声音，物体振动产生的声波

物理名词

声音是由物体振动发生的，发声的物体叫声源。物体一秒钟内振动的次数叫做频率，单位是赫兹，字母Hz。人的耳朵可以听到20Hz-20000Hz的声音，最敏感是1000Hz—3000Hz之间的声音。

声音在不同介质中传播速度不同。一般情况是固体u003e液体u003e气体，声音的传播速度与介质的种类和介质的温度有关。

常见物体中的声速如下：

真空 0m/s（也就是不能传播）； 空气() 331m/s；空气（15℃） 340m/s； 空气（） 346m/s；软木 500m/s； 煤油（） 1324m/s；蒸馏水（25℃） 1497m/s；海水（） 1531m/s；冰 3230m/s；铜（棒） 3750m/s；大理石 3810m/s；铝（棒） 5000m/s；铁（棒) 5200m/s。

物理中，音调指乐音的高低，响度指声音的大小强弱，音色指声音的特色，要区分开。

有时，我们站在山上高呼，会听到我们的回声，是因为声音在传播的过程中，遇到这样的障碍，会反弹回来，再次被我们听到。当两种声音传到我们的耳朵里时，时差小于0.1秒时，我们就区分不开了。当声源停止振动后，声音还会持续一段时间，这种现象叫做混响。当然，在一个有障碍物、阻挡物的空间内发出声音，就会有回声，也就是说，只要声音在传递过程中遇到障碍物就会反弹，发生回声现象。多数情况下，只有一个较大分贝的声音在空旷环境下，人耳才会分辨出回声，而日常生活中人耳也经常收集到回声，但由于回声的分贝低或者在嘈杂环境下，所以人耳分辨不出回声，所以不能产生“日常生活中没有回声”这样的误解，其实，只是我们的耳朵分辨不出这样的声音，或者说是大脑接受到但分辨不出而已。

自然界中，有光能，水能，生活中有机械能，电能，其实声也有能量。例如，两个频率相同的物体，敲击其中一个物体，另一个物体也会振动发声，这种现象叫做共鸣。声音传播是带动了另一个物体的振动，说明声音也有能量。

人们以分贝为单位来表示声音的强弱，符号为dB。0分贝刚刚引起听觉。人们把超过听力的声音叫做超声波，把低于听力的声音叫做次声波。

原理

（图）声音声音是一种压力波。当演奏乐器、拍打一扇门或者敲击桌面时，它的振动会引起介质—空气分子有节奏的振动，使周围的空气产生疏密变化，形成疏密相间的纵波，这就产生了声波，这种现象会一直延续到振动消失为止。

声音作为波的一种，频率和振幅就成了描述波的重要属性，频率的大小与我们通常所说的音高对应，而振幅影响声音的大小。声音可以被分解为不同频率不同强度正弦波的叠加。这种变换（或分解）的过程，称为傅立叶变换(Fourier Transform)。

因此，一般的声音总是包含一定的频率范围。人耳可以听到的声音的频率范围在20到2万赫兹之间。高于这个范围的波动称为超声波，而低于这一范围的称为次声波。狗和蝙蝠等动物可以听得到高达16万赫兹的声音。鲸和大象则可以产生频率在15到35赫兹范围内的声音。

声音的传播用量子力学解释便是原子的运动，形成了声波。但这与波粒子等名词没有联系。

特性

响度（loudness）：俗称音量，指人主观上感觉声音的大小，由“振幅”（amplitude）和人离声源的距离决定，振幅越大响度越大，人和声源的距离越小，响度越大。响度的单位为：分贝（dB）。

音调（pitch）：声音的高低（高音、低音），由“频率”（frequency）决定，频率越高音调越高。例如，低音端的声音或更高的声音，如细弦声。

频率是每秒经过一给定点的声波数量，它的测量单位为赫兹，是以海因里希·鲁道夫·赫兹的名字命名的。此人设置了一张桌子，演示频率是如何与每秒的周期相关的。1千赫或1000赫表示每秒经过一给定点的声波有1000个周期，1兆赫就是每秒钟有1,000,000个周期，等等。人耳听觉范围20～20000Hz。20Hz以下称为次声波，20000Hz以上称为超声波。

音色（Timbre）：又称音品，波形决定了声音的音色。声音因不同物体材料的特性而具有不同特性，音色本身是一种抽象的东西，但波形是把这个抽象直观的表现。音色不同，波形则不同。典型的音色波形有方波，锯齿波，正弦波，脉冲波等。不同的音色，通过波形，完全可以分辨的。

乐音：有规则的让人愉悦的声音。噪音：从物理学的角度看，由发声体作无规则振动时发出的声音；从环境保护角度看，凡是干扰人们正常工作、学习和休息的声音，以及对人们要听的声音起干扰作用的声音。

音调，响度，音色是乐音的三个主要特征，人们就是根据他们来区分声音。

当两个物体碰撞后振动产生声音时，若两者振动频率比为不可化简的复杂比，如，，那么我们分辨出来会觉得这个声音刺耳；相反，若两者振动频率比为可化简的简单比，如，，那么我们分辨出来会觉得很动听。

传播

声音的传播需要物质，物理学中把这样的物质叫做介质，这个介质可以是空气，水，固体。在真空中，声音是不能传播的。声音在不同的介质中传播的速度也是不同的。声音的传播速度跟介质的反抗平衡力有关，反抗平衡力就是当物质的某个分子偏离其平衡位置时，其周围的分子就要把它挤回到平衡位置上，而反抗平衡力越大，声音就传播的越快。水的反抗平衡力要比空气的大，而铁的反抗平衡力又比水的大。

声音会因外界物质的阻挡而发生折射，例如人面对群山呼喊，就可以听得到自己的回声。另一个以折射为例：晚上的声音传播的要比白天远，是因为白天声音在传播的过程中，遇到了上升的热空气，从而把声音快速折射到了空中；晚上冷空气下降，声音会沉着地表慢慢的传播，不容易发生折射。

声音的传播与压强和温度有关。

声音在空气中的速度随温度的变化而变化，温度每上升/下降5℃，声音的速度上升/下降3m/s。

声音的传播最关键的因素是要有介质，介质指的是所有固体，液体和气体，这是声音能传播的前提。所以，真空不能传声。物理参量有声源离观察者的距离，声源的震动频率，传播介质有关。

声音的传播速度随物质的坚韧性的增大而增加，物质的密度减小而减少。如：声音在冰的传播速度比声音在水的传播速度快。冰的坚韧性比水的坚韧性强，但是水的密度大于冰。这减少了声音在水与冰之间传播速度的差距。格式可写为：，式中，c为声速，C为介质的坚韧系数，ρ为密度。

声音术语

频率

赫兹是频率单位，记为Hz，指每秒钟周期性变化的次数。声源在一秒中内振动的次数，记作f。

频率周期

声源振动一次所经历的时间，记作T，单位为s。

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。

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： 常温下，声速约为345m/s。

函数模型

纯音的函数模型是。我们听到的声音的函数是频率f、波长λ和声速c三者之间的关系是：

当物体在空气中振动，使周围空气发生疏、密交替变化并向外传递，且这种振动频率在20-20000Hz之间，人耳可以感觉，称为可听声，简称声音，噪声监测的就是这个范围内的声波。频率低于20Hz的叫次声，高于20000Hz的叫超声，它们作用到人的听觉器官时不引起声音的感觉，所以不能听到。

分贝

声音功率分贝是用来表示声音强度的单位，记为dB。人们日常生活中遇到的声音，若以声压值表示，由于变化范围非常大，可以达六个数量级以上，同时 由于人体听觉对声信号强弱刺激反应不是线形的，而是成对数比例关系。所以采用分贝来表达声学量值。所谓分贝是指两个相同的物理量（例和）之比取以10为底的对数并乘以10（或20）。 分贝符号为dB，它是无量纲的。式中是基准量（或参考量），A是被量度量。被量度量和基准量之比取对数，这对数值称为被量度量的级。亦即用对数标度时，所得到的是比值，它代表被量度量比基准量高出多少级。

声功率（W）

声功率是指单位时间内，声波通过垂直于传播方向某指定面积的声能量。在噪声监测中，声功率是指声源总声功率。单位为W。

声功率级：

式中，—声功率级（dB）；W— 声功率（W）；— 基准声功率，为W。

声强（I）

声强是指单位时间内，声波通过垂直于传播方向单位面积的声能量。单位为 。

声强级：

式中：— 声压级(dB)；I— 声强（）；—基准声强，为。

声压（P）

声压是由于声波的存在而引起的压力增值。单位为Pa。声波在空气中传播时形成压缩和稀疏交替变化，所以压力增值是正负交替的。但通常讲的声压是取均方根值，叫有效声压，故实际上总是正值。

对于球面波和平面波，声压与声强的关系是：

式中：ρ-空气密度，如以标准大气压与20℃的空气密度和声速代入，得到，也叫瑞利。称为空气对声波的特性阻抗.

声压级：

式中：—声压级（dB）；P —声压（Pa）；—基准声压，为Pa，该值是对1000HZ声音人耳刚能听到的最低声压。

响度（N）

声音和响度响度是人耳判别声音由轻到响的强度等级概念，它不仅取决于声音的强度(如声压级)，还与它的频率及波形有关。响度的单位为宋,1宋的定义为声压级为40dB,频率为1000Hz,且来自听者正前方的平面波形 的强度。如果另一个声音听起来比1宋的声音大n倍，即该声音的响度为n宋。

响度级()

响度级是建立在两个声音主观比较的基础上，选择1000Hz的纯音作基准音，若某一噪声听起来与该纯音一样响，则该噪声的响度级在数值上就等于这个纯音的声压级（dB）。响度级用LN表示，单位是方。如果某噪声听起来与声压级为80dB，频率为1000Hz的纯音一样响，则该噪声的响度级就是80方。

响度与响度级

根据大量的实验得到，响度级每改变10方，响度加倍或减半。它们的关系可用下列数学式表示：

或 注意，响度级的合成不能直接相加，而响度可以相加。应先将各响度级换算成响度进行合成，然后再换算成响度级。

声级

为了能用仪器直接反映人的主观响度感觉的评价量，有关人员在噪声测量仪器—声级计中设计了一种特殊滤波器，叫计权网络。通过计权网络测得的声压级，已不再是客观物理量的声压级，而叫计权声压级或计权声级，简称声级。通用的有A、B、C和D计权声级。A计权声级是模拟人耳对55dB以下低强度噪声的频率特性；B计权声级是模拟55dB到85dB的中等强度噪声的频率特性；C计权声级是模拟高强度噪声的频率特性；D计权声级是对噪声参量的模拟，专用于飞机噪声的测量。计权网络是一种特殊滤波器，当含有各种频率通过时，它对不同频率成分的衰减是不一样的。A、B、C计权网络的主要差别是在于对低频成分衰减程度，A衰减最多，B其次，C最少。A、B、C、D计权的特性曲线见十四、等效连续声级、噪声污染级和昼夜等效声级。

等效连续声级

A计权声级能够较好地反映人耳对噪声的强度与频率的主观感觉，因此对一个连续的稳态噪声，它是一种较好的评价方法，但对一个起伏的或不连续的噪声，A计权声级就显得不合适了。例如，交通噪声随车流量和种类而变化；又如，一台机器工作时其声级是稳定的，但由于它是间歇地工作，与另一台声级相同但连续工作的机器对人的影响就不一样。因此提出了一个用噪声能量按时间平均方法来评价噪声对人影响的问题，即等效连续声级，符号“Leq”或“LAeq.T”。它是用一个相同时间内声能与之相等的连续稳定的A声级来表示该段时间内的噪声的大小。例如，有两台声级为85dB的机器，第一台连续工作8小时，第二台间歇工作，其有效工作时间之和为4小时。显然作用于操作工人的平均能量是前者比后者大一倍，即大3dB。因此，等效连续声级反映在声级不稳定的情况下，人实际所接受的噪声能量的大小，它是一个用来表达随时间变化的噪声的等效量。

噪声污染级

许多非稳态噪声的实践表明，涨落的噪声所引起人的烦恼程度比等能量的稳态噪声要大，并且与噪声暴露的变化率和平均强度有关。经实验证明，在等效连续声级的基础上加上一项表示噪声变化幅度的量，更能反映实际污染程度。用这种噪声污染级评价航空或道路的交通噪声比较恰当。故噪声污染级（LNP）公式为：

式中：K—常数，对交通和飞机噪声取值2.56；σ —测定过程中瞬时声级的标准偏差。

昼夜等效声级

也称日夜平均声级，符号“Ldn”。用来表达社会噪声昼夜间的变化情况，表达式为：

式中：Ld—白天的等效声级，时间从6∶00－22∶00，共16个小时；Ln—夜间的等效声级，时间从22:00到第二天的6:00，共8个小时。为表明夜间噪声对人的烦扰更大，故计算夜间等效声级这一项时应加上10dB的计权。

返回声源

先从声源开始。用鼓槌捶击军鼓，鼓槌捶击在鼓头的穹形鼓皮上，鼓皮振动，振动的鼓皮然后就推动空气，产生从鼓头和鼓体发出并散开的压力波。因此，“压力波”从声源向外发出并散开。为了证明这一点，向公园内的池塘或家中的水槽内抛入一个石头，看看落入水中的物体产生的水波是如何从被干扰的波源散开的。另外注意，如果抛入水槽或象碗一样的封闭容器中，波纹/振动是如何碰到边缘、然后从壁上反弹回的。观察封闭容器内的波纹/水波，就给了你一些声音是如何在封闭的屋子里移动，从墙壁上反弹回的概念。另外注意，石头/石块越大，产生波纹的间距就远远比小物体的要大。

声音重量

声音没有质量，也就是没有重量。声音不是物体，只是一个名称，声音是一种纵波，波是能量的传递形式，它有能量，所以能产生效果，但是它不同于光(电磁波),光有质量有能量有动量，声音在物理上只有压力，没有质量。

超/次声波

正常人能够听见20Hz到20000Hz的声音，而老年人的高频声音减少到10000Hz（或可以低到6000Hz）左右。人们把频率高于20000Hz的声音称为超声波，低于20Hz的称为次声波。超声波（高于20000Hz）和正常声波（20Hz - 20000Hz）遇到障碍物后会向原传播方向的反方向传播，而部分次声波（低于20Hz）可以穿透障碍物，俄罗斯在北冰洋进行的核试验产生的次声波曾经环绕地球6圈。超低频率次声波比其他声波（10Hz以上的声波）更具对人的破坏力，一部分可引起人体血管破裂导致死亡，但是这类声波的产生条件极为苛刻，能让人遇上的几率很低。人的发声频率在100Hz（男低音）到10000Hz（女高音）范围内。

蝙蝠就能够听见频率高达120000赫兹的超声波，它发出的声波频率也可达到120000赫兹。狗能够听见高达50000赫兹的超声波，猫能够听见高达60000赫兹以上的超声波，但是狗和猫发出的声音，都在几十到几千赫兹的范围内。

蝴蝶翅膀扇动频率很小，每秒大约5次。所以我们一般听不到蝴蝶翅膀扇动的声音。

单个正弦波周期

“周期”表示一个波周期从0dB/静音至全部打开又返回的一个全周期。上面所示为正弦波的一个单周期。中线为0dB,即静音。波高为音量，从左至右为时间。“波长”为从左至右的峰—峰距离。

与用于广播或电视信号等，还有其它的一样，频率进一步分为VHF（甚高频）和UHF（超高频）。人在年轻时可以听到约20Hz到20,000Hz(20KHz)的频率范围，这是消费类CD的额定频率范围。人的听力从12岁以后开始下降，经常性处于声压级极大的情况下会导致我们听力的灵敏度下降。因此，声音具有音量/振幅和频率/音调，另外还有基于时间的声音结构。声音达到最大音量有多快，可持续多长时间以及声音消失直到听不到时需多长时间。所使用的最基本术语有：

1）“上升”：声波从静音达到最大振幅或音量所需的时间。

2）“衰变”：声波达到最大振幅/音量后消失为静音所需的时间。

声音的“音量-时间”形状特性叫作“振幅包络”。

简单包络：“上升”达到最大音量并不是立即完成的，声音然后缓缓地衰变。这种振幅/音量包络可用正弦波表示。

声波的包络：在实际生活中，声音是混杂的，含有以不同振幅包络层迭的许多频率。

噪声

声音的本质是波动。受作用得空气发生振动，当震动频率在20-20000Hz时，作用于人的耳鼓膜而产生的感觉称为声音。声源可以是固体、也可以是流体（液体和气体）的振动。声音的传媒介质有空气﹑水和固体，它们分别称为空气声、水声和固体声等。噪声监测主要讨论空气声。

人类是生活在一个声音的环境中，通过声音进行交谈、表达思想感情以及开展各种活动。但有些声音也会给人类带来危害。例如，震耳欲聋的机器声，呼啸而过的飞机声等。这些为人们生活和工作所不需要的声音叫噪声，从物理现象判断，一切无规律的或随机的声信号叫噪声；噪声的判断还与人们的主观感觉和心理因素有关，即一切不希望存在的干扰声都叫噪声，例如，在某些时候，某些情绪条件下音乐也可能是噪声。

环境噪声的来源有四种：一是交通噪声，包括汽车、火车和飞机等所产生的噪声；二是工厂噪声，如鼓风机、汽轮机，织布机和冲床等所产生的噪声；三是建筑施工噪声，像打桩机、挖土机和混凝土搅拌机等发出的声音；四是社会生活噪声，例如，高音喇叭，收录机等发出的过强声音。

噪声叠加和相减

1）噪声的叠加

两个以上的独立声源作用于某一点，产生噪声的叠加。声能量是可以代数相加的，设两个声源的声功率分别为和，那么总声而两个声源在某点的声强为 和时，叠加后的总声强 。但声压不能直接相加。

由于,，故

又

故总声压级：

如,即两个声源的声压级相等，则总声压级：

也就是说，作用于某一点的两个声源声压级相等，其合成的总声压级比一个声源的声压级增加3dB。当声压级不相等时，按上式计算较麻烦。

可以利用相关书籍查曲线值来计算。具体方法是：设，以 值按图查得，则总声压级。

2）噪声的相减

噪声测量中经常碰到如何扣除背景噪声问题，这就是噪声相减问题。通常是指噪声源的声级比背景噪声高，但由于后者的存在使测量读数增高，需要减去背景噪声。

例：为测定某车间中一台机器的噪声大小，从声级计上测得声级为104dB，当机器停止工作，测得背景噪声为100dB，求该机器噪声的实际大小。解：设有背景噪声时测得的噪声为，背景噪声为，机器实际噪声级为。

由题意可知

从相关图可查得，

因此该机器的实际噪声声级为：

如何控制噪音

1）在声源处防止噪声产生，如摩托车上的消音器、城区禁止鸣笛等；

2）阻断噪声的传播，如城市道路旁的隔声板等；

3）防止噪声进入耳朵，如工厂的工人戴防噪声耳罩等。

声学应用

时至今日，声学的应用范围越来越广，在军事、医学、建筑等方面有举足轻重的地位，尤其是建筑声学更是建筑设计师们一直在研究的重点科目。

次声波应用

1）通过研究自然现象所产生的次声波的特性和产生的机理，更深入地研究和认识这些自然现象的特征与规律。例如，利用极光所产生的次声波，可以研究极光活动的规律。

2）利用所接收到的被测声源产生的次声波，可以探测声源的位置、大小和研究其他特性。例如，通过接收核爆炸、火箭发射或者台风产生的次声波，来探测出这些次声源的有关参量。

3）预测自然灾害性事件。许多灾害性的自然现象，如火山爆发、龙卷风、雷暴、台风等，在发生之前可能会辐射出次声波，人们就有可能利用这些前兆现象来预测和预报这些灾害性自然事件的发生。

4）次声波在大气层中传播时，很容易受到大气介质的影响，它与大气层中的风和温度分布等因素有着密切的联系。因此，可以通过测定自然或人工产生的次声波在大气中的传播特性，探测出某些大规模气象的性质和规律。这种方法的优点在于可以对大范围的大气进行连续不断地探测和监视。

5）通过测定次声波与大气中其他波动的相互作用的结果，探测这些活动特性。例如，在电离层中次声波的作用使电波传播受到行进性干扰，可以通过测定次声波的特性，进一步揭示电离层扰动的规律。

6）人和其他生物不仅能够对次声波产生某些反应，而且他（或它）们的某些器官也会发出微弱的次声波。因此，可以利用测定这些次声波的特性来了解人体或其他生物相应器官的活动情况。

超声波应用

1）利用超声波的巨大能量还可以把人体内的结石击碎；

2）清理金属零件、玻璃和陶瓷制品的除垢是件麻烦事．如果在放有这些物品的清洗液中通入超声波，清洗液的剧烈振动冲击物品上的污垢，能够很快清洗干净；

3）用超声波探测金属、陶瓷混凝土制品，甚至水库大坝，检查内部是否有气泡、空洞和裂纹；

4）人体各个内脏的表面对超声波的反射能力是不同的，健康内脏和病变内脏的反射能力也不一样。平常说的“B超”就是根据内脏反射的超声波进行造影，帮助医生分析体内的病变。

声音试验

反射实验

目的和要求：了解声音在遇到障碍物时的反射现象。

仪器和器材：玻璃圆筒（直径约8厘米，高约40厘米），平面镜，三合板，金属板，海绵，表。

实验方法：

1）在玻璃圆筒底部垫上一块海绵，海绵上放一块表，耳朵靠近玻璃圆筒正上方数厘米处，能清晰地听见表声。

2）当耳朵离开玻璃圆筒口竖直方向后，如图1．57－1甲所示位置，则听不见表声。

3）在玻璃圆筒口安放一块平面镜，如图1．57－1乙所示，改变平面镜角度直到从镜面里能看到表像时，固定平面镜的角度。耳朵仍在图1．57－1甲所示的位置，又能清晰地听见表声了。说明声音能像光一样反射。

4）用三合板、金属板、海绵板代替平面镜实验，比较听见的声音的强弱。说明不同材料反射声音和吸收声音的能力不同。

注意事项：

1）表的声音不能太小，所选的表要在距表约50厘米处仍能清晰地听见表声。

2）为避免玻璃传声的干扰，垫表的海绵要选厚些的，以尽量吸收声音。表也不要直接与玻璃圆筒内壁接触。

实验前要反复校验，当表放入圆筒后，仅在圆筒竖直上方数厘米处能听见表声，其他方向听不见表声，这样演示效果才会好。

3）为了使全班学生能同时听见表的反射声音，可用话筒放在耳朵处，用扩音机放大。

测定实验

目的和要求：学习粗略测定声音速度的方法，了解空气中声速的大小。

仪器和器材：梆子，秒表或手表，卷尺。

实验方法：

在高墙前或山谷中唱歌或叫喊时，往往可以听到回声，而且在早晨时回声最清晰响亮，因此本实验最好在早晨进行。首先选择好合适的实验场所，例如一堵高墙，高墙的前面平坦空旷。实验者站在离高墙的距离为R处，按照均匀的时间间隔T敲打梆子。当听到反射回来的第一次梆子声与打出来的第二次梆子声完全重叠时，则表示每次梆子发出的声音传到高墙并被高墙反射回来到达实验者处的时间刚好等于敲梆子的时间间隔T。因此声音传播的速度v为v=2R/T

1）站在离高墙100米或更远的距离，以一定的时间间隔敲打梆子。

2）注意控制敲梆子的节拍，使从高墙处反射回来的梆子声与敲出来的声音相重叠。

3）站在旁边的学生由一人报出敲击的次数，其他学生同时用秒表或手表计时。测出敲击20次至50次的时间间隔t，并由所得的结果计算出敲梆子的时间间隔T(秒）。

4）用卷尺测出敲击地点到高墙的距离R（米）。

5）将所得的数据代入公式 ，求出声速v米。同时要记下测量时空气的温度，因为空气中声音传播的速度与温度有关。

注意事项：

1）实验者离墙的距离以能清晰地听到回声为宜。

2）若每隔一次听到敲击声与回声重合，则声速公式。

共鸣实验

目的和要求：认识声音的共振现象──共鸣的产生条件。

仪器和器材：共振音叉，共鸣箱，音叉槌，吊在线上的轻质小球。

实验方法：

1）取下套在叉股上的金属卡子，把两音叉分别插在共鸣箱上，使两个共鸣箱的开口相对，彼此相距约50-75毫米，。敲击其中一个音叉，几秒钟后，用手握住音叉的叉股，使它不再振动发声。这时可以听到另一个音叉在发声。拿一个用线悬吊的轻质小球跟这个音叉的叉股接触，轻质小球被弹开。表明这个音叉在振动。

2）在第一个音叉的叉股上套上金属卡子，改变这个音叉的振动频率，重做上述实验，另一个音叉就不会振动发声。说明产生共振的条件是两个音叉的固有频率相同。

注意事项：

1）音叉插在共鸣箱上插得越紧密，则共振现象越显著。因此，实验时要防止音叉与共鸣箱结合处松动。

2）实验前要反复校验两音叉的距离。距离过远，则音响太弱。距离过近，则显示的共鸣现象给学生留下的印象不深。

响度实验

目的和要求：了解音调高低与声源振动频率的关系和响度大小与声源振幅的关系。

仪器和器材：发音齿轮（齿数为40、50、60、80），转台，硬纸片，音叉（附共鸣箱），音叉槌，吊在支架上的轻质小球。

实验方法：

1）音调与频率的关系

把发音齿轮固定在转台上，摇动转台，使齿轮匀速转动。再拿一块硬纸片接触其中一个齿轮的锯齿。纸片就振动起来，发出声音。改变转台的转速，可以听到纸片发出的声音音调也随着改变。转速越大，音调越高。

保持齿轮的转速不变，用硬纸片接触不同的齿轮，纸片就发出不同音调的声音。齿轮的齿数越多，硬纸片和它接触时发出声音的音调就越高。

实验表明：声音的音调是由声源振动的频率决定的。频率越大，音调越高；频率越小，音调越低。

2）响度与振幅的关系

将音叉插在共鸣箱上，将吊在支架上的轻质小球贴近音叉的一叉股。用音叉槌轻敲一下音叉，小球被推开的幅度不大，音叉发出的声音响度小；重敲一下音叉，小球被推开的幅度增大，音叉发出的声音响度增大。表明声源振动的振幅越大，响度越大；振幅越小，响度越小。

注意事项：发音齿轮轴上的螺帽必须拧紧，以防齿轮打滑，影响实验效果或被甩出伤人、损坏齿轮。

真空不能传播

方法一

1）用一个大肚的玻璃瓶制作成钟罩。注意：罩底可在玻璃板上加金钢砂轻轻研磨，使它平整光滑。

2）将瓶口加一个插玻璃管的橡胶塞，通过塑胶管接到手摇抽气机上。

3）把一块5毫米厚的橡胶板平铺在桌面上，其上放一小闹钟，用做好的钟罩扣住。

4）为防止上口或下底漏气，可在各接口处加真空油脂或凡士林密封。

使用方法：

将闹钟上好劲、扣在钟罩内，摇动抽气机，给钟罩抽气。你会发现，闹钟的声音会由大变小，直至完全听不到声音。当停止抽气，向钟罩内放入空气时，声音又会由小变大。这说明：空气是传声的介质，真空不能传播声音。

方法二

在一个玻璃瓶塞下用细线系两个金属环。瓶塞上的弯管用软胶管与两用气筒连接。

使用方法：

先不接两用气筒，用手摇瓶，可听到两金属环碰击的声响。将瓶子与两用气筒连接，抽气；当瓶内空气稀薄，软胶管被大气压压扁，两用气筒几乎抽不动时，捏紧胶管，取下两用气筒。再摇瓶子时，只见金属环相碰，但听不到响声，这说明空气是传声的介质，真空不传播声音。

反射和吸收

声音的传播和光线的传播一样，遇到障碍物时会产生反射和吸收现象。坚硬、光滑的物体表面对声音有明显的反射作用。柔软、粗糙、多孔的物体表面则能吸收声音。自制一个简单的装置，就可比较不同物体表面对声音的反射和吸收作用。

制作方法

1）利用长20厘米的两个装羽毛球或刻字蜡纸的硬纸筒，其中一个筒一端开口，一端内部固定一块机械手表或怀表。另一个筒两端都开口，将两个筒安装在一个可调的支架上。

2）准备一块玻璃板、一块木板、一块泡塑板。

使用方法

1．将左右两筒轴线之间的夹角调为，把玻璃板放在木架的平台上，耳朵贴近右边纸筒的上口，即可听到手表的“嘀哒”声；去掉玻璃板换上木板，声音明显减弱。当放上泡塑板时，就听不到声音了。由此说明：玻璃板对声音的反射性能最好、木板次之，泡塑板最差。或者说泡塑板对声音的吸收性能最好。

2．改变两筒轴线之间的夹角，声音大小有明显的变化，说明物体表面反射声音的大小与接收者的角度有关。

3．实验过程中，请勿用手触摸装置，室内环境应该安静，以免影响实验效果。

空气中传播

目的：用停表计时在户外测定声速；练习使用停表；进一步掌握用数步法测量距离。

器材：停表2只，径赛用发令枪（或爆竹），皮卷尺（或米尺、标好刻度的长绳）等。

步骤：

1）三人为一组，在学校附近的马路或公路上选择400米左右的平直地段进行实验。两人在起点，其中一人用发令枪发送信号，另一人在发令时跟着启动手中的停表。还有一人位于终点，当听到发令枪声时立即启动手中的停表。然后把两只走动的停表交给发令者，由他同时按停停表，两表计时的读数差即为枪声的传播时间。三人轮换担任发令者，分别测出时间三次。

2）三人各自用数步法测出两地之间的距离。可在轮换时，分别数出行走的步效，再乘以自己每走一步的平均跨距。

3）每人把测出的数据分别填入上表，并用速度公式算出声速。然后，根据三次测得的时间和距离的数据，分别求出这两个量的平均值，再算一次声速，作为小组的实验结果。

双耳效应

人的耳朵不仅可以听到声音，而且可以利用两个耳朵接收声音时的强弱差别和时间差别，判断出发声物的方位和距离，人耳的这种能力称为双耳效应。通常，双耳效应不被人所注意，但利用一个简单的装置可以表演双耳效应。

制作和使用方法：

1）用长1.5－2.0米，直径25毫米的一根塑料硬管（或金属管）即可，将内部装满细沙后两端用废纸堵住，在火炉旁加热后窝成一个圆形，两管口相距250毫米左右。

2）倒出管中的细沙，将管口打磨光滑，用布条将管挂在试听者的两耳旁。

3）试听者紧闭双眼，耳贴管口，助手用一细木棒轻击管的任意部位，试听者皆能准确地判断出敲击处的位置，这就是双耳效应。

空气中的传播

制作和使用方法：

1）找两个直径约10厘米的铁皮罐头筒，将两个底去掉，并在一面绷上乳胶薄膜。再把铁筒口对口地支架起来。

2）在一个筒的薄膜外吊一个泡沫塑料小球。另准备一个1厘米粗的光滑小木棒。

3）用小木棒敲击右筒薄膜，左筒薄膜外的小球就会不断敲击薄膜。

注意事项：

1）两个筒的外形尺寸应该完全一致，两个膜的绷紧程度要适当调整，才能得到良好的实验效果。

2）两个圆筒的开口要对齐、距离应由近及远逐渐调整。

声音灭火

准备好一张硬纸、剪刀、胶水，我们来做一个声灭火器。其实它只不过是一个圆柱形的纸盒，这个纸盒的做法如下。

先从硬纸上剪下一张边长为20厘米的正方形，把它卷成一个直径约5厘米的圆筒，用胶水把纸筒的接合处粘牢，再从硬纸上剪下两个直径约6厘米的圆。在其中一个圆的中心处剪一个直径约1.5厘米的小圆洞，然后把两个圆粘到纸筒两端把纸筒的两端堵住，使它形成一个圆柱形的纸盒。这就是声灭火器。不过你一定要把粘合处粘牢，千万不要使接缝处漏气。

把一支点燃的蜡烛固定在桌子上。然后用你的左手握住圆纸盒，把它拿到离蜡烛60厘米左右的地方，并且使盒盖上的洞对准蜡烛的火焰。用你右手的食指不停地弹圆纸盒的盒底。圆纸盒发出了“扑扑”的声音。不一会儿，你就会发现蜡烛的火焰被熄灭了。

难道真的是声音把火给扑灭了吗？如果你还不相信，那你还可以多试几次，结果都是一样的。

因为你用力敲击盒底的时候，产生了声音，声音本身是一种波，而声波是有压力的。在这个压力的作用下，火焰便被“压”灭了。这就是声灭火器的道理。

声音震碎玻璃

玻璃是混合物，其中有硅酸盐和大量的二氧化硅以及其他的杂质，所以不存在固有频率。但是对于石英玻璃，是有的，在之间。人的声带频率一般不高于2000Hz，因此很少能把玻璃震碎（共振），但是有些特殊的女高音，其声带频率可以达到和玻璃频率很相近的程度，从而振碎玻璃，但是这种情况比较少。

而且声音震碎玻璃要有前提，首先，人出的声音必须与玻璃的共振频率一致，而且，玻璃一定要存在这肉眼看不见的破裂和裂口，只有具备了这些所有的外部条件之后，再加上一点任自己的运气，用声音击碎玻璃是完全有可能的。

2005年“探索”频道《MythBusters》电视节目就探讨了这个问题，摇滚歌手兼歌唱教练杰米．温德拉就用自己的声音击碎了一些玻璃器皿，他尝试过12只酒杯，后来无意中幸运地击碎一只，第一次证明了个人声音就能击碎玻璃的说法是正确的，他击碎玻璃的那一幕被拍成了电视。温德拉的击碎玻璃的咏叹调被纪录为105分贝，音量几乎和电钻钻起来差不多。

资源保护

自1877年爱迪生发明留声机以来，人类历史进入了有声时代，许多珍贵的历史资料，有了新的储存和流传方式。很多宝贵的声音资料，正在一点点被无情的时间所侵蚀，如果得不到妥善的保管和保护，最终我们将会失去这些珍贵的历史音符。由此，2013年8月30日上午，十二届全国人大常委会第四次会议表决通过了《全国人民代表大会常务委员会关于修改〈中华人民共和国商标法〉的决定》，自2014年5月1日起施行。《商标法》修正案增加了可以注册的商标要素，规定声音可以作为商标注册。

声音商标的规定正式生效，美丽的音符也就不再只是为我们所欣赏，它还具备一定的商业价值。随着无线网络的普及，多媒体广告不仅出现在网络上，还可以出现在手机微信、博客及各类APP应用上，为自己打上“声音”商标，将引发企业的无限创意。这种是一种保护声音资源的有效途径。

在多媒体系统中，声音信号通常要经过编码处理，转换成可以存储、传输和播放的文件格式。常用的声音文件格式如下所述。

WAV格式：Microsoft公司开发的一种声音文件格式。波形未经压缩，质量好，占用空间大。它在PC机上广为流行，几乎所有音频编辑软件都“认识”它。

MP3格式：MP3全称为MPEG Audio Layer-3，是WAV文件经过特殊压缩后产生的一种音乐格式文件，压缩比最高可达到1:12以上，属于有损压缩。

MP4格式：采用MPEG-2中的音频压缩技术。压缩比比MP3高，甚至可以达到1:20。特点是音质好、传输速率要求低。

RA格式：RA全称为Real Audio，是Real Networks公司开发的一种流媒体音频文件格式。它的特点是可以随网络带宽的不同而改变声音的质量，主要适用于在Internet上进行音频文件的实时传输和播放。

CD格式：是比较好的一种声音格式文件，16位采样精度，44.1 kHz采样频率，可完全重现原来的声音。

WMA格式：Microsoft公司推出的音频文件格式。压缩比为1:18。音质强于MP3、RA格式。支持音频流技术，适合在网络上在线播放。

OGG格式：OGG全称为Ogg Vorbis，是一种开放的音频编码。OGG具有先进的音频描述能力，它可以在不影响旧有的编码器或者播放器的情况下，不断地进行文件大小和音质的改良。同样为速率编码的Vorbis和MP3文件具有相当的声音质量。

不同的原因

当你张嘴发声时你听到的远不如你周围的人听到的醇和柔美—都怪你的脑壳。准确地说，这是你的头骨在振动而已。你的声音来自喉咙的下部，借助肺部排出的空气通过你的声带，产生振动而发声。这声音然后被喉头部分放大，再被你的嘴唇舌头组织成文字，通过周围的环境回响出去，进入听者的耳朵，刺激他们的鼓膜及内耳结构，将模拟波形转变为电信号，最终传递给大脑理解。

然而，内耳不仅仅拾取外部来源的声音。身体内部的振动也能够激发这些听觉结构。当你说话时，声带的快速颤动实际上带动你的颅腔振动。“当你说话时，声音在你的喉咙里振动，顺带振动你的皮肤，颅骨和口腔，我们把这些也当作声音。

但声音在骨头里传播可不像在空气里传播一样容易。其中增加的阻力导致声波频率下降，降低了你听到的音调，从而造成一种反馈现象，刺激鼓膜既接受从空气中传来的声音，也接受颅骨振动产生的刺激。这个效果导致你无法真正听到你自己的声音。因为你的耳朵一般处于你嘴的后面，从嘴里吐出的声音必须首先击中某个物体才能反弹回你的耳朵里。这也导致声波的能量损失，也就是频率和音调，结果就是相比于其他人直接听到你嘴里的发声，你听到的是扭曲的，略低的声音。这两种声音(内部的和外部的)被你大脑整合成一种听觉信号，也就是“自己的声音”，不过其实是带了重低音的。

研究成果

2022年7月10日消息，中国科学技术大学生命科学与医学部张智教授团队、美国国立卫生研究院刘元渊教授团队以及安徽医科大学陶文娟副教授团队合作8日在《科学》上发表论文称，他们的研究揭示了声音镇痛的关键因素及神经机制。