聲音的產生:
聲音是由物體的振動產生的。各種振動著的發聲物體叫做聲源。
聲音的傳播:
1、聲源發出聲音
發聲體振動,使其附近的空氣分子(或其他接觸的物質)也一起振動起來,以疏密相間的形式向四周傳播。
2、聲波在介質中傳播
聲源的振動在物質中的傳播,叫做聲波。
在聲波的傳播過程中,物質分子只是在原地振動,並不會隨聲波移動。聲波傳遞的只是聲源振動的資訊和能量。
注:聲音的傳播需要介質(物質),聲音在氣體、液體、固體中均可傳播,在真空中聲音無法傳播。
3、聲波的速度
聲波在不同介質中的傳播速度各不相同,一般情況下,固體中聲速>液體中聲速>氣體中聲速。
聲速還跟介質的溫度有關係,在15°C的空氣中聲速為340m/s,氣溫每升高1°C,聲音在空氣中的傳播速度就增加0.6m/s。
幾種常見介質中,在0°C時的聲速:
水:1450m/s;松木:3320m/s;鋼鐵:5000m/s;玻璃5000~6000m/s。
聲音的反射與折射:
聲音的傳播與光的傳播形式極其相似。當聲波傳輸過程中遇到障礙物,一部分聲波發生反射,還有一部分聲波會在障礙物中發生折射,在障礙物中繼續傳播。
反射:
在一些空曠的山谷大喊能聽到回聲,就是由於我們喊聲被山壁反射再次進入耳中形成的。
注:人耳能分辨出兩次聲音的時間間隔一般在0.1s以上,聲音在空氣中傳播速度為340m/s,所以要能分辨出反射的聲音,人與山壁的最短距離至少需要17m。
折射:
當我們把耳朵貼在牆壁上,能夠聽到隔壁房間內的說話聲,這是由於隔壁房間的說話聲在空氣中傳播遇到牆壁時,一部分聲波在牆壁中發生折射,在牆壁中傳播進入貼在牆壁上的耳朵中。
聲音(樂音)的特徵:
1、音調
聲音有高有低,通常我們所說音樂的高音/低音,就是指音調的高低。
音調的高低與聲源振動的快慢;震動部分的長短、粗細、鬆緊程度等有關。
聲源振動的越快;振動部分越短、越細、越緊,聲調越高,反之則聲調越低。
頻率:在物理學中把物體每秒鐘振動的次數稱為頻率。頻率用符號表示,單位為赫茲用符號表示。如每秒振動1000次就可表示為:f=1000Hz。
人耳可聽到頻率範圍為: 20Hz到 20000Hz,頻率高於20000Hz的聲波稱為超聲波,頻率低於20Hz的聲波稱為次聲波。
2、響度
聲音有大有小,通常我們所說音量的大小,就是指響度的大小。
響度的大小與聲源振動的幅度和距離聲源的遠近有關。振動幅度越大、距離越近,響度越大,反之則響度越小。
分貝:在物理學中通常用分貝作為計量聲音響度的單位,用符號dB表示。把人耳可聽到的最小聲音定位0dB,音量增加10倍,分貝值增加20dB,音量再增加10倍,分貝值再增加20dB,以此類推。40dB對應的響度就相當於0dB對應響度的10*10=100倍。
3、音色
音色也叫音品,反映了聲音的品質與特色,不同物體發出的聲音,其音色是不同的,因此我們可以透過音色來判斷不同的聲源。聽到熟人的說話聲音既可以判斷是誰,聽到音樂的聲音可知是什麼樂器發出的。
通常聲源是由許多頻率和振幅各不相同的純音組成的。研究表明,這些純音的頻率組合情況不同,聲音的音色就會不同。
噪音:
從物理學來說,聲源做無規則的振動所產生的聲音叫做噪音。
從環保角度來說,凡是妨礙人們正常休息、工作和學習的聲音,以及對人們要聽到的聲音起干擾作用的聲音都是噪音。這也是我們平時所說的噪音。
噪音的危害:
損害聽力、干擾睡眠、危害健康、破壞建築等。
普通人的聽覺,0~20dB:很安靜;20~40dB:較安靜,猶如輕聲細語;40~60dB:普通的室內談話,生活正常;60~70dB:吵鬧,屬噪聲;70~90dB:很吵,神經細胞受到破壞;90~100dB:聽力受損;100~120dB:難以忍受,超過1分鐘即會造成短暫性耳聾。
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聲波在空氣中傳播時,形成疏密相間的縱波,空氣受到區域性的壓縮和舒張,也就是使空氣週期性地變疏和變密,其壓強響應地發生週期性變大和變小,把比靜止大氣壓強增加或減小的部分稱為“聲壓”,單位是帕(Pa)。
一般人耳對聲壓的感受範圍很廣,當聲波頻率為1000Hz時,剛剛能聽出來的聲壓值為
,人耳所能承受的極限聲壓相差100萬倍。如此大的量程,直接用聲壓度量響度會不方便;更重要的是人耳對聲音強弱的感受與聲壓值的變化不成正比,而是近似地與聲壓變化啊的對數值成正比,因此引入“分貝”,來表示聲音的響度。
聲壓與分貝換算:
取人耳剛能聽到的最低聲壓
為基準聲壓,把實際聲壓p與基準聲壓p0的比值取對數後再乘以20,叫做聲壓級,並以dB表示。該定義用數學公式表示為:
。