科学：小学教师指南/声音
当材料振动时，就会产生声音。声波中的能量可以从一种物质传递到另一种物质。当振动物体向前运动并推动物质时，空气分子会被挤压在一起。压缩是指分子被挤压在一起。稀疏是指分子被分散开。一个压缩和一个稀疏一起构成波长。
- 声音的特征
声音在液体中的传播速度比在气体中快，在固体中传播速度更快。物质中分子越紧密，声音在其中传播的速度就越快。声速与频率无关。
- 声音以纵波的形式传播。
- 声波有频率；声音的音高升高或降低。
- 声音的振幅决定了它的音量。
- 音调是衡量声波质量的指标。
声音以振动的形式通过空气传播。这些振动导致空气粒子压缩在一起，这导致它们周围的空气以波的形式从声源处移动。
声音传播的方式是基础科学中经常讨论的话题，尤其是针对幼儿。许多孩子可以轻松地识别声音的来源，并理解耳朵是如何探测声音的，但难以理解两者之间的过程。
就像光一样，声音也以振动的空气分子引起的波的形式传播。如果敲击鼓，鼓周围的空气分子就会振动，这些振动反过来会导致稍微远一点的空气分子振动。这个过程会不断重复，直到振动减弱，声音开始消散。
一个简单的弹簧玩具是一个极好的工具，可以用来向正在萌芽的科学家演示声波是如何工作的。将弹簧玩具拉伸到桌子上，快速推动一端，就可以说明压缩会导致空气粒子聚集在一起，因为波沿着弹簧传播。代表空气分子的弹簧部分没有移动，只是振动，而波明显地反弹到被推动的端点，代表回声。
多普勒效应是指当声源和观察者相互靠近或远离时，声音、光或其他波的频率增加（或减少）的现象。这种效应会导致警笛经过时听到的音调突然变化，以及天文学家观察到的红移。天文学家利用多普勒频移来精确计算恒星和其他天体以多快的速度靠近或远离地球。例如，在遥远星系中，氢气发出的光谱线通常被观察到有相当大的红移。
多普勒效应可以描述为移动的波源产生的效应，对于声源正在靠近的观察者，其频率出现明显的升高，而对于声源正在远离的观察者，其频率出现明显的降低。需要注意的是，这种效应并非由于声源频率的实际变化而产生。多普勒效应可以观察到任何类型的波——水波、声波、光波等。我们最熟悉多普勒效应，因为我们有与声波相关的经验。也许您还记得警车或救护车在高速公路上朝您驶来时的情况。当汽车带着警笛朝您驶来时，警笛声的音调（衡量警笛频率的指标）很高；然后汽车经过后，警笛声的音调突然降低了。这就是多普勒效应——移动声源产生的声波频率的明显变化。
假设在一个圆形水坑的中心有一只快乐的虫子。这只虫子周期性地摇动着它的腿，以便产生通过水传播的扰动。如果这些扰动起源于一个点，那么它们将从该点向所有方向传播出去。由于每个扰动都在同一个介质中传播，因此它们将以相同的速度向所有方向传播。这些圆圈将以相同的频率到达水坑的边缘。位于 A 点（水坑的左边缘）的观察者会观察到扰动以与位于 B 点（水坑的右边缘）的观察者相同的频率撞击水坑的边缘。事实上，扰动到达水坑边缘的频率将与虫子产生扰动的频率相同。如果虫子每秒产生 2 次扰动，那么每个观察者都会观察到它们以每秒 2 次的频率接近。
音爆
音爆是一种与物体以超音速穿过空气时产生的冲击波相关的音调。音爆会产生大量的声能，听起来非常像爆炸。超音速子弹从头顶飞过时发出的爆裂声就是一个微型的音爆例子。
如果船的速度超过水波的传播速度，那么这些波就无法及时“避开”船，从而形成尾波。尾波是一个更大的单波。它是由原本会在船前方扩散但无法扩散的小波形成的。
当飞机在空中飞行时，它会产生声波。如果飞机的速度低于声速（声速是变化的，但在空气中典型值为 700 英里/小时），那么声波可以在飞机前方传播。如果飞机突破音障，飞行速度超过声速，那么它经过时就会产生音爆。音爆是飞机声波的“尾波”。所有原本会从飞机前方传播的声波都会合并在一起，所以首先你什么也听不到，然后你就会听到它们产生的音爆。
这就像你在平静的湖边，一艘船从你身边飞驰而过。船经过时，水面没有受到任何干扰，但最终，一个来自尾波的大波涌上岸。当飞机以超音速飞行时，也会发生完全相同的事情，只不过你不是听到来自尾波的大波，而是听到音爆。
共振和强迫振动
- 共振：所有物体都有一个自然振动频率。因此，一个物体以另一个物体的自然频率振动而形成的声波，可以导致第二个物体振动，而无需物理接触。
- 强迫振动：一个振动物体由于与另一个物体物理接触而导致另一个物体振动。
声速
声速取决于波传播的介质，是材料的基本性质。牛顿首次对声速进行了有意义的测量。他认为，声音在特定物质中的速度等于作用在它上的压力的平方根（STP）除以它的密度。
- 海平面上的声速相当于 340.29 米/秒，在 20 摄氏度的干燥空气中，声速为 343 米/秒，2.9 公里，4.69 英里。
- 声速会因大气条件而异，其中最重要的因素是温度。
声音感知
“声音”一词与物理学中的用法不同，在生理学和心理学中，它指的是大脑感知的主题。心理声学领域专门研究这类问题。从历史上看，“声音”一词专门指代心理上的效应。这意味着（至少在 1947 年），对于“如果一棵树在森林里倒了，但没有人听到它倒下，它会发出声音吗？”这个问题的正确答案是“不”。然而，由于当代的用法，大多数字典中都普遍存在将声音定义为物理效应的定义。因此，对同一个问题的答案（见上文）现在是“是的，一棵树在森林里倒了，但没有人听到它倒下，它会发出声音”。任何有听觉的生物对声音的物理接收仅限于一定频率范围。人类通常能听到大约 20 赫兹到 20,000 赫兹（20 千赫兹）的声波频率。上限随着年龄的增长而降低。有时声音只指那些频率在人类听觉范围内振动的声音，或者有时它与特定动物有关。其他物种有不同的听觉范围。例如，狗可以感知高于 20 千赫兹的振动，但在 40 赫兹以下则听不见。
声音的特征
声音在音调、强度和音色上有所不同。音调是指人们听到的声音的高低。频率是指每秒的振动次数，音调随频率变化
- 任何物体振动都会产生声音。
- 音调是指声音听起来的高低。
- 频率高于人类听觉范围的声音被称为超声波。
- 强度是指声音的大小。
- 振幅可以通过移动更多空气来使声音更大。
- 多普勒效应是指波在运动方向上被压缩，并在运动方向上变长。
- 超声波是超出了人类听觉范围的声波，只能用机器听到。
- 稀疏是指分子分散开的地方。
- 压缩是指分子聚集在一起的地方。
- 声音测量是用分贝来测量的。
- 关于音调，基音是最低频率，泛音是其他高频率的音调。
- 声纳：声波导航和测距
- 声波被发出，反射的波被分析。
- 超声波：类似于声纳，但声波超出了人类听觉的范围。
- 静电麦克风：由于其易于缩小尺寸，在宽频率范围内具有平坦的频率响应，并且提供显着的高稳定性，因此经常用于测量。
NIHL 也会由极其响亮的爆裂声（例如枪声或爆炸声）引起，这些声音会导致耳膜破裂或损伤中耳的骨骼。这种类型的 NIHL 可能是立即且永久性的。噪音暴露也会引起耳鸣——耳朵或头部有耳鸣、嗡嗡声或轰鸣声。
- 损害了用来探测它的器官。
- 暴露在非常响亮的声音中会损害听觉。
- 取决于耳朵离声音的距离、声音的大小、持续时间以及耳朵接触声音的频率。
什么是音乐，它只是噪音还是艺术？并非每个人都喜欢相同的音乐或相同的噪音，但这两件事的共同点是它们都是声音。有些人认为噪音只是令人不愉快的声音，而另一些人可能说对他们来说，噪音是“美妙的音乐”。由于今天我们拥有电子设备，我们几乎可以将声音融入任何事物。令人惊奇的是，音乐的基础通常分为三类：弦乐、管乐和打击乐。这三类是传统的音乐工具，没有任何迹象表明它们会被任何新技术取代。
弦乐：基本上是指弦的振动被传递到共鸣板，然后传递到空气中。一些弦乐的例子包括小提琴、大提琴、吉他、竖琴，甚至钢琴，还有很多其他的，但这些是最常见的。
管乐：更多的是指在乐器一端的孔附近吹气流，乐器内部的气柱就会振动。一些管乐的例子包括短笛和长笛。有一种方法是将空气吹入吹口，吹口被称为簧片，然后簧片振动，使气柱振动，从而发出声音。
打击乐：响板、木块、铃铛和风铃被归类为打击乐。原因是敲击表面以产生声音。这些乐器通常由实心材料制成，例如木材和金属。这些乐器在被手、槌或其他物体敲击时会振动。
铜管乐器
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世界上许多最重要的流派，包括爵士乐和管弦乐，如果没有铜管乐器是不可能实现的。无论您是刚接触铜管乐器世界，还是对铜管乐器有一些了解，这份实用的指南将解释不同类型铜管乐器的区别。
这些铜管乐器中的一些是小号、短号、军号、法国号、大号和长号。所有这些乐器都以铜管乐器命名，因为它们都是用黄铜制成的。乐器内部的气柱通过将嘴唇压在金属吹口上并吹入吹口时使嘴唇振动来使气柱振动。对于大多数铜管乐器来说，气柱的长度通过按下和释放阀门来改变，这会添加或删除空气流过的管段。这些铜管乐器中的一些没有阀门来改变振动气柱的长度。
电子乐器
电子乐器与传统乐器有很大不同。它们使用电子设备在扬声器中产生振动。电子乐器，指任何通过电气，通常是电子，方式产生或改变声音的乐器。这种音乐中的电子元素由作曲家决定，声音本身是通过电子方式产生或改变的。诸如电吉他之类的乐器，它们通过声学或机械方式产生声音，但通过电气或电子方式放大声音，也被认为是电子乐器。然而，它们的构造和产生的声音通常与它们的非电子对应物相当类似。
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所有人类都有一个被称为喉部的“声带”，它有两条薄而强壮的组织带，上面伸展着组织。我们也有褶皱，或者像我们通常知道的声带。男性的声带往往比女性更厚。当你呼吸时，空气会通过你的声带。此外，声带上有肌肉连接，使你能够收紧它们。当你这样做，并用力将空气吹过它们时，这会导致声带振动，就像橡胶带在气流中振动一样，从而产生声音。
一个完美的例子是，当一个人哼唱时，当你将一根手指放在喉咙里哼唱时，你可以感觉到振动。男性的声音通常比女性的声音低，而且声音也多种多样，有高有低。声音的音质受许多因素的影响，例如喉咙、口腔和鼻子的气道。嘴唇、舌头和牙齿的位置和形状，以及窦腔的形状和状况，窦腔起着共鸣腔的作用。
有很多课堂实验可以进行，这些实验都与声音有关。以下是一些教师可以用来帮助孩子们更多地了解声音并教育他们有关声音实验的视频和活动，这些实验在课堂环境中似乎有趣且有趣。它还可以帮助学生了解声音是如何产生的。
https://www.youtube.com/watch?v=7VGlBZOywIg
https://www.youtube.com/watch?v=BoeDI-YkzI0
https://www.youtube.com/watch?v=37csXse35YQ
https://www.scholastic.com/teachers/articles/teaching-content/science-sound/
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