聲波

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聲波,聲以波的形式傳播著,叫做聲波,聲波借助各種介質向四面八方傳播。聲波一種縱波,是彈性介質中傳播著的壓力振動。但在固體中傳播時,也可以同時有縱波及橫波。

種類鑒定

  與正弦波的關係   正弦波是最簡單的波動形式。優質的音叉振動發出聲音的時候產生的是正弦聲波。

這是聲波的震蕩波形。

  正弦聲波屬於純音。任何複雜的聲波都是多種正弦波疊加而成的複合波,它們是有別于純音的複合音。正弦波是各種複雜聲波的基本單元。   與衝擊波的區別   請注意,聲波不是衝擊波,聲波前進的過程是相鄰空氣粒子之間的接力賽,它們把波動形式向前傳遞,它們自己仍舊在原地振蕩,也就是說空氣粒子並不跟著聲波前進!同樣,在語音研究中要區分氣流與聲波,它們是兩回事。在發音器官里,聲帶舌尖小舌顫動,以及輔音雜訊的形成等,都離不開氣流的作用,但是氣流不是聲波的代名詞。所謂「*濁音氣流」、「*清音氣流」的說法似乎包含了極其含混的意思。   另外,即使沒有其他聲源體的作用,空氣粒子總是在做無規則的震蕩,或者說它們總是在騷動,它們激發起微弱的「白雜訊」。絕對靜寂的大氣空間是不存在的。所謂背景雜訊還包括自然界或人類生活環境里許多聲源體雜亂的聲音,對於言語交際來說它們沒有信息價值。居室四壁或陡峭的山坡還有回聲效應,雜訊被放大、被增強了。言語聲和它的滯后的回聲疊加在一起,變成複雜的迴響聲。電聲儀器設備里也都有白雜訊。那種沒有通信價值的雜訊很強烈的時候人們會心煩意亂。有意思的是,在雜訊極小的消聲室待久了,人會感到不安寧。音樂中恰當使用沙錘之類的雜訊帶來的是藝術欣賞價值。人類語言里的許多輔音都包含雜訊,它們很重要,能夠起區分輔音的作用。   與 縱波的關係   「聲源」在空氣中振動時,一會兒壓縮空氣,使其變得「稠密」;一會兒空氣膨脹,變得「稀疏」,形成一系列疏、密變化的波,將振動能量傳送出去。這種媒介質點的振動方向與波的傳播方向一致的波,稱為「縱波」。   不過要注意,聲波雖然一般是縱波,但在固體中傳播時,也可以同時有縱波及橫波,橫波速度約為縱波速度的50%-60%。在空氣中的聲波是縱波,原因是氣體及相當多的液體(合稱流體)不能承受切力,因此聲波在流體中傳播時不可能為橫波;但固體不僅可承受壓(張)應力,也可以承受切應力,因此在固體中可以同時有縱波及橫波。   地震波其實就是在地殼中傳播的聲波(確切講是次聲波),只是它的頻率通常不在我們可聽聞的範圍內(某些動物則聽聞得到) 雖然次聲波看不見,聽不見,可它卻無處不在.地震、火山爆發、風暴、海浪衝擊、槍炮發XX、熱核爆炸等都會產生次聲波,科學家借助儀器可以「聽到」它。   聲波Sound WaveAcoustic Wave)是聲音的傳播形式。聲波是一種機械波,由物體(聲源)振動產生,聲波傳播的空間就稱為聲場。在氣體和液體介質中傳播時是一種縱波,但在固體介質中傳播時可能混有橫波。人耳可以聽到的聲波的頻率一般在20赫茲至20000赫茲之間。   聲波可以理解為介質偏離平衡態的小擾動的傳播。這個傳播過程只是能量的傳遞過程,而不發生質量的傳遞。如果擾動量比較小,則聲波的傳遞滿足經典的波動方程,是線性波。如果擾動很大,則不滿足線性的聲波方程,會出現波的色散,和激波的產生。

傳播特性

傳播介質

  除了空氣,水、金屬、木頭等彈性介質也都能夠傳遞聲波,它們都是聲波的良好介質。在真空狀態中因為沒有任何彈性介質,所以聲波就不能傳播了。

傳播原理

  揚聲器、各種樂器以及人和動物的發音器官等都是聲源體。地震震中、閃電源、雨滴、颳風、隨風飄動的樹葉昆蟲的翅膀等各種可以活動的物體都可能是聲源體。它們引起的聲波都比正弦波複雜,屬於複合波。地震產生多種複雜的波動,其中包括聲波,實際上那種聲波本身是人耳聽不著的,它的頻率太低了(例如1Hz)。   人對聲音的感覺有一定頻率範圍,大約每秒鐘振動20次到20000次範圍內,即頻率範圍是20Hz--20000Hz,如果物體振動頻率低於20Hz或高於20000Hz人耳就聽不到了,高於20000Hz的頻率就叫做超聲波,而低於20Hz的頻率就叫做次聲波。所以說不是所有物體的振動所發出的聲音我們都能聽到的。另外要能聽到聲音也必須有傳播聲音的介質。   聲波是大氣壓力之外的一種超壓變化。   空氣粒子振動的方式跟聲源體振動的方式一致,當聲波到達人的耳鼓的時候就引起耳鼓同樣方式的振動。驅動耳鼓振動的能量來自聲源體,它就是普通的機械能。不同的聲音就是不同的振動方式,它們能夠起區別不同信息的作用。人耳能夠分辨風聲、雨聲和不同人的聲音,也能分辨各種言語聲,它們都是來自聲源體的不同信息波。

聲波實驗

  改變物質心態實驗   國外有人用聲波的不同頻率改變鹽在鐵板上的構造,不同頻率的聲波使鹽在鐵板上產生的圖案也不同,這個實驗證明,聲波也能改變分子的構造。

聲波應用

應用原理

  次聲波的傳播速度和可聞聲波相同,由於次聲波頻率很低。大氣對其吸收甚小,當次聲波傳播幾千千米時,其吸收還不到萬分之幾,所以它傳播的距離較遠,能傳到幾千米至十幾萬千米以外。1883年8月,南蘇門答臘島和爪哇島之間的克拉卡托火山爆發,產生的次聲波繞地球三圈,全長十多萬公里,歷時108小時.1961年,蘇聯在北極圈內新地島進行核試驗激起的次聲波繞地球轉了5圈。   次聲波還具有很強的穿透能力,可以穿透建築物、掩蔽所、坦克、船隻等障礙物.7 000 Hz的聲波用一張紙即可阻擋,而7 Hz的次聲波可以穿透十幾米厚的鋼筋混凝土.地震或核爆炸所產生的次聲波可將岸上的房屋摧毀.次聲如果和周圍物體發生共振,能放出相當大的能量,如4 Hz~8 Hz的次聲能在人的腹腔里產生共振,可使心臟出現強烈共振和肺壁受損。   次聲波會幹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、船在運行時伴生的次聲波引起的。住在十幾層高的樓房裡的人,遇到大風天氣,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。更強的次聲波還能使人耳聾昏迷、精神失常甚至死亡。

聲波之功

  從20世紀50年代起,核武器的發展對次聲學的建立起了很大的推動作用,使得對次聲接收、抗干擾方法、定位技術、信號處理和傳播等方面的研究都有了很大的發展,次聲的應用也逐漸受到人們的注意.其實,次聲的應用前景十分廣闊,大致有以下幾個方面:   1.研究自然次聲的特性和產生機制,預測自然災害性事件.例如颱風和海浪摩擦產生的次聲波,由於它的傳播速度遠快于颱風移動速度,因此,人們利用一種叫「水母耳」的儀器,監測暴發出的次聲波,即可在風暴到來之前發出警報.利用類似方法,也可預報火山爆發、雷暴等自然災害.   2.通過測定自然或人工產生的次聲在大氣中傳播的特性,可探測某些大規模氣象過程的性質和規律.如沙塵暴、龍捲風及大氣中電磁波的擾動等.   3.通過測定人和其他生物的某些器官發出的微弱次聲的特性,可以了解人體或其他生物相應器官的活動情況.例如人們研製出的「次聲波診療儀」可以檢查人體器官工作是否正常.   4.次聲在軍事上的應用,利用次聲的強穿透性製造出能穿透坦克、裝甲車的武器,次聲武器——般只傷害人員,不會造成環境污染

聲波之過

     次聲波危害及軍事用途   1890年, 一艘名叫「馬爾波羅號」帆船在從紐西蘭駛往英國的途中,突然神秘地失蹤了. 20年後,人們在火地島海岸邊發現了它.奇怪的是:船上的開都原封未動.完好如初.船長航海日記的字跡仍然依稀可辨;就連那些死已多年的船員,也都「各在其位」,保持著當年在崗時的「姿勢」;   1948年初,一艘荷蘭貨船在通過馬六甲海峽時,一場風暴過後,全船海員莫名其妙地死光;在匈牙利鮑拉得利山洞入口, 3名旅遊者齊刷刷地突然倒地,停止了呼吸......   上述慘案,引起了科學家們的普遍關注,其中不少人還對船員的遇難原因進行了長期的研究.就以本文開頭的那樁慘案來說,船員們是怎麼死的?是死於天火或是雷擊的嗎?不是,因為船上沒有絲毫燃燒的痕跡;是死於海盜的刀下的嗎?不!遇難者遺骸上看到死前打鬥的跡象;是死於飢餓乾渴的嗎?也不是!船上當時貯存著足夠的食物和淡水.至於前面提到的第二樁和第三樁慘案,是自殺還是他殺?死因何在?兇手是誰?檢驗的結果是:在所有遇難者身上,都沒有找到任何傷痕,也不存在中毒跡象.顯然,謀殺或者自殺之說已不成立.那麼,是以及病一類心腦血管疾病的突然發作致死的嗎?法醫解剖報告表明,死者生前個個都很健壯!   經過反覆調查,終於弄清了製造上述慘案的「兇手」,是一種為人們所不很了解的次聲的聲波.次聲波是一種每秒鐘振動數很少,人耳聽不到的聲波.次聲的聲波頻率很低,一般均在20赫茲以下,波長卻很長,傳播距離也很遠.它比一般的聲波、光波和無線電波都要傳得遠.例如,頻率低於1赫的次聲波,可以傳到幾千以至上萬公里以外的地方.1960年,南美洲的智利發生大地震,地震時產生的次聲波傳遍了全世界的每一個角落!1961年,蘇聯在北極圈內進行了一次核爆炸,產生的次聲波竟繞地球轉了5圈之後才消失!   次聲波具有極強的穿透力,不僅可以穿透大氣、海水、土壤,而且還能穿透堅固的鋼筋水泥構成的建築物,甚至連坦克、軍艦、潛艇和飛機都不在話下.次聲穿透人體時,不僅能使人產生頭暈、煩躁耳鳴、噁心、心悸視物模糊吞咽困難胃痛肝功能失調四肢麻木,而且還可能破壞大腦神經系統,造成大腦組織的重大損傷.次聲波對心臟影響最為嚴重,最終可導致死亡.   為什麼次聲波能致人于死呢?   原來,人體內臟固有的振動頻率和次聲頻率相近似(0.01~20赫),倘若外來的次聲頻率與體內髒的振動頻率相似或相同,就會引起人體內髒的「共振」,從而使人產生上面提到的頭暈、煩躁、耳鳴、噁心等等一系列癥狀.特別是當人的腹腔、胸腔等固有的振動頻率與外來次聲頻率一致時,更易引起人體內髒的共振,使人體內臟受損而喪命.前面開頭提到的發生在馬六甲海峽的那樁慘案,就是因為這艘貨船在駛近該海峽時,恰遇上海上起了風暴.風暴與海浪摩擦,產生了次聲波.次聲波使人的心臟及其它內臟劇烈抖動、狂跳,以致血管XX,最後促使死亡.   次聲雖然無形,但它卻時刻在產生並威脅著人類的安全.在自然界,例如太陽磁暴、海峽咆哮、雷鳴電閃、氣壓突變;在工廠,機械的撞擊、摩擦;軍事上的原子彈、氫彈爆炸試驗等等,都可以產生次聲波.   由於次聲波具有極強的穿透力,因此,國際海難救助組織就在一些遠離大陸的島上建立起「次聲定位站」,監測著海潮的洋麵.一旦船隻或飛機失事附海,可以迅速測定方位,進行救助.   近年來,一些國家利用次聲能夠「殺人」這一特性,致力次聲武器——次聲炸彈的研製儘管眼下尚處於研製階段,但科學家們預言;只要次聲炸彈一聲爆炸,瞬息之間,在方圓十幾公里的地面上,所有的人都將被殺死,且無一能倖免.次聲武器能夠穿透15米的混凝土和坦克鋼板.人即使躲到防空洞或鑽進坦克的「肚子」里,也還是一樣地難逃殘廢的厄運.次聲炸彈和中子彈一樣,只殺傷生物而無損於建築物.但兩者相比,次聲彈的殺傷力遠比中子彈強得多.   。