聲學(xué)的定義很簡(jiǎn)單,就是研究聲波的產(chǎn)生、傳播、接收和效應(yīng)的科學(xué)。通俗一點(diǎn),就是關(guān)于聲音的學(xué)問,就叫聲學(xué)。
1、聲學(xué)研究的頻率范圍
聲學(xué)研究的聲波是一個(gè)擾動(dòng)的傳播,擾動(dòng)就有快慢。聲學(xué)研究的擾動(dòng)是怎么樣一個(gè)范圍呢?廣義的講,聲學(xué)研究的范圍是從10-4赫茲開始,也就是每秒鐘振動(dòng)10-4次,反過來講,就是一個(gè)周期104秒,非常非常慢。10-4到20赫茲,這個(gè)范疇我們叫次聲,這是人的耳朵聽不到的聲,就是變化很慢的聲音。實(shí)際上人的耳朵對(duì)聲波的響應(yīng)范圍很窄,是從20赫到2萬赫,在這個(gè)范圍以外,人的耳朵都聽不見了,所以在這個(gè)范圍以內(nèi)的聲波稱為可聽聲,2萬赫以上的聲叫超聲。
次聲頻段的聲波在大氣物理、地球物理中都有很多的用處,地震,還有臺(tái)風(fēng),像前幾天南中國(guó)海刮過的“尤它”,后來的“榴蓮”等等一系列臺(tái)風(fēng),都會(huì)產(chǎn)生次聲,在幾千公里以外,使用很靈敏的聲學(xué)傳感器就能接收到這種信號(hào),然后可以處理,可以定位,臺(tái)風(fēng)在什么地方,強(qiáng)度的大小,都可以知道。地震波監(jiān)測(cè)實(shí)際上就是次聲監(jiān)測(cè),全國(guó)有很多的監(jiān)測(cè)站,監(jiān)測(cè)核爆炸產(chǎn)生的次聲波,沿著地球的表面?zhèn)鞑サ那闆r?,F(xiàn)在的國(guó)際核軍控,聲學(xué)的辦法也還是一種監(jiān)測(cè)手段。
到了可聽聲的頻段,大家就比較熟悉了。我們知道,走在馬路邊,感覺噪聲很吵;到處使用的話筒、喇叭,都是電聲的研究范圍;在一個(gè)房間里講話能不能聽得清楚,就是建筑聲學(xué)的研究范疇。當(dāng)然語言、音樂,都是可聽聲的研究范圍。到了2萬赫以上,人的耳朵也聽不見了,在超聲頻段聲波可以干什么呢?
大家最熟悉的可能是每年我們做體檢,都要做B超,就是要用超聲波來檢測(cè)我們?nèi)梭w內(nèi)有沒有病變,有沒有什么缺陷;另外超聲還可以檢查材料,檢查工業(yè)上的一些東西;有一種大家很熟悉的動(dòng)物把超聲來作為它的眼睛來用的,那就是蝙蝠,它發(fā)出超聲波,然后來探測(cè)它前面有沒有障礙,隨時(shí)拐彎,所以蝙蝠用的就是空氣里面的聲吶。
2、聲學(xué)研究的強(qiáng)度范圍
聲波的強(qiáng)度一般用聲壓表示。聲壓是指在平均壓力水平(在空氣中就是大氣壓)的基礎(chǔ)上隨時(shí)間變化的這部分壓力,聲壓的變化范圍我們從10??帕斯卡,一直研究到10?帕斯卡。對(duì)這樣的一個(gè)強(qiáng)度范圍,在表述和使用時(shí)很不方便,所以一般并不講多少多少帕斯卡,也不講壓力是多少公斤大氣壓,那么用什么表示聲壓的強(qiáng)度呢?是用分貝。
分貝的概念現(xiàn)在已經(jīng)用的很廣泛了,大馬路上都豎一個(gè)牌子說今天這個(gè)地方噪聲多少分貝,那么分貝的概念是什么?實(shí)際上分貝代表的是人的對(duì)聲音的主觀反映。在視覺上,由于背景的不同,往往一樣高的物體給人的感覺好像不一樣高;把人的感覺強(qiáng)弱與原有的背景相關(guān)的這種普遍性是一個(gè)叫韋伯的人總結(jié)出來的,所以叫做韋伯定理。
對(duì)聲學(xué)而言,也有同樣的情況。人的耳朵對(duì)聲音響度的感覺,與強(qiáng)度的對(duì)數(shù)成正比,而不是單純地與強(qiáng)度刺激本身成正比,這是什么意思呢?比如說我們的手的感覺,在手里什么都沒有的情況下,放一個(gè)粉筆頭上去,就能很容易地感覺到;但是如果先給他放上一塊磚頭,然后再輕輕地放一個(gè)粉筆頭在上面,可能就很難感覺到了,這是什么原因呢?就是因?yàn)楸尘霸瓉碛辛艘粋€(gè)磚頭在那里。這樣的一個(gè)關(guān)系寫成公式就是,感覺和變化量成正比,同時(shí)還和原來的基礎(chǔ)量成反比,這個(gè)關(guān)系兩邊求積分,得到的就是對(duì)數(shù)。
所以說聲音的強(qiáng)度不是用線性量來描述的,而是用這樣的一個(gè)變化量與基礎(chǔ)量的比值的以十為底的對(duì)數(shù)值描述,單位是貝爾,紀(jì)念發(fā)明家貝爾。再乘以10,就叫分貝,就是1/10貝爾。這是對(duì)能量的強(qiáng)度刺激而言的,對(duì)壓力而言,因?yàn)槟芰亢蛪毫Φ钠椒匠烧龋月晧杭?jí)是以聲壓的對(duì)數(shù)乘以20。
用分貝的概念來表述聲音強(qiáng)度的時(shí)候,我們所研究強(qiáng)度的范圍,大概是從0分貝到180分貝。這里,0分貝到20分貝之間,實(shí)際上是人的聽閾,每人不一樣。一個(gè)比較健康的聽力很好的人,可能能夠聽到0分貝的聲音,聽力稍微差一點(diǎn)的可能到了20分貝這時(shí)候才剛剛有感覺,所以低于20分貝是非常非常安靜的情況。
比如到了鄉(xiāng)村連蟲叫都沒有的地方,也許能夠找到這么一方“靜”土,但是一般情況下,現(xiàn)在到處都是很吵,所以很難再有這么安靜的地方,大概也只有在實(shí)驗(yàn)室還可以找到這樣的一個(gè)區(qū)域。在這個(gè)以上,20-30分貝,是比較理想的休息的場(chǎng)所,比如說很安靜的臥室、病房里,非常非常安靜,這時(shí)候你能夠聽到放在耳朵旁邊的手表噠噠的很響,蚊子叫也覺得很煩。
到了40分貝,在一個(gè)不靠近馬路邊的比較安靜的居民區(qū)里的書房或者是圖書館里,可以非常安心地看書、學(xué)習(xí)和思考的地方。一般的面對(duì)面的交談,離的比較近,聲級(jí)大概也就是50-60分貝。
在一個(gè)商業(yè)的辦公室里面,若有打字機(jī)、計(jì)算機(jī)等等,一般在60分貝左右,不超過70分貝,大家覺得就能夠忍受。
超過70分貝,到了80分貝,就是道路上平均的噪聲情況,大型車輛通過的時(shí)候,就到了八九十分貝了,就會(huì)感覺很吵了。
100分貝就到了施工工地了,現(xiàn)在每天大家聽到灌水泥漿的聲音,在那附近差不多就是100多分貝;還有時(shí)在馬路上會(huì)看到工人在使用風(fēng)鉆,旁邊的噪聲就到100多分貝了,走過旁邊,會(huì)覺得非常難聽,非常吵。
更高的聲音,也不太常見,比如在噴氣飛機(jī)起飛的時(shí)候,在100米以外,聽到的差不多就是120分貝的聲音。再高,比如說到噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)25米的地方,就可能達(dá)到140分貝,這時(shí)候人的感覺已經(jīng)不再是吵了,耳朵已經(jīng)疼了。
在朝上說,人的胸腔都要振動(dòng)起來了,對(duì)人就有危險(xiǎn)了。所以聲學(xué)研究的范圍是從差不多0分貝到200分貝,這可以說是極限,一般的到180分貝已經(jīng)很難實(shí)現(xiàn)了,會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的非線性效應(yīng),現(xiàn)在在實(shí)驗(yàn)室條件下可以實(shí)現(xiàn)180分貝的聲強(qiáng)度。
隔音箱(噪音箱)主要為產(chǎn)品音頻測(cè)試提供無干擾的測(cè)試環(huán)境,能夠確保被測(cè)產(chǎn)品很好的測(cè)試環(huán)境。
本文摘自百度文庫(kù)《聲學(xué)基礎(chǔ)講義》一文