17: 声音
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声音是机械波的一个例子，特别是压力波：声波作为分子的振荡在空气和其他介质中传播。 正常的人类听觉包括从 20 Hz 到 20 kHz 的令人印象深刻的频率范围。 低于 20 Hz 的声音称为次声，而高于 20 kHz 的声音称为超声波。 有些动物，比如蝙蝠，可以在超声波范围内听到声音。 Waves 中涵盖的许多概念在声音研究中也有应用。 例如，当声波遇到具有不同波速的两种媒体之间的界面时，就会发生波浪的反射和传输。 超声波在科学、工程和医学中有许多用途。 超声波用于工程中的无损检测，例如测试金属上涂层的厚度。 在医学上，声波的破坏性远小于X射线，可用于对母亲子宫中的胎儿进行成像，而不会对胎儿或母亲造成危险。 在本章后面，我们将讨论多普勒效应，它可用于确定动脉血液的速度或气象系统中的风速。
- 17.1: 声音前奏曲
- 声音是机械波的一个例子，特别是压力波：声波作为分子的振荡在空气和其他介质中传播。 正常的人类听觉包括从 20 Hz 到 20 kHz 的令人印象深刻的频率范围。 低于 20 Hz 的声音称为次声，而高于 20 kHz 的声音称为超声波。 有些动物，例如蝙蝠，可以听到超声波范围内的声音。
- 17.2: 声波
- 声音是物质干扰（压力波），从其源头向外传输。 听觉是对声音的感知。 声音可以根据压力或分子的位移进行建模。 人耳对 20 赫兹到 20 kHz 之间的频率很敏感。
- 17.3: 声速
- 声速取决于介质和媒体的状态。 在流体中，由于没有剪切力，声波是纵向的。 固体可以支持纵向和横向声波。 空气中声音的所有频率和波长的声速都是相同的。
- 17.4: 声音强度
- 声波的强度与为所有波形定义的强度相同，其中 P 是功率交叉面积 A。I 的 SI 单位是瓦特每米平方。 以分贝 (dB) 为单位的声强度等于听到的强度与听觉阈值强度之比的对数。 对频率的感知是音高。 对强度的感知是响度，响度以电话为单位。
- 17.5：站立声波的正常模式
- 使用破坏性干扰可以减少不需要的声音。 声音具有与所有波浪定义的相同的干扰和共振特性。 在气柱中，最低频率的共振称为基波，而所有较高的谐振频率都称为泛音。 它们统称为谐波。
- 17.6：音乐声音的来源
- 有些乐器可以建模为具有对称边界条件的管道：两端均开启/关闭。 其他管道可以建模为具有反对称边界条件的管道：一端封闭，另一端开口。 弦乐器使用振动弦产生声音，两端各有节点。 琴弦周围的空气以弦的频率振荡。 弦的频率关系类似于管道的对称边界条件。
- 17.7: Beats
- 当两个频率不同的声波相互干扰时，创建的节拍频率等于声波频率差异的绝对值。
- 17.8: 多普勒效应
- 多普勒效应是由于声源或观察者的运动而导致观测到的声音频率的改变。 频率的实际变化称为多普勒偏移。
- 17.9: 冲击波
- 马赫数是声源的速度除以声速。 当声源的移动速度快于声速时，会在声波干扰时产生冲击波。 音爆是冲击波沿地面移动时产生的强烈声音。 当物体在介质中的移动速度快于机械波的速度时，例如船在水中移动，就会产生弓尾声。
缩略图图 17.1-听觉是一种重要的人类感觉，可以检测声音的频率，范围在 20 Hz 和 20 kHz 之间。 但是，其他物种的听觉范围截然不同。 例如，蝙蝠使用超过 20 kHz 的频率在超声波中发出叮当声。 他们可以通过听到这些超声波的回声来探测附近的昆虫。 超声波在多种人类应用中都很重要，包括探测人体、地球和太阳的内部结构。 超声波在工业中也可用于无损检测。 （来源：安杰尔·威廉姆斯对作品的修改）