聲學基本知識與應用領域(2)
聲學基本知識與應用領域
聲學實際應用
應用
利用對聲速和聲衰減測量研究物質特性已應用于很廣的范圍。測出在空氣中，實際的吸收系數比19世紀G.G.斯托克斯和G.R.基爾霍夫根據粘性和熱傳導推出的經典理論值大得多，在液體中甚至大幾千倍、幾萬倍。這個事實導致了人們對弛豫過程的研究，這在對液體以及它們結構的研究中起了很大作用(見聲吸收)。對于固體同樣工作已形成從低頻到起聲頻固體內耗的研究，并對諸如固體結構和晶體缺陷等方面的研究都有很大貢獻。
表面波、聲全息、聲成像、非線性聲學、熱脈沖、聲發(fā)射、超聲顯微鏡、次聲等以物質特性研究為基礎的研究領域都有很大發(fā)展。
瑞利時代就已經知道的表面波，現(xiàn)已用到微波系統(tǒng)小型化發(fā)展中。在壓電材料(如石英)上鍍收發(fā)電極，或在絕緣材料(如玻璃)上鍍壓電薄膜都可以作成表面波器件。聲表面波的速度只有電磁波的十萬分之幾，相同頻率下波長短得多，所以表面波器件的特點是小，在信號存儲上和信號濾波上都優(yōu)于電學元件，可在電路小型化中起很大作用。
聲全息和聲成像是無損檢測方法的重要發(fā)展。將聲信號變成電信號，而電信號可經過電子計算機的存儲和處理，用聲全息或聲成像給出的較多的信息充分反應被檢對象的情況，這就大大優(yōu)于一般的超聲檢測方法。固體位錯上的聲發(fā)射則是另一個無損檢測方法的基礎。
聲波在固體和液體中的非線性特性可通過媒質中聲速的微小變化來研究，應用聲波的非線性特性可以實現(xiàn)和研究聲與聲的相互作用，它還用于高分辨率的參量聲吶(見非線性聲學)中。 用熱脈沖產生的超聲頻率可達到1012Hz以上，為凝聚態(tài)物理開辟了新的研究領域。
次聲學主要是研究大氣中周期為一秒至幾小時的壓力起伏?；鹕奖l(fā)、地震、風暴、臺風等自然現(xiàn)象都是次聲源。研究次聲可以更深入地了解上述這些自然現(xiàn)象。次聲在國防研究上也有重要應用，可以用來偵察和辨認大型爆破、火箭發(fā)射等。大氣對次聲的吸收很小，比較大的火山爆發(fā)，氫彈試驗等產生的次聲繞地球幾周仍可被收到，可用次聲測得這些事件。固體地球內聲波的研究已發(fā)展為地震學。
研究液氦中的聲傳播也很有意義。早在40年代，Л·Д·朗道就預計液氦溫度低于λ 點時可能有周期性的溫度波動，后來將這種溫度波稱為第二聲，而壓力波為第一聲。對第一聲和第二聲的研究又得到另外兩種聲：第三聲超流態(tài)氦薄膜上超流體的縱波，第四聲多孔材料孔中液氦中超流體內的壓縮波。深入研究這些現(xiàn)象都已經成為研究液氦的物理特性尤其是量子性質的重要手段(見量子聲學)。
聲波可以透過所有物體：不論透明或不透明的，導電或非導電的，包括了其他輻射(如電磁波等)所不能透過的物質。因此，從大氣、地球內部、海洋等宏大物體直到人體組織、晶體點陣等微小部分都是聲學的實驗室。近年來在地震觀測中，測定了固體地球的簡正振動，找出了地球內部運動的準確模型，月球上放置的地聲接收器對月球內部監(jiān)測的結果，也同樣令人滿意。進一步監(jiān)測地球內部的運動，最終必將實現(xiàn)對地震的準確預報，從而避免大量傷亡和經濟損失。
儀器設備
20世紀以前，聲源僅限于人聲、樂器、音義和哨子。頻率限于可聽聲范圍內，可控制的聲強范圍也有限。接收儀器主要是人耳，有時用歌弧、歌焰作定性比較，電話上的接收器和傳聲器還很簡陋，難于用作測試儀器。20世紀以后，人們把電路理論應用于換能器的設計，把晶體的壓電性用于聲信號和電信號之間的轉換，以后又發(fā)展了壓電陶瓷、駐極體等，并用電子線路放大和控制電信號，使聲的產生和接收幾乎不受頻率和強度的限制。用半導體(如 CdS)薄膜產生超聲，用激光轟擊金屬激發(fā)聲波等，使聲頻超過了可聽聲高限的幾億倍。次聲頻率可達每小時一周以下，聲強可超過人耳所能接收高強聲音的幾千萬倍。聲功率也可超過人口所發(fā)聲的 1011倍。聲學測量分析儀器也達到了高度準確的程度，以臺式計算機(微型計算機)為中心的測試設備可完成多種測試要求，60年代需要幾天才能完成的測試分析工作，用現(xiàn)代設備可能只要幾分鐘就可以完成。以前無法進行的測量工作(如聲強、簡正波等)現(xiàn)在也可以測量了。這些手段就給聲學各分支的進一步發(fā)展創(chuàng)造了很好的條件。
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