5.2: 波长和波长
- Page ID
- 203803
\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \)
\( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)
\( \newcommand{\dsum}{\displaystyle\sum\limits} \)
\( \newcommand{\dint}{\displaystyle\int\limits} \)
\( \newcommand{\dlim}{\displaystyle\lim\limits} \)
\( \newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)
( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\)
\( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\)
\( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\)
\( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\)
\( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)
\( \newcommand{\id}{\mathrm{id}}\)
\( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)
\( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\)
\( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\)
\( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\)
\( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\)
\( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\)
\( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\)
\( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\)
\( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}\)
\( \newcommand{\vectorA}[1]{\vec{#1}} % arrow\)
\( \newcommand{\vectorAt}[1]{\vec{\text{#1}}} % arrow\)
\( \newcommand{\vectorB}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \)
\( \newcommand{\vectorC}[1]{\textbf{#1}} \)
\( \newcommand{\vectorD}[1]{\overrightarrow{#1}} \)
\( \newcommand{\vectorDt}[1]{\overrightarrow{\text{#1}}} \)
\( \newcommand{\vectE}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash{\mathbf {#1}}}} \)
\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \)
\(\newcommand{\longvect}{\overrightarrow}\)
\( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)
\(\newcommand{\avec}{\mathbf a}\) \(\newcommand{\bvec}{\mathbf b}\) \(\newcommand{\cvec}{\mathbf c}\) \(\newcommand{\dvec}{\mathbf d}\) \(\newcommand{\dtil}{\widetilde{\mathbf d}}\) \(\newcommand{\evec}{\mathbf e}\) \(\newcommand{\fvec}{\mathbf f}\) \(\newcommand{\nvec}{\mathbf n}\) \(\newcommand{\pvec}{\mathbf p}\) \(\newcommand{\qvec}{\mathbf q}\) \(\newcommand{\svec}{\mathbf s}\) \(\newcommand{\tvec}{\mathbf t}\) \(\newcommand{\uvec}{\mathbf u}\) \(\newcommand{\vvec}{\mathbf v}\) \(\newcommand{\wvec}{\mathbf w}\) \(\newcommand{\xvec}{\mathbf x}\) \(\newcommand{\yvec}{\mathbf y}\) \(\newcommand{\zvec}{\mathbf z}\) \(\newcommand{\rvec}{\mathbf r}\) \(\newcommand{\mvec}{\mathbf m}\) \(\newcommand{\zerovec}{\mathbf 0}\) \(\newcommand{\onevec}{\mathbf 1}\) \(\newcommand{\real}{\mathbb R}\) \(\newcommand{\twovec}[2]{\left[\begin{array}{r}#1 \\ #2 \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\ctwovec}[2]{\left[\begin{array}{c}#1 \\ #2 \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\threevec}[3]{\left[\begin{array}{r}#1 \\ #2 \\ #3 \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\cthreevec}[3]{\left[\begin{array}{c}#1 \\ #2 \\ #3 \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\fourvec}[4]{\left[\begin{array}{r}#1 \\ #2 \\ #3 \\ #4 \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\cfourvec}[4]{\left[\begin{array}{c}#1 \\ #2 \\ #3 \\ #4 \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\fivevec}[5]{\left[\begin{array}{r}#1 \\ #2 \\ #3 \\ #4 \\ #5 \\ \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\cfivevec}[5]{\left[\begin{array}{c}#1 \\ #2 \\ #3 \\ #4 \\ #5 \\ \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\mattwo}[4]{\left[\begin{array}{rr}#1 \amp #2 \\ #3 \amp #4 \\ \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\laspan}[1]{\text{Span}\{#1\}}\) \(\newcommand{\bcal}{\cal B}\) \(\newcommand{\ccal}{\cal C}\) \(\newcommand{\scal}{\cal S}\) \(\newcommand{\wcal}{\cal W}\) \(\newcommand{\ecal}{\cal E}\) \(\newcommand{\coords}[2]{\left\{#1\right\}_{#2}}\) \(\newcommand{\gray}[1]{\color{gray}{#1}}\) \(\newcommand{\lgray}[1]{\color{lightgray}{#1}}\) \(\newcommand{\rank}{\operatorname{rank}}\) \(\newcommand{\row}{\text{Row}}\) \(\newcommand{\col}{\text{Col}}\) \(\renewcommand{\row}{\text{Row}}\) \(\newcommand{\nul}{\text{Nul}}\) \(\newcommand{\var}{\text{Var}}\) \(\newcommand{\corr}{\text{corr}}\) \(\newcommand{\len}[1]{\left|#1\right|}\) \(\newcommand{\bbar}{\overline{\bvec}}\) \(\newcommand{\bhat}{\widehat{\bvec}}\) \(\newcommand{\bperp}{\bvec^\perp}\) \(\newcommand{\xhat}{\widehat{\xvec}}\) \(\newcommand{\vhat}{\widehat{\vvec}}\) \(\newcommand{\uhat}{\widehat{\uvec}}\) \(\newcommand{\what}{\widehat{\wvec}}\) \(\newcommand{\Sighat}{\widehat{\Sigma}}\) \(\newcommand{\lt}{<}\) \(\newcommand{\gt}{>}\) \(\newcommand{\amp}{&}\) \(\definecolor{fillinmathshade}{gray}{0.9}\)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（图 5.5）。 波浪的振幅是从中心线到波峰顶点或波谷底点的距离。 波长是指波从一个峰值到下一个峰值的长度。
光波
可见光谱是我们可以看到的较大电磁频谱的一部分。 如图 5.7 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。 人类的可见光谱与从380到740 nm的波长有关，这是一个非常小的距离，因为一纳米（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）。
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 到 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 125 到 2000 Hz 不等。 老鼠的听觉范围从 1000 到 91000 Hz 不等，而白鲸的听觉范围从 1000 到 123000 Hz 不等。 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。 典型的对话与 60 dB 相关；摇滚音乐会可能以 120 dB 的频率签到（图 5.9）。 5 英尺外的耳语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，可能会造成大约 80 dB 到 130 dB 的听力损伤：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。 大约三分之一的听力损失是由噪声暴露造成的，声音越大，造成听力损害所需的曝光时间就越短（Le、Straatman、Lea 和 Westerberg，2017 年）。 通过耳塞以最大音量（大约 100—105 分贝）听音乐可能会在曝光 15 分钟后导致噪音引起的听力损失。 尽管以最大音量听音乐似乎不会造成损害，但它会增加与年龄相关的听力损失的风险（Kujawa & Liberman，2006）。 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）。