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      聲振論壇

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      [綜合討論] 完整的聲學極簡史

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      發表于 2021-12-30 11:01 | 只看該作者 回帖獎勵 |倒序瀏覽 |閱讀模式

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      筆者偶然得見一篇文章簡單介紹了聲學發展史,將其添油加醋放到這里,用編年史的形式呈現。顯然這里涵蓋的僅為聲學史的一隅,所以在厚顏無恥的“完整”二字后面,加上“極簡”以示謙卑。

      1861
      德國科學家Johann Philipp Reis 發明麥克風。于是,也順帶把揚聲器發明了出來,一機兩用。其后,二者性能被貝爾 (Alexander Graham Bell)——貝爾實驗室的貝爾,和西門子 (Ernst Siemens)——西門子的創始人西門子,不斷提升。

      1863
      《作為樂理的生理學基礎的音調感受的研究》“On the Sensations of Tone as a Physiological Basis for the Theory of Music”發表,作者亥姆霍茲 (Herman von Helmholtz)。該書描述了亥姆霍茲共振器,通過腔體內的空氣來放大某頻率的聲音(類似于吹空瓶子)。亥姆霍茲用共振器來區分樂器的不同音。

      1877
      《聲學理論》“Theory of Sound”在英國出版。作者瑞利 (Lord Rayleigh),1904年諾貝爾物理學獎獲得者。瑞利發現了“瑞利波”——沿固體表面傳播的聲波。聲阻抗的單位“rayl”以瑞利命名。

      1883
      印尼喀拉喀托火山爆發,被認為是人類當代社會有史以來最大的聲音。36000千人因為火山噴發引起的海嘯喪生,激波在之后持續好幾天,地球的氣候也受到了數年的影響。

      地球上最大的聲音據說是?颂K魯伯隕石撞擊地球。隕石撞擊地球產生的能量是沙皇炸彈的200萬倍,把地球自轉和公轉都改變了。有多少分貝據說只有恐龍知道,不過那時候有分貝嗎?答案是沒有。

      1924
      直到1924年,人們才知道什么是分貝。其概念被貝爾實驗室提出。之前的文章詳細寫過關于分貝的介紹,這里不再贅述。(分貝( dB )及其相關的知識,您了解多少?

      1930
      國際電工委員會 (International Electrotechnical Commission) 正式取消“每秒周數”(cycle per second),用赫茲 (Hertz) 取而代之,作為頻率的單位,以紀念赫茲 (Heinrich Hertz)。赫茲先生的大侄兒,Gustav Ludwig Hertz 后來成為了西門子實驗室的主任。

      1930
      Perrin聲學陣列登上了“Perrin Acoustic Array”雜志的封面。陣列由法國的諾貝爾獎獲得者Jean-Baptiste Perrin發明,當時的描述是"Airplane Finder Which Locates Ships in Flight, and Registers Their Altitude, Speed and Distance from the Apparatus",可以搜尋飛機,定位其高度、速度和距離儀器的距離。這就是現代麥克風陣列的鼻祖,當時非常高大上,甚至比人都大好幾倍的麥克風陣列,經過幾十年的演化,現在已經變成家常便飯,被安裝在數以億計智能音箱、手機和耳機里面。

      然而,其定位功能的主旨并沒有發生變化,并且隨著技術發展可以實現對聲音的可視化。

      1933
      對聲學有一些了解的人,想必對下面的等響曲線并不陌生。每一根藍色曲線代表人耳聽到某一個響度,在每一個頻率下對應的實際聲壓級。

      1936
      A計權曲線被列為標準。A計權同樣是考慮了人耳的聽覺特性而做出的修正。比如曲線的最高點在2000Hz左右,是人耳最敏感的頻率區域。然而到了20Hz就變得非常不敏感。圖中20Hz對應-50dB,也就意味著同樣聲壓級的兩個聲音,一個2000Hz,一個20Hz,人耳實際感知到的聲音大小要相差50dB。

      哈佛大學的Stanley Smith Stevens提議定義響度單位為Sone。Sone一詞源于拉丁文“Sonus",意為聲音。Stevens也是哈佛大學心理聲學實驗室的創辦者。
      Stanley Smith Stevens (1906-1973)

      1942
      哈佛大學的Leo Beranek,稱其為美國聲學之父應該不足為過,建造了第一個消聲室 (anechoic chamber)。(全)消聲室用于模擬聲學自由場 (Acoustic free field)。當然,后來又出現了半自由場的半消聲室 (Hemi-anechoic chamber)。當時建造的目的是為了給美國空軍測試揚聲器——戰爭果然是科技發展和進步的第一推動力。

      Beranek同時也定義了清晰度指數(Articulation Index,AI——并不是人工智能),用于描述語音在背景噪聲下能被理解的程度。AI用于評價飛機中飛行員佩戴不同型號的耳機是否能夠聽清地面指令。
      全消聲室

      半消聲室

      1961
      Bark scale在慕尼黑被Karl Eberhard Zwicker 教授提出,日后也成為了標準。Bark為臨界頻帶 (critical band) 的單位。簡單說:耳蝸基底膜上有24個點能對24個不同頻率產生最大幅度共振,從而將人耳可聽頻率范圍20Hz-22kHz分成24個頻帶,即臨界頻帶。隨著頻率升高,臨界頻帶也隨之變寬。

      1963
      互聯網由聲學家J.C.R Licklider 發明。Licklider 為美國五角大樓國防部門的研究員,為其部門申請了funding,從而開始搭建“Intergalactic Computer Network”,也就是現在的互聯網——Internet。有人評價Licklider有三大發明:在美國幾所重點大學創辦計算機科學,分時系統 (time-sharing) 和網絡。

      1975
      響度的計算納入國際標準ISO532。有兩種計算方法:窄頻頻譜方法 (narrow-band spectral approach) 和三分之一倍頻程法 (1/3 octave approach)。該標準也考慮了Zwicker提出的掩蔽效應。

      1981
      ECMA-74標準發表"Measurement of Airborne Noise emitted by Information Technology and Telecommunications Equipment",包含了計算Tone-to-Noise Ratio 和 Prominence Ratio 的標準。一個純音要至少比它對應的掩蔽噪聲高出8dB才能被人聽見。

      1990
      心理聲學圣經“Psycho-Acoustics: Facts and Models”發表,作者為慕尼黑工業大學的Eberhard Zwicker 和Hugo Fastl。

      1994
      用于測量空氣中聲音質點振速的傳感器問世。
      Microflown質點振速傳感器

      2000
      Directive 2000/14/EC (Outdoor Noise Directive - OND) 被歐盟理事會采納。成員國的57種室外設備被要求要滿足噪聲輻射標準。自此,聲功率開始被人熟知,比如會出現在energy label上(在歐洲生活過的小伙伴應該都不陌生)。

      2018
      ECMA-74標準在Annex G 中增加了計算Tonality 的計算方法。

      2020-2021
      新冠病毒變奏曲……

      來源:子魚說聲學微信公眾號(ID:ZiYuAcoustics),作者:子魚FM。

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      沙發
      發表于 2023-3-12 14:19 | 只看該作者
      寫得很好看。。。。
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