当前课程知识点：力学与现代生活——开启科学人生 > 第四章 “动”力世界——振动与波 > 4-2-2 声与声波 > Video
现在我们看看这个“声与声波”--
认识一下“波动”。
前面我们记得 给大家读过一首诗--
就是 张继的那个《枫桥夜泊》这首诗，
那么 我们其中提到了 “夜半钟声 怎样到客船”的，
我们来关注一下--
这里面呢 其实牵扯到“声学”知识。
我们先介绍一下“简单的 声的基本知识”--
我们知道 “声”是由结构振动
或者流体的扰动 (也叫'声源') 产生的。
那么 “声波”呢 是经过介质--
比如说 流体介质、液体介质、空气介质、
甚至固体介质，
它以‘纵波’的形式 传递声源的机械振动、
或者流体扰动的能量，
以及物理量交变的信息，
它属于“纵波”。
那么“声速”呢--传播的速度呢
也就是“声速” 实际上跟温度--
就是介质的温度 有关系，
通常有 这么一个公式--
就是：声速等于 331.45 加上 0.61 乘上温度t，
(这个t不是时间, 是温度)
事实上 声音的传播速度 还与
(比如说 在我们空气里面) 与我们的高度有关系。
我们左侧这个图呢
我们看 白天和夜晚的这个声速
随着高度的变化--
白天和晚上还不一样，
由于温度也不一样；
地表的 1到2公里
大气层中的空气，
它的温度呢 变化是蛮复杂的，
这样 到我们 靠近地面呢 白天的温度比较高，
那么 高空的温度呢 比晚上还要高，
那么 使得这个白天这个高空的声音传播速度
小于地面的空气传播速度--声音传播速度；
晚上呢
高空的传播速度 大于地面的传播速度。
那么 这就会导致我们 白天和夜间的钟声
是不一样的--
夜间就慢悠悠的--悠扬的钟声。
关于“声音”呢 我们不得不介绍一下
我们人耳 是怎么听、感知声音的？
我们看看我们的耳蜗结构--
我们的耳蜗结构 相当于一个传感器一样的--
麦克风一样的 来接收声波。
我们的声波呢 都是通过空气
传到我们的耳道里面，
以振波 纵波的形式，经过这个 外耳道--
我们看这个图片 外耳道，
然后 引起这个 鼓膜的振动，
再经过 中耳 、3块听小骨 放大以后，
传到耳蜗的这个 卵圆窗，
那么 在最后耳蜗内部的液体--
经过液体振荡，
最后在这个 基底膜上 振动，
并产生 一个 行波，右边这个图
右边是它的一个简化模型--
这个模型 就是 贝克西 建立的。
关于“声音的测量” 我们平常用这个“声压级”来表示，
是一个对数关系。
声压级 L
等于 20倍的log 以10为底的 常用对数，
真数的分子呢 就是我们测定的真实的声压(P)--
就是空气里面的压强,
比上一个 参考值 P0,
这个参考值呢 是2乘10的负5次方Pa，
Pa就是每平方米牛顿。
那么 我们人耳 有效的听力范围 在什么范围呢？
就是一般在 20分贝 到 130分贝，
分贝就是dB表示了。
那么 可听到的频率范围呢 就是在 20Hz
到20k--也就是2万Hz 之间。
我们听不到的范围 比如说“次声波”--
它已经小于20Hz了--属于次声波；
而 超过2万Hz呢 就属于“超声波”了。
那么 达到伤害人耳听觉的--
就是 超过130分贝的话，
人的耳朵能够产生(听觉)“痛觉”；
如果达到150分贝的话，
听觉系统 就会产生生理性的损伤，
甚至“永久性的耳聋” 这样的现象。
我们再回过头来看看 我们那个“夜伴钟声”的问题，
还有这个所谓的“哑战”呐，
还有这个 一些声音在空气中的不同时间的表现。
在我们的白天、晚上，
昼夜这个‘声线’的分布 是不一样的--
在空气介质中 声束的分布--
就是我们声音传播的路线（我们叫‘声线’呢），
它会折射、弯曲，
我们看看这个图：
白天 假如这里有个声源的话，
它可能形成一个
由于这个声线的折射弯曲 形成一个‘静区’。
那么 所以呢 白天呢 高空中的声音传播速度
小于近地面的传播速度，
所以呢 这个声线 它就弯曲向上，
那么 声音弯曲向上传导，
可能会有‘哑战’的现象--
就是说 假如这里有一个战斗、枪声呢
那么 我们如果处在“静区”的话--
就是左右的“静区”的话，
我们听不到 战斗的枪声；
那么 晚上 我们再看看，
这个声线的弯曲呢 导致这个高速的声线呢 是向下弯的，
因为这个 高空的声音传播速度 大于近地面的速度，
那么 这会导致所谓的“夜半钟声”、
“夜半隔山钟”的问题--
假如 我们这里有 钟声的话，
那么隔着一座山 我们因为声线折射弯曲，
还能够听到 隔山钟的声音。
我们对钟声 再进行一个 简单的分析：
我们知道 我们国家 最早有这些
制造的各种编钟--
我们看到“曾侯乙的编钟”系列。
编钟一般由青铜铸造的，
可以发两个音 就是“双音钟”，
那么 音程非常准确，
是通过这个高超的技术调音呢 使得大多数的
双谐音 相差呢 小于3度--
从小3度到大3度 的水平；
它的音域也比较宽广--
达到 5个半 8度，
比现代的大部分的乐器还宽--
比现代的钢琴呢 只少了1个低8度、
1个高8度；
它的中音区呢 有12个半音呢 非常全--
与现代的12个平均的‘律 ’ 不谋而合；
它的延音 比较短暂、
乐音呢 衰减比较快，
可以演 奏快节奏的中国民乐，
也可以演奏这个 旋律复杂的西方交响乐曲。
那么 有这个双音特性的根本原因呢
就是我们看到这个 它敲击的正鼓点和侧鼓点
触发 含有不同固有频率的振动模态--
我们看这个 正鼓音和侧鼓音的
不同的振动模态 也叫“振型”；
还有它这个 延音短的奥秘呢
我们看这个 空气啊
是因为 空气对声源的振动有阻尼作用，
那么 还与声源的外形有关系--
编钟的振动面呢 它的刚性呢 比圆钟要小，
所以 敲激的振幅 比圆钟大，
这样呢 振动的钟的壁
克服空气的阻力作功就多、
耗振的能量也多，
使得这个 钟声呢 衰减比较快--我们看到这个图：
不同的这个扁度吧，
它的钟声呢 衰减的速度不一样--
扁度越高 它音频衰减越快，
这是我们北大 王大钧 的实验结果。
还有钟枚 也具有一定的调音作用--
我们看看钟枚，
(我们所谓的钟枚 就是钟表面
加上一系列的小凸台一样的)
我们看 有钟枚 和 没有钟枚,
声音的频谱不一样--
钟枚呢 可以抑制 钟声的高频成分,
起到调节钟声的音色的作用。
我们加钟枚以后，
我们看到 有些 高频成分消失了--
右边这个图可以显示。
那么 这一部分我们就介绍到这里。
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