在一文中讲到声音是因物体振动产生的。声音的传播也是因为振动。物体振动时产生压力波。压力波使周围的介质（空气、水或固体）中的粒子产生振动。粒子振动时会推动附近的粒子，从而传出声波（图1）。声波是纵波，就像推拉一个弹簧一样。不过不是向一个方向，而是向着四面八方传出。
图1，声波导致周围空气压力的变化，从而传播开来
研究传声的历史
最早研究传声的是亚里士多德。他正确地认识到声音是由空气运动产生的，但错误地认为高频率声音的传播速度比低频率的要快。另外，他也没有用实验来验证。
最早用实验来研究传声的是达·芬奇（Leonardo da Vinci，1452年—1519年）。达·芬奇的名字家喻户晓，他不但是伟大的艺术家，而且还是杰出的科学家、工程师。他用一个两端密闭的管子监听到水下的声音。受到水波的启发，他认为声是以声波的形式在空气中传播的。他还设计了一个测量声音频率的方法（图2）：用杠杆压住钟体的不同位置，那么敲击时钟就会发出不同频率的声音。
图2，达·芬奇关于声学实验的手稿
马林·梅森（Marin Mersenne，1588年—1648年）是现代声学之父。除了“梅森定律”外，他的另一个重要工作是首先测量出了声音在空气中传播的速度。他用的方法是回声。回声（echo）这个词源自古希腊神话中的一位女神，她被天后赫拉诅咒，只能重复别人说的最后几个字。她爱上了一个美男子却无法表白，只好跟着他在林中游荡，并重复着男子说的最后几个字。男子十分困惑，他在一条小溪边看到了自己的倒影，以为那就是与他说话的人，并爱上了影子，久久不能离去，最后化成了石头。回声女神非常伤心，最终也化成了石头，因此山边的树林中常常会听到回声。
图3，古希腊神话中回声女神的故事
梅森测量声速的方法十分简单。他找到一处陡峭的山崖，量好山崖到他站立的位置，然后大声呼叫，记下回声的时间，接着用“速度等于距离除以时间”的公式计算出声速。他的计算结果是319米/秒，这与实际声速（约为340米/秒）相差无几。
回声到处都有，效果也各不相同。北京天坛的回音壁是圆柱形的光滑墙壁（图4（a）），回音最多可达3个。伊朗伊斯法罕伊玛目清真寺中的主殿有个特别的穹顶（图4（b）），回音多达7个。音乐厅的回音要恰到好处，否则音乐就会失真。
（a）天坛回音壁
（b）伊斯法罕清真寺
图4，著名的回音建筑
动物也会“利用”回声
好几种动物会用回声来定位。其中最著名的是蝙蝠。蝙蝠的声音是人类听不见的超声波。它们发出一系列等时的超声脉冲，当脉冲碰到物体时会产生一个反射脉冲，从而形成双脉冲的回波信号（图5），根据这个双脉冲回波信号可以计算出物体的位置。利用这个方法，蝙蝠不但能检测出周围环境，而且能检测出在活动的猎物。
图5，蝙蝠用超声波定位
海豚也用回声来定位。海豚有着聪明和调皮的天性。它们会发出各种各样的口哨声来进行交流。它们用于回声定位的是一系列点击声：“哒、哒、哒......”。根据回声，它们能够在昏暗的海水中十分精确地定位猎物和了解周围环境。
一些生活在山洞中的燕子和生活在地下的鼹鼠也会用回声定位。还有报道说人也可以学会回声定位法。
根据回声定位法，科学家们在1900年代开始研发声纳技术。声纳技术原用于检测海中的冰山。第一次世界大战爆发后，英美两国都想到了要用声纳技术来监测潜水艇（图6）。第二次世界大战期间，美国率先研发出了声纳系统，“SOund, NAvigation, and Ranging”，简称SONAR。今天，声纳已经广泛应用。连业余钓鱼者也会使用。
声波的应用
图6，声纳（SONAR）
声波必须在介质（如空气、水和固体）中传播。这是罗伯特·波义耳最先发现的。他把一个闹钟放在玻璃罩中，闹钟的声音清晰可听。他注意到抽去玻璃罩中的气体声音就消失了。因此他断定声波必须通过空气或其他介质来传播。
牛顿也研究过声学。他阐述了声速与介质密度之间的关系。上面说到声速在空气中约为340米/秒。介质的密度越大，声音传播的速度越快。水的密度比空气大772倍，声速在水中为1500米/秒。固体的密度更大，声速也更快，在大理石中为3200米/秒，在钢铁中为5200米/秒。所以我们把耳朵贴在地面可以更快地听到远方的声音。
声波在传播时会不断衰减。衰减的原因包括：①几何衰减；声波的能量从声源向四面八方传播，离声源越远，要覆盖的空间越大，能量也就越小。几何衰减可以用平方反比律来描述：
这里P是声源的强度，r是到声源的距离，是以声源为中心、r为半径的球面，I是r处的声波强度。②散射衰减；声波靠压力推动介质中的粒子来传播，粒子可能会碰撞、拐弯、翻转，因此造成能量损失。③吸收衰减；粒子本身可能会吸收一些能量，造成衰减。由于这些原因，不同频率的声波在不同的介质、环境温度、湿度和压力下的衰减都会不同。
科学家们根据声波传播的特点设计了许多检测设备。在工业中声波，包括超声波，用于测量金属或塑料管的壁厚，测试油墨和油漆中的颗粒浓度，工程结构中的裂痕，地壳下的矿物、石油和天然气等等。大家可以做个小实验：找一个碗，用一个汤勺轻敲，听听敲击发出的声音。然后再找一个同样的但稍有损坏的碗，听听敲击发出的声音。
在医学中，超声波检验是使用得最多的医学影像技术（图6）。可检查的项目包括妊娠、胎儿、心血管、颈动脉、肿瘤、胆结石等。不过这个技术却意外地与诺贝尔奖无缘。
粉丝们也许做过超声波检查，医生先在要检查的位置涂上耦合剂，以便超声波能够更好地传入体内。接着用超声传感器在不同的位置用不同的角度来回扫描读取信号。这是因为人体中的各个器官的密度，声波传播速度和衰减速度都差不多（表1），所以需要小心地检查。
图7，医用超声波检测系统
表1，动物组织的密度、传声速度及衰减系数（注：肾脏中液体多少、心脏中血液流动会影响它们的密度及声速）
最后还要一提的是音障（Sound barrier）。上文说到声音在空气中传播的速度约为340米/秒（1224千米/小时）。实际的声速受海拔高度、温度、湿度、风向、风速等多个因素影响。在航空航天领域中，为方便起见，声速称之为马赫（Mach）。这个词源自奥地利科学家恩斯特·马赫（Ernst Mach，1838年—1916年）。马赫出生在今天的捷克，父母亲都是知识分子。1860年他在维也纳大学获得博士学位。从1867年开始，他在布拉格的查理斯大学执教了27年（图8）。1895年他回到维也纳大学，但过了两年就中风，半身不遂，行动不便。他于1901年退休，但一直笔耕不辍。
马赫的研究领域很多，包括哲学、力学、光学和声学。他首先研究声速与空气动力学中的关系，因此声速以他冠名。他写的教科书用了40年，他的科普书也十分畅销。不过，他怀疑原子论，他的唯心主义认知理论也颇受争议。
图8，恩斯特·马赫
当飞机的速度接近音速时，空气压缩的速度无法跟上，因此阻力剧增。这就是音障了。这就好像前排的人已经走到了极限速度，但后面的人还要推得更快，前面的人就成了障碍。
为了避免音障，民航机通常把时速控制在800千米/小时左右。超音速飞机克服音障的方法是在头部装着一个锥子。尖锥大大减少了音障的影响。不过尖锥后面还是会形成一个向四面八方移动的压缩空气圆锥体（图9）。圆锥体底部的压力急剧降低，产生连续的音爆。因此，超音速飞机飞过头顶时，会听到的雷鸣般的声音。
图9，当空气中的湿度高时，超音速飞行会产生声爆蒸汽环返回搜狐，查看更多