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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。