什么是声学？
什么是声学？
声学是研究声音产生、传播和接收的科学，涉及机械波在气体、液体和固体中的研究，包含振动、声音、超声和次声等课题。从音乐、医疗到建筑、工业，声学科学广泛应用于人类活动的各个方面。
声学的定义与范围
声学的英文Acoustics，来源于希腊语ακούειν，意为“听”。维基百科上的定义为：声学为物理学分支，涉及机械波在气体、液体和固体中的研究，包含的课题有振动、声音、超声和次声。
个人觉得这个定义过于严肃，而且略显片面。接下来我们就开始用大白话，穿插着幽默的诙谐，来看看声学到底是个什么玩意。
声学是声音的科学。也就是说，一切和声音有关的事物，都在声学研究的范围内。从各种东西发出声音，经过不同的东西传播，被能听见声音的器官，比如耳朵，接收并感知到，这一系列过程的每一个环节都和声学相关。
听觉是动物赖以生存的重要因素，而说话又是人类发展和建立文化的关键。因此，声学科学广泛分布于人类活动和人类社会的各个方面，比如音乐、医疗、建筑、工业、环境甚至战争等。不仅在人世间，兽类之间也通过声学活动来进行他们生命中必不可少的活动，比如求偶、群殴等等。
声学的主要分支领域
美国声学协会ASA（Acoustical Society of America）对声学领域进行了如下分支：
气动声学（Aeroacoustics）
关注声音/噪声如何通过气体流动产生以及传播，比如噪声怎样通过航天器和风车产生，以及吹奏乐器如何发声等等。
音频信号处理（Audio signal processing）
设计范围比较广，比如：
- 模拟声音信号处理，涉及到电气工程；
- 声音增强，比如在混响比较强的空间中；
- 去噪，比如Skype的回声消除或者助听器的去噪降噪；
- 音频文件压缩，比如大名鼎鼎的MP3；
- 声音信号识别，比如摇一摇搜歌。
建筑声学（Architectural acoustics）
我之前详细介绍过建筑声学发展史，这里不做过多介绍。
生物声学（Bioacoustics）
主要研究动物间声音的产生和听觉。包括声音交流和动物行为和种类进化的关系，动物的听力原理和神经生理学，利用声音来监督动物种群，人为噪声对动物的影像等等。我在AI声学这篇文章里面也介绍了人工智能如何应用在生物声学
电声学（Electroacoustics）
涉及到耳机、麦克风、音响等声音系统的声音重建、录制和设计。电声随着手机等便携式电子设备的兴起而迅猛发展，HiFi爱好者对其也有很大推动。大部分相关的电子企业都有电声方面的研究。
环境声学（Environmental Acoustics）
控制环境中交通、飞机、工业设备、娱乐活动等产生的振动和噪声。声学从业者需要能够定量检测噪声，并且提出解决方案。很多声学咨询都可以提供相关服务，国内外在环境声学领域都有很多人在做。由于和人的健康息息相关，环境噪声对人的影响越来越大，也因此更受重视。声景（Soundscape）是环境声学衍生出来的新宠，不止关注与噪声，也关注如何积极地利用声音，为人服务。更多声景的知识可以参考康健老师的书[4]。
音乐声学（Musical Acoustics）
致力于研究音乐的物理特性和感知。主要包括乐器和电子合成器的功能和设计，人类的嗓音研究，电脑分析音乐和合成（原来有个同事在芬兰学的computational music），医用的音乐理疗等等。
噪声控制（Noise Control）
顾名思义，关注怎样降低噪声，可从三个领域降噪：噪声源、传播途径和接受者（比如戴耳塞）。噪声控制里面包含一个重要的工业应用分支：NVH（noise, vibration, and harshness），在汽车领域扮演者极为重要的角色。继N和V之后，H也逐渐被重视起来，这就不得不谈心理声学。
心理声学（Psychoacoustics）
声学和心理学的结合，是声学领域的新贵。人脑这个黑箱，给声学带来了无尽不确定性以及挑战。在原来的文章也长篇大论过，不在这里展开。
语音（Speech）
包括语音的产生、处理和感知，涉及到物理、生理、心理、语音信号处理和语言学。在人工智能/机器学习中，语音识别和语义分析是两大重要课题。如何让语音清晰、高效、高质量的被传递和接受是现在语音交互中的难点。我在上面提到的人工智能声学那篇文章也有提过。
超声（Ultrasonics）
虽然频率太高，人类听不见，但是在医疗领域应用广泛，其他领域还包括无损监测、水声等。
水声（Underwater Acoustics）
说了半天水上的，终于来了个水下的。经典的水声研究就是水下声源定位，在军事上广泛应用。除了人类活动之外，水声也和生物声学交叉，面向水下动物。
振动和动力（Vibration and Dynamics）
研究机械系统的振动，比如铁轨的地面振动、建筑物的隔振（消声室）、人类振动（手-手臂振动症候群）、桥梁防震、建筑中结构声等等。
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