文档介绍：Afirstglimpseofsound南京大学声学研究所王新龙声是传统汉字“聲”之简写,从耳,意谓人耳能听闻者。声之产生或被感知,振动体和弹性媒质缺一不可。不妨设想弹性媒质是由极稠密、相互连接而又具有弹性的质点所构成的连续体。媒质质点乃物理抽象,概指宏观极小但微观又含大量分子的媒质微元。振动体驱使邻近媒质质点振动,振动的媒质质点藉媒质固有的弹性复使其邻近的质点振动,遂产生传之四方的振动扰动——声。反之,置于媒质中的振动体(如人耳膜)受声的扰动而产生振动,从而感知声。产生声的振动体谓之声源,声产生的过程即声辐射;在不同场合,声源往往有别样的名称,例如,空中辐射音频声的扬声器和喇叭,辐射超声波的换能器。感知声的振动体谓之接受器;接受器也有各种名称,如接受音频声的传声器,水下的水听器。声在媒质中以波动的形式存在,谓之声波。凡声波所经之处,媒质偏离原平衡态而发生状态的起伏,遂使媒质的压强(应力)、密度、温度等状态量发生交替变化,并各以波动的形式向四周传递。流体的压强扰动量称为声压。声压是描述声波的主要物理量之一。媒质质点之所以振动在于媒质的弹性,或者说,弹性是媒质传声之必要条件。衡量媒质弹性性能的是各种弹性系数,流体(气体和液体)中是(唯一的)体弹性系数。流体的弹性类于弹簧的弹性。弹簧的弹性涉及弹簧的压缩和伸长。同理,流体的弹性关乎流体的压缩和膨胀,故体弹性系数之倒数是压缩系数,表征流体的可压缩性。可见,对流体而言,弹性和压缩性其实是一种物性的两种表述。以压缩膨胀形式而传播的声波是媒质疏密交替的机械波,质点振动方向始终与声波传播的方向一致,谓之纵波。固体与流体不同,还可存在无关乎压缩膨胀的切向弹性,也会引起固体质点的振动,但振动的方向与传播的方向垂直,极类似于绷紧弦的横向振动波,因此称此种波动形式为横波。外层空间除了依稀可见的遥远星球之外,空空如真空也,无有弹性,无限可压缩,不可能存在声波。刚体坚而不可压,焉能存在压缩膨胀的声扰动?空气压缩性极显着,是传声之良媒。经空气传声为人类(以及地球上无数动物)言语通讯的唯一载体,故最早为人所熟知。古人安知水下有声?其实,水等液体的压缩性虽远不如气体,但仍足以支持声波的存在,因而水能传播声波——水声。其实,水的传声性能岂其传光或传电磁波的性能可比哉!水声能传至数百、数千公里之外,而光或电磁波在水中仅能传播几十或上百米。故而,水声乃水下长距离通讯的唯一载体。海豚等海洋动物利用水声定位觅食,而声呐是人类进行水下长距离通讯的唯一设备。若无声呐,何来潜艇?无有水声,何以勘探海洋资源?固体(如地面、木质板块、各类金属)也可压缩,也是可传声之媒体。利用固体之声,可以探测隐藏于其中的奥秘,如地下宝藏,石油矿藏资源等。声传播的快慢以声速衡量。声速是媒质重要的声学参量,其值取决于传媒的弹性和密度。媒质弹性越好声速越快,密度越大声速越慢。不同的媒质,其密度和弹性差异甚大,声速也相差甚大。例如,温度15℃的空气声速约每秒340米,而水声速可达每秒1500米,金属类固体则更大,达每秒数千米。声速类似于光速,但其大小根本不能与光速相比。雷鸣电闪其实发生在同一时刻,但人们先看到闪电,然后听到雷鸣,盖声速慢于光速之故也。根据爱因斯坦狭义相对论,天地万物不可能有超过真空光速的运动速度。但是,世间可以有超声速的运动存在,如超音速飞机,超音速子弹等。最牛的步枪子弹可以达到每秒千米,远快于空气声速。结果,受害者未闻枪声,已然中弹!在空间固定位置,媒质质点周而复始地振动,单位时间内的振动次数就是频率,单位赫兹(Hz)。因媒质质点振动与声源振动同步之故,这个频率一般与声源振动的频率相同。人耳可听声大致在20赫兹到20000赫兹的频率范围内。不同年龄段或不同健康程度的人,听觉范围有所差异。对于听觉正常的成年人,其可听声的频率在30~16000赫兹之间,而老年人则一般在50~10000赫兹之间。人耳对频率的主观感受体现为声调的高低,谓之音调(tone)或音高。虽然如此,声音的强度及声音的长短也会影响人耳对音调的感觉。声音频率每增加一倍,音调升高八度,即一个倍频程。另一方面,在任一时刻,声波在空间呈峰谷交替状,交替的周期称为声波的波长。所以,频率度量声波时间振荡的快慢,波长则度量声波空间起伏的缓急。频率和波长互相联系,两者之积正好等于声速。故而,同一频率的声波,其水中的波长要比空气的长四倍以上。振动体所辐射的声波,经空气以声速传至人耳,引起耳膜振动,遂使人听觉。人耳听觉的声音,或是赏心悦耳的谐和之音,或是令人烦恼的噪乱之声。单频之声(单音)为纯音。但通常所听到的,往往包含多种频率成份,称为复音。复音由分音构成,频率低者称为基音,频率为基音整数倍者,称为谐音。凡频率比基音高的分音统称泛音。泛音频率未必为基音之整数倍,故未必是谐音。两个同时发出