5.3: 波长和波长
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- 描述波形的重要物理特征
- 展示光波的物理特性如何与感知体验相关联
- 展示声波的物理特性如何与感知体验相关联
视觉和听觉刺激都以波浪的形式出现。 尽管这两种刺激在组成方面有很大的不同，但波浪形具有相似的特征，这些特征对我们的视觉和听觉感知尤其重要。 在本节中，我们将描述波浪的物理特性以及与之相关的感知体验。
振幅和波长
波浪的两个物理特征是振幅和波长。 波浪的振幅是从波浪的最高点（峰值或波峰）到波浪的最低点（波谷）测量的高度。 波长是指波从一个峰值到下一个峰值的长度。
波长与给定波形的频率直接相关。 频率是指在给定时间段内通过给定点的波浪数，通常以赫兹 (Hz) 或每秒周期数表示。 较长的波长将具有较低的频率，而较短的波长将具有更高的频率。
光波
可见光谱是我们可以看到的较大电磁频谱的一部分。 如下图所示，电磁频谱涵盖了我们环境中发生的所有电磁辐射，包括伽玛射线、\(x\)-射线、紫外线、可见光、红外光、微波和无线电波。 人类的可见光谱与范围从\(380\)到\(740\)纳米的波长有关，这是一个非常小的距离，因为纳米（nm）等于十亿分之一米。 其他物种可以探测电磁频谱的其他部分。 例如，蜜蜂可以看见紫外线范围内的光（Wakakuwa、Stavenga 和 Arikawa，2007 年），除了更传统的视觉光线索，有些蛇还可以探测红外辐射（Chen、Deng、Brauth、Ding 和 Tang，2012 年；Hartline、Kass 和 Loop，1978 年）。
在人类中，光波长与色彩感知有关。 在可见光谱中，我们对红色的体验与更长的波长有关，绿色是中间波长，蓝色和紫罗兰的波长较短。 （记住这一点的一个简单方法是助记词 ROYGBIV：r ed、o range、y ellow、g reen、b lue、i ndigo、v iolet。） 光波的振幅与我们对亮度或色彩强度的体验有关，较大的振幅看起来更亮。
声波
像光波一样，声波的物理特性与我们对声音的感知的各个方面有关。 声波的频率与我们对该声音音高的感知有关。 高频声波被视为高音声音，而低频声波被视为低音声音。 声频的可听范围介于\(20\)和\(20000\) Hz 之间，对于处于该范围中间的频率，灵敏度最高。
与可见光谱一样，其他物种的听觉范围也有所不同。 例如，鸡的听觉范围非常有限，从\(2000\) Hz\(125\) 到 Hz。 鼠标的听觉范围从\(91000\) Hz\(1000\) 到 Hz，白鲸的听觉范围从\(123000\) Hz\(1000\) 到 Hz。 我们的宠物狗和猫的听觉范围分别约为\(70-45000\) Hz 和\(45-64000\) Hz（Strain，2003）。
给定声音的响度与声波的振幅密切相关。 更高的振幅与更响亮的声音有关。 响度以分贝 (dB) 来衡量，分贝是声强的对数单位。 典型的对话将与\(60\) dB 相关；摇滚音乐会可能会在 d\(120\) B 处办理登机手续。 在我们的听觉范围内，耳语\(5\)或沙沙作响的树叶处于我们听觉范围的低端；听起来像窗户空调、普通谈话，甚至交通繁忙或吸尘器都在可以容忍的范围内。 但是，听力伤害可能从大约\(80\) dB 到\(130\) dB 不等：这些声音来自食物处理器、电动割草机、重型卡车（\(25\)英尺远）、地铁列车（\(20\)英尺远）、现场摇滚音乐和手提凿岩机。 疼痛阈值约为\(130\) dB，喷气式飞机起飞或左轮手枪近距离射击（Dunkle，1982 年）。
尽管波幅通常与响度有关，但在我们对可听范围内的响度的感知中，频率和振幅之间存在一些相互作用。 例如，无论波浪的振幅如何，\(10\)Hz 声波都听不见。 另一方面，随着波浪振幅的增加，\(1000\)赫兹声波在感知的响度方面会有很大差异。
当然，不同的乐器可以在相同的响度下演奏相同的音符，但它们的声音仍然大不相同。 这被称为声音的音色。 音色是指声音的纯度，它受声波频率、振幅和时序的复杂相互作用的影响。
摘要
光和声音都可以用波形来描述，波形具有振幅、波长和音色等物理特征。 波长和频率呈反比关系，因此较长的波浪具有较低的频率，而较短的波浪具有较高的频率。 在视觉系统中，光波的波长通常与颜色有关，其振幅与亮度有关。 在听觉系统中，声音的频率与音高有关，其振幅与响度有关。
词汇表
- 丰富
- 波浪的高度
- 分贝 (dB)
- 声强的对数单位
- 电磁频谱
- 我们环境中发生的所有电磁辐射
- 频率
- 在给定时间段内通过给定点的波浪数
- 赫兹 (Hz)
- 每秒周期；频率测量
- 山峰
- （也是波峰）波浪的最高点
- 沥青
- 感知声音的频率
- 音色
- 声音的纯度
- 槽
- 波浪的最低点
- 可见光谱
- 我们可以看到的电磁频谱的一部分
- 波长
- 波浪从一个峰值到下一个峰值的长度