声音基础知识第3课—声音的特性

声音基础知识第3课—声音的特性

声音特性

 

(一)响度(loudness):人主观上感觉声音的大小(俗称音量),由“振幅”(amplitude)和人离声源的距离决定,振幅越大响度越大,人和声源的           距离越小,响度越大。(单位:分贝dB)

 

(二)音调(pitch):声音的高低(高音、低音),由“频率”(frequency)决定,频率越高音调越高(频率单位Hz(hertz),赫兹[/url,人耳听觉范            围20~20000Hz。 20Hz以下称为次声波,20000Hz以上称为超声波)例如,低音端的声音或更高的声音,如细弦声。

 

(三)音色(music quality):声音的特性,由发声物体本身材料、结构决定。又称音品。    频率是每秒经过一给定点的声波数量,它的测量单位为             赫兹,是以一个名叫海里奇R.赫兹的音响奇人命名的。此人设置了一张桌子,演示频率是如何与每秒的周期相关的。    1千赫或1000赫表示每             秒经过一给定点的声波有1000个周期,1兆赫就是每秒钟有1,000,000个周期,等等。

 

(四)乐音:有规则的让人愉悦的声音。噪音:从物理学的角度看,由发声体作无规则振动时发出的声音;从环境保护角度看,凡是干扰人们正常工           作、学习和休息的声音,以及对人们要听的声音起干扰作用的声音。

 

(五)音调,响度,音色是乐音的三个主要特征,人们就是根据他们来区分声音。

 

第4课-听见与听不见的声音

 

正常人能够听见20Hz到20000Hz的声音,而老年人的高频声音则减少到10000Hz(或可以低到6000Hz)左右。人们把频率高于20000Hz的声音称为超声波,低于20Hz的称为次声波。

 

超声波(高于20000Hz)和正常声波(20Hz – 20000Hz)遇到障碍物后会向原传播方向的反方向传播,而部分次声波(低于20Hz)可以穿透障碍物,俄罗斯在北冰洋进行的核试验产生的次声波曾经环绕地球6圈。

 

超低频率次声波比其他声波(10Hz以上的声波)更具对人的破坏力,一部分可引起人体血管破裂导致死亡,但是这类声波的产生条件极为苛刻,能让人遇上的几率很低。

 

人的发声频率在100Hz(男低音)到10000Hz(女高音)范围内,而蝙蝠能够听见频率高达120000赫的超声波,它发出的声波频率也可达到120000赫。蝙蝠发出的声音,频率通常在45000赫到90000赫范围内。狗能够听见高达50000赫的超声波,猫能够听见高达60000赫以上的超声波,但是狗和猫发出的声音,都在几十到几千赫的范围内。

 

第5课-声音的响度

 

声音的强弱叫做响度。响度是感觉判断的声音强弱,即声音响亮的程度,根据它可以把声音排成由轻到响的序列。

 

响度的大小取决于音强、音高、音色、音长等条件。如果其他条件相同,元音听起来比辅音响。元音中,开口度大的低元音听起来比开口度小的高元音响;辅音中,浊音比清音响,送气音比不送气音响。

 

响度描述的是声音的响亮程度,表示人耳对声音的主观感受国家标准标志,其计量单位是宋,定义1kHz,声压级为40dB纯音的响度为1宋。

 

大多数人对信号声级突变3dB以下时是感觉不出来的,因此对音响系统常以3dB作为允许的频率响应曲线变化范围。

 

人耳对声音的感觉,不仅和声压有关,还和频率有关。声压级相同,频率不同的声音,听起来响亮程度也不同。如空压机与电锯,同是 100分贝声压级的噪声.听起来电锯声要响得多。按人耳对声音的感觉特性,依据声压和频率定出人对声音的主观音响感觉量,称为响度级,单位为方。

 

以频率为1000赫兹的纯音作为基准音,其他频率的声音听起来与基准音一样响,该声音的响度级就等于基准音的声压级,即响度级与声压级是一个概念。例如,某噪声的频率为100赫兹,强度为50分贝,其响度与频率为1000赫兹,强度为20分贝的声音响度相同,则该噪声的响度级为20方。

 

人耳对于高频噪声是 1000~5000赫兹的声音敏感,对低频声音不敏感。例如,同是是40方的响度级,对1000赫兹声音来说,声压级是40分贝;4000赫兹的声音,声压级是37分贝;100赫兹的声音,声压级52分贝;30赫兹的声音,声压级是78分贝。也就是说,低频的80分贝的声音,听起来和高频的37分贝的声音感觉是一样的。但是声压级在80分贝以上时,各个频率的声压级与响度级的数值就比较接近了,这表明当声压级较高时,人耳对各个频率的声音的感觉基本是一样的。

 

第6课-声音与噪音

 

声音的本质是波动。受作用得空气发生振动,当震动频率在20-20000Hz时,作用于人的耳鼓膜而产生的感觉称为声音。声源可以是固体、也可以是流体(液体和气体)的振动。声音的传媒介质有空气。水和固体,它们分别称为空气声、水声和固体声等。噪声监测主要讨论空气声。

 

人类是生活在一个声音的环境中,通过声音进行交谈、表达思想感情以及开展各种活动。但有些声音也会给人类带来危害。例如,震耳欲聋的机器声,呼啸而过的飞机声等。这些为人们生活和工作所不需要的声音叫噪声,从物理现象判断,一切无规律的或随机的声信号叫噪声;噪声的判断还与人们的主观感觉和心理因素有关,即一切不希望存在的干扰声都叫噪声,例如,在某些时候,某些情绪条件下音乐也可能是噪声。

 

环境噪声的来源有四种:一是交通噪声,包括汽车、火车和飞机等所产生的噪声;二是工厂噪声,如鼓风机、汽轮机,织布机和冲床等所产生的噪声;三是建筑施工噪声,像打桩机、挖土机和混凝土搅拌机等发出的声音;四是社会生活噪声,例如,高音喇叭,收录机等发出的过强声音。

 

第7课-声音的速度列表

声速又称音速,定义为:声速表示声音在1秒钟内传播的距离。物理意义:声速是表示声音在介质中传播快慢的物理量,是介质中微弱压强扰动的传播速度,其大小因媒质的性质和状态而异。空气中的音速在1个标准大气压和15℃的条件下约为340m/s。

计算公式为:
\(c=√[ \frac {K}{ρ}]\)式中ρ为介质的密度;K=dp/(dp/ρ),称为体积弹性模量,dp、dρ分别为压强和密度的微小变化。对于液体和固体,K和ρ随温度和压强的变化很小,主要是随介质不同而异,所以在同一介质中,声速基本上是一个常数。对于气体,K和ρ随压强和温度的变化很大,故按体积弹性模虽的定义,以用下式计算更为方便:

声音基础知识第3课—声音的特性

下标S表示过程是等熵的。这是因为微弱的压强扰分理处在气体中引起的温度梯度和速度梯度都很小, 而过程进行得很快,热交换和摩擦力都可以略去不计。对于完全气体的等熵过程,有,为比热比。声速c又可表示为:

\(c=√[λ RT]\)

式中T为热力学温度;R为普适气体常数。对于空气,,R=287.14焦耳(千克·开),故米/秒。

在流动的气体中,相对于气流而言,微弱扰动的传播速度也是声速。在温度T不为常数的流场中,各点的声速是不一样的,与某一点的温度相当的声速称为该点的“当地声速”。当气流的温度很高(如高超声速流动),或存在有外部的激励源时,气体分子内部振动的动能很大,分子的离解度很高。在这种情况下,当微弱压力波扫过使气体温度很快地发生变化时,气体分子的平动能和转动能很快就能达到相应的平衡值,但分子振动能和离解能达到新平衡态所需的特征时间要大得多,此时在波的传播过程中,可以认为这部分内能没有变化,即气体处于冻结状态(见非平衡流动)。这时,声速公式可表为:

声音基础知识第3课—声音的特性

式中ct表示冻结声速,下标q表示振动能和离解能等保持原值不变。

不同介质中声速差别很大

空气(15℃):340米每秒,
空气(25℃):346米每秒,
水(常温):1500米每秒,
海水(25℃)1530米每秒,
钢铁:5200米每秒,
冰:3160米每秒
软木:500米每秒,

声音在空气中的传播速度还与压强和温度有关。
声音的传播需要物质,物理学中把这样的物质叫做介质。

声音基础知识第3课—声音的特性

声音在空气中的速度随温度的变化而变化,温度每上升/下降5℃,声音的速度上升/下降3m/s。
声音的传播最关键的因素是要有介质,介质指的是所有固体,液体和气体,这是声音能传播的前提。物理参量有声源离观察者的距离,声源的震动频率,传播介质有关。
声音的传播速度随物质的坚韧性的增大而增加,物质的密度减小而减少. 如:声音在冰的传播速度比声音在水的传播速度快.冰的坚韧性比水的坚韧性强,但是水的密度大于冰.这减少了声音在水与冰的传播速度的差距.
格式可写为:    c=p*C
c=声速
C=坚韧性(coefficient of stiffness)
p=密度

 

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