物理量及其單位

1、第四章聲音4-1 聲音的發(fā)生與傳播一、波動(dòng)：1、定義：彈性物質(zhì)局部受擾動(dòng)而產(chǎn)生位移，並以此將能量漸次傳遞的現(xiàn)象。2、介質(zhì)：傳遞波動(dòng)的物質(zhì)。3、種類：(一)依介質(zhì)振動(dòng)方向來區(qū)分：(1)橫波 (高低波 )：介質(zhì)振動(dòng)方向與波行進(jìn)方向垂直（繩波、水面波、彈簧波）。(2)縱波 (疏密波 )：介質(zhì)振動(dòng)方向與波行進(jìn)方向平行（聲波、彈簧波 ）。(二)依是否需要介質(zhì)傳遞來區(qū)分：(1)力學(xué)波 (機(jī)械波 )：需介質(zhì)(繩波、水波、彈簧波 )。(2)非力學(xué)波 (電磁波 )：不需介質(zhì)(光、 X- ray )。(三)依介質(zhì)振動(dòng)之連續(xù)性來區(qū)分：(1)週期波：介質(zhì)呈現(xiàn)具週期性連續(xù)規(guī)則振動(dòng)所形成之波動(dòng)。(2)脈(動(dòng) )波：介質(zhì)僅

2、瞬時(shí)擾動(dòng)而不重覆者。3-14、波動(dòng)之結(jié)構(gòu)：(一)橫波 (高低波 )：(1)波峰：波形中之最高點(diǎn)。(2)波谷：波形中之最低點(diǎn)。(3)波長 ()：相鄰兩波峰 (谷)或兩相對應(yīng)點(diǎn)間的距離。(二)縱波 (疏密波 )：(1)密部：波形中之密集部份。(2)疏部：波形中之稀疏部份。(3)波長 ()：相鄰兩密 (疏 )部間的距離。(三)平衡點(diǎn)：介質(zhì)中位移為零之部份。(四)振幅 (R)：介質(zhì)振動(dòng)時(shí)距平衡點(diǎn)之最大距離。3-25、週期波之傳播：(一)週期 ()：(1)定義：介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)往返振動(dòng)一次(波傳播一波長 )所需的時(shí)間。(2)單位：秒 (s)。(二)頻率 (f或 )：(1)定義：單位時(shí)間內(nèi)介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的次數(shù)(傳播

3、的波數(shù) )。(2)單位： 1秒 (1/s、赫茲、 Hz)。1(3) fT(三)波速 (v)：(1)定義：波動(dòng)行進(jìn)的速度。(2)單位： m/s、 cm/s。(3)vfT(4)Ff弦波之波速： vT(F：張力；：線密度 )6、波動(dòng)之特性：(一)波動(dòng)所傳遞者僅能量而非質(zhì)點(diǎn)(質(zhì)量 )。(二)介質(zhì)上之質(zhì)點(diǎn)僅來回振盪而不隨波動(dòng)傳播。(三)波速只與介質(zhì)特性有關(guān)，與振動(dòng)頻率無關(guān)。(四)波的能量強(qiáng)度與振幅平方成正比。(五)波具有反射、折射、干涉、繞射等現(xiàn)象。3-3二、聲波：1、聲音的產(chǎn)生：(一)條件：物體於介質(zhì)中迅速振動(dòng)。(二)特性：為一縱波。2、聲音的接收：(一)過程：空氣振動(dòng)鼓膜中耳聽骨內(nèi)耳耳蝸耳底膜神經(jīng)腦

4、部察覺聲音。(二)可聞底限：人耳所能察覺的最低聲音強(qiáng)度(0 分貝 )。(三)感覺頻率：(1)低於 20Hz：聲下波，次聲 ( 音) 波。(2)2020000Hz：可聞波人耳可感覺。(3)超過 20000Hz：超聲 ( 音) 波。3、聲音的傳播：(一)介質(zhì)：固、液、氣體皆可。(二)聲速：(1)定義：聲波的傳播速率。(2)影響因素：介質(zhì)、溫度、溼度等。(A) 介質(zhì)：固體 >液體 >氣體 ( 約 15：4：1) 。(B) 溫度：聲音在空氣中傳遞速度與溫度的關(guān)係：v 331.45 0.6t 公尺 / 秒（ t ：攝氏溫度）(C)溼度：溼度高v 大(三)聲波之折射：(1)原則：由快折向慢 。

5、(2)常見實(shí)例：(A) 白天聲波傳的近，夜晚傳的遠(yuǎn)。(B) 順風(fēng)聲波傳的遠(yuǎn)，逆風(fēng)傳的近。3-44-2 聲波的反射一、繩波的反射與透射：1、反射：(一)固定端：(二)自由端：2、兩介質(zhì)間之透射與反射：(一)細(xì)到粗：(二)粗到細(xì)：二、回聲 (音)：1、產(chǎn)生原因：聲波在空氣中傳播時(shí)遇到障礙物而反射。2、分辨條件：回聲與原聲須相差0.1 秒以上。(以聲速 340m/s 計(jì)，則人與障礙物須相距17m 以上 )3、日常實(shí)例及應(yīng)用：(一)禮堂、山谷、大樓間之回聲現(xiàn)象。(二)以超聲波 (聲納 )探測魚群、船舶、原油、海底地形等。(三)以超聲波檢驗(yàn)材料裂痕、胎兒、血管栓塞等。(四)以超聲波震碎結(jié)石、腦部手術(shù)、清

6、洗。(五)蝙蝠以超聲波檢視前方地形。4、超聲波之特性：由 vff ( )( )不易散開，較集中，較易被小物體反射。3-54-3 樂音與噪音一、聲音的大小1、響度：聲音的響亮程度（人們感覺聲音的大小，主要由音量決定，與音調(diào)也有關(guān)係）。2、音量：聲音的強(qiáng)度 (物理的觀測量 )(一)定義：垂直於聲波進(jìn)行方向的平面上，每單位面積上每單位時(shí)間所通過的聲波能量。(二)單位：焦耳 /秒-公尺 2(J/sm2)瓦特 /公尺 2(w/m2)(三)人耳能聽到的聲音強(qiáng)度：10-12 w/m 2(1u) 102 w/m 2(四)聲音之相對強(qiáng)度、強(qiáng)度級：(1)定標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度 I o = 10 -12 (w/m 2)之強(qiáng)度級

7、為 0 分貝 (dB)聽覺底限。(2)若某聲音之聲音強(qiáng)度為 I，則其相對強(qiáng)度為 (I / I o)，其強(qiáng)度級 ()為 = 10 log (I / oI) dB。(3)強(qiáng)度級每增加 10 分貝，其聲音強(qiáng)度增為 10 倍。(4)80 分貝以上，聽力受損； 120 分貝以上，會傷害聽覺神經(jīng)。(5) 120 分貝時(shí)，人耳開始感覺痛楚感覺底限。(五)特性：(1)由聲波之振幅決定。(2)向各方向傳播時(shí)，因散佈面積廣，故響度減小。二、聲音的高低1、音調(diào)：聲音的高低（人們所感覺聲音的高低，主要由頻率決定，與聲音之強(qiáng)度也有關(guān)係）。2、一般男聲頻率約為 95142 赫茲，女聲約為 277558 赫茲。女聲頻率高（

8、聲音高昂），男聲低（聲音低沉）。3、一般樂音約在204000 赫茲之間。3-6三、聲音的特色1、音色 (音品 )：聲音的特色 (人們可分辨出不同聲音，由波形決定)。2、波形由聲音音調(diào)之組成情況(成份及比例 ) 決定。3、大部分的聲音皆由好幾種頻率所混合組成。每個(gè)人的聲音各有特性，可建立聲紋。四、樂音1、樂音：物體作規(guī)則振動(dòng)，聽起來令人感到舒服的聲音。2、樂音的三要素：音調(diào)、響度、音色。五、噪音1、噪音：物體作不規(guī)則振動(dòng)，聽起來令人心煩氣躁的聲音。2、國內(nèi)的三大環(huán)境污染：空氣、水、噪音。3、噪音之特色：(一)響度大：使人自律神經(jīng)及內(nèi)分泌系統(tǒng)失調(diào)。(二)音品差：音調(diào)頻率太龐雜，不協(xié)調(diào)，令人焦慮不安

9、。4、控制噪音的方法：(一)由發(fā)音源著手：減少噪音之製造。(二)由傳播途徑著手：隔音或吸音材料。(三)由聽者著手：耳塞、耳罩。3-7六、樂器1、波形：(一)重要名詞：(1)純音：具有單一頻率及特定波形之聲音(音叉、木琴 )。(2)律音：一般樂器演奏單一音符時(shí)所發(fā)出的聲音，由一個(gè)基本頻率(基音 )及一些較高頻率 (泛音 )之純音所組成。(3)基音：發(fā)音體振動(dòng)時(shí)之主振動(dòng)，頻率最低。(4)泛音：發(fā)音體振動(dòng)時(shí)之小振動(dòng)，頻率為基音之整數(shù)倍。(5)諧音：頻率為基音之整數(shù)倍者。(二)原理：基音(1) 律音純音(諧音)泛音(2)樂器所發(fā)出的聲音，主要由基音及其泛音組成，其頻率呈簡單的整數(shù)比，彼此具和諧特性。(3)不同樂器演奏之同一律音 ，因泛音數(shù)及強(qiáng)度不同 ，故波形不同，音色不同。(三)應(yīng)用：(1)音叉振動(dòng)所發(fā)為純音，可作為調(diào)音工具。(2)聲紋比對。3-82、樂器：(一)、弦樂器：(1)利用弦的振動(dòng)發(fā)聲的樂器。(2)弦線愈細(xì)、愈短、愈緊繃（張力愈大） ，頻率愈高。(二)、管樂器：