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==物理學== 當物體振動時,同時伴隨聲音的產生。當振動體不再振動時,聲音也隨之停止。所以從生活的觀察中可以歸納出:聲音是由物體的振動所引起。 台灣的物理學界及教育界所用的術語亦為:聲源、聲-{}-波、聲-{}-速、超聲-{}-波、超聲-{}-速<ref>{{cite web |title=聲波 |url=https://ocw.aca.ntu.edu.tw/courses/105S111/54 |website=臺大開放式課程}}</ref><ref>{{cite web |title=聲波 |url=https://www.ehanlin.com.tw/app/keyword/%E9%AB%98%E4%B8%AD/%E7%89%A9%E7%90%86/%E8%81%B2%E6%B3%A2.html |website=翰林雲端學院}}</ref><ref>{{cite web |title=保羅・朗之萬,與德國U型潛艇和超聲波 |url=https://bimonthly.ps-taiwan.org/articles/67bc30281efd7411b20cbb00 |website=物理雙月刊}}</ref><ref>{{cite web |title=超聲波技術結合機器學習用於電池的黏彈性分析及狀態估計 |url=https://tdr.lib.ntu.edu.tw/bitstream/123456789/79983/1/U0001-2107202120314900.pdf |website=國立臺灣大學工學院應用力學研究所}}</ref>。 ===传播=== 因為聲音是一種機械波,擁有波動傳播的性質,例如[[頻率 (物理學)|頻率]],[[波長]],[[反射 (物理学)|反射]],[[折射]],[[干涉 (物理学)|干涉]],[[繞射]],[[散射]]等 *声音的传播也与温度有关,声音在热空气中的传播速度比在冷空气中的传播速度快。 *声音在传播还与[[相對運動]]有关,聲速是相對於靜止介質而言的,因此若介質和觀察者有相對運動,則聲音抵達的時間則要考慮相對運動。 *音頻在不同之相對運動狀態時也會改變,詳見[[多普勒效應]], *声音在經過不同聲速的兩個介质面時會產生反射和折射,例如人面对群山呼喊,就可以听得到自己的回声。 *干涉的例子是例如放煙火時若週遭有具有週期性的建築結構存在,則聽者會在煙火爆炸聲後聽到一個有特殊頻率的回聲,此和光譜和光柵分光原理相同。 *繞射的例子是當房門開啟一個小縫時,房內所有的角落都聽得見由門縫傳播進來的聲音。 ===聲波的性質及特性=== [[File:Sine waves different frequencies.svg|thumb|260px|各种频率的[[正弦曲线|正弦波]];下面的波的频率比上面的高。在这里,水平方向表示时间。]] 聲波<ref>{{cite web |title=聲波 |url=https://pedia.cloud.edu.tw/Entry/Detail/?title=%E8%81%B2%E6%B3%A2 |website=教育百科}}</ref>(acoustic waves,sound waves)常簡化為[[正弦曲线|正弦]][[平面波]]的合成,各平面波可以用以下的性質來描述: * [[頻率 (物理學)|頻率]]:頻率越大,音調越高;頻率越小,音調越低。(介質相同時,f和λ成[[反比]]) * [[波長]]:波長越短,音調越高;波長越長,音調越低。(介質相同時,f和λ成[[反比]]) *[[波數]] * [[振幅]]:振幅越大,音量(響度)越大;振幅越小,音量越小。 * [[聲壓]] * [[聲強]] * [[聲速]] * 方向 *[[音色]]:即波形 人耳可以感知到的聲音,其頻率範圍為20 Hz至20,000 Hz,在[[标准状况]]下的空氣中,上述聲波對應的波長從17 m至17 mm之間。有時聲速及其方向會用[[速度]][[向量]]來表示,波數和其方向則會用[[波矢]]表示。 當發聲體越短、越細、越緊、越薄時,音調越高、頻率越大、波長越短;發聲體越長、越粗、越鬆、越厚時,音調越低、頻率越小、波長越長。 [[横波]]也稱為[[剪應力]]波,除了上述性質外,還有[[偏振]]性,這個不列在聲波的性質中。 === 聲速 === {{main|聲速}} [[File:FA-18 Hornet breaking sound barrier (7 July 1999) - filtered.jpg|thumb|美國海軍的[[F/A-18黃蜂式戰鬥攻擊機]]速度突破音障,因空氣周圍壓力的降低,因此水份凝結形成[[水蒸汽錐]](即[[普朗特-格勞爾奇點]])<ref>{{Cite web |url=http://antwrp.gsfc.nasa.gov/apod/ap070819.html |title=APOD: 19 August 2007 – A Sonic Boom<!-- Bot generated title --> |access-date=2014-07-08 |archive-date=2010-11-23 |archive-url=https://web.archive.org/web/20101123033229/http://antwrp.gsfc.nasa.gov/apod/ap070819.html }}</ref><ref>{{cite web|url=http://www.eng.vt.edu/fluids/msc/gallery/conden/mpegf14.htm |title=存档副本 |accessdate=2007-10-29 |deadurl=yes |archiveurl=https://web.archive.org/web/20071029222904/http://www.eng.vt.edu/fluids/msc/gallery/conden/mpegf14.htm |archivedate=2007-10-29 }}</ref>]] 聲速又稱音速。一般來說,聲速<math>c</math>通常和介质的不可壓縮率与密度有关,利用[[连续介质力学]]及[[经典力学]],可导出下面的公式<ref name=mathpages>{{cite web |url=http://www.mathpages.com/home/kmath109/kmath109.htm |title=The Speed of Sound |publisher=Mathpages.com |date= |accessdate=2014-07-07 |archive-date=2013-01-16 |archive-url=https://web.archive.org/web/20130116145144/http://www.mathpages.com/home/kmath109/kmath109.htm }}</ref>: :<math>c = \sqrt{\frac{B}{\rho}}</math> 其中<math>B</math>是[[不可壓縮率]],<math>\rho</math>是[[密度]]。因此聲速隨著介質的不可壓縮率增加而變快,隨著介質的密度增加而變慢。 對於一般的狀態方程式,在[[經典力學]]適用範圍內,聲速<math>c</math>可表示成<ref name=mathpages/> :<math>c=\sqrt{\frac{\partial p}{\partial\rho}}</math> 此處偏微分針對[[絕熱]]變化。 对于远离液态工作点的[[理想气体]],则有 :<math>c = \sqrt{kRT}</math> 式中: *''k''为[[絕熱指數]],是气体定压比热与定容比热之比,双原子气体(包括空气)''K''=1.4 *''R''为[[气体常数]],空气为0.287kJ/(kg·K) *''T''为绝对温度(K) 关于聲速,若溫度在20攝氏度左右,还有一个非常实用的经验公式:''c''=331+0.6''T''(其中''T''为摄氏温度)。<ref name="千華數位文化張正頌2014">{{cite book|author1=千華數位文化|author2=張正頌|author3=[國民營事業招考]|title=物理講義|url=http://books.google.com/books?id=exsZAwAAQBAJ&pg=PA146|date=14 March 2014|publisher=千華數位文化|isbn=978-986-315-819-6|pages=146–|access-date=2014-07-07|archive-date=2014-07-16|archive-url=https://web.archive.org/web/20140716091013/http://books.google.com/books?id=exsZAwAAQBAJ&pg=PA146}}</ref><ref name="BiesHansen2009">{{cite book|author1=David A. Bies|author2=Colin H. Hansen|title=Engineering Noise Control Theory and Practice, Fourth Edition|url=http://books.google.com/books?id=v98PaeB8nQkC&pg=PA18|date=26 June 2009|publisher=CRC Press|isbn=978-0-203-87240-6|pages=18–|access-date=2014-07-07|archive-date=2014-07-23|archive-url=https://web.archive.org/web/20140723122128/http://books.google.com/books?id=v98PaeB8nQkC&pg=PA18}}</ref> 聲速跟介质的[[彈性模量]]和[[密度]]有关,彈性模量是單位體積物质的抗力和形變量之比值,彈性模量越大,物質間不同形變程度處的相互作用力就越大而使加速度變大,声音就传播的越快。但若彈性模量相同之材料,密度越大則會使不同形變程度處之間的加速度降低,導致聲音傳播的速度降低,因此聲音傳播的速度和兩者皆相關。數學形式詳見[[聲速]]頁面。攝氏0度的空气中,声音的传播速度是331米/秒;在水中的传播速度是1473米/秒;在铁中的传播速度是5188米/秒。
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