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前言

百度词条中介绍声音的概念：

声音（sound)是由物体振动产生的声波。是通过介质（空气或固体、液体）传播并能被人或动物听觉器官所感知的波动现象。最初发出振动（震动）的物体叫声源。声音以波的形式振动（震动）传播。声音是声波通过任何介质传播形成的运动。

声音是一种波。可以被人耳识别的声（频率在20 Hz~20000 Hz之间），我们称之为声音。

本篇文章以最根本的物理角度来看待声音，其中的内容都是笔者自己学习整理的。如果有错误或者需要补充的地方希望大家多多指正。

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一、声音的产生与传播

总所周知，声音是通过物体的震动产生的，比如人的声带，喇叭。但是为什么震动就可以产生声音了呢？

能够听到声音还有一个必不可少的条件——介质。这个介质就是分子和原子。

例如声音在空气中，当敲击音叉时，音叉产生了震动，当音叉向外震动时，它同步挤压前面的空气分子，使它们彼此靠近，从而形成一个高压区。这些分子接着对邻近的分子施加压力，使它们也依次靠得更近，因此一个紧密结合的分子形成脉冲(压缩波)；接着，又因为膜片向内运动而产生一个低压区(稀疏波)，看起来像是这样：

更直观的看空气中的疏部和密部：

当没有声音时，空气中处于平衡的压强，也就是静压强。当有声音时，密部的压强就要大于静压强，而疏部的压强要小于静压强。而交变的压强差即为声压。

初中物理中有说：声音在不同介质中传播速度一般是固体>液体>气体，声的传播速度与介质的种类和介质的温度有关。

正是因为压强取决于密度：每单位体积中分子越多，分子碰撞物体的次数越多，产生的压强也就越大，而温度越高，空气中分子移动得越快，它们彼此碰撞越多，产生的压强越大。

由于密部压强很大，所以就会往静压小的地方移动，声音也就随之传播。

二、声音的折射

由于空气中的声速随着温度的升高而增加，而在白天，海拔较高处的空气比近地面处的空气温度高，所以高处声音传播的速度也更快一些。这种速度的增加使声音在较热的空气中向下弯曲(折射)，并在一定距离内返回地面。由于折射效应，有时声音在很远的地方比在近的地方听得更清楚。

折射也解释了为什么在迎风情况下人们很难听见声音。在迎风情况下，风会使声波的传播速度稍微变慢一些，越往高处风速越快，声波速度降低得就更多一些，所以离地几米高处的声波的传播速度相对来说要更慢一些。声音从低速区域折射到高速区域，因此声波将远离地面和人的耳朵，朝上方传播。

振动越快，产生的压力脉冲就越接近，它们到达某处(比如说鼓膜)时的频率就越高。也就是说，声音的频率会上升。如果一个人试图通过加快膜片向内和向外移动的距离来更用力地推动空气，那么脉冲中的压缩量和稀薄度就会增加，从而导致声压更高，听起来声音也就更大。如果我们强行让膜片的运动速度超过介质中的声速，那么在下一个脉冲形成时，前一个脉冲还没有来得及离开膜片，因此，它们就堆积成一个单一的、被称为冲击波的极高压脉冲，这也是音爆和响鞭声的成因。

三、描述声音的术语

1.频率

一秒钟内振动质点完成的全振动的次数叫振动的频率，其单位为赫(Hz)。

对于声音，简单的说，声音源例如鼓膜在单位时间内发生的震动次数，比如鼓膜1s钟振动了1次，那么频率就是1Hz。

2.振幅

振幅是物体振动时离开平衡位置最大位移的绝对值，振幅在数值上等于最大位移的大小。

对于声音来说，振幅就是产生物体的震动导致压强与静压相差的值，也就是声压。

3.声速

声波每秒在介质中传播的距离，记作c，单位为m/s。声速与传播声音的介质和温度有关。在空气中，声速（c）和温度（t）的关系可简写为：c = 331.4+0.607t 常温下，声速约为345m/s。

4.波长

沿声波传播方向，振动一个周期所传播的距离，或在波形上相位相同的相邻两点间距离，记为λ，单位为m。

三、声音的基本特性

1.响度

人主观的感觉到声音的大小，俗称音量，单位是分贝（db）。

由于是人的主观性感觉，所以影响响度的方面有很多：

• 振幅越大，声音越大
• 离声音源越近，分子越活跃，声音越大
• 与频率和波形相关

但是由于这是由于主观性的感知，比如即使是同一段声音，同一个人多听几遍，就可能觉得每一次的音量都不是相同的，而且声压合适，但是频率过高或者过低，人耳依旧是听不到的，这是生理构造上的，就好比海豚能够听到比人类范围更大的频率。

所以一般来说，分贝的大小在应用的过程中只考虑到压强不同来定义分贝的不同。

但是如果单单只用声压来表示分贝，就会出现巨大的偏值范围：例如人耳能够承受的最大声强（20000帕）比能够听到的最小声音（0.00002帕）相差要有十亿倍，这显然是一个很大的数字。

实际分贝计算公式：

声压级（分贝）= 20×lgP/P0

公式中的P0=0.00002帕斯卡(Pa)。由于自然界中声音的绝对声压差可达1000万倍，耳聋预防，为了便于应用，故采用对数计算出分贝值，可大大缩小这一差距。

2.音调

声音频率的高低叫做音调（Pitch），物体振动的快，发出声音的音调就高。振动的慢，发出声音的音调就低。在相同情况下，物体越短、越细、越紧、越轻时，振动得越快，频率越大，音调越高。

男性和女性的音调上就存在巨大的差别，男低音歌唱家可以低到每秒65次，而女高音歌唱家可以高达每秒1180次。再比如细弦比粗弦的音调要高

3.音色

音色：音色是人们区别具有同样响度、同样音调的两个声音之所以不同的特性，或者说是人耳对各种频率、各种强度的声波的综合反应。音色与声波的振动波形有关，或者说与声音的频谱结构有关。

胡琴、钢琴、吉他、笛子等乐器发出的声音，即使振幅相同，频率相同，我们可以很清楚的分辨出来哪一个是钢琴，哪一个是吉他。
例如下图就是钢琴和音叉，相同的振幅和频率，但是由于谐波不同，音色也不同

总结

以上是对声音是如何产生、如何传播，以及对于一些基本属于和特性的介绍了。
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