声学知识科普

声音的量度
我们听起来，有的声音大，有的声音小，那么究竟用什么 尺度来衡量声音的大小呢？ 原来声波是疏密波，它使空气时而变密，时而变稀。空气 变密，压强就增高；空气变稀，压强就降低。这样，由于声波 的存在，使大气压产生迅速的起伏。这个起伏部分称为声压， 声压越大，声音越强，声压越小，声音越弱，人们就用声压作 为衡量声音大小的尺子。 正常人耳刚刚听到的得声音的声压称为可听阈声压，而当 声压使人耳产生疼痛感觉称为痛阈声压。
乐音的波形图
噪声的波形图
噪声的分类
那么，如何更深入地认识噪声呢？这里先让我们对噪声 的分类进行一些了解。 噪声可以从很多方面来分类，例如为区分由于自然现象 和人为产生的噪声，可以分为自然噪声和人为噪声；又如，按 频率分布，把噪声分为低频（<500Hz）、中频（500Hz～ 1000Hz）和高频（>1000Hz）噪声。 所以，不同的分类法，有时对同一噪声可以有不同的名 称。
发声体振动 的振幅 发声体本身 的材料、结 构
振幅：物体振动的幅度
音色是辨别不同发声体的依据
音色
声音的特色
关于噪声——定义
人们的日常生活是离不开声音的。但当人们睡觉或者需要 安静时，声音就成为不需要的了；当声音达到一定的强度时， 对人们的身体健康还有危害。这种声音就是噪声。 那么，噪声的定义是什么？它与乐音又有什么区别呢？
空气抽到真空
频率
总之，振动的物体是声音的声源，振动在弹性介质（气体、 固体和液体）中，以波的方式进行传播，这个弹性波就叫做声 波，一定频率范围的声波作用于人耳就产生了声音的感觉。 敲一下音叉，它就会一来一回的摆动。这个有规则的摆 动就叫振动。音叉往返一次算作一次振动，每秒振动的次数叫 频率，用 来表示，单位是赫。1千赫或1000赫表示每秒经过一 f 给定点的声波有1000个周期。 但不是所有的振动人耳都听得见，只有频率为20～20000 赫的振动人耳才能产生声音的感觉。低于20赫的声波叫次声， 高于20000赫的声音叫超声。
按城市环境噪声分类，我们将噪声分为交通噪声、工业 噪声、建筑施工噪声、社会生活噪声。 交通噪声，顾名思义就是包括道路机动车辆、内河航运 船舶、铁路车辆以及飞机等的噪声； 工业噪声主要是工厂的各种动力设备、加工机械、生产 设备等产生的噪声； 建筑施工噪声，主要来源于建筑机械发出的噪声； 社会生活噪声，这包括了人们的社会活动和家用设备发 出的噪声。
这就是某两段噪声 的频谱分析。
声音的特性——乐音
乐音的三要素：音调、响度和音色。
含义 决定因素 相关问题 频率(f)：物体每秒钟振动的次数。 单位：Hz 人的发声频率范围： 85Hz~1100Hz 人的听觉频率范围： 20Hz~20000Hz 次声波与超声波
音调
声音的高低
发声体的振 动频率
声音的大小 响度
在距离声源很远的地方，以及在通道和管子中声波一般成 平面波的形状传播。
另外，声波在远距离中传播时，总有一部分能量被空气吸 收，由于空气吸收而引起的声衰减与声波的频率、空气的温度、 温度有关。高频声波比低频声波衰减的快，因此，我们听到原 来的飞机声音主要是低频成分。但随着飞机据我们的距离越来 越近，高频成分也就逐渐增加了。
声压级
但是从听阈到痛阈，声压的绝对值相差一百万倍。用声压 的绝对值来表示声音的强弱是很不方便的。 为了方便起见，人们便引出一个成倍比关系的对数量—— 级，来表示声音的大小，这就是声压级。这正如风级按级分、 地震按级算一样。 声压级的单位是分贝。分贝又是什么呢？它是一个相对单 位，没有量纲，它来源于电讯工程，在电讯工程中，常用两个 功率比的常用对数来表示放大器的增益，这样得出的单位叫贝 尔。分贝是贝尔的十分之一，因此分贝就是十乘以两个功率比 值的常用对数的单位。
点声源---球面波
线声源---平面波
声波的衰减
在大多数情况下在大多数实际情况下，可以近似地认为声 波在声源附近具有球面波形状。球面波的强度与离开声源距离 的平方成反比而降低，即当离声源的距离增为2、3、4、5倍时， 声音的强度将相应地减为 、 1 1、 1 1 、 。 4 9 16 25 这是因为声源每秒钟发出的能量是一个恒量，离开声源的 距离越大，能量的分布面也越大，因此，通过单位面积的能量 就越小。这也就是离声源距离越近，声音越强，离声源的距离 越远，声音越弱的原因。这叫做声波的距离衰减。
声音的频谱
声音，有的低沉，有的尖锐。这是因为声音具有着不同的 频率。频率低，音调低，声音低沉；频率高，音调高，声音尖 锐。 作为可闻声音，频率从20～20000赫，有1000倍的变化范 围。为了方便起见，人们把一个宽广的声频范围划为几个小的 频段，这就是通常所说的频带或频程。 我们以频率（频带）为横坐标，以声压级（声强级、声功 率级）为纵坐标，作出噪声测量图形，就可以清楚地了解该噪 声的成分和性质，这就叫做频谱分析。
虽然正常人能够听见20Hz到20000Hz的声音，但老年人的 高频声音减少到10000Hz（或可以低到6000Hz）左右。 超声波（高于20000Hz）和正常声波（20Hz - 20000Hz） 遇到障碍物后会向原传播方向的反方向传播，而部分次声波 （低于20Hz）可以穿透障碍物，俄罗斯在北冰洋进行的核试验 产生的次声波曾经环绕地球6圈。 超低频率次声波比其他声波（10Hz以上的声波）更具对人 的破坏力，一部分可引起人体血管破裂导致死亡，但是这类声 波的产生条件极为苛刻，能让人遇上的几率很低。
声波的传播特性——绕射
声波在传播过程中，遇到障碍物或孔洞时，当波长比障碍 物或孔洞大得多时，会发生绕射现象。 低频声波波长达十来米，所以很容易绕射过去。如果墙上 有孔洞，很容易发生低频的“漏声”。
在建筑规划和设计时，应当注意到声波的反射、折射、绕 射现象，以达到理想的声学效果。 此外，声波在传播时，还可以相互叠加，这叫做声波的
回音壁——完美的折射
回音壁，是天坛中存放皇帝祭祀神牌的皇穹宇外围墙。 墙高3.72米，厚0.9米，直径61.5米，周长193.2米。整个围 墙都很光滑。只要有人对着这个墙壁说话（如图中A处），由 于声波沿着它的内壁多次反射，站在内墙下任何位置的人都 可以清楚地听到他的声音，并且觉得声音是从临近的墙壁处 传来的。 天坛的这些建筑物中充分体现了 声音反射的原理，是我国古代劳动人 民对建筑声学的一大贡献。
声速
声波在一定介质中传播的速度叫声速，用c来表示，单位 是米/秒。在常温（20℃）和标准大气压下，空气中的声速是 344米/秒。但声速不是固定不变的，当温度发生变化时，声速 也随着发生变化，在0℃时，声速c=331.5米/秒，每增加1℃， 声速增加0.607米/秒。在不同的介质中，声速也是不同的。
从物理学观点讲，噪声就是各种不同频率和声强的声音的 无规律的杂乱组合，如汽车的轰隆声等等，它的波形图是没有 规则的非周期性的曲线；乐音是有规律的振动产生的，它的波 形图是周期性的曲线。钢琴、琵琶等弦乐器，笛、黑管等管乐 器发出的就是乐音。 从生理学观点讲，凡是使人烦躁的、讨厌的、不需要的声 f 音都叫噪声。从这个意义上来说，噪声和乐音就很难区分了。 如：一个人演奏钢琴，理应属于乐音，但对于正在睡觉或思考 问题的邻居来说，就成了讨厌的噪声。
声波的传播特性——折射
声波在传播过程中，遇到不同特性阻抗（特性阻抗是介质 的密度和该介质中的声速的乘积，单位是瑞利）的界面时，如 从空气入射到钢板上，除了反射外，还将发生折射现象。当介 质存在温度差时，特性阻抗也会发生相应的变化，声波亦将发 生折射现象。 当有风时，亦将发生声音的折射现象。一般地说，因为地 面上有障碍物，地面的风速总要比上层空间的小。因此，在顺 风时，声音在上层传播得快，向下折射，而在逆风时，声音在 地面传播得快，相声折射。这就是顺风说话，老远的就可听见， 而逆风说话，人们很不容易听见的道理。
从这里我们可以直观的看出 在我们生活中出现的声音所对应 的分贝值。
声音的其他表征
声波作为一种波动形式，当然是具有一定的能量，人们也 常常用能量的大小来表征声辐射的强弱，这就引出了声强和声 功率两个物理量。 声强是在声传播的方向上，单位时间内通过单位面积的声 能量。 声功率是声源在单位时间内辐射出来的总能量。 与声压一样，声强和声功率也用级来表示，这就是声强级 和声功率级，其单位也是分贝。
声波的传播特性——反射
当声波遇到障碍物时，就像皮球碰在墙上一样，会发生反 射。在一个封闭的房子里，声波向四面八方传播，碰到墙、顶 棚、地面、家具等就会发生反射现象。 反射声的存在，会使原来的声音加强。由于反射声的存在， 当声源停止发声后，短时间还能听到声音，这叫做混响声。在 噪声控制中，用吸声材料和吸声结构在房屋内表面做饰面就是 为了减弱这个因反射而产生的混响声。从而使整个房间的噪声 降低。
我们与声音
了解了声音本身的一些性质，我们现在再来看看人耳是 如何感知声音的。 首先我们来看看人耳的构造：人的耳朵是由外耳、中耳 和内耳三部分组成的。
人可以通过两种途径听到声音： 第一种途径： 外界声音——鼓膜——听小骨及其它组织——听觉神经— —大脑 第二种途径（骨传导）： 声音——头骨、颌骨——听觉神经——大脑 正常人通过这两种途径都能听到声音；耳聋的人则是通过 第二种途径听到声音。 伟大的音乐家贝多芬耳聋后就是用牙咬住木棒的一端，另 一端顶在钢琴上听自己演奏的琴声。
人的发声频率在100Hz（男低音）到10000Hz（女高音）范 围内。 蝙蝠就能够听见频率高达120000赫的超声波，它发出的声 波频率也可达到120000赫。蝙蝠发出的声音，频率通常在 45000赫到90000赫范围内。狗能够听见高达50000赫的超声波， 猫能够听见高达60000赫以上的超声波，但是狗和猫发出的声 音，都在几十到几千赫的范围内。 需要提醒一下，在空气中传播的声波只是波动形式，空气 本身并不传走，它只是在原地振动。这如同水波一样，在 水上的漂浮物只是来回振动，并不传走，传走的只是水波的波 动形式。
我们把能够发出声音的物体叫做声源，但声源不一定非