声学在科学技术中的十大作用（中）

6声化学和声空化

本世纪20年代，首次发现超声波有加速二甲基硫酸酯的水解和亚硫酸还原碘酸钾反应的作用，由于当时的超声技术处于较低水平，研究和应用都受到一定的限制，未引起化学家足够的重视。

近20年来，利用超声来加速化学反应，增加反应产率和引发新的化学反应等声化学研究有了突破性的结果，正在国际范围内引起声学和化学学术界的重视。声化学技术在生产上可望首先为合成塑料、洗涤剂、制药和化肥等化工工业方面带来重大变革，因此受到化工生产行业的极大关注。

近年来的研究表明，高功率超声在液体中产生的非线性现象引起声空化是声化学主要的物理过程。因为声空化是集中声场能量迅即释放的过程，在空化泡崩溃时，短时间内产生的高温、高压、强冲击波和射流，为一般条件下难以实现或不可能实现的化学反应提供了一种非常特殊的物理环境，开辟了新的化学反应通道。

为了进一步提高声化学反应的效率，声学界和化学界的科学家们对声化学产额与声学参数之间的关系进行了较系统深入的研究，如声化学反应器和换能器的结构、声场形式、辐照声强与声功率、辐照时间、频率效应及信号波形等，对产额的影响进行了大量的研究。

由于“声化学”与其相联系的“声致发光”同是令人感兴趣的两个过程，要求化学家和声学家密切合作，用空泡中微观物理本质来解释观察到的宏观现象。当前国际声化学界认为，化学研究应优先注意的尖端项目之一就是物质在超高温和超高压的极端条件下的化学行为，因其有助于了解化学效应，开辟新途径。可以肯定，声化学科学的发展必将有新的贡献。

 

7语言信息处理

语言历来是信息传递的要素。研究语言的特征、识别和合成一直是声学工作者的重要任务，由此近20年来已形成了声学新分支——语言声学。语言声学主要研究语言特征谱，从而实现自动识别、人工合成和压缩编码等，对人民生活、国民经济和国防建设都是密切相关的。

随着信息科学的发展，信息技术的应用已深入到人类社会的各个方面，对社会进步产生重大的影响。语言声学的研究也由于信息技术和计算机科学的发展而取得了很大进展，并在某些方面有所突破。

1） 语言识别
国际上，特定说话人和任意说话人的连续语言识别系统已经达到很高的识别率，这使语言识别系统朝实际应用方向迈进了一大步。因而旅行信息查询、飞机订票、城市查勘以及办公室管理等特殊应用场合的语言识别和语言理解系统都取得了较好的效果。国内在孤立音节和孤立词识别方面也已取得相当大的进展，识别率一般可达到90％。相继研制中、小字表的声控电话查号系统、汉字语音输入系统、命令识别系统、电话数字语音识别系统等。汉语连续语音识别的研究也已起步。

但要使语音人机交互系统达到实际商用水平还有许多重要的科学问题需要解决，如处理背景噪声、信道噪声、应付陌生词、陌生用户和非预期的输入，系统必须具备多种层次的鲁棒性。

2） 语言合成
由于计算机语言输入、输出可实现最为友好的语言合成，所以近年来得到了新的发展。当前语言合成系统可分为两大类：一类是利用数字化技术预先存储语言数据；另一类则是利用语言参数和发音规则产生语言，从而还可以实现文语转换系统。

这种人机交互语言应用前景很广泛。在国外许多电话公司已开始试用，如机场、车站等交通和其他商业部门也是重要的使用场合。此外，为残疾人提供朗读或助讲等等。

通常，语言和听觉常常是联系在一起的，而听觉研究的一大特点是心理-物理实验的成功。改变物理量听取受试者的反映，以估计出生理和心理的变化。20年来，已证明耳蜗结构模型的正确，近年来，更以现代通信系统的观点来分析人耳的结构，相当成功。但神经系统和大脑如何处理这些信息还在研究之中。听觉的研究也可能是研究大脑功能的重要途径，人们对此期望很大。

 

8水声信号处理技术

海洋覆盖着地球表面的四分之三，蕴藏着丰富的能源、矿产和蛋白质资源，海洋和大气间的热交换，又在极大程度上影响着地球的气象和环境。因此，海洋的研究与开发利用，日益受到世界上各国科学界与政府部门的重视。

声波是唯一能在海水中有效地进行远距离信息传递的载体。蓝绿光在海水中衰减123dB/Km。100Hz超长电磁波在海水中衰减为345dB/Km，但100Hz声波在海水中的衰减则仅为0.0015dB/Km。声波能在水下传播很远距离，而光波和电磁波则在很短距离内就会被完全吸收。因此，所有的水下探测、通讯、导航、遥控等活动都离不开声学。但海水中声速低，高频声波在海水中的衰减增长迅速，海洋信道又属于不平整双界面随机不均匀介质信道，因而水声信号信息量小，传递过程中时变、空变及多途效应严重。要满足不同实际工作要求，需采用多种措施。应该说，水声技术是广泛领域的现代科学技术的高度结合。

至今，人类就多种海洋环境因素对声波传播的影响已有较系统深入的研究。美、俄等国水声考察范围遍及全球各大海域，并建立了较为完整的数据库。此外，全球海域气候的声监测计划是精确地测量全球范围内海洋的温度以提供全球气候变化的直接证据。

为了水声研究，水声换能器的研制成为重要的课题。因此也促进了研制水声换能器的压电材料和磁致伸缩材料的研究与制造。研制新型换能器的多元压电复合材料、高分子合成材料、光纤材料等也引起极大的重视，并出现换能器材料和换能器设计的专家系统。

水声信号处理是当前水声研究中十分活跃的领域。大规模高速芯片的发展和并行算法的开发，提供了十分有力的工具。我国在这一方面的工作也有着可喜的成就。

作者简介

张淑仪，1956年毕业于南京大学物理系，后留校攻读声学专业研究生，1960年毕业留校任教，并长期从事超声物理和光声科学研究。1985年曾应邀为美国韦恩大学访问副教授、1988年和1990年曾分别应邀为法国巴黎理化学院和日本东京大学访问教授。1991年当选为中国科学院院士。自1992年-2001年任南京大学声学研究所所长，现（曾）任中国声学学会副理事长，江苏省声学学会理事长，国际光声光热常务理事会理事，国际理论物理中心顾问，国际无损评价中心联合会理事。1991年当选为中国科学院院士。

科研成就

在上世纪50年代末，对当时苏联分子声学界有争议的一些有机液体的超声弛豫吸收问题进行研究，澄清了事实，结束了这场争论。有关苏联专家在苏联声学学报上著文介绍并加以赞扬 (1960)。70年代末，建立了三套激光探针检测固体声场。首次观察到在Z－石英表面激发的伪表面波，并对圆弧型换能器激发声场特性进行研究，指正了国际上两种不正确观点。

1980年创建光声小组 （1986年发展为光声科学研究室），二十年来设计和建立多种光声热波设备，首先研制成光声显微镜，并提出以位相调节实现分层成象，国际同行认为是国际上最好的分层成象。此后又研制了光电显微镜、激光扫描共焦显微镜，光调制反射探针，电子声热波成象等显微成象系统等，对固体材料和器件进行分层成象研究，发现一些新现象，并提出新的理论解释。同时，研究脉冲激光在凝聚态物质中激发超声波及其与物质结构和参量之间的关系，解决了某些机理和测试研究中尚未解决的问题。 

数十年来，张淑仪院士小组研制成10余种仪器设备，发表学术论文300余篇，参加撰写专著3本（在美国出版），获国家、省部级科技进步奖12项。主办国际会议三届，并主编国际会议论文集3册 。