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物理学习指南/声音

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物理学习指南 (打印版本)
单元 直线运动 动量 正压力和摩擦 能量
扭矩 & 圆周运动 流体 重力 波泛音 驻波 声音
热力学 光学
物理常数 摩擦系数 希腊字母 对数 向量和标量 其他主题

声音被定义为机械正弦振动纵向脉冲波,它通过绝热压缩和膨胀使传输介质的压力振荡,从而导致介质中存在的粒子的角动量增加,从而产生旋转动能,从而产生频率在听觉范围内的声音,即在弗莱彻-芒森等响度等高线图上听觉阈值和疼痛阈值之间。

当两个玻璃杯碰撞时,我们会听到声音。 当我们拨动吉他弦时,我们会听到声音。

不同的声音由不同的来源产生。 一般来说,两个物体的碰撞会导致声音。

声音不存在于真空中;它通过介质的材料传播。 声音是一种纵波,其中构成波的机械振动沿波的传播方向发生。

声波的速度取决于介质的温度和压力。 例如,声音在空气和水中以不同的速度传播。 因此,我们可以将声音定义为由两个或多个物理量从平衡状态碰撞产生的机械扰动,该扰动通过弹性材料介质传播。

图 1:弗莱彻-芒森等响度等高线。 丰被标记为蓝色。

振幅是声波内声压变化的大小。 声音振幅可以用帕斯卡 (Pa) 来衡量,尽管更常见的是将声音 (压力) 水平称为声音强度(dB, dBSPL, dB(SPL)),而感知到的声音水平称为响度(dBA, dB(A))。 声音强度是单位时间内通过固定面积的声音能量流。 它以瓦特每平方米为单位。 参考强度被定义为人耳可以听到的最小强度,它等于 10-12 W/m2 或每平方米一皮瓦特。 当强度以分贝表示时,使用此参考值。 响度是根据人耳的频率响应改变的声音强度,以称为 A 计权分贝 (dB(A),也称为) 的单位测量。


分贝不是,如人们普遍认为的那样,声音的单位。 声音是根据压力来衡量的。 但是,分贝用于表达压力,因为通常会遇到非常大的压力变化。 分贝是一个无量纲量,用于表示一个功率量与另一个功率量的比率。 分贝的定义是,其中 x 是平方量,即压力平方、电压平方等。 分贝用于定义相对变化。 例如,新车所需的降噪可能为 3 分贝,这意味着与旧车相比,新车必须安静 3 分贝。 在这种情况下,汽车的绝对水平并不重要。


术语定义

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强度 (I):每秒通过 1 m2 传输的能量。 单位:瓦特每平方米


最低可听声音:I = 0 dB = 10-12 W/m2(dB < 0 的声音对人耳是不可听的。)

疼痛阈值:I = 120 dB = 10 W/m2


示例方程:声音强度变化
Δβ = β2 - β1
= 10 log(I2/I0) - 10 log(I1/I0)
= 10 [log(I2/I0) - log(I1/I0)]
= 10 log[(I2/I0)/(I1/I0)]
= 10 log(I2/I1)
其中 log 是以 10 为底的对数。

多普勒效应

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f' 是观察到的频率,f 是实际频率,v 是声速 (),T 是摄氏度, 是观察者的速度, 是声源的速度。如果观察者正在接近声源,则在分子中使用上面的运算符(+),如果声源正在接近观察者,则在分母中使用上面的运算符(-)。如果观察者正在远离声源,则在分子中使用下面的运算符(-),如果声源正在远离观察者,则在分母中使用下面的运算符(+)。

示例问题

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A. 一辆正在发出 400 赫兹警笛的救护车,以 30 米/秒的速度向静止的观察者驶来。这种情况下的声速为 339 米/秒。

B. 一辆以 10 米/秒的速度行驶的 M551 雪曼,紧跟着一辆以 5 米/秒的速度朝着相同方向行驶,并发出 30 赫兹音调的雷诺 FT-17。这种情况下的声速为 342 米/秒。


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