內容簡介
《現代物理基礎叢書·典藏版:現代聲學理論基礎》係統總結瞭聲學的基本現象、基礎理論和處理問題的重要方法,並對聲學的發展方嚮作瞭展望和預測。全書共15章,每章後均配有習題供讀者練習。讀者通過學習《現代物理基礎叢書·典藏版:現代聲學理論基礎》能夠對聲學的基本現象、基礎理論和重要方法有全麵的理解,並能夠開拓視野進而提高自己的工作能力。
《現代物理基礎叢書·典藏版:現代聲學理論基礎》可作為高等院校聲學相關專業的研究生和高年級本科生教材,亦可供從事相關專業的科研人員參考閱讀。
內頁插圖
目錄
自序
聲學常數
符號
第一章 緒論
1.1 聲學的發展
1.2 聲波
1.2.1 一維聲波
1.2.2 三維聲波
1.2.3 阻尼波
1.3 拉格朗日係統
1.4 衝擊波概論
參考書目
習題
第二章 綫性聲學
2.1 平麵波
2.2 正弦波及復數錶示法
2.3 聲阻抗率特性阻抗
2.4 聲強聲能
2.5 聲級分貝
2.6 管中聲波
2.6.1 均勻管
2.6.2 喇叭
2.7 球麵波與柱麵波
參考書目
習題
第三章 聲的主客觀評價
3.1 人的聽覺響度級
3.2 響度與響度級
3.3 音調音高
3.4 計權聲壓級聲級計
3.5 頻率分析
3.6 聲圖
3.7 傅裏葉轉換
參考書目
習題.
第四章 平麵波的傳播
4.1 反射摺射透射
4.2 聲阻抗率和吸聲係數的測量
4.3 掠入射蠕行波
4.4 乾涉測不準原理
4.5 聲波散射
4.5.1 散射波
4.5.2 單極子聲場
4.5.3 偶極子聲場
4.5.4 散射截麵目標強度
4.5.5 共振散射
4.6 聲波衍射路旁障闆
4.7 聲波傳播與運動多普勒效應
4.7.1 聲源運動
4.7.2 介質運動
4.7.3 接收器嚮零點運動
4.8 流體中的聲吸收
4.8.1 弛豫吸收
4.8.2 空氣中的聲衰減
4.8.3 水中聲衰減
參考書目
習題
第五章 聲輻射
5.1 單極子
5.1.1 脈動球
5.1.2 格林函數
5.1.3 聲場互易原理
5.2 偶極子
5.3 四極子
5.4 基爾霍夫一亥姆霍茲麵積分定理
5.5 綫列陣
5.6 矩形陣
……
第六章 動態類比
第七章 換能器原理
第八章 聲綫和導波
第九章 駐波
第十章 吸聲材料
第十一章 有源噪聲和振動控製
第十二章 調製氣流聲源
第十三章 氣流聲學
第十四章 非綫性聲學
第十五章 熱聲學
附錄
後記聲學的發展前景
索引
前言/序言
這是一本為聲學研究生寫的教本,也是為從事聲學研究的工作者而寫的聲學理論基礎書。聲學是近代科學中發展最早、內容最豐富的學科之一,在我國談及科學曾有“聲光化電”的提法。聲學基本理論到19世紀末已發展成熟,對聲學的研究達到高潮,瑞利爵士總結的《聲的理論》二捲集巨著長期被聲學界視為經典,後來莫爾斯取其精華,並有所發展,完成的《振動和聲》(1936年版,1948年第二版;1980年科學齣版社齣版中文版)也頗受重視。進入20世紀以來,聲學基本理論發展較少,但其與不同學科和技術結閤而形成的不少邊緣學科則蓬勃發展,可獨立稱為聲學分支的不下十五六門,其中主要的如建築聲學、水聲學、超聲學、電聲學、噪聲學和噪聲控製、結構聲學以及振動、語言聲學、生理和心理聲學、聲學測量學等,都已齣版幾本內容充實的專著。各個分支在技術方麵各有其特點,但理論方麵是相通的,因為都不過是在某些條件下,聲波産生、傳播、接收和效果的問題。它們大大地豐富瞭聲學理論,本書目的就是反映這些成就,使聲學理論有一個接近全麵的描述,使不同分支的工作者互相藉鑒,有助於其本身的工作,擴大眼界,推進聲學發展。
振動問題在聲學中非常重要,在瑞利和莫爾斯的書中都占一半篇幅。後人囿於先例,齣版的書中振動問題也都占極大一部分。如果本書也這樣,就不免篇幅過大,而且振動問題的細緻討論也是要涉及聲波的內容,有些重復。振動問題基本是固體內的聲波問題,隻是速度上有差彆(彈性常數不同,有橫渡問題)而已。所以在本書中對基本振動問題完全不加討論,而把它們置入附錄,略加說明。這樣並不妨礙對振動的基本問題的理解和參考,但節省瞭篇幅。
聲學理論問題的來源主要是自然現象或實驗結果。隻有深入探討其物理因素和機理,進行物理分析,尋求最佳措施,經過數學處理,纔能完成理論。物理措施和理論本身越簡單,越容易掌握,也越容易運用和推廣。不僅如此,隻有這樣的理論纔真實反映本質、反映事物的核心。因此,中間物理分析步驟非常重要,最後結果決定於此,須特彆注意。結果必須正確,但不避免些許誤差。一般聲學計算和測量多準確到1分貝(10%),所以理論有些小誤差並不妨事,隻是在特殊情況,纔要求更為嚴格。可容許的誤差範圍必須明確。聲學是應用學科,理論要用以預計實驗結果,所以必須定量,隻說明其存在是不夠的,這是與純粹學科的不同處。在隻知道聲波可傳播到遠方的時候,牛頓是用物理分析方法於1687年推導齣聲波的傳播速度。求齣聲波的傳播速度等於壓力與密度之比的平方根,方法非常巧妙,當時的大科學傢沒有一人看得懂他的推導,但都認為結果是有誤的,因為算齣的聲速288m/s,與當時的測量值332m/s(與現在的準確值差不多)有顯著差彆,到1749年歐拉看懂瞭牛頓的推導,並用更簡單明瞭的推論導齣牛頓公式,已過瞭60年。又過瞭60年,拉普拉斯推論聲波的變化應是絕熱過程,壓力應乘以比熱比,聲速公式纔完全符閤實際。這說明物理分析與推論是理論發展所必需的,也說明數值正確的重要性。事實上,數值正確也需要物理分析。
在理論的推導和錶達中,在實驗數據的處理中,數學是必需的。但是聲學研究是把數學作為工具,而不是研究數學本身。聲學理論要求其中數學簡單、正確,數學不甚嚴格,無傷大雅。一般物理學傢相信,自然規律都是像引力、電磁力等那樣是一次方、二次方等的冪數關係,而且冪數都是整數,有人說,“上帝隻創造瞭整數!”聲學當然並不例外。但實際上,復雜關係不可避免,即使理論結果是復雜函數,聲學傢也常設法將其近似為簡單解析式,雖然稍有誤差(也許5%左右),但便於理解和掌握、運用。穿孔闆聲阻抗理論的發展即是如此。在實驗數據處理中,取得簡單規律也需要物理分析。賽賓混響時間公式是20世紀第一個應用聲學公式,賽賓經過物理分析得知混響時間與吸聲材料的麵積(吸聲量)有關,為得到這個不到三厘米長的公式竟花瞭他五年的時間(白天教書,晚上實驗、計算)!事實上,他工作三年後已獲得非常豐富的實驗數據,可是整理這些數據,總也得不到規律。直到後來,他發現要把房間原有的吸聲量計算在內,這纔得到混響時間與吸聲量成反比的關係,歡喜得大叫“Eureka”,和古希臘時代阿基米德發現王冠內的含金量一樣高興!
好的,下麵為您撰寫一份不包含《現代物理基礎叢書·典藏版:現代聲學理論基礎》內容的圖書簡介,側重於描述其他物理學或相關領域的經典著作或前沿探索。 --- 經典物理的嚴謹與現代科學的脈動:一部跨越時空的物理學探索之旅 本套精選叢書旨在匯集物理學領域最具裏程碑意義的著作和對當代科學發展具有深遠影響的尖端論著。我們深信,理解自然界的運作規律,需要建立在堅實的經典理論基石之上,並勇於探索尚未完全揭示的前沿領域。本係列收錄的作品,無一不是曆經時間檢驗的學術瑰寶,它們以其無與倫比的嚴謹性、深刻的洞察力和廣泛的適用性,構建瞭現代科學思維的骨架。 捲一:經典力學與場論的奠基石 《牛頓經典力學原理精析》 本捲深入剖析瞭艾薩剋·牛頓爵士所奠定的經典力學體係。我們不僅重溫瞭牛頓三大運動定律和萬有引力定律的原始錶述,更側重於現代視角下對這些原理的重新審視與推廣。書中詳盡闡釋瞭拉格朗日力學和哈密頓力學的數學結構,展示瞭如何通過變分原理優雅地導齣運動方程,以及在處理復雜約束係統時的強大威力。特彆值得一提的是,本捲對“慣性係”和“絕對時空觀”進行瞭細緻的哲學和數學辯論,為讀者理解後續相對論的顛覆性變革埋下瞭伏筆。此外,書中還包含瞭對流體力學早期發展的介紹,如伯努利方程的推導及其在工程領域的早期應用案例。 《麥剋斯韋電磁場理論:從實驗到統一的場方程》 本著作是凝聚人類對電、磁、光現象理解的頂峰之作。它不僅係統迴顧瞭法拉第、安培等人的關鍵實驗發現,更重要的是,它完整呈現瞭詹姆斯·剋拉剋·麥剋斯韋如何通過引入“位移電流”這一天纔設想,將電與磁現象統一在一個自洽的數學框架內。書中對偏微分形式的麥剋斯韋方程組進行瞭詳盡的數學推導和物理意義闡釋,證明瞭電磁波的存在及其以光速傳播的必然性。附錄部分追溯瞭場的概念如何從物質接觸作用演變為獨立於物質存在的物理實在,為量子場論的誕生提供瞭不可或缺的直覺基礎。 捲二:熱力學、統計物理與信息論的交匯點 《從宏觀到微觀:統計物理學的統計詮釋》 本捲聚焦於連接宏觀可觀測性質(如溫度、熵、比熱)與微觀粒子行為的橋梁——統計物理學。我們以玻爾茲曼的統計力學為核心,詳細介紹瞭微正則係綜、正則係綜和巨正則係綜的構建方法及其在處理平衡態問題中的優勢。書中特彆強調瞭熵的統計力學定義,及其與信息論中“不確定性”概念的深刻聯係。對於量子統計部分,本捲清晰區分瞭玻色-愛因斯坦統計和費米-狄拉剋統計,並用以解釋黑體輻射、理想氣體狀態方程的修正以及低溫下物質的奇特行為(如氦的超流性)。該書的價值在於,它不僅教授計算技巧,更培養讀者對係統無序性與宏觀秩序之間辯證關係的深刻理解。 《不可逆性的本質:熱力學第二定律的現代視角》 這部分內容旨在探討熱力學中最為深刻、也最常被誤解的概念——熵增原理。它不僅僅是一個經驗性的定律,更是宇宙演化的基本方嚮性標誌。本捲不僅迴顧瞭卡諾循環和剋勞修斯對熱效率的經典論述,還引入瞭非平衡態熱力學(NEMT)的觀點。我們探討瞭朗之萬方程和福剋-普朗剋方程在描述布朗運動中的應用,以及如何利用Onsager倒易關係處理綫性非平衡態下的耦閤現象。核心討論聚焦於耗散結構理論,探討瞭係統如何在遠離平衡態時自發産生有序結構,這為生命科學和復雜係統研究提供瞭重要的理論工具。 捲三:量子革命與微觀世界的奇異性 《量子力學導論:波函數、算符與不確定性》 本捲是通往現代物理學的必經之路。我們從德布羅意物質波和光電效應的實驗背景切入,係統地闡述瞭薛定諤方程的推導和應用,重點關注其在勢阱、諧振子等基本模型中的精確求解。書中對波函數的概率解釋進行瞭嚴格的討論,並清晰闡釋瞭算符、本徵值和本徵態的物理含義。海森堡不確定性原理被置於核心地位,用以揭示微觀世界固有的非決定論本質。此外,本捲還詳盡介紹瞭角動量量子化、自鏇的概念及其在原子結構光譜中的決定性作用。 《相對論的幾何學:狹義與廣義的結構統一》 本冊是對時空觀念進行徹底重塑的經典文獻匯編。狹義相對論部分著重於洛倫茲變換的幾何解釋,強調四維時空(閔可夫斯基空間)的內在結構,並討論瞭能量-動量四矢的物理意義。廣義相對論則從等效原理齣發,引入黎曼幾何的概念,解釋瞭引力如何被描述為時空自身的彎麯。愛因斯坦場方程的推導和解釋是本捲的重中之重,書中配有大量圖解,以幫助讀者理解史瓦西解(黑洞的第一個精確解)的物理圖像。該書的精妙之處在於,它將宏大的宇宙結構描述與精確的微分幾何工具完美結閤。 結語:麵嚮未來的視野 本係列叢書的編纂目標,是為讀者提供一個堅實、完整且富有曆史深度的物理學知識體係。它不僅涵蓋瞭自十七世紀以來人類智慧的結晶,也為理解當代前沿研究——從凝聚態物理的拓撲絕緣體到宇宙學的暗能量——提供瞭必要的理論準備。這些著作所蘊含的科學精神,即對真理的執著追求和對邏輯嚴密性的不懈要求,是每一位緻力於探索自然奧秘的學者都應銘記的財富。 ---