声音

空气,像所有物质是由分子组成的。甚至一个小地区的空气含有大量的空气分子。随机的分子都在不断地运动、旅游和速度大。他们不断地碰撞和反弹和罢工反弹与空气接触的对象。

振动的物体将产生声波在空气中。例如,当一个鼓的头打槌,鼓膜振动产生声波。振动鼓膜产生声波因为它时而向外和向内移动,推,然后远离,旁边的空气。罢工的空气分子鼓膜虽然正在向外反弹超过正常的能量和速度,收到鼓膜的推动。这些气流分子进入周围的空气。一会儿,因此,该地区在鼓膜有大于正常浓度的空气分子成为地区的压缩。随着气流分子超越周围空气的空气分子,他们碰撞并通过额外的能量。压缩该地区向外移动的能量振动鼓膜是转移到组织的分子更远,更远。

空气分子撞击鼓膜时向内移动走出不到正常的能量和速度。一会儿,因此,该地区在鼓膜有较少的空气分子比正态变得稀疏的地区。分子与这些速度碰撞分子也反弹速度低于正常,和稀疏的地区向外传播。

声音变得明显的波性质当图绘制显示空气分子的浓度的变化在某种程度上的交变脉冲压缩和稀疏通过这一点。18新利最新登入图形为一个纯质的音调,如由音叉。曲线显示浓度的变化。18新利最新登入开始,任意浓度是正常的,有些时候一个压缩脉冲到达。曲线上的每个点的距离从水平轴表示多少不同浓度正常。18新利最新登入

每个压缩和稀疏后一个周期。(一个周期也可以从曲线上任意一点到下一个对应点)。声音的频率测量周期每秒,或赫兹(缩写为赫兹)。的幅度是最大的数量从正常的空气分子的浓度变化。

一个声音的波长是在一个周期扰动传播的距离。它是声音的速度和频率相关公式速度/频率=波长。这意味着,高频率的声音,低频声音长波长。人耳可以检测声音频率低至15赫兹和高达20000赫兹。在静止空气在室温下,听起来与这些频率波长的75英尺(23米)和0.68英寸(1.7厘米)。

强度是指由扰动传播的能量。它正比于振幅的平方。强度是衡量在瓦特每平方厘米或分贝(db)。分贝范围定义如下:强烈的10到16瓦每平方厘米= 0分贝。(以十进制形式写出,10到16显示为0.0000000000000001)。每增加10倍,那么瓦每平方厘米意味着增加10 db。因此强烈的10 - 15瓦每平方厘米也可以表示为10 db和强烈的身手(或0.0001)的风险尤其瓦每平方厘米120 db。

声音的强度与源距离增加迅速下降。小声源辐射能量向各个方向均匀,强度成反比与源的距离的平方。两英尺的距离,从源强度的四分之一是伟大的,因为它是一只脚的距离;在三英尺只有九分之一的一只脚,等等。

球场

距取决于频率;一般来说,频率的上升会导致上升的感觉。能够区分两个声音的频率接近,然而,减少上下部分的声音频率范围。18新利最新登入人与人之间也有变异的能力区分两个几乎相同的频率的声音。一些训练有素的音乐家可以检测频率的差异1或2赫兹一样小。

因为听力的机制功能,球场的感觉也是影响强度。因此当音叉振动在440赫兹的频率(在钢琴上高于中央C)是贴近耳朵,略低的语气,好像叉振动更慢,都听到了。

当源的声音是移动速度相对较高,一个固定的听众听到声音高音调当源正朝着他或她,和一个良好的低音调当源转移。这种现象称为多普勒效应,是由于波自然的声音。

响度

一般来说,强度的增加将导致增加响度的感觉。但响度并不增加强度成正比。50分贝的声音十倍的强度40分贝的声音,但仅仅是声音的两倍。响度双打每增加10 dB的强度。

响度也受到频率的影响,因为人类的耳朵比别人更敏感一些频率。听到这个声音强度最低的门槛,将产生的感觉听到对于大多数人关于0分贝在2000到5000赫兹频率范围。对于频率低于或高于这个范围,必须有更大的强度能听到声音。因此,例如,一个100 Hz的声音几乎听不见的在30分贝;10000赫兹的声音几乎听不见在20分贝。在120到140分贝大多数人经历身体不适或疼痛,和这种级别的强度被称为疼痛的阈值。

声音的速度取决于媒介的弹性和密度是旅行。在一般情况下,声音在液体的传播速度要比在固体比液体的气体和更快。弹性越大,密度越低,越快声音的传播媒介。数学是速度=(弹性/密度)的关系。

的弹性和密度对声速的影响可以通过比较空气中的声速,氢和铁。空气和氢气几乎相同的弹性性质,但氢的密度小于空气的。因此声音传播速度快(约4倍)氢气比空气。虽然空气的密度远小于铁,铁的弹性非常比空气大得多。因此声音传播速度快(大约14倍)在铁比在空气中。

材料中的声速,尤其是在气体或液体,随温度,因为温度的变化会影响材料的密度。例如,在空气中声速随温度的增加。在32°F。(0°c),空气中的声速是每秒1087英尺(331米/秒);在68°F。(20°c),它是每秒1127英尺(343米/秒)。

亚音速和超音速是指一个物体的速度,如飞机,与周围空气中的声速。亚音速低于声速;超音速的速度,超过音速。物体产生冲击波,而超音速速度比普通声波。冲击波是一种压缩波,当生产的空气,通常可以听到的音爆。

超音速物体的速度通常用马赫竞赛来表示对象的速度比周围的空气中的声速。因此一个对象旅行马赫1是音速的速度;二是马赫的速度是音速的两倍。

光波和其他波,声波反射、折射、干涉和衍射,展览。

反射

声音不断反射不同的表面。大多数时候反射的声音是没有注意到,因为两个相同的声音到达人耳不到1/15秒分开不能区分作为独立的声音。当反射的声音听到另外,它被称为一个回音。

声音从表面在同一角度反映的罢工。这个事实可以关注声音通过弯曲反射表面以同样的方式弯曲的镜子可以用来聚焦光。也占了所谓的低语画廊的影响,房间中可以听到一个词低声明显在其他点相当遥远,尽管它不能听到房间里的其他地方。(美国国会大厦的雕像厅是一个例子)。反射还用于声音集中在一个扩音器,通过合手当调用。

声音的反射会造成一个严重的问题在音乐厅和礼堂。设计不良的大厅,一个演讲者的第一个词可能波及反复(echo)几秒钟,这样听众可能会听到所有的单词句子的同时。音乐可以类似地扭曲。这样的问题通常可以纠正了覆盖反射表面吸音材料,如窗帘或吸声砖。衣服也吸收声音;因为这个原因回响在空荡荡的大厅里比在一个满是人。所有这些多孔吸音材料;声波进入小充气空间在他们直到他们的能量。实际上,他们是被困。

使用反射的声音有些动物,尤其是蝙蝠和齿鲸,echolocation-locating,和在某些情况下识别、物体通过听觉而不是视觉。蝙蝠和齿鲸鱼发出的声音的频率远远超过人类听觉的上限,高达200000赫兹的鲸鱼。波长较短的声音反映甚至从非常小的对象。蝙蝠可以正确地定位和捕捉甚至在完全黑暗的蚊子。声纳是一个人工形式的回声定位。

折射

当波传递从一个物质转移到另一个角,它通常改变速度,导致波前弯曲。声音的折射可以证明在物理实验室通过使用lens-shaped气球充满二氧化碳使声波的焦点。

衍射

当声波通过一个障碍或通过一个开放的障碍,障碍的边缘或开放作为次级声源,发送相同的声波频率和波长(但低强度)与原始来源。声波的传播从次要来源被称为衍射。由于这种现象,声音可以听到周围的角落尽管声波一般以直线的方式行进。

干扰

每当波相互作用,发生干涉。声波的现象也许是最好的理解思维的按压和稀疏的两波到达某个点。当海浪在阶段按压和稀疏一致,他们相辅相成的相长干涉。当他们的阶段,这样一个配合的稀疏的按压,他们倾向于削弱甚至取消彼此相消干涉。两波之间的相互作用产生一个合成波。

在礼堂,声音从舞台上和声音之间的相消干涉反射在大厅里的其他部分可以创建盲点的体积和清晰的声音都是穷人。这样可以减少干扰反射表面上使用吸音材料。另一方面,干扰可以改善一个礼堂的声学品质。这是通过安排这样的反射表面的声音实际上是增加在该地区的观众。

两波近但不平等之间的干扰频率产生的语气交替强度增加和减少,因为两波不断下降的阶段。脉动听到称为节拍。钢琴调谐器利用这种效果,调整一个字符串的语气对标准的音叉,直到打败不再能被听到。

单一纯的声音频率仅通过音叉和电子设备称为振荡器;大部分声音音调的不同频率和振幅的混合物。产生的音调乐器有一个重要的共同特征:他们是周期性的,也就是说,振动发生在重复模式。示波器跟踪喇叭的声音显示了这样一个模式。18新利最新登入对于大多数音乐剧的声音,如气球破裂或一个人咳嗽,一个示波器跟踪会显示一个锯齿状,不规则的图案,表明混杂的频率和振幅。18新利最新登入

列的空气,在一个喇叭,和钢琴弦都有一个基本频率频率振动时最容易启动。列的空气振动,频率主要取决于列的长度。(小号的阀门是用来改变列的有效长度。)振动弦,基频取决于字符串的长度,它的张力,和单位长度上的质量。

除了它的基本频率,一个字符串或振动的空气也会产生色彩的频率出现整数倍数的基本频率。色彩产生的数量和它们的相对强度,让一个给定源的乐音独特的品质,或音色。添加更多的色彩会产生一个复杂的模式,如示波器跟踪的喇叭的声音。

18新利最新登入振动弦的基本频率如何取决于字符串的长度,紧张,和质量单位长度所描述的三个法律:

1。的基频振动弦的长度成反比。

振动弦的长度减少一半,能双频率,提高了一个八度,如果张力是相同的。

2。振动弦的基本频率的平方根成正比紧张。

增加一个振动的弦的张力提高频率;如果张力是由四倍大,频率是翻了一倍,音高是提高了一个八度。

3所示。振动弦的基本频率的平方根成反比单位长度上的质量。

这意味着两个字符串相同的材料,相同的长度和张力,厚字符串的基本频率较低。如果一个字符串的单位长度上的质量是其他的四倍,较厚的字符串有一个基本频率的1/2薄字符串,并产生一个基调低一个八度。

关于声音的第一个发现是在公元前六世纪的希腊数学家和哲学家毕达哥拉斯。他指出一个振动的弦的长度之间的关系和语调产生了现在被称为第一定律的字符串。毕达哥拉斯也可能知道声音是由振动引起的感觉。不长时间后,他认识到,这种感觉取决于振动穿过空气和惊人的耳膜。

大约1640的法国数学家马林梅森素数进行了第一次实验来确定空气中的声速。梅森素数也因发现第二和第三定律字符串。在1660年,英国科学家罗伯特·博伊尔表明声音的传播需要一个载体中显示的钟声,在罐子里的空气被泵不能听到。18新利最新登入

德国物理学家,恩斯特克拉尼广泛分析发音振动在1700年末和1800年初的。1801年,法国数学家傅立叶发现此类复杂波与振动产生的字符串与所有它的色彩由一系列简单的周期波。

很多工作在波一般是在19世纪完成的。英国物理学家托马斯•年轻做研究尤其是在衍射和干涉。基督教约翰·多普勒奥地利制定实际之间的数学关系和感知到的波的频率波的来源是相对于观察者移动。

音响效果的一个重要贡献的理解是由华莱士克莱门特Sabine,哈佛大学的物理学家,在1890年代末。Sabine被要求改善的主要演讲厅的声学哈佛大学福格艺术博物馆。他第一次测量混响——他发现在演讲厅5 1/2秒。实验首先从附近的剧院,坐垫上,后来与其他吸音材料和其他方法,为建筑声学Sabine奠定了基础。他设计了波士顿交响厅(1900年开业),第一个与科学制定建筑声学。

在20世纪下半叶,噪声水平的上升在现代世界尤其是在城市areas-prompted一系列全新的调查,在很大程度上处理噪声对人类的生理和心理影响。