关于声音,你不知道的那些事
声音在我们的生活中比比皆是,像汽车的轰鸣声,音乐家的歌声,校园里的读书声,都是声音存在的证明。但是,你真的了解什么是声音吗?
1.声音的形成
德国著名的物理学家帕斯卡,小时候其实也是一个熊孩子。有一天,他在厨房里玩耍,不小心把一个铁质的碟子撞到了地上,碟子发出了巨大的声响。帕斯卡怕吵醒妈妈,于是赶紧捡起了碟子。说来也怪,本来余音不断的碟子在接触到他的手时立刻安静了下来。
本着一个熊孩子的思想,帕斯卡对这一切非常好奇,他又从橱柜里拿出了几个碟子,用筷子敲打它们(物理学家家里的碟子可真够惨的)。敲打几次过后,帕斯卡发现:每次被敲打过的碟子都会有一阵子的余音,但是只要一摁住碟子,碟子就会停止发声。而且,帕斯卡还发现,凡是正在发声中的碟子都会产生振动。长大以后,帕斯卡也用实验证明了他小时候的发现:声音是由物体振动产生的,振动停止,发声也停止。这条定理也帮助帕斯卡成为了十七世纪最伟大的物理学家之一。
物体振动为什么会产生声音呢?举个例子,就像刚刚说的熊孩子帕斯卡的碟子,在它振动的时候,会不断压缩周围的空气。碟子向左运动时,压缩了左侧的空气,这部分空气变密,右侧的空气却稀疏了;而它向右运动时,右侧的空气变密,左侧的空气却稀疏了……随着碟子的不断振动,空气中就形成了声音的波动,简称音波。
2.声音的三要素
当我们听到熟悉的人讲话的时候,能快速听出是谁的声音,了解乐器的人,也可以分辨出不同乐器的旋律。那么,你知道我们是怎么区分出不同的声音的吗?这就必须讲到关于声音的三要素:音调、响度和音色。
物理学中,把声音振动的频率叫做音调。频率的单位是赫兹,简称赫,符号是Hz。声源每秒振动一次,它的频率就是1Hz。
大自然中的声音这么多,是不是全部都能被人听见呢?当然不是的,人和动物的发声频率各不相同,能接收到的升引擎的频率也不相同。以人来说,人类能发出的频率大约为85~1000Hz,而人类能听到的频率大约为20~20000Hz。低于20Hz的声音叫做次声波,高于20000Hz的声音叫做超声波,这两种声音都是人类听不见的。
但是光靠声调也不能完全区分声音,我们总是会觉得蚊子的嗡嗡声很细微,而鞭炮的声音又震耳欲聋。这就是声音的第二个要素:响度。
响度代表了物体振动的幅度。声源的振幅越大,物体的响度也就越大。
比如说你唱歌的时候,你的声音可能是这个样子的:
但是当你拿了一个麦克风的时候,它可能是这个样子的:
声学上,人民通常以分贝(dB)作为单位来计量声音的强弱。分贝数越大,声音就越强。
一般来说,手表的滴答声大约是10dB,小鸟的鸣叫声约为30dB,我们正常的谈话约为60dB。
而且,响度还和声源的远近有关,当你妈妈叫你回家吃饭的时候,如果你正在你家楼下,你肯定会听得到,但是如果你在离你家几十米的大街上玩,你妈就算把嗓子喊破了,你也听不到。
这时候,有的人就会问了:那两个不同的歌手唱同一首歌,声调一样了,响度也差不多,为什么我还是能听出他们的区别?
7这是因为,声音除了音调和音品这两个特性以外,还有第三个特性:音色。
音色是由物体的材料结构以及发声方式决定的。两个不同的发声体发出的声音,即使音调相同,响度也相同,人耳依旧能把它们区分开,就是因为他们的音色不同。
音调、响度、音色是声音的三个主要特性,正是因为有了它们,我们才能听到大千世界中多姿多彩的声音。
3.声音的应用
你知道吗?声音不仅仅是人们沟通的基本方式,还能被用在建筑和科学探测等方面。现代建筑如礼堂、演讲厅等,都对建筑材料有着很高的要求。
我国著名的建筑北京天坛(如图)就是利用了声音的反射原理。
当人站在天坛的三音石前击掌时,他发出的声音会在回声壁和皇穹宇之间来回反射,最后回到原来的位置。
因为声音经过了多次反射,所以站在三音石前的人能听到多次击掌的声音。所以,如果你有一天去到天坛旅游的话,可千万不要以为闹鬼了哦。
可能又有人要问了:说了这么多,声音不就是为了让人听的吗?那像超声和次声,我们听都听不见,有个锤子用啊?
唉,那你可就大错特错了,不仅仅只是普通的声音才有作用,超声和次声这些人耳听不见的声音,同样有着广泛的应用和开发前景。
因为超声的振动频率非常高,所以在它遇到障碍物的时候,会沿着相同方向反射回来,所以像我们电视上经常看到的雷达,还有医院里的B超等等,都是利用了超声。
在中国北方干燥的冬季,如果把超声波通入水罐中,剧烈的振动会使罐中的水破碎成许多小雾滴,再用小风扇把雾滴吹入室内,就可以增加室内空气湿度,这就是超声波加湿器的原理。
如咽喉炎、气管炎等疾病,很难利用血流使药物到达患病的部位,利用加湿器的原理,把药液雾化,让病人吸入,能够提高疗效。
利用超声波巨大的能量还可以使人体内的结石做剧烈的受迫振动而破碎,从而减缓病痛,达到治愈的目的。超声波在医学方面应用非常广泛,可以对物品进行杀菌消毒。
不仅仅是带有超高能量的超声波才有用处,振动频率极低的次声波也是不容小觑的。
1883年夏季,印度尼西亚苏门答腊和爪哇之间的喀拉喀托火山发生了一次震惊全球的火山爆发,产生的次声波曾绕地球转了3圈,历时108小时。
1986年1月29日0时38分,美国航天飞机"挑战者"号升空爆炸,产生的次声波历时12小时53分钟。
通常的隔音吸音方法对次声波的特强穿透力作用极微,而7赫兹的次声波用一堵厚墙也挡不住、次声波可以穿透十几米厚的钢筋混凝土。
利用次声振动频率极低的特点,我们可以预测自然灾害性事件.例如台风和海浪摩擦产生的次声波,由于它的传播速度远快于台风移动速度,因此,人们利用一种叫“水母耳”的仪器,监测风暴发出的次声波,即可在风暴到来之前发出警报.利用类似方法,也可预报火山爆发、雷暴等 。
但是,声音不只有好的一面,还有坏的一面,生活中经常会存在很多噪音,对我们产生了极大的危害。噪声带给我们的危害有以下几点:
1、影响听力。若在噪音环境下生活会使人听力下降,严重时甚至会导致耳聋;
2、视力下降。当听觉器官受损时会通过神经系统使视觉器官受损,视力减弱;
3、心血管疾病的发病率上升;
4、影响人的情绪,使人急躁、易怒,长期在噪音环境下生活的人可出现神经衰弱症状,如头痛、头晕、耳鸣、记忆力减退等;
5、影响睡眠。噪音过大可以使人在睡梦中惊醒造成疲劳感。
总而言之,声音是我们生活中十分重要的一部分,我们要合理利用声音,让它们更好的为人类做出贡献。