问题

做声学的同行都在用什么书/教材?

回答
在我接触到的声学领域同行中,大家常读的书籍和教材,可以说是一个相当丰富的集合,涵盖了从基础理论到应用技术,再到一些比较前沿的探索。选择什么书,很大程度上取决于个人的研究方向和学习阶段。不过,有一些经典著作和被广泛引用的教材,确实是声学界不成文的“必读清单”。

一、 奠定基础,从经典出发

对于声学新手或者需要巩固基础的研究者来说,一些经典教材是绕不开的。它们往往体系完整,讲解清晰,是理解声学核心概念的基石。

《声学导论》(Introduction to Acoustics)系列,作者如 F. Alton Everest 或 Leo L. Beranek:
这些书通常会从声音的产生、传播、感知讲起,内容涵盖波的性质(如频率、振幅、波长、声速)、声音的测量单位(分贝)、声波方程的推导、驻波、衍射、干涉等基本物理现象。
在声的传播方面,会涉及在不同介质(空气、液体、固体)中的传播特点,以及与介质性质的关系。
对于声的感知,会讨论人耳的听觉机制,声音的响度、音调、音色等主观感受与客观物理量的联系。
我的理解是:读这类书,就像是在搭建一个声学知识的框架。它们没有太多花哨的数学推导,但把物理概念讲得非常透彻。尤其是一些关于“听觉心理学”和“主观评价”的部分,对于我们理解声音如何在人耳中被转化和感知至关重要。比如,同样是声音强度变化20分贝,它在人耳听起来感受到的响度变化并非线性,这其中的奥秘就在这些基础教材里。

《物理声学》(Physical Acoustics)类书籍,例如 Philip M. Morse 的《Vibrations and Sound》:
这类书会更深入地探讨声波的数学描述,比如波动方程、边界条件、瑞利积分等。它们会涉及到更复杂的声场分析,例如点声源、偶极子、四极子的辐射声场,以及声波在管道、腔体中的传播和共振。
对于振动学部分,它们往往会详细讲解质量弹簧系统、阻尼振动、受迫振动等,这些都是理解声源振动特性的基础。
我的理解是:这就像是在学习声学的“语言”。数学工具的使用在这里变得非常重要。比如,怎么用傅里叶变换来分析一个复杂的声音信号,或者如何用有限元方法来模拟一个发声体的振动模式,这些都离不开扎实的数学功底,而这类书恰恰能帮助我们建立这种联系。Beranek 另一本经典的《Acoustics》也是属于这一类,里面关于声辐射和声散射的章节尤其受推崇。

二、 应用领域:深入与聚焦

声学的应用极其广泛,因此也有很多针对具体领域的专业书籍。

建筑声学(Architectural Acoustics):
《建筑声学》(Architectural Acoustics),作者如 Harold Marshall 或 Cyril Harris:
这方面的书会重点讨论室内声场的设计,包括混响时间控制、语音清晰度、噪声控制、隔声设计、吸声材料的应用等等。
它们会涉及具体的计算方法,比如 Sabine 公式、Eyring 公式在混响时间计算中的应用,以及如何根据房间的几何形状和材料特性来预测声学效果。
我的理解是:做建筑声学,就是要让空间里的声音“听起来舒服”。这不仅仅是把声音隔绝开,更是要让声音在里面有合适的“生命”。比如,一个音乐厅,我们需要它有适度的混响,让声音温暖而有包围感,但又不能太长以免影响清晰度。这本书会教你怎么量化这些概念,然后通过材料和结构设计来实现。Harris 的《Handbook of Acoustics》也是一个百科全书式的参考,建筑声学只是其中一部分,但非常实用。

水声学(Underwater Acoustics):
《水声学》(Underwater Acoustics),作者如 Arthur D. Pierce 或 Allan D. Pierce:
水声学领域的研究者会接触到声波在海水中的传播特性,包括声速剖面、声道的形成、海底的声反射和吸收、以及相关的声探测和声通信技术。
这类书通常会涉及到海洋学知识,比如声速随深度、温度、盐度的变化规律,以及声波在复杂海底地形下的传播。
我的理解是:想象一下,声音在水里传播跟在空气里完全不一样。海水是一种非常复杂的介质,它会吸收、散射、折射声波,而且声速也不是恒定的。这本书就像是教你如何“听懂”海洋的声音,以及如何用声音在海洋里“说话”和“导航”。Pierce 的书是经典的,里面关于水下声波传播的理论推导非常扎实。

噪声控制(Noise Control Engineering):
《工程噪声控制》(Engineering Noise Control),作者如 David M. Yeowell 或 Malcolm J. Crocker:
这方面的书籍专注于如何减少或消除不期望的声音。它们会详细介绍噪声的来源、传播途径以及控制策略,包括声源控制(降低噪声产生)、传播路径控制(隔声、吸声、阻尼)和接收端控制(听力保护)。
会涉及到声学测量仪表(声级计、频谱分析仪)的使用,以及各种噪声评价指标(如 A 声级、等效声级 Leq 等)的计算和应用。
我的理解是:这是最贴近我们日常生活的声学领域之一。无论是工厂的机器轰鸣,还是城市的交通噪音,都需要通过工程手段来解决。这类书教会我们如何像医生一样诊断噪声问题,然后开出“处方”,比如设计隔音墙、选择合适的吸音材料或者改进设备结构。Crocker 的书内容非常全面,从理论到实践都有涉及。

音乐声学(Musical Acoustics):
《音乐声学》(Musical Acoustics),作者如 John Backus 或 Neville H. Fletcher & Thomas D. Rossing:
这是我个人非常感兴趣的领域。这类书会从物理学的角度解析各种乐器的发声原理,包括弦的振动、管的共振、打击乐器的振动模式,以及音色形成的原因。
会探讨声音的和谐性、音律的数学基础,以及如何通过乐器设计来获得特定的音响效果。
我的理解是:我常常觉得,乐器就是人类最精巧的声学发明之一。为什么一把小提琴能发出那么丰富动听的声音?为什么钢琴的琴键设计能实现那么大的音域?这本书会揭示这些背后的声学原理,从物理模型上理解声音的生成和塑造。Fletcher & Rossing 的《The Physics of Musical Instruments》是这个领域的“圣经”级别的读物,它的详尽程度令人叹为观止。

三、 研究方法与前沿探索

随着技术的发展,一些书籍更侧重于研究方法和新的技术应用。

《计算声学》(Computational Acoustics):
这类书籍会介绍如何使用计算机数值方法来模拟和分析声现象,例如有限元法(FEM)、边界元法(BEM)、有限差分法(FDM)等在声学问题中的应用。
会涉及声场模拟软件的使用和模型建立的技巧。
我的理解是:当理论分析遇到瓶颈,或者问题变得异常复杂时,计算方法就派上用场了。通过建立数学模型并在计算机上运行,我们可以预测声音的传播路径,模拟复杂的声学环境,甚至设计新型的吸声或隔声结构。掌握这些计算工具和方法,是当前声学研究的重要一环。

《信号处理与声学》(Signal Processing in Acoustics):
这方面的书籍会深入讲解数字信号处理技术在声学中的应用,包括采样理论、滤波、傅里叶分析、小波分析、谱估计、盲信号分离等。
会涉及到现代声学测量、声音信号分析、语音识别、音频信号增强等领域的技术。
我的理解是:声音本质上是一种信号,而现代声学研究离不开对信号的精确处理和分析。如何从充满噪声的环境中提取有用的声音信息,如何对声音进行分类和识别,如何还原失真的音频等等,都需要强大的信号处理能力。这方面的书会教我们如何“读懂”声音的波形和频率构成,就像解读一段隐藏的信息。

学习建议与个人体会

循序渐进:很少有人能一次性啃下所有声学巨著。建议从基础的物理声学和声学导论开始,打好基础后再根据自己的研究方向选择更专业的书籍。
理论与实践结合:声学不仅仅是纸上谈兵,很多时候需要通过实验和测量来验证理论。阅读相关的实验手册或仪器使用指南也非常重要。
广泛涉猎:即使你的研究方向是建筑声学,了解一些水声学或信号处理的知识也会带来新的灵感。声学是一个交叉性很强的学科。
关注会议论文和期刊:经典书籍提供了系统性的知识,但前沿的研究进展往往体现在最新的学术会议论文和期刊文章中。所以,阅读最新文献也是必不可少的环节。

总的来说,声学界的同行们,大家都会根据自己的“战场”选择最适合的“武器”。而上面提到的这些书,更像是大家共有的“工具箱”里的常备工具,它们承载了声学发展几百年的智慧结晶,也是我们继续探索未知领域的出发点。

网友意见

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更新20210711

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更新20190514 有朋友一直在关注,那我就继续更新!

a.1 G.J.J. Ruijgrok, Elements of aviation acoustics, VSSD, Delft, 2007.

a.2 韦德, 声成像 照相机、显微镜、相控阵和全息系统, 国防工业出版社, 1981.


a.3 W.W. Seto, Schaum’s outline of theory and problems of acoustics, McGraw-Hill, New York, 1971.


a.4 S. Kirkup, The boundary element method in acoustics: a development in Fortran, Integrated Sound Software, Hebden Bridge, 1998.


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最近刚好在整理这几年的资料,不请自来回答下,主要包括声阵列信号处理、气动噪声等书目

气动噪声的经典: Allen, C.S., Blake, W.K., Dougherty, R.P., Lynch, D., Soderman, P.T., Underbrink, J.R., Mueller, T.J., 2013. Aeroacoustic measurements. Springer Science & Business Media.

2. 振动、声学上手的神书: 济, 晓. MATLAB 在振动信号处理中的应用[M]. 中国水利水电出版社, 2006.

3. 声和气动声: Howe, M., 2015. Acoustics and Aerodynamic Sound. Cambridge University Press, Cambridge. doi.org/10.1017/CBO9781


4. Michael Carley 的 Some notes on acoustics

5. Fahy, F., Walker, J.,. Advanced Applications in Acoustics, Noise and Vibration. Taylor & Francis, Oxford.

6. Bose, T.K., 2013. Aerodynamic noise: an introduction for physicists and engineers, Springer aerospace technology. Springer, New York.

7. Rienstra, S.W., Hirschberg, A., n.d. An Introduction to Acoustics 296.
8. Johnson, D.H., Dudgeon, D.E., 1993. Array signal processing: concepts and techniques, Prentice-Hall signal processing series. P T R Prentice Hall, Englewood Cliffs, NJ.

9. Reynolds, D.D., 1981. Engineering principles of acoustics: noise and vibration control. Allyn and Bacon, Boston.

10. 经典的声学教材,卢奂采老师有译本,声全息必备。 Williams, E.G., 1999. Fourier acoustics: sound radiation and nearfield acoustical holography. Academic Press, San Diego, Calif.

11. Vetterli, M., Kovačević, J., Goyal, V.K., 2014. Foundations of signal processing. Cambridge University Press, Cambridge.

12. 直升机理论,有一章节讲的直升机噪声,旋翼气动噪声,据说很权威。

13. 学术论文写作,偏向生物好像,但是对于我们土博士写论文还是有些帮助。 Glasman-Deal, H., 2010. Science research writing for non-native speakers of English. Imperial College Press, London ; Hackensack, NJ.

14. Blake, W.K., 2017. Mechanics of Flow-Induced Sound and Vibration, Volume 1: General Concepts and Elementary Sources. Academic press. 因为不懂流体,学习圆柱扰流的时候看到的。

15. Benesty, J., Chen, J., Huang, Y., 2008. Microphone array signal processing, Springer topics in signal processing. Springer, Berlin. 雅克比的阵列信号处理

16. Wu, S.F., 2015. The Helmholtz equation least squares method: for reconstructing and predicting acoustic radiation, Modern acoustics and signal processing. Springer, New York.
SF吴老师的HELS方法,很可爱的老师,有一年夏天见他戴个白帽子,很随和。

17. 风力机噪声相关。 Wagner, S., Bareiss, R., Guidati, G., 1996. Wind turbine noise, Environmental engineering. Springer, Berlin ; New York.

18. Howe, M.S., 2003. Theory of vortex sound, Cambridge texts in applied mathematics. Cambridge University Press, New York. 流体真的太难了,Howe太牛了。

19. Ingard, K.U., 2010. Noise reduction analysis, Physics series. Jones and Bartlett Publishers, Sudbury, Mass.


20. Bai, M.R., Ih, J.-G., Benesty, J., 2013. Acoustic Array Systems: Theory, Implementation, and Application. John Wiley & Sons.
白老师新出的。

21. Morse, P.M., Ingard, K.U., Stumpf, F.B., 1968. Theoretical Acoustics. MCGRAW-HILL.
没看过摩尔斯? 怎么学声学

可能有些小伙伴和我一样看的这本

22. 金教授的 Kim, Y.-H., 2010. Sound propagation: an impedance based approach. Wiley, Singapore ; Hoboken, NJ.


23. 声场可视化,金教授著。 Kim, Y.-H., Choi, J.-W., 2013. Sound Visualization and Manipulation: Kim/Sound Visualization and Manipulation. John Wiley & Sons Singapore Pte. Ltd., Singapore. doi.org/10.1002/9781118

24. 声学基础,教材呀! 杜功焕, 朱哲民, 龚秀芬, 2012. 声学基础. 南京大学出版社, 南京.

25. 声学边界元法及快速算法 科学技术出版社

26. Rossing, Thomas D., 和Neville H. Fletcher. Principles of vibration and sound. New York: Springer-Verlag, 1995.

27. Skudrzyk, Eugen. The Foundations of Acoustics: Basic Mathematics and Basic Acoustics. Springer Science & Business Media, 2012.

28. Roach, G. F. Green’s functions. 2nd ed. Cambridge [Cambridgeshire] ; New York: Cambridge University Press, 1982.
讲格林函数的,做BEM用到过

29. Pierce, Allan D. Acoustics: an introduction to its physical principles and applications. McGraw-Hill series in mechanical engineering. New York: McGraw-Hill Book Co, 1981.
这本书我找不到电子版,好像出了新版。谁有分享下啊,作者可是1936年的老人啦。

29. Dowling, Ann P., 和John E. Ffowcs Williams. Sound and Sources of Sound. Ellis Horwood Series in Engineering Science. Chichester: Horwood, 1983.
有个问题,为什么声学的书都这么老呢?太难找了!

30. 何祚镛.声学理论基础.

这本书没有ISBN, 没见过封面,但是写的很好,可以和Morse的做补充。

31. Diehl, George M. Machinery acoustics. New York: Wiley, 1973.

32. Subrahmanyam, N, 和Brij Lal. A Textbook of Sound: For B. Sc. (Pass, Honours and Subsidiary), Engineering Students of Indian Universities and IAS Examinations. New Delhi: Vikas Pub. House, 1977.

33. Kinsler, Lawrence E., 编. Fundamentals of Acoustics. 3. ed. New York: Wiley, 1982.


小结: 希望看到的师弟师妹们能够珍惜读书时光,现在要毕业了看着自己珍藏的书目并不是全部都读完,难免心生遗憾。 希望能够帮助到后来人!

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自问自答,抢个首答~



  1. 你是作声学的哪个方向的?

我博士是作可听化(Auralization)中的移动声源建模,主要用到麦克风阵列、beamforming、声音合成等,其他也涉及到一些虚拟声学中的3D回放,比如双耳听觉、HRTF、CTC等;

现在做的主要是噪声检测,负责产品研发,接触行业比较广,涉及到汽车行业OEM和各级供应商,航空航天,建筑环境行业,生产线End of line (EOL)质量控制,白家电等等。具体的技术方面很难说出某一个特定方向,属于“我是人民一块瓦,哪里需要哪里插”的状态。



2. 能否晒出你的书单?以及每本书的简介?

先放上我存的所有声学相关的书,居然有64本,这肯定还不是全部的。

主要看过的几本

声学基础书:

Kuttruff: Acoustics

基础书,较容易理解

Vorländer: Auralization

声学理论不够详细,是Auralization的权威书

Jacobsen: Fundamentals of general linear acoustics

基础书,结合实验和例子,直观具象容易理解

Morse: Theoretical acoustics

数学体系最完备的声学书,大量公式,比较晦涩难懂,对数学基础要求较高

麦克风阵列、beamforming相关的:

Johnson: Array signal processing
van Trees: Optimum Array Processing

Johnson的比较好懂,另一本数学公式多,略晦涩。也看过一点台湾白教授的那本书,不过看的不多,不便评论。


心理声学:

Zwicker: Psychoacoustics

心理声学的Bible,比较好懂,有大量的实验数据可看。

这些书都没有完整地看完,也没有必要。都是用到哪些知识就去找,有同质类的就着重看最和自己口味的,然后对比着看,因为不同作者看问题角度不一样,会收获很多。


3. 推荐哪本书?讲一下这本书的主要方向、面向对象、结构、难易程度、需要提前具备哪些知识等等?

Finn Jacobsen的

Fundamentals of general linear acoustics


我在几个回答下边推荐过这本书。


作者在序言里面大概这样介绍这本书的:

首先是联立声学理论和工业应用。DTU的声学组和很多企业都有合作,Jacobsen教授本人有很多实际工业项目经验,同时在理论方面也有很多建树。所以这本书的出发点是在声学理论基础上,更多地偏向实际应用

其次,考虑到了声学的学科交叉性,为了让更多不同背景的读者能看懂,并没有放很多机械或者电方面的类比,单纯地从物理角度出发,去解释相关的数学公式

最后,作者很谦逊地说,这本书是给更完备的“大书”铺路,比如Theoretical acoustics (Morse)和Acoustics: An introduction to its physical principles and applications (Pierce)。


这本书比较浅显易懂,作者虽说是给硕士及以上文凭的人写的, 其实本科生看起来也完全没有问题。只要有一定大学物理和数学基础的人看起来都不会太难。

一共九章:

  1. 引言
  2. 声波基础
  3. 简单声场
  4. 基本声学测量
  5. 阻抗的概念
  6. 声能,声功率,声强和吸声
  7. 管中声学
  8. 封闭空间中的声音
  9. 声辐射和散射

四个附录:

A. 时域谐波函数的复数表达

B. 信号分析和处理

C. 柱面和球面贝塞尔函数

D. 概率和随机变量基础


因为是从与实际工业项目结合的可能性作为出发点,所以附录里面介绍的是和声学比较相关的信号处理方面的内容。在不同章节里面也有体现。

比如第九章的内容其实应该放在前面,但是因为要和实际应用相结合,而实际应用又涉及到前述章节的内容,所以就放到了最后。在介绍完基础知识后,每一小节之后都是对应的技术,比如beamforming,近场声全息(NAH),Ambisonics等。

还有第四章,专门介绍声学测量,在每一章也都有对应的测量和应用知识。

再比如第六章6.5,用了好几页的篇幅讲解声强的用途。原来大学的时候学东西经常有这样的错觉:这些公式到底都是干嘛的?有什么用?往往考完试之后很快就忘了。我们的书往往都是结论性的,都是所谓的“干货”,据说是借鉴了苏联。欧美教材相反,注重故事性,讲一个原理之前,要理清来龙去脉。这本书尤其重视应用,在讲完原理之后马上告诉你你学的东西能用在什么地方,这样记的知识点比较扎实。

另一个特色是会给出很多例子。比如介绍阻抗一章,介绍机械阻抗的时候给了三个例子,便于理解,加深印象。


总结来说,这本书一共300页左右,算是比较轻薄的一本。由于理论解释比较清晰,对于初学者很友好,不会上来就一大堆理论公式,直接把人吓跑了。对于从业一段时间的专业人士,也是很好的加深基础知识印象的工具书。正如作者所说,这本书是啃更全面具体的“大书”之前的适配读物。



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