聲(物理術語)

聲,指的是一切正在發聲的物體都在振動。

基本介紹

  • 中文名:聲
  • 聲音的產生:一切正在發聲的物體都在振動
  •  聲音的傳播:聲音靠介質傳播,氣體
  • 聲音的傳播2:聲音在介質中以聲波形式傳播
  • 補充:頻率越大音調越高
產生和傳播,聲音的三要素,音調,響度,音色,聲波,危害與控制,

產生和傳播

1、聲音的產生:
一切正在發聲的物體都在振動;振動停止,發聲也停止。(振動產生聲)
2、聲音的傳播:
(1)聲音靠介質傳播,氣體液體固體都可以傳播聲音。真空不能傳聲;
(2)聲音在介質中以聲波形式傳播,聲音在介質中的傳播速度與介質有關,聲音在固體中傳播速度最快, 在液體中第二,氣體排第三。(軟木是例外,軟木細胞壁薄,內部氣泡多)
(3) 聲速還與介質溫度有關,聲音在15℃的空氣中的傳播速度為340m/s左右。
(4)聲波在兩種介質的交界面處發生反射,形成回聲。人耳要想區分原聲和回聲,回聲到達人耳要比原聲晚0.1s以上。如果不到0.1s,則回聲和原聲混在一起,人耳無法分辨。
(5)利用回聲可以測距離,如測海有多深(聲吶),離障礙物有多遠(雷達)。(這是一種仿生技術,出自蝙蝠,海豚一類)
(6)耳朵在感知聲音的過程中,如果有一個環節出現了故障,都會引起耳聾。耳聾分為神經性耳聾和傳導性耳聾。後者可以通過骨傳導感知聲音。
骨傳導:聲音通過頭骨,頜骨也能傳導到聽覺神經,引起聽覺。
聲音的特性:
1、音調:聲音的高低。音調的高低由物體振動的快慢決定,物體學中用頻率來表示物體振動的快慢,頻率的單位為赫茲,簡稱為赫,符號為Hz。物體振動的頻率越大,音調就越高,頻率越小,音調就越低。
2、響度:聲音的強弱。響度與物體的振幅有關,振幅的單位是分貝,符號是dB。振幅越大,響度越大;振幅越小,響度越小。響度還跟距發聲體的遠近有關。
3、音色:不同發聲體發出的聲音,即使音調和響度相同。我們還是能夠分辨它們。這個反應聲音特徵的因素就是音色。
聲音可以傳遞能量信息
比如超音波潔牙(能量),語言交談(信息)。
聲音傳播的幾種方式聲音傳播的幾種方式

聲音的三要素

音調

聲音的高低。它由發聲體振動頻率決定,頻率越大音調越高。物體在1秒內振動的次數叫頻率,頻率的單位叫赫茲,符號Hz。人耳能聽到的聲音頻率是20Hz~20000Hz,高於20000Hz的聲音叫超音波,如海豚的發聲頻率為7000HZ~120000HZ。低於20Hz的聲音叫次聲波,如大象可以用人類聽不到的次聲波來交流。人發出的聲音頻率大約是80Hz~1100Hz。

響度

人耳感覺到的聲音強弱。它跟發聲體的振幅大小及距離發聲體的遠近有關,離得越近,響度越大,振幅越大,響度越大。物體在振動時偏離原來位置的最大距離叫振幅。振幅的單位是米。計量響度大小的單位是分貝(dB),但聲音一旦超過100分貝,就是人們常說的“噪音”。

音色

不同發聲體所發出聲音的品質不相同,由發聲體的材料、結構、形狀決定。
(1)音色反映聲音的品質,音色也叫音品。
(2)不同的發聲體所發出的音色各不相同。

聲波

聲源體發生振動會引起四周空氣振盪,那種振盪方式就是聲波。聲以疏密波的形式傳播著,我們把它叫做聲波.聲波藉助各種媒介向四面八方傳播。在開闊空間的空氣中那種傳播方式像逐漸吹大的肥皂泡,是一種球形的陣面波。聲音是指可聽聲波的特殊情形,例如對於人耳的可聽聲波,當那種陣面波達到人耳位置的時候,人的聽覺器官會有相應的聲音感覺。
正弦波是最簡單的波動形式。優質的音叉振動發出聲音的時候產生的是正弦聲波。
正弦聲波屬於純音。任何複雜的聲波都是多種正弦波疊加而成的複合波,它們是有別於純音的複合音。正弦波是各種複雜聲波的基本單元
聲波是大氣壓力之外的一種超壓變化。
聲波的產生
聲波是聲音的傳播形式。聲波是一種機械波,由物體(聲源)振動產生,聲波傳播的空間就稱為聲場。在氣體液體介質中傳播時是一種縱波,但在固體介質中傳播時可能混有橫波。人耳可以聽到的聲波的頻率一般在20赫茲至20000赫茲之間。
聲波可以理解為介質偏離平衡態的小擾動的傳播。這個傳播過程只是能量的傳遞過程,而不發生質量的傳遞。如果擾動量比較小,則聲波的傳遞滿足經典的波動方程,是線性波。如果擾動很大,則不滿足線性的聲波方程,會出現波的色散,和激波的產生。
從20世紀50年代起,核武器的發展對次聲學的建立起了很大的推動作用,使得對次聲接收、抗干擾方法、定位技術、信號處理和傳播等方面的研究都有了很大的發展,次聲的套用也逐漸受到人們的注意.其實,次聲的套用前景十分廣闊,大致有以下幾個方面:
1.研究自然次聲的特性和產生機制,預測自然災害性事件.例如颱風和海浪摩擦產生的次聲波,由於它的傳播速度遠快於颱風移動速度,因此,人們利用一種叫“水母耳”的儀器,監測風暴發出的次聲波,即可在風暴到來之前發出警報.利用類似方法,也可預報火山爆發、雷暴等自然災害.
2.通過測定自然或人工產生的次聲在大氣中傳播的特性,可探測某些大規模氣象過程的性質和規律.如沙塵暴、龍捲風及大氣中電磁波的擾動等.
3.通過測定人和其他生物的某些器官發出的微弱次聲的特性,可以了解人體或其他生物相應器官的活動情況.例如人們研製出的“次聲波診療儀”可以檢查人體器官工作是否正常.
4.次聲在軍事上的套用,利用次聲的強穿透性製造出能穿透坦克、裝甲車的武器,次聲武器——般只傷害人員,不會造成環境污染。
聲波之過
次聲波危害及軍事用途
1890年,一艘名叫“馬爾波羅號”帆船在從紐西蘭駛往英國的途中,突然神秘地失蹤了. 20年後,人們在火地島海岸邊發現了它.奇怪的是:船上的開都原封未動.完好如初.船長航海日記的字跡仍然依稀可辨;就連那些死已多年的船員,也都“各在其位”,保持著當年在崗時的“姿勢”;
1948年初,一艘荷蘭貨船在通過馬六甲海峽時,一場風暴過後,全船海員莫名其妙地死光;在匈牙利鮑拉得利山洞入口, 3名旅遊者齊刷刷地突然倒地,停止了呼吸......
上述慘案,引起了科學家們的普遍關注,其中不少人還對船員的遇難原因進行了長期的研究.就以本文開頭的那樁慘案來說,船員們是怎么死的?是死於天火或是雷擊的嗎?不是,因為船上沒有絲毫燃燒的痕跡;是死於海盜的刀下的嗎?不!遇難者遺骸上看不到死前打鬥的跡象;是死於飢餓乾渴的嗎?也不是!船上當時貯存著足夠的食物和淡水.至於前面提到的第二樁和第三樁慘案,是自殺還是他殺?死因何在?兇手是誰?檢驗的結果是:在所有遇難者身上,都沒有找到任何傷痕,也不存在中毒跡象.顯然,謀殺或者自殺之說已不成立.那么,是以及病一類心腦血管疾病的突然發作致死的嗎?法醫的解剖報告表明,死者生前個個都很健壯!
經過反覆調查,終於弄清了製造上述慘案的“兇手”,是一種為人們所不很了解的次聲波.次聲波是一種每秒鐘振動數很少,人耳聽不到的聲波.次聲的聲波頻率很低,一般均在20赫茲以下,波長卻很長,傳播距離也很遠.它比一般的聲波、光波和無線電波都要傳得遠.例如,頻率低於1赫的次聲波,可以傳到幾千以至上萬公里以外的地方.1960年,南美洲的智利發生大地震,地震時產生的次聲波傳遍了全世界的每一個角落!1961年,蘇聯在北極圈內進行了一次核爆炸,產生的次聲波竟繞地球轉了5圈之後才消失!
次聲波具有極強的穿透力,不僅可以穿透大氣、海水、土壤,而且還能穿透堅固的鋼筋水泥構成的建築物,甚至連坦克、軍艦、潛艇和飛機都不在話下.次聲穿透人體時,不僅能使人產生頭暈、煩躁、耳鳴、噁心、心悸、視物模糊,吞咽困難、胃痛、肝功能失調、四肢麻木,而且還可能破壞大腦神經系統,造成大腦組織的重大損傷.次聲波對心臟影響最為嚴重,最終可導致死亡。
人耳能夠分辨不同聲音的原因
空氣粒子振動的方式跟聲源體振動的方式一致,當聲波到達人的耳鼓的時候就引起耳鼓同樣方式的振動。驅動耳鼓振動的能量來自聲源體,它就是普通的機械能。不同的聲音就是不同的振動方式,它們能夠起區別不同信息的作用。人耳能夠分辨風聲、雨聲和不同人的聲音,也能分辨各種言語聲,它們都是來自聲源體的不同信息波。
言語聲
言語聲是按人類群體約定的方式使用的,它包含語言學信息。人們以同樣方式來使用言語聲才能夠達到互相理解的目的。反覆不斷的交際活動和交際過程中的趨同作用使那種約定能夠不斷持續下去。幼兒是通過交際學會使用那種約定好的言語聲的。那種約定也會在幾代人長期過程中逐漸改變,語言也就有了演變。三世、四世同堂的家庭中已經可以覺察出細微的演變來。
請注意,聲波不是衝擊波,聲波前進的過程是相鄰空氣粒子之間的接力賽,它們把波動形式向前傳遞,它們自己仍舊在原地振盪,也就是說空氣粒子並不跟著聲波前進!同樣,在語音研究中要區分氣流與聲波,它們是兩回事。在發音器官里,聲帶、舌尖或小舌的顫動,以及輔音噪聲的形成等,都離不開氣流的作用,但是氣流不是聲波的代名詞。所謂“*濁音氣流”、“*清音氣流”的說法似乎包含了極其含混的意思。
另外,即使沒有其他聲源體的作用,空氣粒子總是在做無規則的震盪,或者說它們總是在騷動,它們激發起微弱的“白噪聲”。絕對靜寂的大氣空間是不存在的。所謂背景噪聲還包括自然界或人類生活環境裡許多聲源體雜亂的聲音,對於言語交際來說它們沒有信息價值。居室四壁或陡峭的山坡還有回聲效應,噪聲被放大、被增強了。言語聲和它的滯後的回聲疊加在一起,變成複雜的迴響聲。電聲儀器設備里也都有白噪聲。那種沒有通信價值的噪聲很強烈的時候人們會心煩意亂。有意思的是,在噪聲極小的消聲室待久了,人會感到不安寧。音樂中恰當使用沙錘之類的噪聲帶來的是藝術欣賞價值。人類語言裡的許多輔音都包含噪聲,它們很重要,能夠起區分輔音的作用。

危害與控制

1、噪聲有兩個定義,一個是發聲體做無規則、雜亂無章的振動時發出的,一個是從環保學的角度來講,是指污染環境的聲音。噪聲危害人類的身心健康,必須加以控制。
2、聲音的等級用分貝來劃分:為了保護聽力,應控制噪聲不超過90分貝;為了保護工作和學習,應控制噪聲不超過70分貝;為保證睡眠和休息,應控制噪聲不超過50分貝。30~40分貝是較為理想的安靜環境;70分貝會干擾談話,影響工作效率;長期生活在90分貝以上的噪聲環境中,聽力會受到嚴重影響並產生神經衰弱、頭疼、高血壓等疾病;如果突然暴露在高達150分貝的環境中,鼓膜會破裂出血,雙耳會完全失去聽力。
3、減弱噪聲的途徑有:在聲源處減弱,在傳播過程中減弱,在人耳處減弱。
城市噪音的來源主要有幾種,一種是建築噪音,這種噪音是階段性的。另一種是交通噪音,這種噪音的影響持續較長。第三種噪音是我們生活噪音,例如娛樂場所的噪音、打麻將聲、音樂電視等。
在這幾種噪音中,最難對付的是汽車噪音,採取了對付汽車噪音,理論上就可以同時解決生活噪音問題,當然,低強度的建築噪音也是可以解決的。但是對於打樁所發出的聲音,我只能說,是很難對付的,除了他們在限制時間內停工外,我們總不能把自己家裝修成試音室的隔音標準。
首先我們要先來了解一個基本概念:分貝,分貝是聲壓級的大小單位(符號:dB),(聲壓單位為Pa,由於以這個單位表示聲壓時候,數據會跨越幾個數量級,一般人比較難於把握,於是又規定了聲壓級的概念,單位為分貝。根據聲壓級的概念,聲壓的增加與聲壓級的增加為對數關係:聲壓增加一倍,聲壓量級增加約6分貝;聲壓增加二倍,聲壓量級增加約9.5分貝;聲壓增加十倍,聲壓量級增加20分貝)。20分貝是人剛能聽到的最微弱的聲音,20分貝以下的聲音,一般來說,我們認為它是安靜的,當然,一般來說15分貝以下的我們就可以認為它屬於"死寂"的了。20-40分貝大約是情侶耳邊的喃喃細語。40-60分貝屬於我們正常的交談聲音。60分貝以上就屬於吵鬧範圍了,70分貝我們就可以認為它是很吵的,而且開始損害聽力神經,90分貝以上就會使聽力受損,而呆在100-120分貝的空間內,如無意外,一分鐘人類就得暫時性失聰(致聾)。其中汽車噪音介乎80-100分貝,以一輛汽車發出90分貝的噪音為例,在一百米處,仍然可以聽到81分貝的噪音(以上標準會因環境的差異有所不同,並非絕對值)。
交通噪音的大小受下面幾個因素影響:
1、 鄰近公路車流量越高的,噪音越大。主幹道上的肯定會比在小區市政路的噪得多。
2、 鄰近公路車速越高的,噪音越大。
3、 重型車輛比例越高的,噪音越大,例如貨櫃車(貨櫃車輛)。
4、 公路路面質量越低的,噪音越大。同樣的路面質量,有減速帶的也會比沒有減速帶的吵。
5、 離公路越近的,噪音越大。同一輛重型貨車經過時,離公路10米位置的高5.5米的住宅(平面直線距離)衰減0.3分貝,30米衰減4分貝、50米衰減6分貝、100米衰減8.9分貝。
6、 離公路同一距離,普通住宅樓層越高的,噪音越大。(目前沒有上限數據,不排除到達一定高度就減弱的可能,但以現在一般高層為32層來說是如此。)認為住得高點就遠離噪音的想法是錯的。
7、 有道路隔音屏障的,要比沒有隔音屏障的輕。
8、 有建築體阻隔的要比沒有的影響輕。
要解決交通噪音,我們就要看汽車噪音究竟有幾種,總的來說可以歸納為下面幾種:
1、 汽車輪胎與地面摩擦的聲音。這種聲音基本上屬於低音而且伴隨著振動。這種情況尤其鄰近的是混凝土的公路比柏油路的要嚴重。
2、 汽車發動機、排氣管、汽車傳動系統的聲音。馬力越大、使用車限越長的車輛,這方面的噪音就越強。
3、 汽車喇叭、風阻和剎車、減速帶及承載物撞擊引起的車輛振動的聲音。
知道了噪音的主要來源和分類,我可以就可以逐個解決。
、對付噪音的最好辦法就是窗戶要嚴封,不管你是單層窗還是雙層窗,密封是最主要的。木桶的承載量是由最短的木片決定的,而隔音效果是由最弱的一環決定的。從現在的技術水平來說,用塑鋼窗來做為密封的手段是最有效的裝修方案。對於已經採用鋁合金的用戶,應該確保鋁合金的框線的密封條的完好。相對而言,鋁合金窗的密封性要比塑鋼窗差。
2、窗戶密封解決了,下一步就是要使其更密封,畢竟隔音不是說密封了就行的,還得看密封性能。在塑鋼窗中採用中空玻璃就是一個很有效的辦法。因為最噪人的往往是高音部分,而高音是直線傳播的,用玻璃可以使其大部分反射,中空玻璃則可以使其沒有反射的部分消耗殞盡。但是要注意奸商把沒經過處理的雙層玻璃當中空玻璃賣給你。
3、通過使用厚質窗簾來可消耗部分聲音的能量,也是一種較簡單的辦法,當然並不是一件非常有效的辦法。
4、 對於振動摩擦這些中低音,我們可以採用地毯,織物甚至吸(隔)音棉等來減弱他們對室內的影響。在床腳加裝膠墊也可以減輕一定的振動感。同時床墊採用棕櫚墊也要比採用彈簧的席夢思好,當然,硬床板就更不用說了。
5、 現在有一些房子採用輕質磚(空心磚)做外牆,這些材料密封性較差,如果你所處公路邊對你影響很大的話,還可以在靠馬路的牆上做一道木方(輕鋼)加紙面石膏板內充吸(隔)音棉的夾層,然後再用牆紙之類的裝飾表面(當然也可以採用普通的牆漆處理表面)。
6、 當然,無論怎么做隔音,也不要忘了適當的通風,太封閉的環境對睡眠一樣不健康。在面向噪音的一邊要防噪,對於背對的一邊也要適當地保持通風條件,當然適當地並不是要求你窗戶洞開,因為噪音的東西都有一定的迴響的,它可能會影響你後面的樓宇又傳回來你所在的樓宇的。
以上的做法,我們是針對馬路邊的噪音而處理的,其實對於其他的噪音同樣有效。但一般來說,交通噪音是最主要的噪音種類,所以解決了交通噪音也就解決了其他的噪音。當然,對於打樁之類的噪音,有但不是長遠的,只能通過向環保局之類的機構投訴來解決,畢竟打樁聲音的強度太大,一般的隔音措施較難防範,事實上我們也沒必要為了防止短期的噪音而去做試音室的隔音裝修標準。

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