声音

声音是通过物体振动产生的声波。是通过介质（空气或固体、液体）传播并能被人或动物听觉器官所感知的波动现象。

声音的原理

聲音是一種波動，当演奏乐器、拍打一扇门或者敲击桌面时，声音的振动会引起介质——空气分子有节奏的振动，使周围的空气产生疏密变化，形成疏密相间的纵波，这就产生了声波，这种现象会一直延续到振动消失为止。

声音总可以被分解为不同频率不同强度正弦波的叠加。這種變換（或分解）的過程，稱為傅立葉變換。因此，一般的声音总是包含一定的频率范围。人耳可以听到的声音的频率范围在20到2万赫兹（Hz）之间。高于这个范围的波动称为超声波，而低于这一范围的称为次声波。

各种频率的正弦波;下面的波的频率比上面的高。在这里，水平方向表示时间。

声音的传播

因為聲音是一種機械波，擁有波動傳撥的性質，例如頻率，波長，反射，折射，干涉，繞射，散射等

• 音速跟介质的彈性模量和密度有关，彈性模量是單位體積物质的抗力和形變量之比值，彈性模量越大，物質間不同形變程度處的相互作用力就越大而使加速度變大，声音就传播的越快。但若彈性模量相同之材料，密度越大則會使不同形變程度處之間的加速度降低，導致聲音傳播的速度降低，因此聲音傳波的速度和兩者皆相關。數學形式詳見音速頁面。攝氏0度的空气中，声音的传播速度是331米/秒；在水中的传播速度是1473米/秒；在铁中的传播速度是5188米/秒。
• 声音的传播也与温度有关，声音在热空气中的传播速度比在冷空气中的传播速度快。
• 声音在传播还与相對運動有关，音速是相對於靜止介質而言的,因此若介質和觀察者有相對運動,則聲音抵達的時間則要考慮相對運動。
• 音頻在不同之相對運動狀態時也會改變，詳見都普勒效應，
• 声音在經過不同音速的兩介質介面時會產生反射和折射，例如人面对群山呼喊，就可以听得到自己的回声。
• 折射的例子就是晚上的声音传播的要比白天远，是因为晚上時声音在传播的过程中，因為高處的溫度較地面高，高處音速較地面音速快，从而把向上的聲波能量重新折射回地面；白天地面溫度高音速快，能量不折射回地面。
• 干涉的例子是例如放煙火時若週遭有具有週期性的建築結構存在，則聽者會在煙火爆炸聲後聽到一個有特殊頻率的回聲，此和光譜和光柵分光原理相同。
• 繞射的例子是當房門開啟一個小縫時，房內所有的角落都聽得見由門縫傳播進來的聲音。

声音的接收

人耳

任何器官所接收的聲音頻率都有其範圍限制。人類的耳朵一般只能聽到約在20Hz至20,000 Hz（20kHz）範圍內的聲音，其上限會隨年齡增加而降低。其他物種動物的聽覺頻率範圍也有所不同，像狗可以聽到超過20kHz的聲音，但無法聽到40 Hz以下的聲音。不同物種動物的聽覺頻率範圍如下：

• 蝙蝠：1000～120000Hz
• 海豚：2000～100000Hz
• 貓：60～65000Hz
• 狗：40～50000Hz
• 人：20～20000Hz

動物重要感官中的聽覺即是接收声音。對動物而言，声音有偵測危險、導航、捕食及溝通等作用。地球的大氣、水及許多自然界現象（像火、下雨、風、海浪、地震）都產生其獨特的声音。像蛙、鳥及哺乳動物也都發展出產生聲音的器官。人類的語言也是藉由聲音來傳遞，是文化重要的一環，人類也發展出產生、錄製、傳送及播放聲音的技術。心理声学就是有關人類声音接收的科學研究。

声音的单位

赫兹

主条目：赫兹

赫兹是频率单位，记为Hz，指每秒钟周期性变化的次数。

分贝

分贝是用来表示声音强度的单位，记为dB 。参见分贝。

声压

主条目：声压

声音的衡量
特征	符号
声压	p, SPL,LPA
粒子速度	v, SVL
粒子位移	δ
声强	I, SIL
声功率	P, SWL, LWA
声能	W
声能密度	w
暴露声级	E, SEL
声阻抗	Z
声频	AF
传输损耗	TL

特定介質下的声压是指是指声波通过某种媒质时，由振动所产生的压强改变量，一般會考慮在不同時間或空間下，声压的均方根（RMS）為其平均值。例如空氣中声压均方根為1Pa（94dbSPL）的聲音，表示其實際的壓强會在（1 atm $-{\sqrt {2}}$ Pa）及（1 atm $+{\sqrt {2}}$ Pa）之間變化，即在101323.6Pa及101326.4 Pa之間變化。若以压强的觀點來看，上述声压造成的压強變化很小，但若頻率在聲頻內，此此音卻是震耳欲聋，可能會造成聽力損害的程度。

由於人耳可以感測的声音振幅範圍較廣，声压一般會表示為對數尺度，以分貝表示的聲壓級（SPL）來表示。聲壓級（SPL）可以用L表示．定義如下：

$L_{\mathrm {p} }=10\,\log _{10}\left({\frac {{p}^{2}}{{p_{\mathrm {ref} }}^{2}}}\right)=20\,\log _{10}\left({\frac {p}{p_{\mathrm {ref} }}}\right){\mbox{ dB}}\,$

其中

p為声压的均方根值

$p_{\mathrm {ref} }$為參考聲壓，一般用的參考聲壓是以ANSI S1.1-1994為準，在空氣中為20 µPa，在水中為1 µPa。

若沒有指定的參考聲壓，只有一個以分貝值表示的數值不能代表聲壓級。

声音的应用

超声波

主条目：超声波

超聲波為超越人體可聽到的頻率，即大於20000赫茲。超声波被广泛应用于工业、军事、医疗等行业。在工业上，常用超声波来清洗精密零件，原理是利用超声波在清洗液中产生震荡波，使清洗液产生瞬间的小气泡，从而冲洗零件的每个角落。军事上，潜艇用声呐来发现敌军的舰船与潜艇。在医疗上，可以利用超声波进行洗牙和超声波碎胆结石等等应用。

次声波

主条目：次声波

由火山爆发、龙卷风、雷暴、台风等许多灾害性事件发生前都会产生出次声波，人们就可以利用这种前兆来预报灾害事件的发生。在军事上，可用利用核试验、火箭运行等产生的次声波获得相关的数据。高能量的次声波对动物内脏具有破坏作用，军事上有人在研究开发次声武器（有人将其列入二十世纪十大科技骗局之一），由于次声波只对动物内脏具有杀伤力，所以相比核武器，对环境的破坏作用小的多，是十分清洁的武器。

声音的危害

次聲波

次聲波會干擾人的神經系統正常功能，危害人體健康。一定強度的次聲波，能使人頭暈、噁心、嘔吐、喪失平衡感甚至精神沮喪。有人認為，暈車、暈船就是車、船在運行時產生的次聲波引起的。在大風天氣，高層建築裡的人往往感到頭暈、噁心，這也是因為大風使高樓搖晃產生次聲波的緣故。

噪声污染

随着社会的进步，噪声污染已经成为社会突显问题。据调查，噪音每上升一分贝，高血压发病率就增加3%。影响人的神经系统，使人急躁、易怒；亦會影响睡眠，令人難以入睡，過大的噪音可以令人在睡中醒來，從而擾亂睡眠週期，造成睡眠不足或感到疲倦。40~50分貝的聲音會干擾睡眠，60~70分貝會干擾學習，120分貝(甚至更高)會導致耳痛，聽力喪失。

回聲

聲音是一種波動，遇到障礙物時，有些會被物體吸收，有些則會反射回來，射回來的聲音稱為回聲。

相關條目

• 听觉
• 声学
• 拍频
• 衍射
• 多普勒效应
• 回聲
• 音乐
• 音符
• 声子
• 音高
• 共振
• 折射
• 反射
• 声波武器
• 音色
• 超聲波