4-1声音的发生与传播.docVIP

第四章 聲音 4-1聲音的發生與傳播 一、波動： 1、定義：彈性物質局部受擾動而產生位移，並以此將能量漸次傳遞的現象。 2、介質：傳遞波動的物質。 3、種類： (一)依介質振動方向來區分： (1)橫波(高低波)：介質振動方向與波行進方向垂直（繩波、水面波、彈簧波……）。 (2)縱波(疏密波)：介質振動方向與波行進方向平行（聲波、彈簧波……）。 (二)依是否需要介質傳遞來區分： (1)力學波(機械波)：需介質　(繩波、水波、彈簧波……)。 (2)非力學波(電磁波)：不需介質　(光、X-ray……)。 (三)依介質振動之連續性來區分： (1)週期波：介質呈現具週期性連續規則振動所形成之波動。 (2)脈(動)波：介質僅瞬時擾動而不重覆者。 4、波動之結構： (一)橫波(高低波)： (1)波峰：波形中之最高點。 (2)波谷：波形中之最低點。 (3)波長()：相鄰兩波峰(谷)或兩相對應點間的距離。 (二)縱波(疏密波)： (1)密部：波形中之密集部份。 (2)疏部：波形中之稀疏部份。 (3)波長()：相鄰兩密(疏)部間的距離。 (三)平衡點：介質中位移為零之部份。 (四)振幅(R)：介質振動時距平衡點之最大距離。 5、週期波之傳播： (一)週期(Ｔ)： (1)定義：介質質點往返振動一次(波傳播一波長)所需的時間。 (2)單位：秒(s)。 (二)頻率(f或)： (1)定義：單位時間內介質質點振動的次數(傳播的波數)。 (2)單位：1／秒(1/s、赫茲、Hz)。 (3) (三)波速(v)： (1)定義：波動行進的速度。 (2)單位：m/s、cm/s。 (3) (4)弦波之波速： (F：張力；：線密度) 6、波動之特性： (一)波動所傳遞者僅能量而非質點(質量)。 (二)介質上之質點僅來回振盪而不隨波動傳播。 (三)波速只與介質特性有關，與振動頻率無關。 (四)波的能量強度與振幅平方成正比。 (五)波具有反射、折射、干涉、繞射等現象。 二、聲波： 1、聲音的產生： (一)條件：物體於介質中迅速振動。 (二)特性：為一縱波。 2、聲音的接收： (一)過程：空氣振動鼓膜中耳聽骨內耳耳蝸耳底膜神經腦部察覺聲音。 (二)可聞底限：人耳所能察覺的最低聲音強度(0分貝)。 (三)感覺頻率： (1)低於20Hz：聲下波，次聲(音)波。 (2)20~20000Hz：可聞波人耳可感覺。 (3)超過20000Hz：超聲(音)波。 3、聲音的傳播： (一)介質：固、液、氣體皆可。 (二)聲速： (1)定義：聲波的傳播速率。 (2)影響因素：介質、溫度、溼度等。 (A)介質：固體液體氣體(約15：4：1)。 (B)溫度：聲音在空氣中傳遞速度與溫度的關係： 公尺/秒（t：攝氏溫度） (C)溼度：溼度高v大 (三)聲波之折射： (1)原則：由「快」折向「慢」。 (2)常見實例： (A)白天聲波傳的近，夜晚傳的遠。 (B)順風聲波傳的遠，逆風傳的近。 4-2聲波的反射 一、繩波的反射與透射： 1、反射： (一)固定端： (二)自由端： 2、兩介質間之透射與反射： (一)細到粗： (二)粗到細： 二、回聲(音)： 1、產生原因：聲波在空氣中傳播時遇到障礙物而反射。 2、分辨條件：回聲與原聲須相差0.1秒以上。(以聲速340m/s計，則人與障礙物須相距17m以上) 3、日常實例及應用： (一)禮堂、山谷、大樓間之回聲現象。 (二)以超聲波(聲納)探測魚群、船舶、原油、海底地形等。 (三)以超聲波檢驗材料裂痕、胎兒、血管栓塞等。 (四)以超聲波震碎結石、腦部手術、清洗。 (五)蝙蝠以超聲波檢視前方地形。 4、超聲波之特性： 由不易散開，較集中，較易被小物體反射。 4-3樂音與噪音 一、聲音的大小 1、響度：聲音的響亮程度（人們感覺聲音的大小，主要由音量決定，與音調也有關係）。 2、音量：聲音的強度(物理的觀測量) (一)定義：垂直於聲波進行方向的平面上，每單位面積上每單位時間所通過的聲波能量。 (二)單位：焦耳/秒-公尺2(J/s．m2)＝瓦特/公尺2(w/m2) (三)人耳能聽到的聲音強度：10-12 w/m 2(1u)～102 w/m 2 (四)聲音之相對強度、強度級： (1)定標準強度Io = 10 -12 (w/m2)之強度級為0 分貝(dB)聽覺底限。 (2)若某聲音之聲音強度為I，則其相對強度為(I / Io)，其強度級(β)為β= 10 log (I / Io) dB。 (3)強度級每增加10分貝，其聲音強度增為10倍。 (4)80分貝以上，聽力受損；120分貝以上，會傷害聽覺神經。 (5) 120分貝時，人耳開始感覺痛楚感覺底限。 (五)特性： (1)由聲波之振幅決定。 (2)向各方向傳播時，因散佈面積廣，故響度減小。 二、聲音的高