声学

物理学分支

声学是物理学中波动学的一个领域,研究媒质中机械波,包括声波超声波次声波。研究课题包括声波的产生,接收,转换和声波的各种效应。同时声学测量技术是一种重要的测量技术,有着广泛的应用。[1][2]

消音室中的人工全向声源

历史编辑

中国商代(公元前17~12世纪)的编磬已有很接近自然律的乐律,比毕达哥拉斯利用提出自然律的乐律要早一千多年。

基本概念编辑

声音是由物体振动产生的。声音的传播需要介质,它可在气体液体固体中传播,但真空不能传声。声音在不同物质中的传播速度也是不同的,一般在固体中传播的速度最快,液体次之,在气体中传播得最慢。并且,在气体中传播的速度还与气体的温度和压强有关。正常情況下,聲速約等於331+0.6*攝氏溫度 m/s,室溫15攝氏度時聲速約340 m/s,常溫(15攝氏度)時聲速約340米/秒。

一般而言,波長越長之聲音可以傳得越遠,但容易因散射而失真。相反地波長短的聲音雖然能量衰減快但不易散射,能夠直線傳遞聲音。

有规律的声音叫乐音,没有规律的声音叫噪音。 响度、音调和音色是决定乐音特征的三个因素。

  • 响度。物理学中把人耳能感觉到的声音的强弱称为响度。声音的响度大小一般与声源振动的幅度有关,振动幅度越大,响度越大。分贝(dB)则常用来表示声音的强弱。
  • 音调。物理学中把声音的高、低称为音调。声音的音调高低一般与发生体振动快慢有关,物体振动频率越大,音调就越高。
  • 音色。音色又叫音品,它反映了声音的品质和特色。不同物体发出的声音,其音色是不同的,因此我们才能分辨不同人讲话的声音、不同乐器演奏的声音等。

另外,有许多声音是正常人的耳朵听不到的。因为声波的频率范围很宽,由10-4Hz到1012Hz,但正常人的耳朵在80分貝(dB)之下只能听到20Hz到20000Hz之间的声音。通常把高于20000Hz的声音称为超声波,低于20Hz的声音称为次声波,在20Hz到20000Hz之间的声音称为可闻声

一般來說正常人說話時,頻率通常落在150~2000HZ之間。而人耳對於約3000HZ的聲音最為敏感(由於人耳~2.7cm=波長/4)。

而音樂中所謂的音階,每差一個音階其頻率就差了兩倍(中音Do約262HZ,是低音Do之131HZ的兩倍)。在各自音階中每半音頻率會增加21/12倍(約1.0595倍)。

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延伸閱讀编辑

参考文献编辑

  1. ^ 关定华. 声学的进展. 中国科学院院刊. 1993年, (第3期): 第210页. 
  2. ^

3.Jian-Jiun Ding, Advanced Digital Signal Processing class note, the Department of Electrical Engineering, National Taiwan University (NTU), Taipei, Taiwan, 2020.

外部連結编辑