基本介紹
- 中文名：聲音
- 外文名：sound
- 學科：物理
- 分類：自然科學
物理名詞,原理,特性,傳播,聲音術語,噪聲,聲學套用,次聲波套用,超音波套用,聲音試驗,反射實驗,測定實驗,共鳴實驗,響度實驗,真空不能傳播,反射和吸收,空氣中傳播,雙耳效應,空氣中的傳播,聲音滅火,聲音震碎玻璃,資源保護,不同的原因,
物理名詞
物理中聲音是由物體振動發生的，正在發聲的物體叫做聲源。物體在一秒鐘之內振動的次數叫做頻率，單位是赫茲，字母Hz.人的耳朵可以聽到20Hz-----20000Hz的聲音.最敏感是1000Hz-----3000Hz之間的聲音。
聲音在不同介質中傳播速度一般是固體>液體>氣體（例外如：軟木 500m/s，小於煤油（25℃）、蒸餾水（25℃）等），聲的傳播速度與介質的種類和介質的溫度有關。
聲音在各類物體中的傳播速度：
真空 0m/s（也就是不能傳播）
空氣(0℃) 331m/s
空氣（15℃） 340m/s
空氣（25℃） 346m/s
軟木 500m/s
煤油（25℃） 1324m/s
蒸餾水（25℃） 1497m/s
海水（25℃） 1531m/s
冰 3230m/s
銅（棒） 3750m/s
大理石 3810m/s
鋁（棒） 5000m/s
鐵（棒) 5200m/s
物理中，音調指樂音的高低，響度指聲音的大小強弱，音色指聲音的特色，要區分開。
有時，我們站在山上高呼，會聽到我們的回聲，是因為聲音在傳播的過程中，遇到這樣的障礙，會反彈回來，再次被我們聽到.當兩種聲音傳到我們的耳朵里時，時差小於0.1秒時，我們就區分不開了。當聲源停止振動後，聲音還會持續一段時間，這種現象叫做混響。當然，在一個有障礙物、阻擋物的空間內發出聲音，就會有回聲，也就是說，只要聲音在傳遞過程中遇到障礙物就會反彈，發生回聲現象。多數情況下，只有一個較大分貝的聲音在空曠環境下，人耳才會分辨出回聲，而日常生活中人耳也經常收集到回聲，但由於回聲的分貝低或者在嘈雜環境下，所以人耳分辨不出回聲，所以不能產生“日常生活中沒有回聲”這樣的誤解，其實，只是我們的耳朵分辨不出這樣的聲音，或者說是大腦接受到但分辨不出而已。
自然界中，有光能，水能，生活中有機械能，電能，其實聲也有能量。例如，兩個頻率相同的物體，敲擊其中一個物體，另一個物體也會振動發聲，這種現象叫做共鳴.聲音傳播是帶動了另一個物體的振動，說明聲音也有能量。
人們以分貝為單位來表示聲音的強弱，符號為dB。0分貝剛剛引起聽覺。人們把超過聽力的聲音叫做超音波，把低於聽力的聲音叫做次聲波。
原理
聲音是一種壓力波：當演奏樂器、拍打一扇門或者敲擊桌面時，他們的振動會引起介質——空氣分子有節奏的振動，使周圍的空氣產生疏密變化，形成疏密相間的縱波，這就產生了聲波，這種現象會一直延續到振動消失為止。
（圖）聲音
（圖）聲音因此，一般的聲音總是包含一定的頻率範圍。人耳可以聽到的聲音的頻率範圍在20到2萬赫茲之間。高於這個範圍的波動稱為超音波，而低於這一範圍的稱為次聲波。狗和蝙蝠等動物可以聽得到高達16萬赫茲的聲音。鯨和大象則可以產生頻率在15到35赫茲範圍內的聲音。
聲音的傳播用量子力學解釋便是原子的運動，形成了聲波。但這與波粒子等名詞沒有聯繫。
特性
- 頻率是每秒經過一給定點的聲波數量，它的測量單位為赫茲，是以海因里希·魯道夫·赫茲的名字命名的。此人設定了一張桌子，演示頻率是如何與每秒的周期相關的。
- 音調，響度，音色是樂音的三個主要特徵，人們就是根據他們來區分聲音。
- 當兩個物體碰撞後振動產生聲音時，若兩者振動頻率比為不可化簡的複雜比，如：201：388，那么我們分辨出來會覺得這個聲音刺耳；相反，若兩者振動頻率比為可化簡的簡單比，如：3：7，那么我們分辨出來會覺得很動聽。（畢達哥拉斯發現）
傳播
聲音的傳播需要物質，物理學中把這樣的物質叫做介質，這個介質可以是空氣，水，固體.當然在真空中，聲音不能傳播。聲音在不同的介質中傳播的速度也是不同的。聲音的傳播速度跟介質的反抗平衡力有關，反抗平衡力就是當物質的某個分子偏離其平衡位置時，其周圍的分子就要把它擠回到平衡位置上，而反抗平衡力越大，聲音就傳播的越快。水的反抗平衡力要比空氣的大，而鐵的反抗平衡力又比水的大。
聲音的傳播也與溫度和阻力有關。
聲音還會因外界物質的阻擋而發生折射，例如人面對群山呼喊，就可以聽得到自己的回聲。另一個以折射為例：晚上的聲音傳播的要比白天遠，是因為白天聲音在傳播的過程中，遇到了上升的熱空氣，從而把聲音快速折射到了空中；晚上冷空氣下降，聲音會沉著地錶慢慢的傳播，不容易發生折射。
介質 | 速度 | 介質 | 速度 |
空氣（15℃） | 340m/s | 空氣（25℃） | 346m/s |
水（常溫） | 1500m/s | 海水（25℃） | 1530m/s |
鋼鐵 | 5200m/s | 冰 | 3160m/s |
軟木 | 500m/s | 松木 | 3320m/s |
尼龍 | 2600m/s | 水泥 | 4800m/s |
聲音在空氣中的傳播速度還與壓強和溫度有關。
聲音在空氣中的速度隨溫度的變化而變化，溫度每上升/下降5℃，聲音的速度上升/下降3m/s。
聲音的傳播最關鍵的因素是要有介質，介質指的是所有固體，液體和氣體，這是聲音能傳播的前提。所以，真空不能傳聲。物理參量有聲源離觀察者的距離，聲源的震動頻率，傳播介質有關。
聲音的傳播速度隨物質的堅韌性的增大而增加，物質的密度減小而減少.如：聲音在凍的傳播速度比聲音在水的傳播速度快.凍的堅韌性比水的堅韌性強，但是水的密度大於冰.這減少了聲音在水與凍的傳播速度的差距.格式可寫為：
c=ρ*C
c：聲速
C：堅韌性(coefficient of stiffness)
ρ：密度
聲音術語
頻率
赫茲是頻率單位，記為Hz，指每秒鐘周期性變化的次數。聲源在一秒中內振動的次數，記作f。
頻率周期
聲源振動一次所經歷的時間，記作T，單位為s。T=1/f
波長
沿聲波傳播方向，振動一個周期所傳播的距離，或在波形上相位相同的相鄰兩點間距離，記為λ，單位為m。
聲速
聲波每秒在介質中傳播的距離，記作c，單位為m/s。聲速與傳播聲音的介質和溫度有關。在空氣中，聲速（c）和溫度（t）的關係可簡寫為：c = 331.4+0.607t 常溫下，聲速約為345m/s。
函式模型
純音的函式模型是y=Asin ωx. 我們聽到的聲音的函式是y=sinx+1/2*sin 2x+1/3*sin 3x+1/4*sin 4x+…
頻率f、波長λ和聲速c三者之間的關係是：c = λf 當物體在空氣中振動，使周圍空氣發生疏、密交替變化並向外傳遞，且這種振動頻率在20-20000Hz之間，人耳可以感覺，稱為可聽聲，簡稱聲音，噪聲監測的就是這個範圍內的聲波。頻率低於20Hz的叫次聲，高於20000Hz的叫超聲，它們作用到人的聽覺器官時不引起聲音的感覺，所以不能聽到。
分貝
分貝是用來表示聲音強度的單位，記為dB。人們日常生活中遇到的聲音，若以聲壓值表示，由於變化範圍非常大，可以達六個數量級以上，同時由於人體聽覺對聲信號強弱刺激反應不是線形的，而是成對數比例關係。所以採用分貝來表達聲學量值。所謂分貝是指兩個相同的物理量（例A1和A0）之比取以10為底的對數並乘以10（或20）。N = 10lg(A1/A0) 分貝符號為"dB"，它是無量綱的。式中A0是基準量（或參考量），A是被量度量。被量度量和基準量之比取對數，這對數值稱為被量度量的"級"。亦即用對數標度時，所得到的是比值，它代表被量度量比基準量高出多少"級"。
聲音功率
聲音功率聲功率（W）
聲功率是指單位時間內，聲波通過垂直於傳播方向某指定面積的聲能量。在噪聲監測中，聲功率是指聲源總聲功率。單位為W。
聲功率級：
Lw =10lg(W/W0)
式中：Lw——聲功率級（dB）；
W—— 聲功率（W）；
W0—— 基準聲功率，為10-12 W。
聲強（I）
聲強是指單位時間內，聲波通過垂直於傳播方向單位面積的聲能量。單位為 W / m2。
聲強級：
LI = 10lg(I/I0)式中：LI —— 聲壓級(dB)；
I —— 聲強（W/m2）；
I0 —— 基準聲強，為10-12 W/m2。
聲壓（P）
聲壓是由於聲波的存在而引起的壓力增值。單位為Pa。聲波在空氣中傳播時形成壓縮和稀疏交替變化，所以壓力增值是正負交替的。但通常講的聲壓是取均方根值，叫有效聲壓，故實際上總是正值，對於球面波和平面波，聲壓與聲強的關係是：I= P2 / ρc式中：ρ-空氣密度，如以標準大氣壓與20℃的空氣密度和聲速代入，得到ρ?c =408 國際單位值，也叫瑞利。稱為空氣對聲波的特性阻抗.
聲壓級：
LP = 20lg(P/P0)
式中：LP—— 聲壓級（dB）；
P ——聲壓（Pa）；
P0—— 基準聲壓，為2×10-5Pa，該值是對1000HZ聲音人耳剛能聽到的最低聲壓。
響度（N）
響度是人耳判別聲音由輕到響的強度等級概念，它不僅取決於聲音的強度(如聲壓級)，還與它的頻率及波形有關。響度的單位為"宋",1宋的定義為聲壓級為40dB,頻率為1000Hz,且來自聽者正前方的平面波形的強度。如果另一個聲音聽起來比1宋的聲音大n倍，即該聲音的響度為n宋。
聲音和響度
聲音和響度響度級(LN)
響度級是建立在兩個聲音主觀比較的基礎上，選擇1000Hz的純音作基準音，若某一噪聲聽起來與該純音一樣響，則該噪聲的響度級在數值上就等於這個純音的聲壓級（dB）。響度級用LN表示，單位是"方"。如果某噪聲聽起來與聲壓級為80dB，頻率為1000Hz的純音一樣響，則該噪聲的響度級就是80方。
響度與響度級
根據大量的實驗得到，響度級每改變10方，響度加倍或減半。它們的關係可用下列數學式表示：N = 2[(LN-40)/10] 或 LN = 40+33lgN注意，響度級的合成不能直接相加，而響度可以相加。應先將各響度級換算成響度進行合成，然後再換算成響度級。
聲級
為了能用儀器直接反映人的主觀響度感覺的評價量，有關人員在噪聲測量儀器——聲級計中設計了一種特殊濾波器，叫計權網路。通過計權網路測得的聲壓級，已不再是客觀物理量的聲壓級，而叫計權聲壓級或計權聲級，簡稱聲級。通用的有A、B、C和D計權聲級。A計權聲級是模擬人耳對55dB以下低強度噪聲的頻率特性；B計權聲級是模擬55dB到85dB的中等強度噪聲的頻率特性；C計權聲級是模擬高強度噪聲的頻率特性；D計權聲級是對噪聲參量的模擬，專用於飛機噪聲的測量。計權網路是一種特殊濾波器，當含有各種頻率通過時，它對不同頻率成分的衰減是不一樣的。A、B、C計權網路的主要差別是在於對低頻成分衰減程度，A衰減最多，B其次，C最少。A、B、C、D計權的特性曲線見十四、等效連續聲級、噪聲污染級和晝夜等效聲級。
等效連續聲級
A計權聲級能夠較好地反映人耳對噪聲的強度與頻率的主觀感覺，因此對一個連續的穩態噪聲，它是一種較好的評價方法，但對一個起伏的或不連續的噪聲，A計權聲級就顯得不合適了。例如，交通噪聲隨車流量和種類而變化；又如，一台機器工作時其聲級是穩定的，但由於它是間歇地工作，與另一台聲級相同但連續工作的機器對人的影響就不一樣。因此提出了一個用噪聲能量按時間平均方法來評價噪聲對人影響的問題，即等效連續聲級，符號“Leq”或“LAeq.T”。它是用一個相同時間內聲能與之相等的連續穩定的A聲級來表示該段時間內的噪聲的大小。例如，有兩台聲級為85dB的機器，第一台連續工作8小時，第二台間歇工作，其有效工作時間之和為4小時。顯然作用於操作工人的平均能量是前者比後者大一倍，即大3dB。因此，等效連續聲級反映在聲級不穩定的情況下，人實際所接受的噪聲能量的大小，它是一個用來表達隨時間變化的噪聲的等效量。
LAeq.T =10lg[1/T∫T0100.1LPAdt]式中：LPA—— 某時刻t的瞬時A聲級（dB）；
T —— 規定的測量時間（s）如果數據符合常態分配，其累積分布在正態機率紙上為一直線，則可用下面
近似公式計算：
LAeq.T ≈ L50+d2/60,d = L10 - L90其中L10， L50， L90為累積百分聲級，其定義是：
L10—— 測量時間內，10%的時間超過的噪聲級，相當於噪聲的平均峰值。
L50—— 測量時間內，50%的時間超過的噪聲級，相當於噪聲的平均值。
L90—— 測量時間內，90%的時間超過的噪聲級，相當於噪聲的背景值。
累積百分聲級L10、L50、和L90的計算方法有兩種：其一是在正態機率紙上
畫出累積分布曲線，然後從圖中求得；另一種簡便方法是將測定的一組數據（例如100個），從大 到小排列，第10個數據即為L10，第50個數據即為L50，第90個數據即為L90。
噪聲污染級
許多非穩態噪聲的實踐表明，漲落的噪聲所引起人的煩惱程度比等能量的穩態噪聲要大，並且與噪聲暴露的變化率和平均強度有關。經實驗證明，在等效連續聲級的基礎上加上一項表示噪聲變化幅度的量，更能反映實際污染程度。用這種噪聲污染級評價航空或道路的交通噪聲比較恰當。故噪聲污染級（LNP）公式為：
LNP = Leq + Kσ
式中：K —— 常數，對交通和飛機噪聲取值2.56；
σ —— 測定過程中瞬時聲級的標準偏差。
晝夜等效聲級
也稱日夜平均聲級，符號“Ldn”。用來表達社會噪聲晝夜間的變化情況，表達式為：
Ldn = 10lg{[16×100.1Ld + 8×100.1(Ln+10)]/24}
式中：Ld——白天的等效聲級，時間從6∶00－22∶00，共16個小時；
返回聲源
聲音重量
聲音沒有質量，也就是沒有重量。聲音不是物體，只是一個名稱，聲音是一種縱波，波是能量的傳遞形式，它有能量，所以能產生效果，但是它不同於光(電磁波),光有質量有能量有動量，聲音在物理上只有壓力，沒有質量。
超/次聲波
正常人能夠聽見20Hz到20000Hz的聲音，而老年人的高頻聲音減少到10000Hz（或可以低到6000Hz）左右。人們把頻率高於20000Hz的聲音稱為超音波，低於20Hz的稱為次聲波。超聲波（高於20000Hz）和正常聲波（20Hz - 20000Hz）遇到障礙物後會向原傳播方向的反方向傳播，而部分次聲波（低於20Hz）可以穿透障礙物，俄羅斯在北冰洋進行的核試驗產生的次聲波曾經環繞地球6圈。超低頻率次聲波比其他聲波（10Hz以上的聲波）更具對人的破壞力，一部分可引起人體血管破裂導致死亡，但是這類聲波的產生條件極為苛刻，能讓人遇上的幾率很低。人的發聲頻率在100Hz（男低音）到10000Hz（女高音）範圍內。
蝙蝠就能夠聽見頻率高達120000赫茲的超音波，它發出的聲波頻率也可達到120000赫茲。狗能夠聽見高達50000赫茲的超音波，貓能夠聽見高達60000赫茲以上的超音波，但是狗和貓發出的聲音，都在幾十到幾千赫茲的範圍內（蜜蜂發出的聲音不是翅膀振動導致）。
蝴蝶翅膀扇動頻率很小，每秒大約5次。所以我們一般聽不到蝴蝶翅膀扇動的聲音。
單個正弦波周期
與用於廣播或電視信號等，還有其它的一樣，頻率進一步分為VHF（甚高頻）和UHF（超高頻）。人在年輕時可以聽到約20Hz到20,000Hz(20KHz)的頻率範圍，這是消費類CD的額定頻率範圍。人的聽力從12歲以後開始下降，經常性處於聲壓級極大的情況下會導致我們聽力的靈敏度下降。因此，聲音具有音量/振幅和頻率/音調，另外還有基於時間的聲音結構。聲音達到最大音量有多快，可持續多長時間以及聲音消失直到聽不到時需多長時間。所使用的最基本術語有：
（一）“上升”：聲波從靜音達到最大振幅或音量所需的時間。
（二）“衰變”：聲波達到最大振幅/音量後消失為靜音所需的時間。
聲音的“音量-時間”形狀特性叫作“振幅包絡”。
簡單包絡：“ 上升”達到最大音量並不是立即完成的。聲音然後緩緩地衰變。
將上述振幅/音量包絡用正弦波表示的結果
聲波的包絡：在實際生活中，聲音是混雜的，含有以不同振幅包絡層迭的許多頻率。
噪聲
環境噪聲的來源有四種：一是交通噪聲，包括汽車、火車和飛機等所產生的噪聲；二是工廠噪聲，如鼓風機、汽輪機，織布機和沖床等所產生的噪聲；三是建築施工噪聲，像打樁機、挖土機和混凝土攪拌機等發出的聲音；四是社會生活噪聲，例如，高音喇叭，收錄機等發出的過強聲音。
噪聲疊加和相減
（一）噪聲的疊加兩個以上獨立聲源作用於某一點，產生噪聲的疊加。聲能量是可以代數相加的，設兩個聲源的聲功率分別為W1和W2，那么總聲功率W總 = W1+ W2。而兩個聲源在某點的聲強為I1 和I2 時，疊加後的總聲強
總 = I1 + I2。但聲壓不能直接相加。由於 I1 =P1^2/ρc I2 = P2^2/ρc故 P總^2 = P1^2 + P2^2又 （P1/ P0)^2= 10^(Lp1/10)
(P2 / P0)^2 = 10^(Lp2/10)故總聲壓級：
LP =10 lg[（P1^2 + P2^2）/ P0^2] =10 lg[10^(Lp1/10)+10^(Lp2/10)]
如LP1=LP2，即兩個聲源的聲壓級相等，則總聲壓級：
LP = LP1+ 10lg2 ≈ LP1 + 3(dB)
也就是說，作用於某一點的兩個聲源聲壓級相等，其合成的總聲壓級比一個聲源的聲壓級增加3dB。當聲壓級不相等時，按上式計算較麻煩。可以利用書上圖7-1查曲線值來計算。方法是：設LP1 < LP2,以 LP1 - LP2值按圖查得ΔLP ，則總聲壓級 LP總 = LP1 + ΔLP。
（二） 噪聲的相減 噪聲測量中經常碰到如何扣除背景噪聲問題，這就是噪聲相減問題。通常是指噪聲源的聲級比背景噪聲高，但由於後者的存在使測量讀數增高，需要減去背景噪聲。圖7-2為背景噪聲修正曲線。
例：為測定某車間中一台機器的噪聲大小，從聲級計上測得聲級為104dB,當機器停止工作，測得背景噪聲為100dB，求該機器噪聲的實際大小。解：設有背景噪聲時測得的噪聲為LP ，背景噪聲為LP1，機器實際噪聲級為LP2由題意可知
LP - LP1 =4dB
從圖7-2中可查得ΔLP = 2.2dB,因此該機器的實際噪聲聲級為：
LP2 = LP -ΔLP = 104dB-2.2dB = 101.8dB
如何控制噪音
1．在聲源處防止噪聲產生，如機車上的消音器、城區禁止鳴笛等；
2．阻斷噪聲的傳播，如城市道路旁的隔聲板等；
3．防止噪聲進入耳朵，如工廠的工人帶防噪聲耳罩等。
聲學套用
時至今日，聲學的套用範圍越來越廣，在軍事、醫學、建築等方面有舉足輕重的地位，尤其是建築聲學更是建築設計師們一直在研究的重點科目。
次聲波套用
超音波套用
- 利用超音波的巨大能量還可以把人體內的結石擊碎．
- 清理金屬零件、玻璃和陶瓷製品的除垢是件麻煩事．如果在放有這些物品的清洗液中通入超音波，清洗液的劇烈振動衝擊物品上的污垢，能夠很快清洗乾淨．
- 用超音波探測金屬、陶瓷混凝土製品，甚至水庫大壩，檢查內部是否有氣泡、空洞和裂紋
- 人體各個內臟的表面對超音波的反射能力是不同的，健康內臟和病變內臟的反射能力也不一樣．平常說的“B超”就是根據內臟反射的超音波進行造影，幫助醫生分析體內的病變．
聲音試驗
反射實驗
【目的和要求】
了解聲音在遇到障礙物時的反射現象。
【儀器和器材】
玻璃圓筒（直徑約8厘米，高約40厘米），平面鏡，三合板，金屬板，海綿，表。
【實驗方法】
1．在玻璃圓筒底部墊上一塊海綿，海綿上放一塊表，耳朵靠近玻璃圓筒正上方數厘米處，能清晰地聽見表聲。
2．當耳朵離開玻璃圓筒口豎直方向後，如圖1．57－1甲所示位置，則聽不見表聲。
3．在玻璃圓筒口安放一塊平面鏡，如圖1．57－1乙所示，改變平面鏡角度直到從鏡面里能看到表像時，固定平面鏡的角度。耳朵仍在圖1．57－1甲所示的位置，又能清晰地聽見表聲了。說明聲音能像光一樣反射。
4．用三合板、金屬板、海綿板代替平面鏡實驗，比較聽見的聲音的強弱。說明不同材料反射聲音和吸收聲音的能力不同。
【注意事項】
1．表的聲音不能太小，所選的表要在距表約50厘米處仍能清晰地聽見表聲。
2．為避免玻璃傳聲的干擾，墊表的海綿要選厚些的，以儘量吸收聲音。表也不要直接與玻璃圓筒內壁接觸。
實驗前要反覆校驗，當表放入圓筒後，僅在圓筒豎直上方數厘米處能聽見表聲，其他方向聽不見表聲，這樣演示效果才會好。
3．為了使全班學生能同時聽見表的反射聲音，可用話筒放在耳朵處，用擴音機放大。
測定實驗
【目的和要求】
學習粗略測定聲音速度的方法，了解空氣中聲速的大小。
【儀器和器材】
梆子，秒表或手錶，捲尺。
【實驗方法】
在高牆前或山谷中唱歌或叫喊時，往往可以聽到回聲，而且在早晨時回聲最清晰響亮，因此本實驗最好在早晨進行。首先選擇好合適的實驗場所，例如一堵高牆，高牆的前面平坦空曠。實驗者站在離高牆的距離為R處，按照均勻的時間間隔T敲打梆子。當聽到反射回來的第一次梆子聲與打出來的第二次梆子聲完全重疊時，則表示每次梆子發出的聲音傳到高牆並被高牆反射回來到達實驗者處的時間剛好等於敲梆子的時間間隔T。因此聲音傳播的速度v為v=2R/T
1．站在離高牆100米或更遠的距離，以一定的時間間隔敲打梆子。
2．注意控制敲梆子的節拍，使從高牆處反射回來的梆子聲與敲出來的聲音相重疊。
3．站在旁邊的學生由一人報出敲擊的次數，其他學生同時用秒表或手錶計時。測出敲擊20次至50次的時間間隔t，並由所得的結果計算出敲梆子的時間間隔T(秒）。
4．用捲尺測出敲擊地點到高牆的距離R（米）。
5．將所得的數據代入公式v=2R/T求出聲速v米。同時要記下測量時空氣的溫度，因為空氣中聲音傳播的速度與溫度有關。
【注意事項】
1．實驗者離牆的距離以能清晰地聽到回聲為宜。
2．若每隔一次聽到敲擊聲與回聲重合，則聲速公式v=2R/T。
共鳴實驗
【目的和要求】
認識聲音的共振現象──共鳴的產生條件。
【儀器和器材】
共振音叉（440赫茲音叉一對，其中一個音叉的叉股上另附金屬卡子，用來改變頻率），共鳴箱，音叉槌，吊線上上的輕質小球。
【實驗方法】
1．取下套在叉股上的金屬卡子，把兩音叉分別插在共鳴箱上，使兩共鳴箱的開口相對，彼此相距約50－75毫米，如圖1．56－1所示。敲擊其中一個音叉，幾秒鐘後，用手握住音叉的叉股，使它不再振動發聲。這時可以聽到另一個音叉在發聲。拿一個用線懸吊的輕質小球跟這個音叉的叉股接觸，輕質小球被彈開。表明這個音叉在振動。
2．在第一個音叉的叉股上套上金屬卡子，改變這個音叉的振動頻率，重做上述實驗，另一個音叉就不會振動發聲。
說明產生共振的條件是兩個音叉的固有頻率相同。
【注意事項】
1．音叉插在共鳴箱上插得越緊密，則共振現象越顯著。因此，實驗時要防止音叉與共鳴箱結合處鬆動。
2．實驗前要反覆校驗兩音叉的距離。距離過遠，則音響太弱。距離過近，則顯示的共鳴現象給學生留下的印象不深。
【參考資料】
1．把音叉從共鳴箱上取下來，敲擊音叉，聲音很小。插入共鳴箱上，敲擊音叉，聲音就增大。這是由於箱內空氣的共鳴增大了音叉所發出的聲音強度。
2．用氣柱共鳴器演示空氣柱的共鳴現象。如圖1．56－2所示，一根直徑約3厘米，長100厘米的玻璃管豎直地夾持在支架上，下端用橡皮管與蓄水器連線，組成一個連通器，在玻璃管里盛水。提高蓄水器，使玻璃管里的水面接近管口。降低蓄水器，可增加玻璃管里空氣柱的長度。將振動著的音叉放在玻璃管口的正上方。慢慢降低蓄水器，當水面降到某一位置時（波長的1/4），就聽到很響亮的聲音（氣柱的第一個共鳴點）；繼續降低蓄水器，當水面降到另一位置時（波長1/4的3倍），又會聽到一次響亮的聲音（比上次弱些）（氣柱的第二個共鳴點）。
3．實驗方法1中如果沒有叉股上的金屬卡子，可在叉股上套一段橡皮管或貼上紙片、膠布，同樣能改變音叉的固有頻率。
4．用赫姆霍茲共鳴器演示：赫姆霍茲共鳴器是用黃銅鑄成的，內部是一個空腔，兩端有粗細兩個孔。粗孔是用來接收傳來的聲波，細孔供監聽用。手握共鳴器，將小孔貼近耳邊，如圖1．56－3所示。如果聲音中有接近共鳴器固有頻率的聲音，共鳴器將共鳴。
響度實驗
【目的和要求】
了解音調高低與聲源振動頻率的關係和響度大小與聲源振幅的關係。
【儀器和器材】
發音齒輪（齒數為40、50、60、80），轉台，硬紙片，音叉（附共鳴箱），音叉槌，吊在支架上的輕質小球。
【實驗方法】
1．音調與頻率的關係
把發音齒輪固定在轉台上，搖動轉台，使齒輪勻速轉動。再拿一塊硬紙片接觸其中一個齒輪的鋸齒，如圖1．55－1所示。紙片就振動起來，發出聲音。改變轉台的轉速，可以聽到紙片發出的聲音音調也隨著改變。轉速越大，音調越高。
保持齒輪的轉速不變，用硬紙片接觸不同的齒輪，紙片就發出不同音調的聲音。齒輪的齒數越多，硬紙片和它接觸時發出聲音的音調就越高。
實驗表明：聲音的音調是由聲源振動的頻率決定的。頻率越大，音調越高；頻率越小，音調越低。
2．響度與振幅的關係
將音叉插在共鳴箱上，將吊在支架上的輕質小球貼近音叉的一叉股。用音叉槌輕敲一下音叉，小球被推開的幅度不大，音叉發出的聲音響度小；重敲一下音叉，小球被推開的幅度增大，音叉發出的聲音響度增大。表明聲源振動的振幅越大，響度越大；振幅越小，響度越小。
【注意事項】
發音齒輪軸上的螺帽必須擰緊，以防齒輪打滑，影響實驗效果或被甩出傷人、損壞齒輪。
【參考資料】
1．音調與頻率的關係，還可用驗音盤（圖1．55－2甲）來演示。把驗音盤固定在轉台的軸上，用橡皮管把吹氣管和皮唧連線起來，並把吹氣嘴固定在支架上，對準某一列小孔（圖1．55－2乙）。轉動轉台，使驗音盤勻速轉動，然後踏動皮唧，用吹氣嘴對準驗音盤上的小孔吹氣（用口吹也可以），空氣柱振動發聲。把吹氣嘴從驗音盤邊緣向中心移動（不用最裡面一列不均勻小孔），保持轉速不變，得出音調與頻率的關係。
2．音調與頻率的關係，還可用兩個頻率不同的音叉直接演示。辦法是在每個音叉的叉股上固定—根細鋼針，另備一塊被煙燻黑的玻璃板。用音叉槌敲擊音叉，使兩音叉振動發聲，並同時勻速地在玻璃板上移動。移動時必須注意要使兩音叉的鋼針尖恰好與玻璃板接觸，在玻璃板上得到如圖1．55－3所示的兩條曲線。比較兩條曲線，得出頻率與音調的關係。
3．用上述的一個音叉和燻黑的玻璃板，在音叉槌輕擊和重擊兩種情況下，在玻璃板上得到如圖1．55－4所示的兩條曲線。比較兩條曲線，得出響度與振幅的關係。
真空不能傳播
方法一
【製作方法】
1．用一個大肚的玻璃瓶製作成如圖9．4－1所示的鐘罩。注意：罩底可在玻璃板上加金鋼砂輕輕研磨，使它平整光滑。
2．將瓶口加一個插玻璃管的橡膠塞，通過塑膠管接到手搖抽氣機上，如圖9．4－1所示。
3．把一塊5毫米厚的橡膠板平鋪在桌面上，其上放一小鬧鐘，用做好的鐘罩扣住。
4．為防止上口或下底漏氣，可在各接口處加真空油脂或凡士林密封。
【使用方法】
將鬧鐘上好勁、扣在鐘罩內，搖動抽氣機，給鐘罩抽氣。你會發現，鬧鐘的聲音會由大變小，直至完全聽不到聲音。當停止抽氣，向鐘罩內放入空氣時，聲音又會由小變大。這說明：空氣是傳聲的介質，真空不能傳播聲音。
方法二
【製作方法】
如圖9．4－2所示，在一個玻璃瓶塞下用細線系兩個金屬環。瓶塞上的彎管用軟膠管與兩用氣筒連線。
【使用方法】
先不接兩用氣筒，用手搖瓶，可聽到兩金屬環碰擊的聲響。將瓶子與兩用氣筒連線，抽氣；當瓶內空氣稀薄，軟膠管被大氣壓壓扁，兩用氣筒幾乎抽不動時，捏緊膠管，取下兩用氣筒。再搖瓶子時，只見金屬環相碰，但聽不到響聲，這說明空氣是傳聲的介質，真空不傳播聲音。
反射和吸收
聲音的傳播和光線的傳播一樣，遇到障礙物時會產生反射和吸收現象。堅硬、光滑的物體表面對聲音有明顯的反射作用。柔軟、粗糙、多孔的物體表面則能吸收聲音。自製一個簡單的裝置，就可比較不同物體表面對聲音的反射和吸收作用。
【製作方法】
1．利用長20厘米的兩個裝羽毛球或刻字蠟紙的硬紙筒，其中一個筒一端開口，一端內部固定一塊機械手錶或懷表。另一個筒兩端都開口，將兩個筒安裝在一個可調的支架上，裝置如圖9．5－1所示。
2．準備一塊玻璃板、一塊木板、一塊泡塑板。
【使用方法】
1．將左右兩筒軸線之間的夾角調為90°，把玻璃板放在木架的平台上，耳朵貼近右邊紙筒的上口，即可聽到手錶的“嘀噠”聲；去掉玻璃板換上木板，聲音明顯減弱。當放上泡塑板時，就聽不到聲音了。由此說明：玻璃板對聲音的反射性能最好、木板次之，泡塑板最差。或者說泡塑板對聲音的吸收性能最好。
2．改變兩筒軸線之間的夾角，聲音大小有明顯的變化，說明物體表面反射聲音的大小與接收者的角度有關。
3．實驗過程中，請勿用手觸摸裝置，室內環境應該安靜，以免影響實驗效果。
空氣中傳播
【目的】
用停表計時在戶外測定聲速；練習使用停表；進一步掌握用數步法測量距離。
【器材】
停表2隻，徑賽用發令槍（或爆竹），皮捲尺（或米尺、標好刻度的長繩）等。
【步驟】
1．三人為一組，在學校附近的馬路或公路上選擇400米左右的平直地段進行實驗。兩人在起點，其中一人用發令槍傳送信號，另一人在發令時跟著啟動手中的停表。還有一人位於終點，當聽到發令槍聲時立即啟動手中的停表。然後把兩隻走動的停表交給發令者，由他同時按停停表，兩表計時的讀數差即為槍聲的傳播時間。三人輪換擔任發令者，分別測出時間三次。
2．三人各自用數步法測出兩地之間的距離。可在輪換時，分別數出行走的步效，再乘以自己每走一步的平均跨距。
姓名 | 發出信號到停止 計時的時間t1/s | 聽到聲音到停止 計時的時間t2/s | 聲音傳播 的時間t3/s | 兩地距離 d/m | 聲音傳播 速度v/m*s^-1 |
3．每人把測出的數據分別填入上表，並用速度公式算出聲速。然後，根據三次測得的時間和距離的數據，分別求出這兩個量的平均值，再算一次聲速，作為小組的實驗結果。
雙耳效應
人的耳朵不僅可以聽到聲音，而且可以利用兩個耳朵接收聲音時的強弱差別和時間差別，判斷出發聲物的方位和距離，人耳的這種能力稱為雙耳效應。通常，雙耳效應不被人所注意，但利用一個簡單的裝置可以表演雙耳效應。
【製作和使用方法】
1．用長1．5－2．0米，直徑25毫米的一根塑膠硬管（或金屬管）即可，將內部裝滿細沙後兩端用廢紙堵住，在火爐旁加熱後窩成一個圓形，兩管口相距250毫米左右。
2．倒出管中的細沙，將管口打磨光滑，用布條將管掛在試聽者的兩耳旁如圖9．6－1所示。
3．試聽者緊閉雙眼，耳貼管口，助手用一細木棒輕擊管的任意部位，試聽者皆能準確地判斷出敲擊處的位置，這就是雙耳效應。
空氣中的傳播
【製作和使用方法】
1．找兩個直徑約10厘米的鐵皮罐頭筒，將兩個底去掉，並在一面繃上乳膠薄膜。再像圖9．3－1那樣把鐵筒口對口地支架起來。
2．在一個筒的薄膜外吊一個泡沫塑膠小球。另準備一個1厘米粗的光滑小木棒。
3．用小木棒敲擊右筒薄膜，左筒薄膜外的小球就會不斷敲擊薄膜。
【注意事項】
1．兩個筒的外形尺寸應該完全一致，兩個膜的繃緊程度要適當調整，才能得到良好的實驗效果。
2．兩個圓筒的開口要對齊、距離應由近及遠逐漸調整。
聲音滅火
如果我問你，失火的時候應該用什麼來把它撲滅。你會毫不猶豫地說“當然是用水啦”。那我再問你，你是怎樣熄滅蠟燭的？你也會毫不猶豫的說“當然是用嘴來把它吹滅啦”。
你的回答是不錯的。在日常生活中，這是我們最常用的滅火和滅燭的方法。可是我卻是用聲音來熄滅蠟燭的，奇怪嗎？
準備好一張硬紙、剪刀、膠水，我們來做一個聲滅火器。其實它只不過是一個圓柱形的紙盒，這個紙盒的做法如下。
先從硬紙上剪下一張邊長為20厘米的正方形，把它捲成一個直徑約5厘米的圓筒，用膠水把紙筒的接合處粘牢，再從硬紙上剪下兩個直徑約6厘米的圓。在其中一個圓的中心處剪一個直徑約1.5厘米的小圓洞，然後把兩個圓粘到紙筒兩端把紙筒的兩端堵住，使它形成一個圓柱形的紙盒。這就是聲滅火器。不過你一定要把粘合處粘牢，千萬不要使接縫處漏氣。
把一支點燃的蠟燭固定在桌子上。然後用你的左手握住圓紙盒，把它拿到離蠟燭60厘米左右的地方，並且使盒蓋上的洞對準蠟燭的火焰。用你右手的食指不停地彈圓紙盒的盒底。圓紙盒發出了“撲撲”的聲音。不一會兒，你就會發現蠟燭的火焰被熄滅了。
難道真的是聲音把火給撲滅了嗎？如果你還不相信，那你還可以多試幾次，結果都是一樣的。
因為你用力敲擊盒底的時候，產生了聲音，聲音本身是一種波，而聲波是有壓力的。在這個壓力的作用下，火焰便被“壓”滅了。這就是聲滅火器的道理。
聲音震碎玻璃
玻璃是混合物，其中有矽酸鹽和大量的二氧化矽以及其他的雜質，所以不存在固有頻率。但是對於石英玻璃，是有的，在20000*（1+8%）Hz之間。人的聲帶頻率一般不高於2000Hz，因此很少能把玻璃振碎（共振），但是有些特殊的女高音，其聲帶頻率可以達到和玻璃頻率很相近的程度，從而振碎玻璃，但是這種情況比較少。
而且聲音震碎玻璃要有前提，首先，人出的聲音必須與玻璃的共振頻率一致，而且，玻璃一定要存在這肉眼看不見的破裂和裂口，只有具備了這些所有的外部條件之後，再加上一點任自己的運氣，用聲音擊碎玻璃是完全有可能的。
2005年“探索”頻道《MythBusters》電視節目就探討了這個問題，搖滾歌手兼歌唱教練傑米．溫德拉就用自己的聲音擊碎了一些玻璃器皿，他嘗試過12隻酒杯，後來無意中幸運地擊碎一隻，第一次證明了個人聲音就能擊碎玻璃的說法是正確的，他擊碎玻璃的那一幕被拍成了電視。溫德拉的擊碎玻璃的詠嘆調被紀錄為105分貝，音量幾乎和電鑽鑽起來差不多。
資源保護
自1877年愛迪生髮明留聲機以來，人類歷史進入了有聲時代，許多珍貴的歷史資料，有了新的儲存和流傳方式。很多寶貴的聲音資料，正在一點點被無情的時間所侵蝕，如果得不到妥善的保管和保護，最終我們將會失去這些珍貴的歷史音符。由此，2013年8月30日上午，十二屆全國人大常委會第四次會議表決通過了《全國人民代表大會常務委員會關於修改〈中華人民共和國商標法〉的決定》，自2014年5月1日起施行。《商標法》修正案增加了可以註冊的商標要素，規定聲音可以作為商標註冊。
聲音商標的規定正式生效，美麗的音符也就不再只是為我們所欣賞，它還具備一定的商業價值。隨著無線網路的普及，多媒體廣告不僅出現在網路上，還可以出現在手機微信、部落格及各類APP套用上，為自己打上“聲音”商標，將引發企業的無限創意。這種是一種保護聲音資源的有效途徑。
在多媒體系統中，聲音信號通常要經過編碼處理，轉換成可以存儲、傳輸和播放的檔案格式。常用的聲音檔案格式如下所述。
- WAV：Microsoft公司開發的一種聲音檔案格式。波形未經壓縮，質量好，占用空間大。它在PC機上廣為流行，幾乎所有音頻編輯軟體都“認識”它。
- MP3：MP3全稱為MPEG Audio Layer-3，是WAV檔案經過特殊壓縮後產生的一種音樂格式檔案，壓縮比最高可達到1:12以上，屬於有損壓縮。
- MP4：採用MPEG-2中的音頻壓縮技術。壓縮比比MP3高，甚至可以達到1:20。特點是音質好、傳輸速率要求低。
- RA：RA全稱為Real Audio，是Real Networks公司開發的一種流媒體音頻檔案格式。它的特點是可以隨網路頻寬的不同而改變聲音的質量，主要適用於在Internet上進行音頻檔案的實時傳輸和播放。
- CD：是比較好的一種聲音格式檔案，16位採樣精度，44.1 kHz採樣頻率，可完全重現原來的聲音。
- WMA：Microsoft公司推出的音頻檔案格式。壓縮比為1：18。音質強於MP3、RA格式。支持音頻流技術，適合在網路上線上播放。
- OGG：OGG全稱為Ogg Vorbis，是一種開放的音頻編碼。OGG具有先進的音頻描述能力，它可以在不影響舊有的編碼器或者播放器的情況下，不斷地進行檔案大小和音質的改良。同樣位速率編碼的Vorbis和MP3檔案具有相當的聲音質量。
不同的原因
當你張嘴發聲時你聽到的遠不如你周圍的人聽到的醇和柔美——都怪你的腦殼。準確的說，這是你的頭骨在振動而已。你的聲音來自喉嚨的下部，藉助肺部排出的空氣通過你的聲帶，產生振動而發聲。這聲音然後被喉頭部分放大，再被你的嘴唇舌頭組織成文字，通過周圍的環境迴響出去，進入聽者的耳朵，刺激他們的鼓膜及內耳結構，將模擬波形轉變為電信號，最終傳遞給大腦理解。
然而，內耳不僅僅拾取外部來源的聲音。身體內部的振動也能夠激發這些聽覺結構。當你說話時，聲帶的快速顫動實際上帶動你的顱腔振動。“當你說話時，聲音在你的喉嚨里振動，順帶振動你的皮膚，顱骨和口腔，我們把這些也當作聲音。
但聲音在骨頭裡傳播可不像在空氣里傳播一樣容易。其中增加的阻力導致聲波頻率下降，降低了你聽到的音調，從而造成一種反饋現象，刺激鼓膜既接受從空氣中傳來的聲音，也接受顱骨振動產生的刺激。這個效果導致你無法真正聽到你自己的聲音。因為你的耳朵一般處於你嘴的後面，從嘴裡吐出的聲音必須首先擊中某個物體才能反彈回你的耳朵里。這也導致聲波的能量損失，也就是頻率和音調，結果就是相比於其他人直接聽到你嘴裡的發聲，你聽到的是扭曲的，略低的聲音。這兩種聲音(內部的和外部的)被你大腦整合成一種聽覺信號，也就是“自己的聲音”，不過其實是帶了重低音的。
