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声音

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声音是由物体振动产生,正在发声的物体叫声源。声音以声波的形式传播,声音只是声波通过固体或液体、气体传播形成的运动。声波振动内耳的听小骨,这些振动被转化为微小的电子脑波,它就是我们觉察到的声音。

编辑摘要

目录

(图)声音声音

声音是通过物体振动产生的声音是通过介质(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。声音只是压力波通过空气的运动。压力波振动内耳的小骨头,这些振动被转化为微小的电子脑波,它就是我们觉察到的声音。内耳采用的原理与麦克风捕获声波或扬声器的发音一样,它是移动的机械部分与气压波之间的关系。

声音 - 原理

(图)声音声音

声音是一种压力波:当演奏乐器、拍打一扇门或者敲击桌面时,他们的振动会引起介质——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。

声音作为波的一种,频率振幅就成了描述波的重要属性,频率的大小与我们通常所说的音高对应,而振幅影响声音的大小。声音可以被分解为不同频率不同强度正弦波的叠加。这种变换(或分解)的过程,称为傅立叶变换(Fourier Transform)。

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。狗和蝙蝠等动物可以听得到高达16万赫兹的声音。鲸和大象则可以产生频率在15到35赫兹范围内的声音。

声音 - 传播

声音在不同的介质中传播的速度也是不同的。声音的传播速度跟介质的反抗平衡力有关,反抗平衡力就是当物质的某个分子偏离其平衡位置时,其周围的分子就要把它挤回到平衡位置上,而反抗平衡力越大,声音就传播的越快。水的反抗平衡力要比空气的大,而铁的反抗平衡力又比水的大。

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。

声音在传播还与阻力有关,当大风的天气中,声音传播的速度就慢得多。

声音还会因外界物质的阻挡而发生折射,例如人面对群山呼喊,就可以听得到自己的回声。另一个以折射为例:晚上的声音传播的要比白天远,是因为白天声音在传播的过程中,遇到了上升的热空气,从而把声音快速折射到了空中;晚上冷空气下降,声音会沉着地表慢慢的传播,不容易发生折射。

声音 - 单个正弦波周期

“周期”表示一个波周期从0dB/静音至全部打开又返回的一个全周期。上面所示为正弦波的一个单周期。中线为0dB,即静音。波高为音量,从左至右为时间。“波长”为从左至右的峰—峰距离。

与用于广播或电视信号等,还有其它的一样,频率进一步分为VHF(甚高频)UHF(超高频)。人在年轻时可以听到约20Hz到20,000Hz(20KHz)的频率范围,这是消费类CD的额定频率范围。人的听力从12岁以后开始下降,经常性处于声压级极大的情况下会导致我们听力的灵敏度下降。因此,声音具有音量/振幅和频率/音调,另外还有基于时间的声音结构。声音达到最大音量有多快,可持续多长时间以及声音消失直到听不到时需多长时间。所使用的最基本术语有:

(一)“上升”:声波从静音达到最大振幅或音量所需的时间。

(二)“衰变”:声波达到最大振幅/音量后消失为静音所需的时间。

声音的“音量-时间”形状特性叫作“振幅包络”。简单包络:“ 上升”达到最大音量并不是立即完成的。声音然后缓缓地衰变。声波的包络:在实际生活中,声音是混杂的,含有以不同振幅包络层迭的许多频率

声音 - 单位

赫兹
赫兹是频率单位,记为Hz,指每秒钟周期性变化的次数。
分贝
分贝是用来表示声音强度的单位,记为dB 。

声音 - 特性

(图)声音声音

(一)响度(loudness):人主观上感觉声音的大小(俗称音量),由“振幅”(amplitude)决定,振幅越大响度越大。(单位:分贝dB)

(二)音调(pitch):声音的高低(高音、低音),由“频率”(frequency)决定,频率越高音调越高(频率单位Hz(hertz),赫兹[/url,人耳听觉范围20~20000Hz。 20Hz以下称为次声波,20000Hz以上称为超声波)例如,低音端的声音或更高的声音,如细弦声。

(三)音色(music quality):声音的特性,由发声物体本身材料、结构决定。又称音品。频率是每秒经过一给一定点的声波数量,它的测量单位为赫兹,是以一个名叫海里奇R.赫兹的音响奇人命名的。此人设置了一张桌子,演示频率是如何与每秒的周期相关的。1千赫或1000赫表示每秒经过一给定点的声波有1000个周期,1兆赫就是每秒钟有1,000,000个周期,等等。

(四)乐音:让人愉悦的声音。噪音:对听觉和身心健康有损害的声音。

(五)音调,响度,音色是乐音的三个主要特征,人们就是根据他们来区分声音。

声音 - 应用

(图)声音声音

次声波:火山爆发、龙卷风、雷暴、台风等许多灾害性事件发生前都会产生出次声波,人们就可以利用这种前兆来预报灾害事件的发生。在军事上,可用利用核试验、火箭运行等产生的次声波获得相关的数据。

(1)通过研究自然现象所产生的次声波的特性和产生的机理,更深入地研究和认识这些自然现象的特征与规律。例如,利用极光所产生的次声波,可以研究极光活动的规律。

(2)利用所接收到的被测声源产生的次声波,可以探测声源的位置、大小和研究其他特性。例如,通过接收核爆炸、火箭发射或者台风产生的次声波,来探测出这些次声源的有关参量。

(3)预测自然灾害性事件。许多灾害性的自然现象,如火山爆发、龙卷风、雷暴、台风等,在发生之前可能会辐射出次声波,人们就有可能利用这些前兆现象来预测和预报这些灾害性自然事件的发生。

(4)次声波大气层中传播时,很容易受到大气介质的影响,它与大气层中的风和温度分布等因素有着密切的联系。因此,可以通过测定自然或人工产生的次声波在大气中的传播特性,探测出某些大规模气象的性质和规律。这种方法的优点在于可以对大范围大气进行连续不断的探测和监视。

(5)通过测定次声波与大气中其他波动的相互作用的结果,探测这些活动特性。例如,在电离层中次声波的作用使电波传播受到行进性干扰,可以通过测定次声波的特性,进一步揭示电离层扰动的规律。

(6)人和其他生物不仅能够对次声波产生某些反应,而且他(或它)们的某些器官也会发出微弱的次声波。因此,可以利用测定这些次声波的特性来了解人体或其他生物相应器官的活动情况。

(图)超声波扫描超声波扫描

超声波的应用:超声波被广泛应用于工业、军事、医疗等行业可以利用越声波。

(1)在医疗上,利用超声波的巨大能量还可以把人体内的结石击碎。

(2)在工业上,常用超声波来清洗精密零件,原理是利用超声波在清洗液中产生震荡波使清洗液产生瞬间的小气泡,从而冲洗零件的每个角落。

3)用超声波探测金属、陶瓷混凝土制品,甚至水库大坝,检查内部是否有气泡、空洞和裂纹。

(4)在医疗上,人体各个内脏的表面对超声波的反射能力是不同的,健康内脏和病变内脏的反射能力也不一样。平常说的“B超”就是根据内脏反射的超声波进行造影,帮助医生分析体内的病变。

(5)军事上,潜艇用声纳来发现敌军的舰船与潜艇

声音 - 危害

次声波
次声波会干扰人的神经系统正常功能,危害人体健康。一定强度的次声波,能使人头晕、恶心、呕吐、丧失平衡感甚至精神沮丧。有人认为,晕车、晕船就是车、船在运行时产生的次声波引起的。在大风天气,高层建筑里的人往往感到头晕、恶心,这也是因为大风使高楼摇晃产生次声波的缘故。

噪声污染
噪声污染已经成为社会突显问题。噪音每上升一分贝, 高血压发病率就增加3%。影响人的神经系统, 使人急躁、易怒。影响睡眠, 造成疲倦。

声音 - 速度

空气(15摄氏度):340米每秒,

水(常温):1500米每秒,

钢铁:5200米每秒,

冰:3230米每秒

软木:500米每秒,

声音在空气中的传播速度还与压强和温度有关。声音在空气中的速度随温度的变化而变化,温度每上升/下降5摄氏度,声音的速度上升/下降3m/s。声音的传播最关键的因素是要有介质,介质指的是所有固体液体和气体,这是声音能传播的前提。物理参量有声源离观察者的距离,声源的震动频率,传播介质有关。因为极地寒冷,赤道炎热,极地的空气密度比赤道大,所以极地的声音传播速度大于赤道的。一般情况下,V固>V液>V气。 声音的传播需要物质,物理学中把这样的物质。


相关文献

扩展阅读:
1IT168术语详解
开放分类:我来补充
声音

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