在我们日常生活中声音是非常常见的,我能确定你们现在就听到了声音,可见声音是多么样的常见和经常被利用,但是天天听到声音的人们和动物并不是都知道声音到底是怎么回事,我这篇文章就是解释一下声音和他的本质,整个要讲的就是声音的产生,声音的传播,和声音的接收。
首先我们要清楚声音是一种什么样的东西,声音算是一种能量态的东西,随便举几个例子,音波枪,音波炮,用声音震碎玻璃杯(真是神奇!)所以我们就达成共识了,声音是一种能量。
那么首先关于声音的第一个疑问,就是声音是如何产生的。我的猜想是声音是由于敲击和碰撞产生的,接下来就该用实验证明了,我们观察一个被敲击的音叉他就会发出声音在他发出声音的同时。
我观察到了两个现象第一是音叉被敲了,这很显而易见,第二是音叉振动了,这个我们可以通过摸音叉来感受到。
但是再仔细想一下,我们就会知道我的猜想是不太正确的,因为被敲的那一瞬间他在响,但是他在之后他依然还是在响,如果声音的本质是被敲,那么只有在被敲的一瞬间他会发出声音。敲只是一个诱因。
但是如果我们能够直接说他的产生的本质就是振动,那么依然不够严谨,我认为我们还可以用另外一个实验再来证明一下,就是在音叉被敲之后,抓住音叉,阻止音叉振动,观察是否还会有声音,还会有那么振动就像被敲一样,也不是声音的本质。但是这个实验的结果是,他被握住之后立马没有声音了,这样,我们就可以肯定振动就是声音的产生的本质,生活中大部分的声音全都是由于振动而发声的。
而声音又是如何传播到我们的耳朵里的呢?隔着十米外的一个地方发生的震动为什么我们的耳朵就能敏锐地捕捉到呢?我猜想也许是因为周围有分子。它发生的震动会引起周围的空气分子和他一起震动,并且像多米诺骨牌一样的传到我们的耳朵里,最后使我们的耳膜振动,但是我们需要实验来证明这个猜想,比如说我们可以把声音放到一个没有任何空气的真空环境下,里面没有分子能够让他像多米诺骨牌一样的传播。所以我们也就听不到声音了。于是我们可以准备一个闹钟,一个真空泵。我们把闹钟打开,放到真空泵里,并且把真空泵里的空气抽走,仔细聆听闹钟是否还有声音。结果是随着空气渐渐消失,闹钟的声音也渐渐减弱,最后归零。
所以证明了我们的猜想,声音只有在有空气分子的地方才能够传播,它在真空中不能传播,而这些能够让声音传播的东西就被称作声音的传播介质,而被我们比喻成多米诺骨牌的这种传播方式,其实就是一种波的形式,向四周扩散。
声音能够在空气中传播,是因为它可以像多米诺骨牌一样引起周围分子的振动,最后接力到我们的耳膜,那么按照这个理论声音就应该是可以在固体和液体中间传播的,但是我们依然可以用实验来更好的证明,比如我们这次可以把闹钟扔进一个装满水的杯子里,并且最好给他外面套一个防水袋,以防水的阻力,让闹钟的锤子,无法敲到铃铛,当然,把杯盖也盖上,之后再解释为什么。之后我们发现声音还是传了出来,那么我们就证明了声音可以在水中传播,和声音可以在固体中传播,因为声音就算传播过了水。水的周围是水杯,并且我们也把盖子盖上了,那么声音必须得能够在固体中传播才能传到我们的耳朵里,或者我们也可以单独证明一下,两人隔着一面墙,一个人用手在墙的那一面敲一下,另外一个人把耳朵贴在墙上,也是会听到声音的。所以我们都非常明白的知道了,声音传播是需要介质的。(固液气三态都可以)所以我们把声音的本质也弄清楚了,就是
能量以波的形式在介质中传播的现象
声音的产生声音的传播,我们都说了,但是我们平常的生活中难道所有的声音都是一样的吗?我们听到的都是一种声音吗?苍蝇蚊子的声音和导弹发射的声音一样吗?每一个人的声音一样吗?敲木头和敲铁的声音一样吗?弹吉他音弦和六弦的声音一样吗?所以声音是有不同的特性的。有的响亮,有的微弱,有的清脆,有的沉闷,有的尖锐,有的低沉。这就是我们接下来要探索的,声音的特质,也就是不同的声音。
那么现在就让我们猜想一下影响声音大小的因素是什么?我猜想就是震动的幅度,声音的大小如果用科学的语言来形容,应该是说声音的响度。不同的声音有不同的响度。但是响度取决于什么呢?有的人认为取决于用力程度,但是用力程度并不是本质。但我们可以设计实验来观察本质到底是什么。
实验材料很简单,就是一个鼓,和一个鼓槌,还有一堆纸屑。我们只需要把纸屑放在鼓上,然后用鼓槌以不同的用力程度去敲鼓,并且观察那些纸屑的现象。当然,这个实验在脑子中做,大家也许都可以想象到。结果当然就是敲得越用力,声音越响,纸蹦得越高,那么这时我们当然也观察到了,音乐越响,纸飞的越高,那么就说明鼓面振动的幅度越大。
所以凭着一个严谨的科学实验,我们得出了一个结论,就是物体振动的幅度越大,响度越大。
然后我们再来说,有的声音清脆,有的声音沉闷,这个在科学上被称作声音的音色,用铁做的铃铛轻轻一摇就感觉非常的清脆好听,你同样用木头做个铃铛,就算他俩一模一样,你用同样的力度去敲他们两个他们的声音也会不一样,从这一个可以算做实验的事件中,我们其实已经可以知道为什么有的声音清脆,有的声音沉闷。因为发生物体的材质不同啊!而男生女生的声音也有很大的不同,这个音色的不同,就是取决于他们独自的结构,所以音色的不同就取决于发声物体的结构和材质。这么简单我们就找到了为什么声音的音色不同。
接下来我们再来说为什么有的声音尖锐有的声音低沉,(科学用语,我们称他为声音的音调)取决于什么?比如吉他的六根弦,拨动一弦的时候声音非常的尖锐,拨动六弦的时候声音非常的低沉,然后,然后我们就会发现一个非常明显的特质。就是当你用同样的力道去拨两根弦的时候(一弦和六弦),他们难道不应该是同时结束震动吗?但是我观察到的却是一弦比六弦提前很久结束震动,它的振动速度比六弦快很多,所以这么快,我们也就找到了声音的音调的本质,也就是振动的速度,那我们所熟知的声音的音调的单位赫兹,其实也就是根据这个得来的,每分钟震动100下的物体,发出的声音就是100赫兹,当然,我们的耳朵并不是那么厉害,我们只能听到20到2万赫兹的声音,而高于2万赫兹的我们称它为超声波,不用我细细介绍了,这个我们经常用到也经常听说,而低于20赫兹的则被我们称为次声波,这个我们不怎么用到。
我们已经讲了声音的产生和声音的传播,只剩下声音的接收没有讲了,这里我们得明白耳朵的结构,大约如下图:
内部结构应该是这样的:
传递声音时,声音先是到达我们的耳膜,耳膜当然就被震动了,之后耳膜通过震动传递给听小骨,听小骨又通过震动传递给听觉神经听觉神经直接传递给幕后老板一一大脑,然后大脑就知道了,神经告诉我我听到了声音………那么我就听到吧,然后我们就感觉自己听到了声音…………
而并不是只要有声音,我们的耳朵就可以听到有些声音,我们是听不到的,比如说超声波和次声波,20赫兹以下的叫做次声波,2万赫兹以上的叫做超声波,这两种都是人类所不能听到的,但是有的动物就很厉害,他们就能听到。
而声音也并不是百利无一害,巨大的噪音,让人心烦的声音无处不在,声音还有一个单位为我们熟知,就是分贝,分贝和赫兹完全不一样,一个是声音响亮程度的单位,一个是声音尖细程度的单位,分贝当然是响亮程度的单位,20分贝左右就是蚊子的声音,40分贝左右就是安静的图书馆,50到60分贝,差不多都是我们正常交流的声音,七十八十分贝就是交通的声音,而90到100分贝就是大型的工程比如钻地机的声音,偷偷告诉你一个事情,宝宝的哭声和钻地机的声音一样大,同样高达93分贝左右…(很容易让人急躁)
100分贝就已经是很响亮的了,给人一种震耳欲聋的感觉,而110分贝以上,可能就是导弹发射的声音,或者爆炸的声音,人如果暴露在这种声音之下会耳膜破裂,还好,对于声音有很多防护,比如从根源上切断,像是在图书馆里放一个请安静的牌子,或者装上消音地板。枪的消音器,另外一种就是不让它传播,比如高速路旁边的屏障,和隔音墙,隔音门,比如录音室就是强力隔音,另外一种就是在接收的时候阻断它,比如带上超强防护的耳机,还有最常见也最简单,但是效果也很不好的“捂上耳朵”
声音很重要,为人类带来了很多便利,但是同时也给人类带来了很多不利,但是还是便利更多,声音的用处也非常的多,想象一下,在未来声音还能被用来做什么呢?人的耳朵会进化吗?次声波和超声波的用处都有些什么呢?还能又被用于什么呢?我们今天的这一些关于声音的共识会被推翻吗?声音会被探索出来更多的奥妙吗?这些问题值得我们深思。
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