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什么是声音?声音科学

什么是声音?声音科学

 
我们喜欢声音。我们从中获取线索并依靠它-并捕获它,甚至有两个标配了我们头部的软骨接收器。
 
  但是声音是什么?它是什么做的?柔软的粘合棉或泡沫层如何吸收声音,而一块实心玻璃却不能吸收声音呢?简短的答案是,声音是一种振动,通过我们周围的物质传播。这些振动可以通过固体,液体和气体传播,例如吱吱作响的地板,水和空气。
 
  为了产生人耳可听见的声音,声能会移动物质在其中传播的分子,并产生声波,这种声波像池塘中的涟漪一样呈圆形传播。随着声波远离声源,其强度自然会减弱。
 
  声音很像水。它没有形状或形状,因此它会根据周围环境发霉,并且像水一样,可以被某些材料吸收而被其他材料吸收。这就是吸声和隔音材料可以阻止声音在一个空间内或从一个空间传递到另一个空间的原因。
 
  我们将研究什么是声音以及声音的吸收工作原理,包括一些关于声音吸收系数,等响度轮廓和平方律倒数的有用信息。但是,在我们寻求有效的声波吸收方法之前,让我们了解声音的来源和传播方式。
 
声音的传播
要开始进入声音世界的旅程,您将重新想象周围的世界。首先,设想一下周围的空气。它由漂浮在空旷空间中的数万亿轻舞分子组成。固体,桌子,墙壁,台面也都是由原子和分子组成的,除了它们更密集地包装并且移动起来更少。
 
所有这些都是声音传播的媒介。这意味着,如果某事物通过足够快地移动而干扰了其中一个分子,则该分子将反弹到下一个分子中,该反弹将反弹到下一个分子中,该反弹将反弹到下一个分子中……您便会明白。就像微观的多米诺骨牌效应。
 
但是,任何发出突然声音的东西自然都会移动一个以上的分子-它会移动周围的所有分子。就像从石头扔进池塘里来的涟漪一样,它在各个方向上都远离干扰源。
 
为了说明,请按一下手指。皮肤拍打自己的瞬间,就产生了冲击波。因为您生活在三维空间中,所以多米诺效应会在一个球体中向外传播,而不是像池塘的涟漪那样是一个圆形,每个分子都会影响下一个,直到干扰最终到达您的耳朵。在这一点上,冲击波沿着您的耳道传播,并影响您的耳膜,从而使信息振动并传递到您的大脑。
 
这里有几件事要注意:
声音以纵波的形式运动。这意味着分子将随冲击波向外移动,但随后它们将返回其初始位置。分子没有净运动-这就是为什么声音不会引起风的原因。
声音的速度不取决于声音的响度或音高。而是由空气的物理特性决定。诸如空气密度,压力和温度之类的因素都在声音的速度中起作用。
并非所有声音都沿球形方向移动。声音也可以指向一个方向。
波长和响度
声音的音高由其波长决定。还记得那些振动的空气分子吗?在他们每秒钟振动次数越多,间距将越高。如果它们振动更多,则它们的波长较短。用海浪的比喻,这是从一个海浪的波峰到另一个海浪的波峰的距离。
 
声音的波长和音高
空气分子每秒来回摆动一万次的声波-相当于10,000赫兹(Hz),使用科学单位-听起来像狗哨子一样刺耳。另一方面,每秒仅振动30次的声波将像地震般的隆隆声,使您感觉与听到的声音一样多。这种声音的波长更长,因此振动率更高。
 
响度与波长无关。黑板上的钉子似乎比在相同音量下嗡嗡作响的人响亮,但事实并非如此-响度纯粹是由声波的强度(也称为振幅)引起的。想象一下这种情况:
 
您正在坐下,41赫兹的声波从您身边经过。顺便说一句,四十一赫兹是皇后乐队《另一只灰尘》中最低低音的音调。
就我们的示例而言,您可以看到微小的空气分子来回摆动–并且自然地,它们每秒来回摆动41次。
现在,调高音量。这些空气分子仍然每秒来回摆动41次-唯一的区别是现在,它们每次都向左右摆动。这样会产生响度。
响度相等的轮廓
为了对“响度”的心理声学理解有所了解,科学家们提出了一些有趣的研究。通过向测试对象呈现不同音调的音调,以查看他们认为哪些音调相等,科学家们收集了数据并在称为“等响度轮廓”的图表中进行了平均。
 
响度相等的轮廓
回想一下,人们对响度的感知与除分贝以外的其他因素有关。实际上,诸如音高,声波特性,带宽和暴露于声音的时间长度之类的因素都会影响对音量的感知。
 
响度相等的轮廓的实际应用是,我们认为某些声音比其他声音响亮。例如,由于声波的复杂性,在相同的声压级下,失真的吉他可能比原声吉他响亮。
 
声级vs. 声音响度的感知
就像许多与人类心理学相关的事物一样,我们如何感知声音是一个陌生而又模糊的世界,科学家尚未完全理解。我们经常发誓某些声音,从科学上讲,它的音量与其他声音相同,但声音更大。它发挥了每个人独特的知觉和心理鸡尾酒。令人困惑。
 
但是,这就是我们所知道的。声音确实具有客观可观察到的振幅,并且心理声学确实与之相关。
 
声级以分贝为单位,缩写为dB。分贝以对数标度而非线性标度运行。实际上,这意味着增加10 db的声音大约是两倍的声音-因此,一个80 dB的食物搅拌机的声音实际上是70 dB的真空吸尘器的两倍。长时间暴露于高于此的声级容易损坏我们的听力。
 
反平方定律
因此,如果声音是多米诺骨牌效应,为什么它不会永远传播呢?答案是,声波以给定的能量开始,并且在传播时不会获得更多能量。实际上,随着时间的流逝,它只会失去能量。当声音向外传播时,请想像球形冲击波的大小在不断增大。由于现在等量的能量散布在更大的球形表面上,因此自然地强度降低了,就像篝火产生的热量一样,随着人们走得更远,篝火迅速消失。
 
事实证明,声音的强度与球体体积的倒数成比例地下降。用简单的英语来说,这意味着它会急剧下降-大约等于距离平方的一个。
 
为了说明这一点,请再次拨动手指,这次离您的耳朵约6英寸。请注意,此实验在户外最佳,因为没有墙壁可以将声音反射回您的房间。如果现在距耳朵12英寸或两倍远,则声音是四分之一的声音。如果您移动18英寸(或3倍),声音将下降到其初始响度的十分之一。
 
隔音牛的主要任务是吸收声音。这种现象确实听起来像是-吸收传入的声音并吸收它以达到静音。
 
吸声的棘手部分可以追溯到本文的开头,我们在此讨论了声波和振动分子。当声音穿过一种介质并进入另一种介质(例如从空气进入固体表面)时,声波的一部分不可避免地会通过空气反射回来。这就是为什么您可以在室内更好地听到自己的声音的原因:墙壁将您自己的声音反射回您的耳朵。
 
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