吠声使空气在压缩与稀薄状态之间变动:
空气分子来回振动,但平均位置并不移动。
我们称这种波为纵波,像这样:
但通常人们把声音显示为 "上下" 振动的波,但这只不过是因为这样绘画比较容易。
声音频谱
频率高于地,低频率的振动的音高比较低,声音比较沉,高频率的声音比较高,像个哨声,声音频率的测量单位通常是 "赫兹"(Hz),即是每秒的振动次数。
例子:50赫兹即是每秒 50次,人类可以听到 20赫兹到 20,000赫兹的声音(视乎个人!)。
自己来试试:
低于 20赫兹的声音叫次声,高于 20,000赫兹叫超声,人类对 1,000 和 4,000赫兹之间的声音最敏感:
典型的 "等响"曲线(dB 与响度的解释在下面!)
随着年龄的增长,我们对高音的敏感都也会减低(成人可听到的最高音通常大约是 12,000赫兹)。
声音强度
声音强渡师率每单位面积,一般的测量单位是瓦特没平方米(W/m2),(注意:1 W/m2 是非常大的强度,和在链锯旁边的声音差不多。)
强渡与分贝
强渡是我们对声音大小的感觉,要我们感觉到声音大一倍,声音的强度需要大十倍。
扬声器
例子:输入到扬声器的功率是 1瓦特,你的朋友说: "声音大一倍可以吗?扬声器需要大约 10瓦特的功率才可以使声音听上来响亮一倍。
我们用分贝(dB)为强度的测量单位:
+10 dB 就是 10× 的强度
+20 dB 就是 100× 的强度
+30 dB 就是 1000× 的强度
依此类推
声音的尺度从零(即是人耳可以听到最轻的声)开始,随着强度增加:
分贝 (dB) |
强度 (W/m2) |
|||
---|---|---|---|---|
0 | 人耳可以听到最轻的声 | 10-12 | ||
10 | 针跌到地上 | 10-11 | ||
20 | 风吹叶子的沙沙生 | 10-10 | ||
30 | 低语 | 10-9 | ||
40 | 图书馆 | 10-8 | ||
50 | 安静对话 | 10-7 | ||
60 | 餐厅 | 10-6 | ||
70 | 一般电视机 | 10-5 | ||
80 | 货车 | 10-4 | ||
90 | 机动刈草机 | 10-3 | ||
100 | 摩托车 | 0.01 | ||
110 | 摇滚乐演唱会 | 0.1 | ||
120 | 链锯 | 1 | ||
130 | 难受 | 10 | ||
140 | 喷气式飞机起飞,对耳朵有危险 | 100 | ||
150 | 引致耳聋 | 1000 | ||
194 | 最大的声音,可以引致死亡 |
在194分贝的强度,音波变成激波(像爆炸的冲击波)。
反平方
反平方:当一个值随另一个值的平方减小。
例子:声音与距离,离声音越远,声音就越弱。
功率每平方米随着距离的平方减小。
因为:
在双倍距离的能量散开到 4倍的面积,在三倍距离的能量散开到 9倍的面积,依此类推,
音速
声音在气体(例如空气)里的速度最慢,在液体(例如水)里较快,在固体里最快。
导体 | 速度 | |
---|---|---|
Air at 20°C | 343 m/s | |
摄氏 35°的空气 | 352 m/s | |
摄氏 20°的水 | 1482 m/s | |
玻璃 | 4540 m/s | |
黄铜 | 4700 m/s | |
钢 | 5790 m/s | |
神奇!声音在钢转播的速度 比在空气大约快 17倍! |
闪电离这里有多远?
下次有雷暴时,看到闪电后马上开始计算秒数,闪电的光差不多马上到达我们的位置(光速是 300,000 km/s),但声音需要多点时间。343 m/s 大约是 3秒每千米,即是 5秒每英里。
秒数 | 大约 距离 |
|
---|---|---|
1秒 | 340米 | |
2秒 | 700米 | |
3秒 | 1千米 | |
6秒 | 2千米 | |
9秒 | 3千米 | |
依此类推 …… |
所以如果你看到闪电后 15秒才听到雷声,闪电的距离便是 5千米(3英里),
回声
回声是个反射现象,通常是声音在硬面的反射。
声音在墙壁反弹回来(入射角等于出射角),听到拍手的声音后,稍后也可以听到从墙壁反射回来的声音。
声纳与超声波
声纳是用回声(通常在水下)来寻找物体的位置:
发出声纳,在鱼身上反射,接收回声。
声纳(辅以电脑)可以用来绘制海床地图,甚至寻找沉船!蝙蝠也用同样的方法(称为 "回声定位")。它们用尖锐的超声波(20赫兹到 120赫兹)来帮助它们在晚上飞翔、觅食和避开障碍物!
超声波也可以用来摄取人体内部的图像。
多普勒
当波源和观测者相对运动,就会产生 "多普勒效应":波源趋近观测者,波会以较高的到频率到达,波源离开观测者,波会以较低的到频率到达
当警车或消防车经过时,车上的警笛声就像 "尼~呜~尼~呜~尼~呜"(跑车驶过的声音就像 "一~~~呜~~~"):
趋近:较高频率
离开:较低频率
所有的波都有这个现象,包括光和海浪:
在海上,船可以随着波浪航行来减慢上下摆动,离开地球移动的星球的光会被 "红移"(较低的光频率),趋近地球的星球的光则会被 "蓝移"
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