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内容简介

　　《声学原理》系统介绍了流体介质中声波的激发、传播和接收的基本原理和分析方法，主要内容包括：理想流体中声波的基本性质，声波的辐射、散射和衍射，管道和腔体中的声场，非理想流体中的声波，平面层状和运动介质中的声传播，以及有限振幅声波的传播及其物理效应。

作者简介

　　程建春，1961年生于江苏武进，1992年于南京大学获理学博士学位，现为南京大学物理学院二级教授，2001年获国家杰出青年科学基金，2009年获中国声学学会首届马大猷声学奖，2011年获中国物理学会饶毓泰物理奖。

内页插图

目录

前言
第1章 理想流体中声波的基本性质
1．1 声波方程
1．1．1 Lagrange坐标下的波动方程
1．1．2 Euler坐标下的守恒定律
1．1．3 小振幅声波方程
1．1．4 速度势和二阶非线性方程
1．1．5 Lagrange坐标与Euler坐标的关系
1．2 声场的基本性质
1．2．1 声场的能量关系
1．2．2 初始条件和边界条件
1．2．3 声场的唯一性
1．2．4 叠加原理和反演对称性
1．2．5 声学中的互易原理
1．3 行波解和平面波展开
1．3．1 直角坐标中的平面行波
1．3．2 角谱展开方法
1．3．3 球面行波及其平面波展开
1．3．4 柱面行波及其平面波展开
1．4 平面界面上声波的反射和透射
1．4．1 不同介质间界面上的反射和透射
1．4．2 阻抗界面上的反射及蠕行波
1．4．3 瞬态平面波的反射和透射
1．4．4 有限宽波束的反射和透射
1．4．5 隔声的基本规律
1．4．6 薄板的隔声
1．5 声波的度量、测量和分析
1．5．1 声压级和加权声压级
1．5．2 声波的相干性
1．5．3 声波接收的基本原理
1．5．4 声学中的不确定关系

第2章 无限空间中声波的辐射
2．1 多极子展开和组合声源
2．1．1 单极子和自由空间的Green函数
2．1．2 偶极子声辐射
2．1．3 四极子声辐射
2．1．4 小区域体源和面源
2．1．5 组合声源
2．2 柱状声源的辐射
2．2．1 柱坐标中分离变量法
2．2．2 振动柱体向无限空间中的辐射
2．2．3 柱体上的活塞振动和稳相法
2．2．4 自由空间Green函数的柱函数展开
2．2．5 存在刚性圆柱时空间的Green函数
2．3 球状声源的辐射
2．3．1 球坐标中分离变量法
2．3．2 球面振动向无限空间的辐射
2．3．3 自由空间Green函数的球函数展开
2．3．4 存在刚性球时空间的Green函数
2．4 平面界面附近的声辐射
2．4．1 声场的Green函数表示
2．4．2 阻抗平面前点声源的辐射
2．4．3 分层平面前点声源的辐射和侧面波
……
第3章 声波的散射和衍射
第4章 管道中的声传播和激发
第5章 腔体中的声场
第6章 非理想流体中声波的传播和激发
第7章 平面层状介质中的声波
第8章 运动介质中的声传播和激发
第9章 有限振幅声波的传播
第10章 有限振幅声波的物理效应
主要参考书目
附录

前言/序言

　　声学是研究声波的产生、传播、接收及其效应的科学，属于物理学的一个分支.声学具有极强的交叉性与延伸性，它与现代科学技术的大部分学科发生了交叉，形成了若干丰富多彩的分支.近年来，声学的研究与新材料、新能源、医学、通信、电子、环境以及海洋等科学紧密结合，取得了巨大的进展.可以说声学在现代科学技术中起着举足轻重的作用，对当代科学技术的发展、社会经济的进步、国防事业的现代化，以及人民物质与精神生活的改善与提高发挥着极其重要甚至不可替代的作用.因此，声学学科已经超越了物理学的经典范畴，成为包括信息、电子、机械、海洋、生命、能源等学科在内的充满活力的多学科交叉科学。声音是人类最早研究的物理现象之一，声学是经典物理学中历史最悠久、并且当前仍处于前沿地位的物理学分支学科.现代声学可以追溯到1877年瑞利出版的《声学原理》，该书总结了19世纪及以前300多年的大量声学研究成果，集经典声学的大成，开创了现代声学的先河.20世纪，由于电子学的发展，使用电声换能器和电予仪器设备可以产生、接收和利用各种频率、波形、强度的声波，大大拓展了声学研究的范围。现代声学中最初发展的分支是建筑声学和电声学以及相应的电声测量；随着频率范围的扩展，又发展了超声学和次声学；由于手段的改善，进一步研究了听觉，发展了生理声学和心理声学；由于对语言和通信广播的研究，发展了语言声学；在第一次世界大战中，开始把超声广泛用于水下探测，促使水声学得到很大的发展；特别是20世纪50年代以来，由于工业、交通等事业的巨大发展，出现了噪声环境污染问题，从而促进了噪声、噪声控制、机械振动和冲击研究的发展.随着高速大功率机械的广泛应用，非线性声学受到普遍重视.此外，还有音乐声学、生物声学.这样，逐渐形成了完整的现代声学体系.现代声学是科学、技术，也是艺术的基础。今天，人们研究的声波频率范围扩展到10-4-1013Hz，覆盖17个数量级.根据人耳对声波的响应不同，把声波划分为次声（频率低于可听声频率范围，大致为10-4-20Hz）、可听声（频率在20Hz-20kHz，即人耳能感觉到的声）和超声（频率在20kHz以上的声）.根据声学与不同学科的交叉，声学又可分为若干个不同的分支，如水声学和海洋声学（与海洋科学的交叉）、生物医学超声学（与医学的交叉）、超声电子学（与电子科学的交叉）、超声检测和成像技术（与多学科的交叉）、通信声学和心理声学（与生命科学、通信学科的交叉）、生物声学（与生物学的交叉）、环境声学（与环境科学的交叉）、地球声学与能源勘探（与地球科学的交叉）、语言声学（与语言学、生命科学的交叉）等。总之，声学的内容十分广博，各个学科分支也有其独特的研究方法、手段以及研
　　究对象.因而本书写作的关键是内容的选择，通过分析现有《声学基础》和《理论声
　　学》教材，作者仍然循着“传播一辐射一散射一接收”这个基本思路来选择内容.但与传统的声学教材不同，本书忽略了振动部分的内容（这部分的内容往往占到《理论声学》的三分之一），而把所有的篇幅都用在讲述声学理论和方法上.另外值得一提的是，本书完全没有涉及固体介质中的声场与波。本书是为南京大学物理学院声学专业研究生开设“理论声学”课程而编写的，为了达到提高的目的，选择内容有一定深度.此外，为了方便阅读，数学推导尽量详细.主要内容叙述如下。第1章讲述理想流体中声波的基本性质，介绍声波方程、声场的基本性质、行波解和平面波展开、平面界面上声波的反射和透射，以及声波的度量、测量和分析；第2章讲述无限空间中声波的辐射，介绍多极子展开和组合声源、柱状和球状声源的辐射、平面界面附近的声辐射、有限束超声场和非衍射波，以及声波与声源的相互作用；第3章讲述声波的散射和衍射，介绍柱体和球体的散射、非均匀区域的散射、刚性屏和楔的声衍射，以及逆散射和衍射CT'理论；第4和5章讲述管道和腔体中的声场，介绍等截面波导中声波的传播和激发、突变截面波导及平面波近似、集中参数模型、缓变截面管道中的平面波、腔体中的简正模式理论、规则形腔中的简正模式、高频近似和扩散声场、低频近似和Helmholtz共振腔，以及两个腔的耦合；第6章讲述非理想流体中声波的传播和激发，介绍非理想流体中的声波方程、耗散介质中声波的传播和散射、管道和狭缝中平面波的耗散、黏滞对声辐射的影响，以及流体和生物介质中声波的吸收；第7章讲述平面层状介质中的声波，介绍平面层状波导、连续变化平面层状介质、WKB近似方法，以及几何声学近似：第8章讲述运动介质中的声传播和激发，介绍匀速运动介质中的声波、运动声源激发的声波、缓变非均匀流动介质中的声波，以及不稳定流动产生的声波；第9和10章讲述有限振幅声波的传播及其产生的物理效应，介绍理想介质中的有限振幅平面波、黏滞和热传导介质中的有限振幅波、色散介质中的有限振幅波、有限振幅声束的传播；物理效应主要介绍声辐射压力和声悬浮、声流理论，以及声空化效应。本书的出版得到南京大学“985Ⅲ）工程”、国家自然科学基金委员会和江苏高校优势学科建设工程项目的资助。
　　著者
　　2011年12月
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