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声音是振动产生的声波,通过介质(气体固体液体)传播并能被人或动物听觉器官所感知的波动现象。

声音的频率一般会以赫兹表示,记为Hz,指每秒钟周期性震动的次数。而分贝是用来表示声音强度的单位,记为dB。

声学

声学是一个跨领域的科学,研究的声音是振动产生的声波,通过介质(空气或固体、液体)传播并能被人或动物听觉器官所感知的波动现象。

声音的频率一般会以赫兹表示,记为Hz,指每秒锺周期、液体及固体的机械波,包括振动、声音、超声波和次音波等。声学中和工程有关的部分称为声学工程,和负责录音、声音处理、混音及声音复制的音响工程不同。

声学的应用几乎和在现代社会的每个层面都有关,其子领域包括航空声学、声音信号处理、建筑声学、生物声学、电子声学、环境声学、音乐声学、噪音控制、心理声学、说话、超声波、水下声学及振动。

声音的原理

声音是一种波动,当演奏乐器、拍打一扇门或者敲击桌面时,声音的振动会引起介质——空气分子有节奏的振动,使周围的空气产生疏密变化,形成疏密相间的纵波,这就产生了声波,这种现象会一直延续到振动消失为止。

声音总可以被分解为不同频率不同强度正弦波的叠加[1]。这种变换(或分解)的过程,称为傅里叶变换。因此,一般的声音总是包含一定的频率范围。人耳可以听到的声音的频率范围在20到2万赫兹(Hz)之间。高于这个范围的波动称为超声波,而低于这一范围的称为次声波。

声音的物理学

当物体振动时,同时伴随声音的产生。当振动体不再振动时,声音也随之停止。所以从生活的观察中可以归纳出:声音是由物体的振动所引起。

声音的传播

因为声音是一种机械波,拥有波动传播的性质,例如频率,波长,反射,折射,干涉,衍射,散射等

  • 音速跟介质的弹性模量和密度有关,弹性模量是单位体积物质的抗力和形变量之比值,弹性模量越大,物质间不同形变程度处的相互作用力就越大而使加速度变大,声音就传播的越快。但若弹性模量相同之材料,密度越大则会使不同形变程度处之间的加速度降低,导致声音传播的速度降低,因此声音传波的速度和两者皆相关。数学形式详见音速页面。摄氏0度的空气中,声音的传播速度是331米/秒;在中的传播速度是1473米/秒;在铁中的传播速度是5188米/秒。
  • 声音的传播也与温度有关,声音在热空气中的传播速度比在冷空气中的传播速度快。
  • 声音在传播还与相对运动有关,音速是相对于静止介质而言的,因此若介质和观察者有相对运动,则声音抵达的时间则要考虑相对运动。
  • 音频在不同之相对运动状态时也会改变,详见多普勒效应[2]
  • 声音在经过不同音速的两介介质面时会产生反射折射,例如人面对群山呼喊,就可以听得到自己的回声。
  • 干涉的例子是例如放烟火时若周遭有具有周期性的建筑结构存在,则听者会在烟火爆炸声后听到一个有特殊频率的回声,此和光谱和光栅分光原理相同。
  • 衍射的例子是当房门开启一个小缝时,房内所有的角落都听得见由门缝传播进来的声音。

视频

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声学原理 - 声音的传播

参考文献