導讀：聲學是一門具有廣泛應用性的學科，涉及到人類生產、生活及社會活動的各個方面；同時聲學又是一門具有很強交叉滲透性的學科，與各種新學科、新技術相互作用，相互促進，不斷地吸收、應用和發展新的思想，增強了聲學的生命力、競爭力和學術與藝術魅力。本文從科學、技術與藝術等幾個方面，介紹了聲學的學科發展，特別是在科學與技術上的新的研究方向與進展。
一、聲學的基本概念——聲和音
講到聲學，當然首先就要講什麼是聲音。所謂聲，實際上有雙重的含義，我們一般地理解，人的耳朵能夠感覺到的聲波的作用就稱之為聲，這麼說大家都懂；但是從物理上講，聲是指在任何的彈性介質中傳播的擾動，是一種機械波，從這個概念上來講，聲的範疇就很廣。
什麼叫擾動呢？擾動是說在空氣、固體或液體中的一個密度的、或者是壓力的、或者是速度的一個小的變化，這個變化在這種彈性體裡面就會傳播出去，是能量傳播出去，彈性物質本身並不傳播，這麼一個傳遞的能量就是聲。在這麼一個聲的概念上，只要在彈性介質中有一個不穩定，就會產生聲，所以聲學研究的範疇相當的寬。
經常和聲相連的一個字叫音，我們中國人講聲音聲音，什麼是音呢?音的定義是能夠引起有聲調的感覺的這麼一種聲，講通俗一點，就是有意義的聲。我在講話時發出的這個聲，你的耳朵聽到以後，能夠體會到有某一種含義在裡面，或者是感覺到了某種意思，這個就是音。我國古代對聲和音的關係已經有很好的認識和定義，老子就經常講到聲和音的關係，如「音聲相和，前後相隨」，「大音希聲，大象無形，大器晚成」等等，這幾句連著講，意思就比較清楚了，所謂「大音希聲」講的通俗一點就是說有理不在言高，只要你道理能夠說清，並不在於你的聲波能量大小，這裡的聲就是物理的聲了，而音就是說話裡面的含義。在這裡老子對音和聲的定義已經很清楚。
一般講到光學的重要性的時候，常說「百聞不如一見」，你聽了很多遍，也不如看一眼，看一眼的信息量很大；但是聲學有它的特殊性，大家都知道的一個成語叫做「未見其人，先聞其聲」，一個比較熟悉的人從外邊走過來，我們還沒有看到這個人，就聽他的腳步聲，或者他在外邊的嗓門很高，我們就聽到是誰來了，然後就喊一嗓子說你趕緊進來，這就是聲的特點。在沒有看到，不透光的時候，你就能夠聽到它。這樣聲就有一些很特殊的一些應用，幾乎所有的不透光的物體，都可以用聲波來進行探測，比如說在海洋裡面，水下光波和電磁波都衰減很快，對光來說，紅外光波長最長，傳播最遠，到了幾十米以下也就是衰減完了，所以到了海底是一片黑暗，這種情況下，聲是在裡面是唯一有效的、可以遠距離傳播的能量形式。
另外大家知道，語音是人和人之間的交流的一個最直接的有效手段，大家每天都在用語言來溝通，實際上人的思考也常常是用語言來進行，語音是把語言表述出來的物理形式。這個聲，現在不僅用於人和人之間的這種溝通了，實際上人和機器之間的溝通，人機對話慢慢的也發展為一種主要的手段。我們看計算機的發展，現在已經小到這麼一個筆記本，而筆記本電腦若去掉一個屏幕，去掉一個鍵盤，裡面還有多少東西呢？就剩下了一個晶片。所以如果計算機可以使用語音作為輸入輸出界面的話，體積還可以小很多，到處都可以方便地使用。
什麼是聲學?
聲學的定義很簡單，就是研究聲波的產生、傳播、接收和效應的科學。通俗一點，就是關於聲音的學問，就叫聲學。
聲音從產生，比如說由一個喇叭產生的聲音，通過一種介質傳播到耳朵接收，然後進入內耳，在內耳的皮層產生了一個響應，變成了電，電信號到了大腦進行處理，這就是一個完整的過程，從產生到傳播到接收，一直到聲音產生的效應，在這裡就是在人的大腦中產生的反映了。當然接收的現在也不一定是耳朵，我們現在最常用的是話筒，聲學上叫傳聲器，就是模擬人的耳朵，把聲信號變成電信號；聲波的效應實際上還會產生一些與物質之間的相互作用，和其它過程，如燃燒、流動這樣的一些過程之間，都會產生一些相互的作用。這樣的一些內容，都是聲學要研究的東西。
聲學研究的頻率範圍
剛才講到了聲學研究的聲波是一個擾動的傳播，擾動就有快慢。聲學研究的擾動是怎麼樣一個範圍呢？廣義的講，聲學研究的範圍是從10^-4赫茲開始，也就是每秒鐘振動10^-4次，反過來講，就是一個周期10^4秒，非常非常慢。聲學不研究直流，不研究平均流，這一塊是力學研究的主要內容，靜力學或者動力學，研究的是平穩的，變化很慢的。10^-4到20赫茲，這個範疇我們叫次聲，這是人的耳朵聽不到的聲，就是變化很慢的聲音。實際上人的耳朵對聲波的響應範圍很窄，是從20赫到2萬赫，在這個範圍以外，人的耳朵都聽不見了，所以在這個範圍以內的聲波稱為可聽聲，2萬赫以上的聲叫超聲。
次聲頻段的聲波在大氣物理、地球物理中都有很多的用處，地震，還有颱風，像前幾天南中國海刮過的「尤它」，後來的「榴槤」等等一系列颱風，都會產生次聲，在幾千公裡以外，使用很靈敏的聲學傳感器就能接收到這種信號，然後可以處理，可以定位，颱風在什麼地方，強度的大小，都可以知道。地震波監測實際上就是次聲監測，過去聲學所在全國有很多的監測站，監測核爆炸產生的次聲波，沿著地球的表面傳播的情況。現在的國際核軍控，聲學的辦法也還是一種監測手段。後來這些監測站，慢慢都移交給了地方的地震臺站，因為它就是用來監測地殼振動。
到了可聽聲的頻段，大家就比較熟悉了。我們知道，走在馬路邊，感覺噪聲很吵；到處使用的話筒、喇叭，都是電聲的研究範圍；在一個房間裡講話能不能聽得清楚，就是建築聲學的研究範疇。當然語言、音樂，都是可聽聲的研究範圍。到了2萬赫以上，人的耳朵也聽不見了，在超聲頻段聲波可以幹什麼呢?大家最熟悉的可能是每年我們做體檢，都要做B超，就是要用超聲波來檢測我們人體內有沒有病變，有沒有什麼缺陷；另外超聲還可以檢查材料，檢查工業上的一些東西；有一種大家很熟悉的動物把超聲來作為它的眼睛來用的，那就是蝙蝠，它發出超聲波，然後來探測它前面有沒有障礙，隨時拐彎，所以蝙蝠用的就是空氣裡面的聲吶。
聲學研究的強度範圍
聲波的強度一般用聲壓表示。聲壓是指在平均壓力水平(在空氣中就是大氣壓)的基礎上隨時間變化的這部分壓力，聲壓的變化範圍我們從10^-5帕斯卡，一直研究到10^6帕斯卡。對這樣的一個強度範圍，在表述和使用時很不方便，所以一般並不講多少多少帕斯卡，也不講壓力是多少公斤大氣壓，那麼用什麼表示生涯的強度呢?是用分貝。分貝的概念現在已經用的很廣泛了，大馬路上都豎一個牌子說今天這個地方噪聲多少分貝，那麼分貝的概念是什麼？
實際上分貝代表的是人的對聲音的主觀反映。在視覺上，由於背景的不同，往往一樣高的物體給人的感覺好像不一樣高；把人的感覺強弱與原有的背景相關的這種普遍性是一個叫韋伯的人總結出來的，所以叫做韋伯定理。對聲學而言，也有同樣的情況。人的耳朵對聲音響度的感覺，與強度的對數成正比，而不是單純地與強度刺激本身成正比，這是什麼意思呢？比如說我們的手的感覺，在手裡什麼都沒有的情況下，放一個粉筆頭上去，就能很容易地感覺到；但是如果先給他放上一塊磚頭，然後再輕輕地放一個粉筆頭在上面，可能就很難感覺到了，這是什麼原因呢？就是因為背景原來有了一個磚頭在那裡。這樣的一個關係寫成公式就是，感覺和變化量成正比，同時還和原來的基礎量成反比，這個關係兩邊求積分，得到的就是對數。
所以說聲音的強度不是用線性量來描述的，而是用這樣的一個變化量與基礎量的比值的以十為底的對數值描述，單位是貝爾，紀念發明家貝爾。再乘以10，就叫分貝，就是1/10貝爾。這是對能量的強度刺激而言的，對壓力而言，因為能量和壓力的平方成正比，所以聲壓級是以聲壓的對數乘以20。
用分貝的概念來表述聲音強度的時候，我們所研究強度的範圍，大概是從0分貝到180分貝。這裡，0分貝到20分貝之間，實際上是人的聽閾，每人不一樣。一個比較健康的聽力很好的人，可能能夠聽到0分貝的聲音，聽力稍微差一點的可能到了20分貝這時候才剛剛有感覺，所以低於20分貝是非常非常安靜的情況。比如到了鄉村連蟲叫都沒有的地方，也許能夠找到這麼一方「靜」土，但是一般情況下，現在到處都是很吵，所以很難再有這麼安靜的地方，大概也只有在實驗室還可以找到這樣的一個區域。
在這個以上，20-30分貝，是比較理想的休息的場所，比如說很安靜的臥室、病房裡，非常非常安靜，這時候你能夠聽到放在耳朵旁邊的手錶噠噠的很響，蚊子叫也覺得很煩。到了40分貝，在一個不靠近馬路邊的比較安靜的居民區裡的書房或者是圖書館裡，可以非常安心地看書、學習和思考的地方。一般的面對面的交談，離的比較近，聲級大概也就是50-60分貝。在一個商業的辦公室裡面，若有打字機、計算機等等，一般在60分貝左右，不超過70分貝，大家覺得就能夠忍受。
超過70分貝，到了80分貝，就是道路上平均的噪聲情況，大型車輛通過的時候，就到了八九十分貝了，就會感覺很吵了。100分貝就到了施工工地了，現在每天大家聽到灌水泥漿的聲音，在那附近差不多就是100多分貝；還有時在馬路上會看到工人在使用風鑽，旁邊的噪聲就到100多分貝了，走過旁邊，會覺得非常難聽，非常吵。更高的聲音，也不太常見，比如在噴氣飛機起飛的時候，在100米以外，聽到的差不多就是120分貝的聲音。再高，比如說到噴氣發動機25米的地方，就可能達到140分貝，這時候人的感覺已經不再是吵了，耳朵已經疼了。在朝上說，人的胸腔都要振動起來了，對人就有危險了。所以聲學研究的範圍是從差不多0分貝到200分貝，這可以說是極限，一般的到180分貝已經很難實現了，會產生嚴重的非線性效應，現在在實驗室條件下可以實現180分貝的聲強度。
二、聲學首先是一門科學
聲學作為一門科學，首先要致力於描述、創造和理解人類經驗的一部分，關於聲波的、聲波的效應的這部分。所謂描述，它是要建立聲音這麼一個範疇中的秩序和規律，要建立定律。在聲音這個範疇裡面，有各種各樣的現象，聲學就是要建立各種各樣的方程、定律來描述這些現象；創造是要發現和發明一些新的東西，當然新的東西不是常常能夠發明的，能夠揭示我們過去不知道的聲學現象，也叫做創造。比如說人耳的聽覺機理，聲音的刺激怎樣變成電信號並進入大腦，像這樣的一些現象都是通過研究了以後，找到其規律，就是一個發現和創造的過程。然後要理解，在理解一些聲學現象的基礎上，發展新的預測性理論。一個人在這邊講一句話，在遠處聽到的是什麼樣的效果，跟這兒講的話有什麼樣的聯繫，類似這樣的一些關係，都需要在理解的基礎上建立起來一些規律才能說明白。所以我們說，聲學首先是一門科學，聲學的生命力也就在於科學的物理基礎，有了這些基礎，聲學才能朝前發展。
聲波的產生機制
首先要研究的是聲波的產生，比如在研究語音識別、語音合成這些技術性的問題之前，就先要理解語音是怎麼產生的。現在我們知道，語音產生動力源於肺，肺產生壓縮空氣，然後通過氣管、喉、口腔、鼻腔、牙齒、嘴唇等等這一套器官調製以後，再噴射出來，就產生了語音。專業的歌手發出樂音時，還要使用胸腔，而不僅僅是喉嚨。
目前的聲波產生機制研究前沿，主要包括流致噪聲、結構聲輻射和熱聲學等幾個方面。流致噪聲研究的是流體的流動所產生的噪聲，其應用很廣，當前最困難的問題是湍流所產生的無規噪聲。計算機中的風扇，潛艇在水下的運動，都會產生流動的不穩定，這種不穩定可以發展成為一系列的渦，渦流變化比較快的時候，就會變成更加複雜的湍流。現在我們知道，實際上湍流裡面不是無規的，而是有序的，有一定的科學的規律，稱之為混沌現象。掌握了這些規律，我們就可以利用聲和渦之間的相互作用，來達到我們控制流場或者聲場的目的，比如可以利用聲波來控制渦的產生和發展，也可以把聲的能量變成渦的能量耗散掉。
熱聲學研究聲與熱之間的關係。大家知道，鍋爐在燃燒的時候會產生很強的噪聲，實際上只要有一個溫度的梯度，建立一定的機制，就可以通過熱的傳導發出非常強的聲音。有一個典型的實驗裝置，就是在管子的下面加熱，可以很容易發出一定的有調聲音，稱之為「瑞可」管，這就是一種熱聲現象，由於熱梯度的存在和某種聲場共振的機制，熱變成了聲。反過來，聲音的傳播也可以有效地傳熱或製冷，這種新技術叫聲製冷，現在已經用到航天上面，用來冷卻紅外探測頭，它的優點是可以產生非常非常低的溫度，一般的壓縮機不可能達到的溫度，比如到10K，就是負的261度。
聲波的傳播和衰減機制
聲波能量產生了以後是要傳播的，因為根據聲的定義，聲就是擾動的傳播。從我的嘴巴到你的耳朵，中間的這個過程，是不是說就是一個直線過去?不是這麼簡單，它實際上有各種各樣的渠道過去，從地面反射過去，從天花板反射過去，從我背後的牆反射過去，像這樣的一個複雜的環境，聲波傳到你的耳朵，變化已經非常大了，到底變成了什麼樣，就需要研究。如果不能研究清楚，建造了一個音質很糟的廳堂，這邊講的話，那邊聽到的聲音可能很響，但並不能聽懂說話人說的什麼意思，傳播的效果就沒法控制，所以說就需要先認識聲波是怎麼傳播的。
在水下，因為聲的傳播非常有效，因而有很多用處，但是首先也要研究聲波在水下是怎麼傳播的。美國從95年開始籌備，97年正式啟動了一個國際性的聲學大洋測溫計劃，在夏威夷附近的一個小島邊的水下，放置了一個大功率的聲源，發出70赫茲左右的低頻聲波，然後在大洋的其它地方(包括在我們國家臺灣以東)布置一些接收點，通過測量從聲波發射到接收兩點之間的距離和時間，就知道了聲波的傳播速度，而這個速度是和溫度是有關係的，這種函數關係也是通過研究已經認識了的，所以就可以從發射點到接收點之間的大洋平均水溫是多少。
現在大家都很關心地球正在變熱的問題，即所謂「溫室效應」，但是短時間內平均零點幾度的可能變化怎麼去測量，到底是變了沒變，是一個很困難的問題，測量的精度要求很高。聲學測溫提供了一種可能的辦法，聲波傳播5000多公裡，差不多要用一個小時，而測量的誤差大約只有20到30毫秒，也就是說測量的誤差不到十萬分之一，所以這個誤差是相當的小，足以校準確地給出大洋的平均溫度。當然聲波在水下的傳播並不是那麼簡單，它受到海洋裡面的內波、孤子等各種各樣的因素的影響，對聲波的傳播速度、頻率成分的變化和衰減都會產生影響，只有把這些影響都能研究得比較清楚了以後，才有可能去發展新的聲吶和水下探測的技術。
聲波在水下的傳播，上有水面，下有海底，這兩個邊界條件使得聲波從一點傳播到另外一點，不是一個隨意的在空間自由發散形式的傳播，而使得一些聲波在水下傳播的時候，衰減得非常厲害，又可能使另外一些聲波可以非常有效的傳播，形成所謂「聲道」的傳播特性，認識這樣的一些規律性的東西對於水下信息的傳遞和探測都非常重要。
五六十年代的時候，我們國家就開始研究聲在水下的傳播和聲吶技術，為我國海軍的發展做一些基礎性的工作了。考慮到我們的經濟實力和實際需求，我國老一輩聲學家、中科院聲學所的老所長汪德昭院士領導制定的水聲學研究的發展戰略是「由淺入深，由近及遠」，也就是說因為我們發展海軍的目的主要是為了保家衛國，看好家門，同時也沒有錢，所以當時我們對水聲學的需求主要在於沿海岸的淺海，先從淺海做起，由淺海然後慢慢過渡到深海，今天看這一戰略仍然是非常實際，非常有遠見的。
通過幾十年的發展，我們的淺海聲學研究已經達到國際公認的領先水平，而多數的軍事強國只是到了90年代，特別是海灣戰爭以後才充分認識到淺海的重要性。當然由於巡航飛彈、潛射飛彈的發展，深海也越來越重要，但是淺海聲學的研究對發展深海聲學有很好的基礎作用。實際上因為淺海條件非常複雜，聲道變化很大，多是楔型的，從岸邊開始慢慢的越來越深；聲學的背景也非常複雜，有很多的漁船等各種各樣的幹擾，在這種情況下，聲波是怎麼傳播，怎麼樣衰減，都很有一些特點。
另外一方面，聲波在大氣中的傳播也是必須研究的內容，因為人類的大部分活動都是在大氣中進行的，比較特殊的如次聲，是有時會繞著地球轉好幾圈的，都不能衰減掉的這樣一種聲音，大氣的湍流，大氣層的厚度，溫度分布、溼度分布等等這樣一些變化，都會對傳播會產生重要的影響，當然也需要研究和認識。因為我們經常需要探測固體中的缺陷或者結構，特別是對於不透光的物體，聲波就是很好的探測手段，因此我們也要研究聲波在固體中的傳播。比如說要做B超，就要研究聲波在人體的各種材料裡面怎麼傳播，在肌肉裡面怎麼傳播，在脂肪裡怎麼傳播，然後到了骨頭裡面又是什麼樣的一個情況，然後我們才知道，那些是病變，那些地方是健康的東西，要不然檢查出來一塊骨頭，當作腫瘤把它破壞了，豈不要出醫療事故了?所以像這樣的情況，需要相當多的基礎研究。
聲波的接收
聲波的接收首先要研究聽覺的機理，它是聲學裡面最讓人感興趣的課題之一，因為它直接與人有關。人感受到聲音首先是通過耳朵，所以聽覺一直是一個非常熱鬧的研究方向，也是聲學裡唯一得了諾貝爾獎的一個分支學科。整個來說，聽覺機理包括幾個學科的交叉。首先外面有聲音傳播進入到耳朵裡來，這是一個物理的過程：聲波從外面的一個擾動，通過傳播，進入了人的耳朵，然後在鼓膜上產生了響應，帶動了耳膜後的一個耳骨，耳骨的運動在耳蝸中，也就是在一個像蝸牛形狀的這麼一個東西裡面，產生一個響應，耳蝸周圍有一些毛細的細胞，會刺激裡面的皮層，然後產生電的響應，到了這樣的層次，就變成了一個生理的過程，也就是說聲波傳播到了耳蝸這個地方，就到了一個生理聲學研究的範疇。
然後再進到裡面，聲信號變成了電信號，進入人的大腦，產生的響應就變成了心理的東西，所以它後面是心理聲學研究的範疇，所以這麼一個聽覺的機制是從物理的到生理的，然後到心理的，是交叉性非常強的一個學科，也是很容易出成果的一個地方。當然我們現在研究聲波的接收，更多的時候不是用耳朵，而是用話筒，專業上稱為傳聲器，研究怎麼樣把聲音信號變成電信號，要研究聲和電之間是怎麼樣轉變的，什麼樣的材料會產生這種變化，什麼樣的結構能夠有效地實現這種變化。
聲波的作用
非線性聲學是現在國際比較熱鬧的研究方向，研究非常高強度下的聲場及其作用，一個非常高的聲級的聲場，會對它裡面的一些設備，或者是有生命的動物，都會產生非常大的影響。，比如說由於聲音的作用會產生結構的振動，這個振動可能會破壞掉這個結構，現在衛星上天之前，首先要檢查它裡面的一些儀器設備，是不是能夠經得住高聲強的振動作用，稱為聲振實驗或「聲疲勞」實驗，若是裡面一個結構給振裂了，或者是某個元器件給抖掉了，衛星即使上了天，也什麼事都幹不了。另外高聲強聲場本身的研究也很有意思，要建立這麼一個高強度的聲場並不是很容易，往往我們需要用流場的能量來建立高強度的聲場，因而先要認識聲場和流場的相互作用。
聲波和燃燒之間的作用也是一個研究的熱點，燃燒會產生聲音，聲又會反過來影響燃燒。由於燃燒產生了聲音，那麼在火箭的發動機裡面，就有可能在局部產生非常強的聲音，以至於把火箭的結構給破壞掉，產生裂紋，使火箭跑著跑著拐彎了，帶來很大的問題。同時我們發現，在一個燃燒場裡面，加入適當的強聲波，還會產生一定的促進作用，破壞燃料表面的附面層，使得外邊的熱空氣，直接和裡面的燃料直接接觸，就提高了燃燒的效率，像這樣的過程，都非常有用，有非常強的應用背景。
非線性聲場的控制問題也當前研究的熱點。比如新材料的研究中，低頻時的能量耗散和衰減非常小，怎麼樣通過材料設計，使得低頻的能量轉移到高頻去，以至於那個能量很容易衰減掉，這種材料就是一個非線性機制，聲場與這個材料作用的結果，很容易把聲波衰減掉，做出來了隔聲材料、吸聲材料，就可以很有效、很薄。
在聲學的效應研究中，聲空化也是一個基礎。在液體中，由於聲波或者流動的作用，會產生一些氣泡，研究發現，這些氣泡在聲波的作用下會發光，在破裂的瞬間還會產生非常高的溫度，甚至非常高的電磁場，預期這個溫度可以達到上千度，所以是一個非常有趣的現象，怎麼樣建立一個物理的方程來描述它，然後怎麼能夠主動的去控制它，很明顯是一個挑戰性很強的前沿探索性的課題。
三、聲學還是一門技術
我們說，聲學是一門技術，是因為我們可以利用已經知道的聲學的科學原理，去改造人類的生存的環境，去發展適應人類需求的各種的方法和工具。科學院過去有一個禮堂被大家稱為「四不要禮堂」，具體為什麼叫「四不要」不太清楚，但是我們知道那個禮堂裡面的聲音很糟糕，大家去看電影，到裡面什麼也聽不清楚，而且總是有回聲。這樣的一些情況，就是因為音質沒有做好，沒能利用聲學的知識去指導建造一個好的聲學環境。聽說「四不要禮堂」還不光是設計的問題，因為當時開始設計的時候，據說請教過搞聲學的人，給它提了一些建議，但是到了建造的時候，說沒有錢，這個措施砍掉，那個材料砍掉，砍到最後做出那麼一個效果來。
類似的聲學技術在許多的方面都要用到，比如說我們國家在60—70年代，發展過一種新的材料，用在飛彈發射井裡面，由於聲強和溫度都非常高，一般的泡沫材料、多孔材料都不可以用到那個裡面去，但是在飛彈發射的瞬間，會產生非常高的聲強，這個高聲強會產生振動，而振動就會使得發射不可靠，所以必須找到一種有效的手段控制飛彈發射井裡面的噪聲。當時是中科院聲學所的馬大猷院士發明了一種新的材料，叫微穿孔板材料，在金屬板上面穿一些非常微小的孔，使得這些小孔能夠產生一些聲學的阻尼吸收、耗散能量的作用，用到發射井裡面，很好地解決了噪聲的問題，而且不影響原來的整個結構形式。
到了90年代中期，德國政府新建了一個議會大廳，為了保持政治的透明度，設計上有一項創意，圍牆要是圓形玻璃的，周圍是透明的，發言席在議會大廳的中間，議員席圍坐在周圍，這樣形狀上比較美觀，更重要的是公民從外面就可以看到他們的議員在幹什麼，建成了以後，大家都覺得設計的很好。但是投入使用的第一天開會，議長宣布開會，吱地一聲，電聲系統叫了起來，然後整個系統就崩潰掉了，再講話就沒人聽得見了，沒有辦法，議員們只好搬回了老的議會大廳。
結果大家自然很氣憤，說政府花了錢，造出這麼一個玩意來，政府只好再去招標請聲學專家來看是什麼問題，有什麼解決的辦法。剛好在德國的夫琅和費建築物理研究所，有一個來自中國的訪問學者叫查雪琴，原來是廣電部設計院的，她在國內的時候就知道馬先生的微穿孔板理論，是在《中國科學》上發表的，於是就想起來能不能用這個東西去解決的國議會大廳的問題。因為不能破壞結構，還要透明，又要能夠吸聲，既要看得見，還要聽的好。在這種情況下，查雪琴女士就想到了能不能用一種有機玻璃板，在上面打上微孔，既可以吸聲，又不影響它的透明度。有了這麼一個想法以後，他們就先做了一系列實驗，然後應了標，一舉解決了這個問題，非常有效，德國人就在報紙上說「中國人在德國的議會大廳上打孔」，產生了很大影響。
這是一個很好地利用了聲學技術的例子，從對微孔板材料的科學認識，發展出來這麼一個技術，來改善人類生存所需要的環境。聲學作為一門科學，產生的東西是「Knowledge」，是知識；那麼到了這兒，它作為一門技術，產生的東西是「Know-how」，是技能，技巧這樣的一些實用的東西。
技術對聲學來講，是它的競爭力的所在。因為沒有這樣的一些技術，沒有這樣的一些應用的話，聲學就很難在市場經濟條件下生存。大概羅列一下，主要有如下的幾個方面。實際上當然還不止這些，這兒所列的是比較常見的與我們的日常生活與社會密切相關的部分。
聲吶技術
聲吶就是能夠實現水下目標的探測，識別、定位、通訊還有導航等等功能的聲學設備，相當於空氣中的雷達，雷達是用電磁波來探測飛機等等一些空氣中的飛行目標，到了水下就只能用聲來探測水面與水下航行的目標。現在有一種新發展的反輻射飛彈，當雷達發射電磁波去探測它的時候，它可以追著雷達的信號，把雷達站給打掉，在這種情況下，在空氣中也發展了聲探測的技術，特別是對低空飛行的目標，如直升機很低地飛過來，十幾公裡以外就能聽到它的聲音，這時候用聲學的辦法就可以探測和定位，然後還可以觸發引信發射飛彈去把它打掉，這是一種空氣中的聲吶技術
現在巡航飛彈飛得很低，在海面上的時候可能是10米，到了地面上可能是幾十米的高度，在這麼低的情況下，雷達就很難搜索它，它跟地面已經差不多形成一體了，很難找到它，這時候用聲學的辦法就可以很有效。一些新概念的聲吶技術，比如說用低頻的遠程主被動的探測聲吶，使用幾十赫茲的聲音可以探測到上千公裡以外的目標信號。
合成孔徑聲吶也是一種高解析度的新型聲吶。大家知道，天文望遠鏡要做得越大越好，大了以後，可以看得更遠，更清楚，為了能夠探測得更遠、更清楚，聲吶也需要比較大的孔徑，越大越好，但是孔徑太大的話，對船、對潛艇都是一個負擔了，因此就有了實際的限制，沒辦法讓它太大。在這種情況下，人們設法在聲接收陣運動的過程中，把接收到的信號一段一段地疊加起來，用運動的短陣代替長陣，孔徑就等效地變大了，所以叫合成孔徑。合成孔徑聲吶的解析度可以做得非常高，美國發展的合成孔徑聲吶的解析度可以達到20釐米，水下一個20釐米的球可以看得很清楚。
用聲學的辦法還可以測量流速，比如說潛艇在水下走的時候，它自己很難判斷自己在哪個地方，因為它可能走斜了，就像人走路一樣，不知不覺間可能就拐彎了，潛艇如果不知道自己在那兒，就不知道鑽到那兒去了。當然陀螺可以判斷它有沒有拐彎，但是它還要判斷自己在沿著什麼樣的路徑走，走了多遠，速度多快，這樣的一些功能，都是由一種叫做流速剖面儀的聲吶來完成的。
水下通信不像在大氣中可以用電磁波，甚至可以實現地球這邊和那邊的無線通訊，但是到了水下電磁波傳播不了，只有聲波才可以有效地傳播，但是聲波在水下傳播的時候，有的聲音傳播得很好，有的就傳播得不好，如果丟掉了一塊聲音，身下的聽起來可能就不是那麼回事了，這種情況下怎麼樣能夠實現高保真地傳播，保證通信信號的傳播誤差減到最小，就是通信聲吶要完成的工作。現在的潛艇前面安裝了艇艏聲吶，兩側安裝了弦側陣聲吶，但是探測的距離還不夠遠，聲吶的孔徑還不夠大，於是就在後面又拖了一個長辮子，這個長辮子可能長達數百米，由很多的聲波傳感器單元組成一個很大的陣，就可以實現非常遠、指向性非常強的探測，這種聲吶稱為拖曳聲吶。
噪聲控制技術
在當今社會，噪聲幾乎與每個人的生產、生活密切相關，比如說環境噪聲的控制，北京新建了四環路以後，道路兩邊的老百姓就對交通噪聲的汙染非常敏感，有很多的投訴，於是政府的有關部門就非常重視，積極組織專家論證，看有什麼辦法可以降低噪聲的汙染，聲屏障就是一種比較有效的噪聲控制措施，上海的市內高架路建造了聲屏障以後產生了很好的降噪效果，現在四環路的周圍比較敏感的地區如醫院附近已經架起了聲屏障。
同時在水下既然有了聲吶，跟聲吶相對的就是怎麼樣來降低目標的聲學強度，比如說潛艇這樣的一個目標，怎麼樣使得聲音小一些，減小被聲吶發現的機會，所以就有聲隱身的技術，它實際上也是一種噪聲控制技術，就是怎麼樣降低艦艇、直升機、巡航彈等等目標的噪聲輻射。
另外有一些產品的噪聲也迫切需要控制，比如說家電，80年代曾做過一些調查比對，研究歐洲人、日本人和中國人對噪聲的主觀反映，結果發現中國人對噪聲最敏感，原因是多方面的，住房比較緊張是其中一個比較突出的問題，家電用在我們的家庭裡，因為住的房子非常小，電冰箱可能就放到臥室裡面來了，當然很敏感。所以現在生產家電的廠家，都很重視噪聲指標，重視新技術在家電噪聲控制中的應用。
現在在噪聲控制技術中有一個新的方向，叫聲質量研究。有時從聲壓級上講幾乎差不多的聲音，聽起來的感覺可能差別非常大，所以如果單純的用一個強度的量值來描述它，就很難說到底哪一個噪聲控制的效果好了。因此並不能單純追求聲級怎麼低，我們國家現在電冰箱的噪聲水平已經非常低，到了實驗室都很難準確監測了，但還是有人去投訴，家電廠家覺得很不可思議，這麼低的噪聲怎麼還有人投訴？用戶就是受不了，說那個聲音煩得不行，要退貨。所以噪聲不僅要低，還要能夠被用戶接受，能夠好聽，當然最好是音樂，而不是一個感覺很難聽的噪聲。聲質量就是要研究人對噪聲的接受程度。
有源噪聲與振動控制技術是當前的噪聲控制技術中最先進的研究方向，它的物理意義是用聲波來抵消聲波。有一個需要控制的噪聲，不需要再用任何材料和結構，只要能夠另外發出一個聲波來，使它與噪聲的振幅大小一樣，而相位相反(振動的方向相反)，這兩個聲波疊加的結果，一個朝前推，一個朝後拉，噪聲就被抵消掉了。這樣的技術當然可以用在很多地方，比如可以設計一種智能窗戶，窗戶是要透氣的，夏天很熱，沒空調只好開著窗戶睡覺，但是開著窗戶，風進來了噪聲也進來了，如果能夠使用有源噪聲控制的辦法，再產生一個聲波，把噪聲抵消掉，風是平均流不受影響，就可以很好地休息了。當然現在這樣的概念，還只能用在比較小的空間，例如耳機裡面，我們用隨身聽聽音樂的時候，噪聲和音樂都一起進到了耳朵裡面，聽起來很不清楚，這時在耳機中再發出一個噪聲信號，把噪聲抵消掉，把音樂保留下來，有選擇地把音樂保留下來，聽到的音樂就很乾淨了。
電聲技術
現在到處使用的話筒、喇叭、音響、電聲系統等等，把電信號轉變為聲信號，或者把聲信號轉變為電信號的技術都是電聲的研究與應用範疇。當然現在研究的電聲技術一般不再是這種市場上到處都在賣的東西，因為正在賣的東西已經沒有很多可以研究的內容。當前比較熱門的研究主要集中在新概念揚聲器，比如強指向性聲源和平板揚聲器。使用兩束很強的超聲波，超聲是人的耳朵聽不見的，使兩個超聲的頻率稍微有一些變化，由於非線性的效應，這兩束超聲會產生差頻信號，差頻出來的聲音，剛好落在20到2萬赫茲之間，人的耳朵就能聽見了。因為超聲頻率很高，它的指向性就很強，而差頻出來這個聽得見的聲音是跟著超聲一起傳播的，所以它的指向性也很強，而且衰減很慢，因為差頻聲波是低頻的。
這種強指向性的音頻聲源，在許多的場合都非常有用。喇叭對著你發出一個聲音，你附近的人就聽不到了，如果電視上使用了這種喇叭，那麼看電視的人聽到的聲音就不會影響到家裡別的人看書學習了。男同誌喜歡看足球，一看看到12點以後了，家裡老婆孩子要睡覺，用到這種技術可能就會好一點，不再影響旁邊的人了，你可以幹你的事，我聽我的音樂，互不影響。平板揚聲器一改現在的音箱又大又笨的形象，可以像一幅畫一樣掛在牆上，與現在的薄板平面電視結合起來，既節省空間，又美觀大方。
微型傳聲器是電聲技術發展的又一重要方向，毫米以下大小的微型話筒加上微型的電路和耳機，做成的助聽器可以像米粒那麼大小，可以毫不費力地塞到耳朵裡邊去，而不要在外邊掛一個盒子。還有直接植入耳朵的電子耳蝸，可以代替聾人的耳蝸，直接產生電信號的刺激。這樣的一些新技術用到電聲行業，自然可以大大地改善整個的人類生存的環境。
語音技術
語音信號處理技術解決的是人機對話的問題，研究語音的識別、合成、編碼、翻譯、傳送等等。
語音識別是指從語音到文本的轉換，即讓計算機能夠把人發出的有意義的話音，變成書面語言；所謂語音聽寫機、語音打字機都是指這一類的語音技術。當有一天，鍵盤不再是計算機的主要輸入手段，嘴巴講講就可以控制計算機，並且通過計算機控制所有的機器，人與計算機的交往就像人與人之間的交往一樣簡單，計算機就不再是專業人士的專利，它的應用也就更加無處不在了。還有一類識別是說話人的識別，是從語音到說話人的轉換，既有時我們只需要知道是誰說了某句話，並不需要知道講話的內容，有時也把這種識別稱為聲紋識別；「芝麻開門」如果認識的不是字音，而是說話的人，阿里巴巴就開不了寶庫了。
語音合成是指從文本到語音的轉換，也就是要把書面的語言轉變為語音，再通過喇叭發出來。這是目前最成熟的語音技術，已經有多家公司從事相關的產品開發，計算機會說話對許多沒有時間、或沒有能力閱讀的人是一個極大的福音。計算機能聽會說，就可以與人類實現交互信息的交流了。
語音的感知與理解技術要求實現從詞到義的轉換，這就對計算機的智能提出了很高的要求。我們知道，計算機具有很強的計算能力，已經超過人類不知多少倍，但是它的智能卻「還不如一隻鼻涕蟲」(英國著名天體物理學家霍金斯的語言)。要計算機具有人類的智能，首先它要像人類一樣能夠進行邏輯思維和形象思維，中科院聲學所的黃曾暘研究員正在研究一種稱為「概念網絡層次理論」的語言理解技術，就是要教會計算機能夠像人一樣用語言來進行邏輯思維。
語音編碼與壓縮是指在語音信號傳輸的過程中，為了減少傳送的數據量而又不會造成語音信息的損失，首先必須對其進行編碼，給出壓縮表示，變成一系列的數字，到了接收端還要再不失真地變回語音(解碼)。現在大家知道，IP電話比一般的電話便宜，為什麼?就是因為IP電話把語音信號進行了壓縮編碼，變成了一個個的數據包，傳送時不必再像過去那樣兩個人佔用一條電話線，線路資源得到了充分的利用，成本自然就低下來了。
其他的語音信號處理技術還包括語音增強、回聲抵消和噪聲抑制等等，都是為了提高噪聲環境中語音信號的信噪比，改善語音的傳送質量。
超聲技術
超聲的應用包括許多方面，上面已經提到超聲檢測，醫學上超聲還可以用來治療，工業上還可以用聲波來清除鍋爐裡面的積灰，可以清洗一些機械的試件。聲學電子學也是當前一個非常前沿的技術發展方向，與聲學的微機電器件緊密相關。
超聲無損檢測和聲能技術是目前應用很廣的技術，在50年代曾經搞過超聲運動，那時候當然是過頭了，到處使用超聲，燒稀飯裡面也要加上超聲，看看是不是能夠煮得快一點。不過也不是完全沒有道理，現在還有人在研究做酸奶的時候，加入聲波的作用，確實可以發酵得效率高一些，當然現在研究的更科學一點了。超聲無損檢測利用了數位訊號處理和超聲成像這樣一些技術，用在一些與安全直接相關的產品上，意義非常重大。比如說鍋爐，有沒有裂紋，用一般的技術就很難檢查，只有用超聲的辦法，可以看到有沒有裂紋，裂紋多大，多深，有沒有危險。
當然在醫療上的應用就比較多了，相對於X光，超聲要安全的多，所以檢查媽媽肚子裡的胎兒也只能用超聲。超聲治療方面多數人知道比較多的可能是超聲碎石，用超聲的辦法把腎或者膀胱中的結石打碎了，就能夠自動排出來，就不用做手術了，開刀把它拿出來就相對危險的多。現在還發展了一種技術叫超聲治癌，就是把超聲的能量聚焦在癌病變的地方，加熱到80度左右，就可以把癌細胞組織燒死，同時又不會給周圍的健康組織造成很大的傷害。
聲波除灰技術是強聲場在工業中的典型應用，也屬於聲能技術的範疇，也不一定是超聲，實際應用的結果表明，從次聲到超聲，只要聲級足夠高，就能產生較明顯的除灰效果。鍋爐裡面的換熱器表面上有了積灰，換熱的效率就要下降，然後排出的煙氣溫度和一氧化碳、氮氧化物等汙染物的含量就要變高了，產生大氣汙染，在這種情況下，在鍋爐中加入一個強聲場，可以很有效地清除換熱器表面的積灰，不僅提高了換熱器的效率，而且排出的空氣汙染也得到減小，對環境也有很大的好處。
聲學測井在石油勘探上已經成為一個很主要的技術手段。它是在勘測的位置產生一個小的地震波，然後在遠處布置幾個接收點，就可以測出地層下面的結構，判斷有沒有石油，然後確定這個井該怎麼打，對打好的井也可以用聲波檢查井下的情況。
聲學微機電器件是指採用微電子工藝技術製造的，工藝特徵尺度在微米至毫米之間，由聲學、機械和微電子器件構成，或依據聲學的原理設計及發生作用的，能夠獨立完成一定的信號採集、信息處理和驅動控制作用的器件。主要包括三種類型：
(1)微型聲學傳感器：實現聲信號到電信號的轉換，比較直接的有傳聲器、加速度計、水聽器、慣性傳感器等，間接的有微量氣體傳感器、生物傳感器、溫度傳感器等。
(2)聲學微機電驅動器件：實現電學量向聲學驅動量轉換，如微型耳機、振動激勵器、微泵、微噴、微輸運、微聚焦器件、超聲微馬達，微振動衝擊鑽等。
(3)微聲處理器件：使用聲學方法實現電信號、光信號或其他類型信號的濾波、調製等處理功能的器件，如聲表面波器件、光聲器件等。
聲學微機電器件使用微電子的製造技術，而不是常規使用的機械製造的辦法，一個好處當然是體積小，另外一個最重要的好處是可以和集成電路做在一起，所以將來的傳感器器件就不需要在後面再加上一堆的分離器件電路，逐漸地把後面的阻抗匹配電路、處理電路、分析電路，甚至於發射電路都集成在一塊晶片上面，整個系統就可以做的非常小，做成片上系統。
聲學微機電的驅動器件，把電信號變成聲信號，或者是用聲信號來驅動泵，驅動馬達，讓它轉起來，這樣的一些運動的部件，可以用在微型的系統中作為驅動器。微聲處理器件是一種比較特殊的器件，它首先把電信號變成聲信號，經過聲學的傳播和調製以後，再從聲信號變回電信號，中間本應由電信號完成的卷積、濾波的過程，讓聲學過程來完成，這些器件在無線通信等許多方面都有用途。
有什麼好處呢？好處就在於它小，原因在於聲波的傳播速度比電磁波慢很多，大家知道，電磁波每秒鐘要傳播3×108米，而聲波在固體中每秒僅傳播一兩千米，所以要實現同樣的時間延遲，用聲波的器件比用電磁波的導線就要小105以上的量級，這樣器件就變的很小。現在大家使用的手機裡面，最少的一般要用2片聲表面波濾波器，多的可能用到4片，有的甚至更多。
另外，由於聲學對新技術的應用往往超前於技術的發展，聲學對新技術會有很大的促進作用。例如，中科院聲學所在數位訊號處理與網絡技術領域也很權威，甚至於發展了VCD、DVD、DAB(數字音頻廣播)、VoIP(IP網上的語音信號傳輸)等等新的編解碼技術。消費電子和數字音視頻是一個很好的方向，信息家電，數位電視、機頂盒，DVD，寬帶的數據網絡接入技術等等都與聲學有著千絲萬縷的聯繫。
聲學信號處理常常需要使用一些非常超前的數位訊號處理的技術，比如說五六十年代，就開始研究語音合成、語音識別和編碼的研究，那時候自然沒有計算機，連電晶體都很難買得到，就用電子管來搭與非門，實現語音合成。在水聲信號處理中，有時候用的晶片要很快，如果用很多器件搭起來，系統就很大，怎麼辦呢？就只好自己設計晶片，像這樣發展了幾十年，我們國家搞聲學研究的在數位訊號處理和晶片設計的技術方面，在一些特殊的數字器件設計與系統集成方面都有相當的積累，這也是聲學與新技術相互促進的典型的例子。
四、最後，聲學還是一門藝術
之所以說聲學還是一門藝術，原因在於聲音與人類的主觀反應之間的關係，可以用來滿足人類的精神生活的需要，具體體現就是音樂，音樂當然是一門很重要的藝術。聲學的魅力，也在於藝術，有很多人來學聲學，一開始以為是不是跟聲樂有關係，跑這兒來學聲樂。音階1234567的語圖畫出來，就像一幅節奏感很強的圖畫，是一個很美的東西。
都是聲音，為什麼音樂就好聽？為什麼有的聲音好聽，有的就不好聽，這跟人的主觀反映很有關係。對音樂進行仔細的物理分析，可以發現樂音的頻率成分很和諧，因此人對和諧的聲音就覺得比較美，就是音樂；然後分析語音信號，發現它裡面有很多東西，既有和諧的，又有不和諧的、無規的噪聲，但是我們能夠聽得懂它裡面包含的信息，所以我們覺得能夠接受，覺得裡面很有意思；所謂噪聲就是不需要的聲音了，這是主觀的定義。
鄰居家的孩子在練小提琴，父母聽了可高興了，覺得拉得真好聽，但鄰居可能很煩，我在這兒想看點書，那邊一天到晚嘰嘰嘎嘎，真是難聽死了，所以這種主觀的反映差別很大。客觀地講，音樂、語音和噪聲還是有一些差別的，大部分的噪聲是完全沒有規律的聲音。從這個意義上看，噪聲最複雜，人理解不了，所以就覺得很煩；音樂好像相對比較簡單，所以人就喜歡聽。
總的來說，聲學包括了三個方面的內容，有科學的，有技術的，還有藝術的，因此聲學是這樣一個學科，交叉滲透性非常強，有基礎聲學的方面，再加上一個非常現代的技術，數位訊號處理技術，就能夠跟各種各樣的學科實現交叉，交叉的結果就實現了聲學的各種各樣的分支學科，實現了一個非常寬的學科面。