面，甚至于简单应用方面，而忽略不能即时见效的基础性研究工作。这很不利于我国科学发展，从长期说也不利于国家建设。因此，声学，我想
其他应用科学也相似，特别需要对其基础性研究工作给予提倡、支持和鼓励，这包括国家给予较长期的有目标的研究任务，而不仅是出产品的任务。