各種聲音有什麼不同呢?首先是聲音的強弱不同,這叫聲強。
找一根廢鋼鋸條,把它夾緊在抽屜縫裏,伸出來的部分要長一些。用手指撥動鋸條,讓鋸條彎得厲害些,一鬆手,聽!發出了較強的聲響。如果你隻是輕輕地撥動一下,鋸條來回振動得不很大,聲音就小多了。
仔細觀察一下那根鋸條的運動情況。當你沒有撥動鋸條時,鋸條的位置叫平衡位置,當你撥動鋸條,例如把鋸條先向下彎,彎到一定的位置,然後拿開手,鋸條就開始返回平衡位置,過了平衡位置繼續向上彎,一直到某一位置,鋸條又返回平衡位置,到了平衡位置,就完成了一次振動。
在物理學裏,把振動物體離開平衡位置的最大距離叫做振幅。用力撥動它,它的振幅就大;輕輕撥動它,它的振幅就小。
鋸條琴的實驗告訴我們,聲強和聲源的振幅有關係。聲源振幅越大,聲音越強;聲源振幅越小,聲音越弱。
聲音的強弱用聲級表示,它的單位叫分貝。小電鍾的聲級是40分貝,普通談話的聲級是70分貝,氣錘噪聲的聲級是120分貝,噴氣式飛機噪聲的聲級是160分貝,巨大的火箭噪聲的聲級是195分貝。
在空氣中,人類剛剛可以聽到的最弱的聲音的聲級是零分貝,它的能量很小,這種聲音造成的壓力變化隻有蚊子落到人手上時所感受的壓力變化的1/1000。目前還沒有任何儀器能達到人耳這樣高的靈敏度。人聽得見的這種最弱的聲音極限,在聲學中就叫“聽閾”。
當人站在飛機發動機旁或者鑿岩機旁,隆隆的噪聲會使人耳產生疼痛的感覺,這種聲音的能量很大,在聲學中叫做“痛閾”。這時的聲級大約是120分貝,它的壓強變化是0分貝時的100萬倍呢!各種聲源的聲級聲級(分貝)聲源(距測點1~1.5米)10~20靜夜20~30輕聲耳語、很安靜的房間40~60普通室內談話聲60~70普通談話聲、較安靜的街道80城市街道、收音機、公共汽車內90重型汽車、泵房、很吵的街道100~110織布機、電鋸110~120柴油發動機、球磨機120~130高射機槍、風鏟130~140大炮、噴氣式飛機160以上火箭、導彈、飛船第9章自行車“彈琴”與音調聲音不但有強弱,而且有高低。聲音的高低程度叫做音調。不同的音調是怎樣產生的呢?讓我們先做個小實驗。
找一張舊年曆卡片(或者有彈性的硬紙板)、一輛自行車。把自行車支起來,一隻手轉動自行車的腳踏板,另一隻手拿著硬紙片,讓紙片的一頭伸到自行車後輪的輻條中。先慢慢轉,這時可以聽到紙片的“軋軋”聲;再加快轉速,紙片發出的聲調就會變高;當轉速達到一定程度時,紙片就會“尖叫”起來了。
很明顯,紙片音調的變化是和紙片每秒鍾振動的次數有關係:車輪旋轉比較慢的時候,同一時間內紙片跟車條的接觸次數比較少,也就是說,每秒鍾紙片振動的次數比較少。反過來,車輪轉得快時,紙片每秒鍾振動的次數就多了。
蜜蜂飛行時翅膀的振動
振動著的物體在1秒鍾裏完成全振動的次數叫做頻率。頻率的單位叫赫茲(簡稱赫),也叫周/秒(讀做“周每秒”)。大鋼琴最低音的頻率是27赫,最高音的頻率是4000赫,它包含了這麼廣的頻率範圍,當然能演奏豐富多彩的樂曲了。
人講話的音調也有高低。成年男子的聲帶長而厚,基本振動頻率低,隻有100~300赫,女子的聲帶短而薄,基本振動頻率比較高,一般是160~400赫,所以女子說話的音調都比男子高一些。兒童的聲帶比較短薄,童音音調比較高。少年的聲帶正在發育,都有一段“變音”的時期,在這個時期應注意保護聲帶。
勤勞的蜜蜂用440赫的頻率飛出去采蜜,當它們滿載而歸的時候,翅膀振動的頻率降到330赫,有經驗的養蜂員聽到蜜蜂的“歌聲”,就能知道它們是否采到了蜜。
人對於高音和低音的聽覺有一定的限度,頻率過高和頻率過低的振動都不能引起聽覺。大多數人能聽到的聲音頻率範圍在20~20000赫之間。頻率低於20赫的叫次聲,頻率高於20000赫的叫超聲。
有的動物能聽到或發出超聲,狗能聽見38000赫的超聲,蝙蝠能發出和聽到25000~70000赫的超聲。蝙蝠就是利用超聲來“看”東西的。
有的動物則能聽到次聲。老鼠就能聽到16赫以下的次聲,當海洋裏發生大風暴和海嘯的時候,次聲登陸了,人聽不到,老鼠卻聽到了,它們預感到了危險,就會成群結隊地逃跑。
超聲和次聲在工農業和軍事上有著廣泛的用途。