声现象 · SoundLab

声音的产生

用橡胶锤敲一下音叉，再把它靠近悬挂的乒乓球：乒乓球被一次次弹开。音叉的振动很快、幅度很小，眼睛看不清，乒乓球把它放大了——这种方法叫转换法。

敲鼓时，鼓面上的纸屑会跳起来。用手握住音叉或按住鼓面，振动停止，声音也随之消失。

声音是由物体的振动产生的

正在发声的物体叫声源。固体、液体、气体都可以振动发声：说话靠声带振动，笛子靠空气柱振动，流水声靠水的振动。

声音的传播

把正在响的电铃放进玻璃罩，用抽气机逐渐抽出罩内的空气：气压计的示数越来越小，铃声越来越轻，可以看到小锤还在敲，却几乎听不见了。再让空气进入罩内，铃声又变大。

罩内不可能抽成绝对的真空，电铃还通过底座传出一点点声音。由此推理：如果罩内完全没有空气，就听不到铃声了——

声音的传播需要介质，真空不能传声

打开“声波”视图，看罩内的空气粒子越来越稀，传出罩外的声波越来越弱。宇航员在太空中只能靠无线电交谈。

声速

同时让声音沿三条 1.2 m 长的路跑：一根钢管、一槽水、一段空气。终点的传感器接到示波器上，记下声音到达的时刻。画面是放慢一千多倍的。

v = s / t

声音在钢里最快（约 5200 m/s），在水里约 1500 m/s，在 15 °C 的空气里约 340 m/s：一般情况下固体中的声速 > 液体中 > 气体中；空气越热，声速越大。

在一根很长的铁管一端敲一下，另一端的人能听到两次声音：第一次来自铁管，第二次来自空气。

音调高低

把钢尺紧按在桌面上，一端伸出桌边，拨动它。改变伸出的长度，保持拨动的力度不变（控制变量）：伸出越短，振动越快，发出的声音越尖。

物体每秒振动的次数叫频率，单位是赫兹（Hz）。示波器上波形越密，频率越高。

频率越高，音调越高

人耳能听到的声音频率范围大约是 20 Hz – 20000 Hz。低于 20 Hz 的叫次声波，高于 20000 Hz 的叫超声波。把钢尺伸出很长再拨，能看到它在振动，却听不到声音。

响度

用不同的力度敲鼓：用力越大，鼓面振动的幅度越大，纸屑跳得越高，声级计的读数越大。

物体振动的幅度叫振幅。声音的强弱叫响度，常用分贝（dB）表示。

振幅越大，响度越大

响度还跟距发声体的远近有关：把声级计移远，读数变小——声音传播时逐渐分散。用喇叭、听诊器把声音集中起来，可以减少分散、增大响度。

音色

用不同的发声体发出同一个音（例如 A4 = 440 Hz），示波器上的波形疏密相同（频率相同，音调相同），但形状不同。

不同发声体的材料、结构不同，发出声音的音色（音品）也就不同。音叉的声音几乎是纯正弦波；钢琴、尤克里里的声音里除了基音，还混着许多泛音，右边的小图画出了各次谐波的强弱。

我们“闻其声知其人”、听出是哪种乐器在演奏，靠的就是音色。

音调 · 响度 · 音色——声音的三个特性

回声 · 声的利用

声音遇到障碍物会被反射回来，形成回声。回声到达人耳比原声晚 0.1 s 以上，人才能把它和原声区分开，所以障碍物至少要在 17 m 外。

超声测距仪的探头发出一串 40 kHz 的超声波，再接收挡板反射回来的回声。量出往返时间 t：

s = v t / 2

蝙蝠靠回声定位捕食，渔船用声呐探测鱼群，医生用 B 超看体内的器官——声音可以传递信息；超声波清洗眼镜、击碎结石——声音可以传递能量。软的、多孔的材料能吸收声音，回声就很弱。

噪声的危害和控制

从物理学角度看，噪声是发声体做无规则振动时发出的声音；从环境保护角度看，凡是妨碍人们正常休息、学习和工作的声音都是噪声。

人们用分贝（dB）表示声音的强弱等级：30–40 dB 是较理想的安静环境；超过 50 dB 会影响休息；超过 70 dB 会干扰谈话；长期生活在 90 dB 以上会损害听力。

防止噪声产生 · 阻断噪声传播 · 防止噪声进入耳朵

摩托车装消声器、在声源处罩上隔音罩；公路旁建隔音墙、种树；工人戴上耳罩——对应控制噪声的三个环节。

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