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声音的产生与声波的物理量
2012-12-12    来源:    作者:佚名
声音的产生:物体的机械振动经媒质由近向远传播,形成声波,声波作用于人耳所引起的主观感觉形成声音。

    作机械振动的物体称为声源,各种固体、液体、气体等有弹性的物质都可以作为传播声波的媒质,其传播速度的大小和强度取决于媒质弹性的大小,声波在固体中传播的速度比在空气中的传播速度要快。

    音响工作涉及的声音通常是在空气中传播的,所以下面只讨论声波在空气媒质中传播的物理过程。在我们生活的空间存在大量的空气,空气是由大量分子组成的,空气作为整体具有质量和弹性,其行为像弹簧,具有可压缩性。我们用质点表示部分空气的集合,当物体发生振动时,将带动它周围的空气质点一起振动,由于空气可以被压缩,振动质点会连续不断地引起相邻质点的振动。在质点的相互作用下,振动物体周围的空气就轮流出现压缩和膨胀的过程,使空气形成疏密相间的分布,并逐步向外扩展,形成声波。

在静态时,板两面的空气是均匀分布的,我们认为板左边和板右边的空气压力是相等的,均为当地的大气压力,这里我们称其为静态压力。当外力将板向右移动时,紧挨着板右边的空气被压缩,紧挨着板左边的空气就膨胀,板右边被压缩的空气压力在静态压力的基础上增大,板左边膨胀的空气压力在静态压力的基础上减小。当外力将板向左移动时,紧挨着板左边的空气被压缩,紧挨着板右边的空气就膨胀,板左边被压缩的空气压力在静态压力的基础上增大,板右边膨胀的空气压力在静态压力的基础上减小。板先向左移动,然后接着向右移动的情况,我们不研究板左边空气的情况,只研究板右边空气的情况,则紧挨着板右边的空气再次被压缩,而原先由于板向左移动而形成的紧挨着板右边的那部分膨胀了的空气状态已向右移动了,所以出现紧挨着板右边的空气是被挤压的空气,稍右一些位置的空气是膨胀了的空气状态,我们这里强调空气状态是因为,实际上只是膨胀了的空气状态向右移动,而空气分子并没有随着移动,空气分子基本上还处于原来的位置附近,空气分子只是做了左右摆动,这种情况可以用下述例子来比喻,田中的麦穗被风吹过出现了麦浪,我们可以看到麦浪向前移动,但是麦穗并没有随麦浪而走远,麦穗只是摆动。就是空气状态的移动形成了声波能量的转递,这种压缩--膨胀的空气状态(又可以称之为疏密波状态)从振动着的物体(声源)周围,由近及远的传递,也就是声波传递的过程,声波传到人的耳朵,人就产生声音的感觉。由于传声媒介是弹性物质,所以声波又称弹性波,在声波传播过程中,空气质点的振动方向和声波传播方向是相同的,所以声波是纵波。

 声波是由振动物体向周围媒质辐射并在媒质中传播的一种物质。波分为纵波、横波和表面波三种。纵波是媒质质点总振动方向与波传播方向一致的波,也就是媒质的稀疏和稠密的交替传播过程。声波就是以这种方式传播的。横波是媒质质点的振动方向与波传播方向垂直的波。表面波中媒质质点作椭圆运动,表面波是在两种媒质的界面处发生的。声波存在的空间称作声场,和别的物质一样,声场也可用物理量衡量,如频率、声速、波长、声压、声功率、声压级等。实际上我们平时听到的声音波形是相当复杂的,所谓复杂是指声波的幅度随时间的变化规律不是已熟知的正弦波,而是由非常多不同频率的正弦波组合成的复杂波形,可以这样说,我们平时听到的声音几乎都不是单一频率的正弦波,但是为了研究方便,我们在这里还是先研究正弦波形声波的情况。

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