书城童书物理知识知道点:走进声音世界
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第8章 锯条琴与声强

各种声音有什么不同呢?首先是声音的强弱不同,这叫声强。

找一根废钢锯条,把它夹紧在抽屉缝里,伸出来的部分要长一些。用手指拨动锯条,让锯条弯得厉害些,一松手,听!发出了较强的声响。如果你只是轻轻地拨动一下,锯条来回振动得不很大,声音就小多了。

仔细观察一下那根锯条的运动情况。当你没有拨动锯条时,锯条的位置叫平衡位置,当你拨动锯条,例如把锯条先向下弯,弯到一定的位置,然后拿开手,锯条就开始返回平衡位置,过了平衡位置继续向上弯,一直到某一位置,锯条又返回平衡位置,到了平衡位置,就完成了一次振动。

在物理学里,把振动物体离开平衡位置的最大距离叫做振幅。用力拨动它,它的振幅就大;轻轻拨动它,它的振幅就小。

锯条琴的实验告诉我们,声强和声源的振幅有关系。声源振幅越大,声音越强;声源振幅越小,声音越弱。

声音的强弱用声级表示,它的单位叫分贝。小电钟的声级是40分贝,普通谈话的声级是70分贝,气锤噪声的声级是120分贝,喷气式飞机噪声的声级是160分贝,巨大的火箭噪声的声级是195分贝。

在空气中,人类刚刚可以听到的最弱的声音的声级是零分贝,它的能量很小,这种声音造成的压力变化只有蚊子落到人手上时所感受的压力变化的1/1000。目前还没有任何仪器能达到人耳这样高的灵敏度。人听得见的这种最弱的声音极限,在声学中就叫“听阈”。

当人站在飞机发动机旁或者凿岩机旁,隆隆的噪声会使人耳产生疼痛的感觉,这种声音的能量很大,在声学中叫做“痛阈”。这时的声级大约是120分贝,它的压强变化是0分贝时的100万倍呢!各种声源的声级声级(分贝)声源(距测点1~1.5米)10~20静夜20~30轻声耳语、很安静的房间40~60普通室内谈话声60~70普通谈话声、较安静的街道80城市街道、收音机、公共汽车内90重型汽车、泵房、很吵的街道100~110织布机、电锯110~120柴油发动机、球磨机120~130高射机枪、风铲130~140大炮、喷气式飞机160以上火箭、导弹、飞船第9章自行车“弹琴”与音调声音不但有强弱,而且有高低。声音的高低程度叫做音调。不同的音调是怎样产生的呢?让我们先做个小实验。

找一张旧年历卡片(或者有弹性的硬纸板)、一辆自行车。把自行车支起来,一只手转动自行车的脚踏板,另一只手拿着硬纸片,让纸片的一头伸到自行车后轮的辐条中。先慢慢转,这时可以听到纸片的“轧轧”声;再加快转速,纸片发出的声调就会变高;当转速达到一定程度时,纸片就会“尖叫”起来了。

很明显,纸片音调的变化是和纸片每秒钟振动的次数有关系:车轮旋转比较慢的时候,同一时间内纸片跟车条的接触次数比较少,也就是说,每秒钟纸片振动的次数比较少。反过来,车轮转得快时,纸片每秒钟振动的次数就多了。

蜜蜂飞行时翅膀的振动

振动着的物体在1秒钟里完成全振动的次数叫做频率。频率的单位叫赫兹(简称赫),也叫周/秒(读做“周每秒”)。大钢琴最低音的频率是27赫,最高音的频率是4000赫,它包含了这么广的频率范围,当然能演奏丰富多彩的乐曲了。

人讲话的音调也有高低。成年男子的声带长而厚,基本振动频率低,只有100~300赫,女子的声带短而薄,基本振动频率比较高,一般是160~400赫,所以女子说话的音调都比男子高一些。儿童的声带比较短薄,童音音调比较高。少年的声带正在发育,都有一段“变音”的时期,在这个时期应注意保护声带。

勤劳的蜜蜂用440赫的频率飞出去采蜜,当它们满载而归的时候,翅膀振动的频率降到330赫,有经验的养蜂员听到蜜蜂的“歌声”,就能知道它们是否采到了蜜。

人对于高音和低音的听觉有一定的限度,频率过高和频率过低的振动都不能引起听觉。大多数人能听到的声音频率范围在20~20000赫之间。频率低于20赫的叫次声,频率高于20000赫的叫超声。

有的动物能听到或发出超声,狗能听见38000赫的超声,蝙蝠能发出和听到25000~70000赫的超声。蝙蝠就是利用超声来“看”东西的。

有的动物则能听到次声。老鼠就能听到16赫以下的次声,当海洋里发生大风暴和海啸的时候,次声登陆了,人听不到,老鼠却听到了,它们预感到了危险,就会成群结队地逃跑。

超声和次声在工农业和军事上有着广泛的用途。