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出版者:Allyn & Bacon

作者:William J. Mullin

出品人:

页数:240

译者:

出版时间:2003-01-23

价格:USD 73.80

装帧:Paperback

isbn号码:9780205370870

丛书系列:

图书标签:

• 语音研究
• 声学
• 语音
• 听力
• 声音基础
• 信号处理
• 生物声学
• 语音科学
• 听觉生理学
• 医学物理学
• 音频工程

物理声学与音乐的交汇：一部深入探索声波本质与应用的基础著作 本书特色： 本书旨在为读者构建一个坚实而全面的声学基础，聚焦于物理学原理在声音产生、传播和感知中的核心作用。我们摒弃了对特定应用领域（如言语或听力科学）的深入探讨，转而将重点完全放在声波的基本性质、数学描述以及在通用工程和科学背景下的应用。本书结构严谨，内容详实，力求在概念的清晰度和数学的严谨性之间取得完美的平衡。 --- 第一部分：声波的物理基础与数学描述 本部分奠定了理解所有声学现象的基石，强调声波作为一种机械波的本质及其在介质中的传播特性。 第一章：介质中的弹性与机械振动 本章首先引入宏观的弹性理论，描述物质的机械响应，包括杨氏模量、体积模量和剪切模量。我们将详细探讨一维、二维和三维介质中的应力和应变关系。随后，我们将过渡到微观的分子动力学视角，解释声波如何在原子和分子层面引起周期性的压缩和稀疏。 谐振子模型： 使用简谐振子模型来类比分子间的相互作用，建立描述介质恢复力的基础方程。 波的通用方程： 从牛顿第二定律和胡克定律出发，严格推导出适用于所有线性介质的一维和三维波动方程（Wave Equation）。对各种介质（如理想气体、液体、固体）中的声速$c$的依赖性进行深入分析，特别是温度和密度的影响。 边界条件： 详细讨论波在不同介质界面上的反射（Reflection）和折射（Refraction）现象，包括法向入射和掠射入射情况下的斯涅尔定律（Snell's Law）在声学中的应用。 第二章：稳态声场与描述函数 本章专注于描述周期性声波的数学工具，特别是如何利用傅立叶分析来解构复杂的声波信号。 正弦波的特性： 详细定义波长（$lambda$）、频率（$f$）、角频率（$omega$）、波数（$k$）以及相位（Phase）。 声压与质点速度： 严格定义声压（Acoustic Pressure, $p$）和质点振动速度（Particle Velocity, $mathbf{u}$）作为描述声场的基本变量。推导它们之间的相位关系，并引入声阻抗（Acoustic Impedance）的概念。 特异声阻抗（Specific Acoustic Impedance, $Z_s$）： 对不同介质中的特异声阻抗进行详细计算，并解释其在确定能量传输效率中的关键作用。 傅立叶分析在声学中的应用： 深入讲解傅立叶级数和傅立叶变换，展示如何将任意复杂的声波分解为不同频率的正弦分量的叠加。这为后续的频谱分析奠定基础。 第三章：声能、声功率与声强度 本章从能量的角度审视声波，量化声波携带的能量和功率。 声能密度与声强度： 定义瞬时声能密度和平均声能密度。推导出声强度矢量（Acoustic Intensity Vector, $mathbf{I}$），即单位时间通过单位面积的声能流，并使用 Poynting 矢量（或其声学模拟）进行精确描述。 有效值与声功率级： 介绍声压的有效值（RMS value）。定义声功率（Acoustic Power）和声强度级（Sound Intensity Level, $L_I$）的对数标度，重点关注功率流的计算和能量耗散机制。 声阻抗匹配： 探讨声阻抗失配（Impedance Mismatch）对能量传输效率的影响，并介绍如何通过匹配层来优化声能从一种介质传递到另一种介质的过程。 --- 第二部分：波动现象与空间声学 本部分将研究声波在空间中传播时表现出的复杂现象，包括衍射、干涉和驻波的形成。 第四章：衍射与散射理论 本章重点讨论声波绕过障碍物或通过孔径传播的现象（衍射），以及波与复杂结构相互作用（散射）。 惠更斯-菲涅耳原理： 从基本原理出发，解释衍射现象的微观机制。 瑞利-索末菲积分方程： 在二维和三维空间中，使用该积分方程对不同边界条件下的声场分布进行精确计算。 夫琅和费（Far-Field）与菲涅耳（Near-Field）衍射： 区分远场和近场衍射区域的数学处理方法。 散射理论基础： 引入散射截面（Scattering Cross-Section）的概念，特别关注小颗粒和几何形状对散射模式的影响。 第五章：干涉、驻波与腔体声学 本章侧重于多波源叠加（干涉）以及在有限空间内声波的自洽传播（驻波）。 相干与非相干叠加： 分析同频率、不同频率波的叠加对声场的影响，重点研究干涉图样的形成。 驻波的产生： 详细分析在平行壁面之间的反射和叠加如何形成驻波模式。计算驻波的节点（Nodes）和腹点（Antinodes）位置。 理想声腔的固有频率： 对于矩形、圆柱形和球形理想声腔，严格求解亥姆霍兹波动方程的本征值问题，推导出腔体的自然频率（Modes of Resonance）。 品质因数（Q Factor）： 引入品质因数来衡量声共振的尖锐程度，并分析能量损耗（如壁面吸收）对Q值的影响。 第六章：辐射声场与声源理论 本章探讨声波的产生机制，从理论上描述各种类型的声源辐射出的声场。 点声源与偶极子： 将复杂的声源简化为理想化的数学模型。分析点声源的辐射特性，并引入偶极子（Dipole）模型来描述受迫振动的边界条件产生的声辐射。 活塞辐射器： 详细分析理想平面活塞（如扬声器振膜的简化模型）的辐射阻抗和指向性（Directivity Pattern）。计算活塞在不同频率下（$lambda gg a$ 和 $lambda approx a$）的远场辐射特性。 多极展开法： 介绍利用单极、偶极和四极等基本辐射单元来近似描述任意复杂声源的辐射场的方法。 声源的互作用： 简要介绍相邻声源之间声场耦合和能量交换的基础概念。 --- 第三部分：噪声、吸收与测量基础 本部分转向声学工程中的实际问题，探讨声能的耗散机制、测量标准以及环境中的声学处理。 第七章：声能的吸收与传输 本章关注声能如何从介质或结构中被移除或转移，这对于控制噪音和设计吸声结构至关重要。 吸声材料的微观机制： 描述多孔材料和共振器（如亥姆霍兹共振器）如何通过摩擦耗散声能，将其转化为热能。 吸收系数与吸声系数： 定义这些关键参数，并展示其与频率的关系。 声阻抗匹配与吸收： 利用声阻抗原理，解释为什么某些材料结构能高效吸收特定频率范围的声能。 声传播损失（Transmission Loss）： 针对穿过屏障（如隔墙）的声波，建立隔声损失的模型，强调质量定律（Mass Law）及其局限性。 第八章：声学测量学基础 本章是声学工程应用的基础，介绍如何量化和记录声场。 标准化的计量单位与参考量： 详细解释分贝（dB）的定义、各种声级（声压级、声强级、声功率级）的计算公式，以及它们之间的换算关系。强调参考值（Reference Values）的选择对测量结果的影响。 测量仪器的基本原理： 概述声级计、麦克风（电容式、压电式）和声强探头的核心工作原理，包括传感器的频率响应和指向性。 时间域与频率域分析： 介绍时域信号的直接测量与通过频谱分析仪或FFT进行频率域分解的必要性。 混响时间与房间声学参数： 在通用房间模型中，推导和应用Sabine公式和Eyring公式来估算混响时间，并解释其在描述室内声场衰减中的作用。 --- 总结： 本书内容严格限定于声波的物理、数学建模和通用工程应用。它为有志于深入研究任何特定声学分支（无论其涉及生物学、心理学还是通信技术）的学生和工程师提供了一个不可或缺的、坚实的物理学框架。本书不涉及人类听觉器官的生物物理结构，不讨论言语的产生或识别机制，专注于声波本身的客观规律。

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这本书从名字上看，就给人一种非常扎实、有分量的感觉。我预想这会是一本内容非常详尽的书，从最基础的声学原理讲起，然后延伸到那些听起来颇具挑战性的领域，比如语音学和听力学。我猜测，作者可能会从声波的产生机制入手，详细介绍振动、频率、振幅、波长等基本概念，然后逐步深入到更复杂的声学现象，如干涉、衍射、共振等。对于“Speech”的应用部分，我脑海中已经开始勾勒出那些内容：可能是关于人类发声器官的解剖学描述，语音产生的物理模型，以及不同语言的语音特征分析。而“Hearing”的应用，我则期待能够看到关于人耳的结构和功能，听觉生理学，以及声音感知的一些理论。我甚至设想，这本书可能会介绍一些现代的听力技术，比如助听器的工作原理，或者声音的信号处理技术。我喜欢这种能够将理论知识与实际应用相结合的书籍，因为它能让我明白，学习这些看似枯燥的声学原理，究竟有什么实际的意义。我希望它能帮助我理解，为什么有些人说话含糊不清，为什么我们会听到奇怪的回声，以及听力损失是如何影响我们的生活。

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当我看到《Fundamentals of Sound with Applications to Speech and Hearing》这个书名时，脑海中立刻浮现出一幅画面：一位严谨的学者，用清晰的逻辑和丰富的例证，将声音这一迷人的现象娓娓道来。我推测，这本书的结构可能会非常严谨，从最核心的声学理论出发，层层递进，直至触及那些与人类息息相关的应用领域。我期待着，书中能够用细致的笔触，描绘出声波是如何从其源头产生，又如何以各种形态在介质中传播，并最终抵达我们的听觉接收器。我想象着，作者会深入浅出地讲解诸如傅里叶分析、驻波、多普勒效应等关键概念，并辅以精炼的数学推导和直观的图示。至于“Applications to Speech and Hearing”这部分，我更是充满了好奇。我希望能够看到，作者是如何将抽象的声学原理，巧妙地转化为对人类语言的解释，比如语音的声谱特征、发音过程的物理模型，以及听觉系统如何接收、处理和解读这些声音信息。我甚至猜测，书中可能会涉及一些关于声音失真、噪音抑制，甚至是音乐声学等方面的内容，以期全面展示声学在日常生活中的广泛影响。

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这本书的作者在我看来，一定是一位在声学领域有着深厚造诣的专家。从书名《Fundamentals of Sound with Applications to Speech and Hearing》来看，他/她显然是想将声学的基础理论与我们最熟悉的应用——言语和听觉——紧密地联系起来。这让我非常有兴趣，因为我一直觉得，学习理论知识的最终目的就是能够应用到实际生活中，而言语和听觉恰恰是我们最能切身感受到的应用。我好奇这本书会如何从声学的基本原理出发，逐步过渡到解释人类如何发出声音，以及声音是如何被我们的大脑处理和理解的。我甚至可以想象，书中可能会涉及到一些关于语音识别、声学语言学，甚至是听力障碍的康复等相关内容。这不仅仅是一本物理声学的入门读物，更可能是一本连接物理世界与人类沟通的桥梁。我期待作者能够用生动形象的例子，将那些复杂的声学公式和概念解释清楚，让我们这些非专业人士也能领略到声学科学的魅力。我希望这本书能够帮助我理解为什么有些人说话语速快，有些人慢；为什么不同的乐器能发出不同的音色；为什么有时候我们会听到奇怪的声音。

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读一本好书，就像在和一位智者对话。当我看到《Fundamentals of Sound with Applications to Speech and Hearing》这本书时，我就有一种预感，它会是一次深刻的学习体验。我猜想，这本书的作者一定花了很多时间和精力去研究，并且非常有条理地将知识体系构建起来。我脑海中浮现出，这本书会不会从最基本的物理概念开始，例如波的性质，然后一步步深入到声音的频谱分析、谐波等等。它可能会用大量的实例来阐释这些概念，比如分析不同乐器的发声原理，或者解释音乐中的音高、音量和音色是如何由声波的物理特性决定的。我尤其对“Applications to Speech and Hearing”这部分充满期待。我会想要知道，书里是如何解释我们说话时声带的振动，气流的形成，以及嘴唇、舌头、牙齿等器官如何协同工作来发出清晰的语音。而对于听觉部分，我好奇它会如何描绘我们耳朵接收声波，并将其转化为神经信号的过程，以及听觉系统是如何分辨不同的声音，甚至是对音乐产生情感反应的。我希望这本书能够让我对声音有一个全新的认识，不只是听到的声音，更是声音背后的科学奥秘。

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这本书的封面设计倒是挺简洁大方的，给人一种严谨、学术的感觉。拿到手后，沉甸甸的，纸张的质感也相当不错，摸起来很舒服，不像有些书那样粗糙。我尤其喜欢它封面上那种偏冷的蓝色调，配上白色的标题，显得特别有层次感，让人一眼就能感受到这是一本关于科学、技术的著作。翻开目录，看到那些小标题，像是“声波的产生与传播”、“振动与共振”、“人耳的听觉机制”之类的，虽然还没开始细读，但光是看标题就已经能联想到很多有趣的物理概念和生物学知识了。我脑子里开始构思，这本书会如何一步步地解释声音是如何产生的，又是如何穿越空气到达我们的耳朵，然后在大脑里被解读成我们所听到的各种声音。我设想着书中一定会有很多精美的插图和图表，来帮助我们理解那些抽象的物理原理，比如声波的波形图，或者是人耳的解剖图。我猜想，这本书的排版应该也会很用心，字号适中，行距也比较舒适，读起来不会有压迫感，可以让人沉浸在知识的海洋里。我期待着它能够以一种清晰易懂的方式，将“声音”这个我们每天都在接触却又鲜少深入了解的现象，展现在我面前。

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