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声学知识

这可能是最白话好懂的,关于声音的解读!

作者:   日期:2019-01-09  来源:  关注:9

1. 声波频率

首先说说声波,声波 (Sound Wave或Acoustic Wave) 是声音的传播形式,由物体(声源)振动而产生的,用频率 (Hz) 表示。

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人耳可以听到的声波的频率一般在20Hz~20000Hz之间,按频率划分:

频率低于20Hz的声波称为次声波;

频率在20Hz~20kHz的声波称为可听波;

频率20kHz~1GHz的声波称为超声波;

频率大于1GHz的声波称为特超声或微波超声。

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我们常说的20Hz-20000Hz就是人的听觉范围,许多动物的听力范围远超人类,比如海豚、蝙蝠, 他们常常能听到我们人类听不到的声音。

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另外,人耳的听力是随着年龄的增长逐渐下降的,损失的大多是高频,成年人通常只能听到16000~17000HZ左右的高频声音。


2.分贝

分贝 (decibel) 是一个度量声音响度(强度)的单位,常用dB表示,大约等于人耳通常可觉察响度差别的最小值。0分贝并非指没有声音,而是通常人能听见的最微弱的声音。声音的分贝高的话也能听见,不过会对人体有害。

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典型场景下的分贝数


声音压力每增加一倍(人的直观感受是音量增加一倍),声压量级增加6分贝。那么,不同分贝下,人的感觉是怎样的呢?

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所以, 为了保护听力,应控制噪声不超过90分贝;为了保证工作和学习,最好不超过70分贝;为了保证休息和睡眠,最好噪音不超过50分贝。(现在被很多人群起而攻之的广场舞,所制造的噪音大概在80-90分贝)


3.环境噪音

关于这一点,我们都有这样的认识:当你在一个吵闹的酒吧的时候,你需要大声讲话对面的朋友才能听到, 而当你身处一个安静的图书馆,很小声的耳语就能被听到,所以说当回答“多少分贝的音量是能够听到”的时候,我们需要考虑当时所处的环境的音量,即环境噪音。


通俗的讲, 一般声源发出的声音必须超过环境噪音,才能被听到。例如,普通办公室的环境噪音是70分贝左右,你说话的声音就得超过70分贝才能被别人听到。


4. 声音是怎么传播的

声音由物体的振动而产生,这个振动叫做波,也就是声波,当声波遇到物体时,会使物体产生振动。声波在介质传播过程中被人或动物听觉器官所感知到,就是声音。


人之所以能听到声音,就是声源物体的发出的声波在空气中传播时,引起人耳膜的振动,经过人听觉器官的转换,最后就成了人耳能听到的声音。

所以声音的传播有三个条件:

声源的振动振动;

介质;

我们耳朵的感知能力。


物体的振动:

也就是声源,必须有振动才行。比如打碎玻璃了,鸟叫,打雷声,说话声等等。

介质:

通常由于人生活在空气中,所以传声的介质一般就是空气,然而除了空气,声音还能经由液体,固体传播。



液体传声的现象很常见, 我们在游泳馆游泳的时候,在水下面也能听到岸上人的说话声;还有就是钓鱼的时候,要保持安静不说话,怕说话声吓跑了鱼儿,这都说明水是能传播声音的。


关于固体传声的例子——我们小时候应该都玩过这下面个游戏吧!

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土电话-声音可以通过固体传播


我们耳朵的感知能力:

声音以声波的形式,通过空气传送到耳朵内,引起耳多鼓膜的振动,这种振动经由听小骨及其他组织传给听觉神经,听觉神经把信号传给大脑,大脑根据分析后得到听感。

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有些人天生听觉系统受损,或者后天事故导致听功能障碍,就是接收声波和解析声波这一过程出现了问题。


所以总结下:声源+介质+感知能力,是我们听到声音的三要素。但其实,我们能听到的声音只是很少的一部分,有些是人耳听不到的高频低频声波,有些则是被人耳接收时能量已经很弱了,但是我们都是被密不透风包围在各种声场中。


5.声音的传播方向

相信大家都有这个直观的体会,声音是向四面八方传播的。

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确实是,因为声音是通过空气传播的,而空气是在我们的四面八方无处不在的。(由于人是生活在空气中,所以这里只概略的讨论声音在空气这个介质中传播的方向。)


再来捋一遍,声音是依靠声波的运动传播的,最后人耳接收到的并不是声源本身,而是振动,也就是说这个过程中,没有物质迁移,有的只是动量(振动)的传递。


关于声音是由振动传播没有物质迁移这点,举个栗子:


我们听到树上的鸟叫,听到的其实是鸟的叫声引起的空气的振动,振动传到我们的耳朵被接收到了,只有振动移动到了我们这,但是鸟还在树上,并没有移动。


因为空气是四面八方无处不在,声源体发生的振动由四面八方的空气传播出去,从而声音就是四面八方传播的,这种传播方式就像逐渐吹大的肥皂泡...

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上次我们提到过, 可听声波(频率在20Hz~20kHz之间)的声音才是可以被人耳识别的,除了可听声波,还有超声波,次声波。那么,超声波是不是也遵循这样的传播方向呢?


这里有另一个概念——衍射 (diffraction),是指波遇到障碍物时偏离原来直线传播的物理现象。

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光的衍射—光偏离原来直线传播方向向两边偏移


声波的衍射与光波类似,而且人感觉到的声波的衍射比光更显著。波长越长越容易发生衍射, 而波长是跟波的频率成反比,所以超声波的波长很短,不容易衍射,在均匀介质中基本上能够定向直线传播。所以说,超声波是定向传播的。


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