声波 声波是一种机械波，其本质是介质（如空气、水、固体）中质点在其平衡位置附近来回振动的传播过程，这种振动传播伴随着能量的传递，但不伴随介质本身的整体迁移。 核心概念：振动与波 源头是振动 ：任何能够产生振动（往复运动）的物体，例如人的声带、扬声器的纸盆、被敲击的音叉，都可以成为声源。振动是声波产生的根本原因。 传播需要介质 ：声音的传播依赖于介质。在真空中，由于没有可供振动的物质粒子，声音无法传播。介质可以是气体、液体或固体。在空气中，声源振动会推动其周围的空气分子，使它们发生疏密相间的变化。 形成疏密波 ：以空气为例，当声源（如扬声器膜）向外振动时，会压缩前方的空气，形成一个“密部”（高压区）；当膜向内回缩时，后方空气会变得稀疏，形成一个“疏部”（低压区）。这种“密-疏”交替变化的状态，会像多米诺骨牌一样，通过空气分子间的相互作用，由近及远地传播出去，形成声波。从整体形态上看，声波是一种纵波，即介质质点的振动方向与波的传播方向平行。 描述声波的关键物理量 为了定量描述声波，我们引入几个基本参数： 频率 ：指声源或介质质点每秒钟振动的次数，单位是赫兹。它决定了声音的“音调”。频率越高，音调越尖锐（如女高音）；频率越低，音调越低沉（如男低音）。人耳可听的频率范围大约在20 Hz 到 20,000 Hz之间。 波长 ：在波的传播方向上，相邻两个振动状态完全相同的点（如两个相邻的密部中心）之间的距离，称为波长。它反映了波的空间周期性。 波速 ：声波在介质中传播的速度。它 只取决于介质的性质 （如密度、弹性），而与声音的频率、响度无关。例如，在常温空气中，声速约为340米/秒；在水中约为1500米/秒；在钢铁中可达约5000米/秒。 这三者满足基本关系： 波速 = 频率 × 波长 。这意味着，在相同介质中（波速固定），频率越高的声音，其波长越短。 声波的感知：声强、声压与分贝 声强 ：指单位时间内，通过垂直于声波传播方向单位面积的能量。它客观描述了声音能量的强弱，单位是瓦特/平方米。 声压 ：由于声波是疏密波，它会引起介质压强在平衡值（大气压）附近波动。这个波动的压强值就称为声压，单位是帕斯卡。这是我们常用麦克风等设备直接测量的物理量。 分贝 ：人耳能感知的声强范围极其巨大（从约10⁻¹² W/m²到超过1 W/m²），直接用声强或声压数值表示非常不便。因此，我们采用对数标度——分贝来表示声音的“响度”级别。它是声压或声强与一个基准参考值比值的对数。用分贝表示后，庞大的范围被压缩到一个易于处理的尺度上（例如，悄悄话约30分贝，正常谈话约60分贝，摇滚音乐会约110分贝）。分贝每增加10分贝，人耳感知的响度大约增加一倍。 声波的传播特性 声波在传播过程中会表现出典型的波动现象： 反射 ：声波在传播途中遇到障碍物（如墙壁、山体）会反弹回来，形成回声。利用回声测距（声呐）就是基于此原理。 折射 ：当声波从一种介质斜射入另一种介质，或在同一介质中但存在温度、密度梯度时，其传播方向会发生偏折。例如，白天近地面空气温度高，声速快，声音会向上折射，导致传播距离变短。 衍射 ：声波在遇到障碍物的边缘或小孔时，能够“绕”到障碍物后方继续传播的现象。波长越长（频率越低），衍射能力越强。这也是我们能听到墙角另一边声音的原因。 干涉 ：两列或以上频率相同、存在固定相位差的声波在空间叠加时，会使某些位置的振动始终加强（相长干涉，声音变响），某些位置的振动始终减弱（相消干涉，声音变弱甚至无声），形成稳定的干涉图样。