聲音的形成及其傳播

    1.什么是聲音
    根據人對信號的感知，人耳聽覺系統所能感受到的信號就是聲音。
    聲音是由物體振動產生的，但是人耳并不是所有的聲音或者說所有的頻率都能聽的見，通常人耳能感知到的頻率范圍為10Hz----20KHz。
    首先，聲音有它自己的形成方式，它的過程是先要對物體產生一個策動力，物體開始振動產生聲波，再通過某種媒質傳遞到人的耳膜，最后送到大腦產生相應的感知。
    上圖就是聲音形成的條件。總結一下；
    （1）物體的振動
    （2）彈性媒質的傳播
    （3）耳膜（鼓膜）的相應振動
    （4）大腦的感知
     2.聲音的傳播方式
    在媒質中，聲音是以波的形式進行傳遞的，但聲波在媒質傳播時，媒質的質點并不隨聲波前進，它只在原地振動，傳遞出去的只是質點振動的狀態。就象把以塊石頭投入水中，水波向外傳遞，但原位置的水只是在原地上下波動一樣。這里應該提到的是聲波在真空中不能傳遞的，我們平時在電影中看到的太空飛船在外太空中飛行的時候所產生的轟隆聲是不存在的。
    波形傳遞的方式可以分為橫波和縱波。
    橫波：物質振動的方向與波振動的方向相垂直的波。如繩子的波動就為橫波。
    縱波：物質振動的方向與波振動的方向相同的波。我們聽到的聲波就是縱波。
    波形的振動系統                                                    

    人耳在大自然中聽到的聲波并不是像我們在物理中學到那種簡單的正弦波，大自然中的聲音是由許許多多的簡單波組成的一種復合波，簡單波除了我們說到的正弦波以外還有方型波，三角波，鋸齒波等。
    人耳對不同強度、不同頻率聲音的聽覺范圍稱為聲域。在人耳的聲域范圍內，聲音聽覺心理的主觀感受主要有響度、音高、音色等特征和掩蔽效應、高頻定位等特性。其中響度、音高、音色可以在主觀上用來描述具有振幅、頻率和相位三個物理量的任何復雜的聲音，故又稱為聲音“三要素”；而在多種音源場合，人耳掩蔽效應等特性更重要，它是聲學的基礎。下面簡單介紹一下以上問題。
    1.振幅
    物體或物理量運動時離開平衡位置的最大距離稱為“振幅” 單位是“m”米，用“A”來表示（Amplitude) ，因此聲音能量的強弱程度，主要取決于聲波振幅的大小。而它在人耳聽覺中影響的是響度的大小。
    2.周期
    振動物體從開始位置起，回復到初始位置，即往復振動完成一次。也就是說，從任何時刻開始，經過了一個周期，振動有完全相同的狀態。它的單位是“s”秒，用“T”(period)來表示。
    3.頻率
    一秒內完成全振動的次數叫做頻率，單位是“Hz”用“F”來表示。而它在人耳聽覺中影響到音高，也就是說頻率越高音高也就越高，反之。在國際上把440Hz定為標準音“A”。
    通過上圖可以看出周期和頻率存在反比的關系，用數學公式表示為F=1/T。
    下圖為音高與頻率的關系。
    4.相位
    相位是說明其聲波在周期運動中，各個時刻振動所處的狀態，通常用圓周的度數來衡量。單位是“度”用“Φ”相位（Phase)或相位角(Phase Angle)來表示。
    5.波長與聲速
    振動要傳播，才能成為波。因此，波比振動要更為復雜些，有四個要素，除了振動的三個要素即上面講過的振幅，相位，頻率外，還有一個波的傳播速度，也就是波長。
    波在振動一個周期內傳播的距離叫做波長。也可以這樣解釋；聲音在傳播途徑上，相位相同的兩個不相鄰點之間的距離。單位是“m”米，用“λ”來表示。
    聲速是聲波在媒質中每秒鐘傳播的距離叫做聲波傳播的速度。單位是“m/s”米每秒，用“C"來表示，有時候也用波速“υ”來表示（v在這里是波的傳播速度，與振動質點的運動是兩碼事，不要混淆）。另外需要注意的的是聲速的大小與振動無關，而與媒質的材質，密度和溫度有關。
    例如：
    水中 1450 m/s               木材 3320 m/s                鋼 4900m/s
    酒精 1230m/s                 玻璃 5560m/s                鋁 5160m/s
    如室內溫度為14℃ ～ 15℃，則為340m/s。所以在不作精確要求時，我們常把空氣中的聲速以340m/s來計算。
    聲速（C）=波長（λ） × 頻率（F）
    根據周期的計算公式又可推導為；
    聲速（C）=波長（λ）/  周期（T）