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各種聲音

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聲音(sound)是由物體振動產生的聲波。是通過介質(空氣或固體、液體)傳播並能被人或動物聽覺器官所感知的波動現象。最初發出振動(震動)的物體叫聲源。聲音以波的形式振動(震動)傳播。聲音是聲波通過任何介質傳播形成的運動。

聲音是一種波。可以被人耳識別的聲(頻率在20 Hz~20000 Hz之間),我們稱之為聲音。

基本信息

物理名詞

物理中聲音是由物體振動發生的,正在發聲的物體叫做聲源。物體在一秒鐘之內振動的次數叫做頻率,單位是赫茲,字母Hz。人的耳朵可以聽到20~20000Hz的聲音,最敏感是200~800Hz之間的聲音。

聲音在不同介質中傳播速度一般是固體>液體>氣體(例外如:軟木 500m/s,小於煤油(25℃)、蒸餾水(25℃)等),聲的傳播速度與介質的種類和介質的溫度有關。

聲音在各類物體中的傳播速度:

真空 0m/s(也就是不能傳播)

空氣(0℃) 331m/s

空氣(15℃) 340m/s

空氣(25℃) 346m/s

軟木 500m/s

煤油(25℃) 1324m/s

蒸餾水(25℃) 1497m/s

海水(25℃) 1531m/s

冰 3230m/s

銅(棒) 3750m/s

大理石 3810m/s

鋁(棒) 5000m/s

鐵(棒) 5200m/s

物理中,音調指樂音的高低,響度指聲音的大小強弱,音色指聲音的特色,要區分開。

有時,我們站在山上高呼,會聽到我們的回聲,是因為聲音在傳播的過程中,遇到這樣的障礙,會反彈回來,再次被我們聽到。當兩種聲音傳到我們的耳朵里時,時差小於0.1秒時,我們就區分不開了。當聲源停止振動後,聲音還會持續一段時間,這種現象叫做混響。當然,在一個有障礙物、阻擋物的空間內發出聲音,就會有回聲,也就是說,只要聲音在傳遞過程中遇到障礙物就會反彈,發生回聲現象。多數情況下,只有一個較大分貝的聲音在空曠環境下,人耳才會分辨出回聲,而日常生活中人耳也經常收集到回聲,但由於回聲的分貝低或者在嘈雜環境下,所以人耳分辨不出回聲,所以不能產生"日常生活中沒有回聲"這樣的誤解,其實,只是我們的耳朵分辨不出這樣的聲音,或者說是大腦接受到但分辨不出而已。

自然界中,有光能、水能,生活中有機械能、電能,其實聲也有能量。例如,兩個頻率相同的物體,敲擊其中一個物體,另一個物體也會振動發聲,這種現象叫做共鳴。聲音傳播是帶動了另一個物體的振動,說明聲音也有能量。

人們以分貝為單位來表示聲音的強弱,符號為dB。0分貝剛剛引起聽覺。人們把頻率高於人耳所能聽到的聲叫做超聲波,把頻率低於人耳所能聽到的聲叫做次聲波。

原理

聲音是一種壓力波:當演奏樂器、拍打一扇門或者敲擊桌面時,他們的振動會引起介質--空氣分子有節奏的振動,使周圍的空氣產生疏密變化,形成疏密相間的縱波,這就產生了聲波,這種現象會一直延續到振動消失為止。

聲音作為波的一種,頻率和振幅就成了描述波的重要屬性,頻率的大小與我們通常所說的音高對應,而振幅影響聲音的大小。聲音可以被分解為不同頻率不同強度正弦波的疊加。這種變換(或分解)的過程,稱為傅立葉變換(Fourier Transform)。

因此,一般的聲音總是包含一定的頻率範圍。人耳可以聽到的聲音的頻率範圍在20到2萬赫茲之間。高於這個範圍的波動稱為超聲波,而低於這一範圍的稱為次聲波。狗和蝙蝠等動物可以聽得到高達16萬赫茲的聲音。鯨和大象則可以產生頻率在15到35赫茲範圍內的聲音。

聲音的傳播用量子力學解釋便是原子的運動,形成了聲波。但這與波粒子等名詞沒有聯繫。

特性 響度(loudness):人主觀上感覺聲音的大小(俗稱音量),由"振幅"(amplitude)和人離聲源的距離決定,振幅越大響度越大,人和聲源的距離越小,響度越大。(單位:分貝dB)

音調(pitch):聲音的高低(高音、低音),由"頻率"(frequency)決定,頻率越高音調越高(頻率單位Hz(hertz),赫茲,人耳聽覺範圍20~20000Hz。20Hz以下稱為次聲波,20000Hz以上稱為超聲波)例如,低音端的聲音或更高的聲音,如細弦聲。

頻率是每秒經過一給定點的聲波數量,它的測量單位為赫茲,是以海因里希·魯道夫·赫茲的名字命名的。此人設置了一張桌子,演示頻率是如何與每秒的周期相關的。

1千赫或1000赫表示每秒經過一給定點的聲波有1000個周期,1兆赫就是每秒鐘有1,000,000個周期,等等。 音色(Timbre):又稱音品,波形決定了聲音的音色。聲音因物體材料的特性而不同,音色本身是一種抽象的東西,但波形是把這個抽象直觀的表現。波形不同,音色則不同。不同的音色,通過波形,完全可以分辨的。 樂音:有規則的讓人愉悅的聲音。噪音:從物理學的角度看,由發聲體作無規則振動時發出的聲音;從環境保護角度看,凡是干擾人們正常工作、學習和休息的聲音,以及對人們要聽的聲音起干擾作用的聲音。 音調,響度,音色是樂音的三個主要特徵,人們就是根據他們來區分聲音。

當兩個物體碰撞後振動產生聲音時,若兩者振動頻率比為不可化簡的複雜比,如:201:388,那麼我們分辨出來會覺得這個聲音刺耳;相反,若兩者振動頻率比為可化簡的簡單比,如:3:7,那麼我們分辨出來會覺得很動聽。(畢達哥拉斯發現)

傳播

聲音的傳播需要物質,物理學中把這樣的物質叫做介質,這個介質可以是空氣,水,固體.當然在真空中,聲音不能傳播。聲音在不同的介質中傳播的速度也是不同的。聲音的傳播速度跟介質的反抗平衡力有關,反抗平衡力就是當物質的某個分子偏離其平衡位置時,其周圍的分子就要把它擠回到平衡位置上,而反抗平衡力越大,聲音就傳播的越快。水的反抗平衡力要比空氣的大,而鐵的反抗平衡力又比水的大。

聲音的傳播也與溫度和阻力有關。

聲音還會因外界物質的阻擋而發生折射,例如人面對群山呼喊,就可以聽得到自己的回聲。另一個以折射為例:晚上的聲音傳播的要比白天遠,是因為白天聲音在傳播的過程中,遇到了上升的熱空氣,從而把聲音快速折射到了空中;晚上冷空氣下降,聲音會沿着地錶慢慢的傳播,不容易發生折射。[1]

參考文獻

  1. 聲音, 360國學 ,