教材 · 物理 · 波动 · 声音

声的性质与传播

音の性質と伝わり方

III 波 / 音の性質と伝わり方
一句话结论

声速在空气中约 331 + 0.6t(t 为摄氏温度),温度越高越快。拍频 = |f₁ − f₂|。声音不能在真空中传播。

声音是空气的疏密变化沿传播方向来回推挤,所以是纵波——这就是它无法在真空传播的原因:没有介质可推。而两个频率接近的音同时响,会听到「哇……哇……」的强弱起伏,那是拍,每秒起伏次数恰好等于两个频率之差。

为什么是这样

声音是空气的疏密变化沿传播方向来回推挤,所以是纵波。这直接解释了为什么声音无法在真空中传播——没有介质可推。

教材上画声波常用一条起伏的曲线,那容易造成误解:曲线画的是「压强或位移随位置的变化」,不代表空气分子真的在上下动。分子实际上沿传播方向前后振动。

两个频率接近的音同时响,会听到「哇……哇……」的强弱起伏,这是拍(うなり)。每秒起伏的次数恰好等于两个频率之差——调音师就靠这个把两根弦调到同一音高:拍消失了就说明频率一致了。

声音是纵波:分子沿传播方向疏密变化传播方向分子振动方向(与传播平行)密集处 = 压强高;稀疏处 = 压强低

定量表达

空气中声速 V=331.5+0.6t,温度越高越快。注意这里的 t 是摄氏温度——与气体状态方程要求绝对温度恰好相反。这是两条式子之间最容易搞混的地方。

为什么温度高声速快?因为温度高则分子平均速率大,疏密变化传得更快。这与上一编「分子平均动能只由温度决定」是同一件事的延续。

拍频 fbeat=|f1−f2|,取绝对值。前提是两个频率足够接近,否则耳朵会听成两个独立的音而不是一个起伏的音。

V=331.5+0.6t
V
空气中声速[m/s]
t
摄氏温度[°C]
适用条件
  • 经验公式,仅适用于空气
  • 这里用摄氏度,与气体状态方程不同

怎么用

以例题为例:440 Hz 与 444 Hz 的音叉同时敲响,每秒听到几次强弱起伏?

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