回回上一页2声音的发生与传播.ppt

第四章 聲音 4-1 波的現象 4-2 聲音的發生與傳播 4-3 聲音的反射與回聲 4-4 樂音與噪音 4-1 波的現象 當彈性物體受到擾動時，物體在原地振動而不隨波動移動，並將能量傳遞出去的現象，稱為波動(wave motion)。 當波需要依靠物質的擾動才能傳播時，稱為力學波。傳遞波的物質稱為介質。 電磁波如光、無線電等，為非力學性的波，可以在真空中傳遞，不需要任何物質做為媒介。 當波的行進方向與介質分子的運動方向垂直時，稱為橫波，如繩波。 當波的行進方向與介質分子的運動方向平行時，稱為縱波，又稱為疏密波，如聲波。 有些波動則是包含這兩種波的特性，海洋或湖泊的波浪中，水分子的移動並非只有上下運動，而是包含橫向與縱向的位移，水分子的運動路徑近似於橢圓形。 波上的最高點稱為波峰，最低點稱為波谷。 振幅為波峰相對於平衡位置的最大高度或波谷相對於平衡位置的最大深度。 連續兩波峰或連續兩波谷的距離稱為波長，以λ表示，也等於波上兩任意對應點間的距離。 波前進一個波長的時間稱為週期，常以T表示；每秒振動通過的波數稱為頻率，以f表示。 f＝1/T或T＝1/f。 波速是指波峰或波谷向能量傳遞方向前進的移動速度，波峰在一個週期T的時間內，向前移動了一個波長λ的距離，故波速V可寫成 當兩脈波交會時，會合成為一個較複雜的波形；在交會前與交會後，兩脈波的形狀與前進方向都會保持相同，不會因為交會而互相干擾改變。 當兩個或多個波同時通過空間的同一點時，此點之位移為各個波的位移之向量和，此現象稱為疊加原理。 4-2 聲音的發生與傳播 聲音是動物互相溝通與傳遞訊息的主要管道，當物體有振動的現象時，就可能會發出聲音。 聲音是靠空氣做介質來傳播的，沒有空氣的真空狀態是無法聽見聲音的。 物體振動時，周圍的空氣受到擠壓，空氣的密度與壓力會產生變化。 雖然壓力的變化並不大，但藉由振動所產生的空氣壓力變化，就能將聲音由近到遠傳送出去。 聲音的傳遞是藉由空氣疏密狀況不同而傳遞的，故屬於縱波。 人類耳朵聽覺所能聽到的頻率範圍大約在20Hz至20000Hz之間，稱為可聞聲。 高於20000Hz的聲音稱為超聲波或超音波，低於20Hz的聲波稱為聲下波，人類就無法聽見。 聲音的速度隨介質不同而有所不同，固體內聲波速度最快，其次是液體，空氣中的聲波速度最慢。 在一大氣壓0℃的乾燥空氣中，聲波的速度為331公尺/秒，空氣的溫度每升高1℃，速度約增加0.6公尺/秒。 即溫度t℃時的聲速為 白天時，地面受太陽照射溫度高，靠近地面的聲波速度較快，使聲波向上傳播而散失，因此覺得聲音不易傳的很遠。 夜晚時地面散射快溫度較低，靠近地面的聲波速度較慢，聲波向下傳播而不易散失，較容易讓遠方的人聽見。 4-3 聲音的反射與回聲 波在傳播時進入到不同介質，會因為不同介質的波速不同而在介面產生反射於折射的現象。 在山區裡大聲喊叫，有時候會在喊叫的聲音過後，過一會兒又聽見相同的聲音，這些聲音稱為回聲。 人耳僅能夠分辨出相隔0.1秒以上的兩聲波，在0.1秒內會將原音與回聲重疊，因而認為是同一聲源產生的聲音，在常溫下聲源需距離障礙物約17公尺以上，聽者才能聽見清晰的回聲。 回聲與原本聲音相互混合，會造成人們聽覺的混淆。 聲波的反射並非只是會擾亂，善加利用也可成為絕佳的工具。 聲波的反射也可運用來偵測未知物體距離聲源的距離 。 船隻都裝有聲納發出超聲波打向目標，利用反射波傳播回來所花的時間，來測量目標距離，除了探測海底深度以避免擱淺或是測量與其他船隻的距離外，漁船也可以用來偵測魚群的位置。 4-4 樂音與噪音 物體做規律性的振動所造成的聲音，令人聽了悅耳，感覺愉快舒暢，稱為樂音。 樂音主要有三個特徵，即響度、音調與音色，稱為樂音三要素。 聲音強弱的程度稱為響度，聲波振幅的大小影響其響度。 比較兩種聲音的強度時，通常採用強度級的比較方式，單位為分貝，簡稱dB。 0分貝表示正常人耳所能聽見到之最小聲音，即聽覺下限。 聲音的高低稱為音調，音調主要是由聲波的頻率決定。 男生的聲音約在95Hz到142Hz之間，女生則在272Hz到558Hz之間。 中國樂曲的音調包含宮、商、角、徵、羽，西方樂曲則分為Do、Re、Mi、Fa、Sol、La、Si、Do(高音)等八個音階。 音色又稱為音品。不同的樂器或同一樂器演奏方式不同時，其發出的聲音都具有其獨特的波形，稱為此樂器的音色。 一般物體振動所發出的聲音並非只是單純的聲波，並非只是一個單一頻率的聲波，而是由許多頻率的聲波所組合而成。 這些聲波包含一個頻率最低的聲音，稱為基音，以及一些較高頻率的聲音，通稱為泛音，由這些聲波疊加而形成複雜的波形。 不同的樂器在演奏時，即使將基音的頻率與強度，調到一致時，但所發出