声音

吠
旺財在吠!

吠声使空气在压缩稀薄状态之间变动:

压缩稀薄

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:

 

声波
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

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:

响度分贝对频率图
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

 

声音强渡是功率每单位面积

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:

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

强度以距离的平方减弱 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。

反平方距离=1 面积=1 强度=1、距离=2 面积=4 强度=0.25、距离=3 面积=9 强度=0.111……

功率每平方米随着距离的平方减小。

因为:

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
  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?

闪电

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。

回升拍手
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:

声纳
发出声纳 …… 在鱼身上反射 …… 接收回声。

声纳沉船
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
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":

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~~~"):

多普勒趋近 趋近:较高频率
离开:较低频率 多普勒离开
     

所有的波都有这个现象,包括光和海浪: