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第一章 声 单元总结

思维导图

以下是“声”这一单元的核心知识点总结，以文字形式呈现思维导图的主要内容：

• 声音的产生与传播
  • 声音的产生：由于物体的振动产生。
  • 声波：发声体的振动在空气或其他物质中的传播。
  • 声速：声波在1秒内传播的距离，称为声音的速度。
  • 声速大小：固体中声速最大，气体中声速最小。温度为 \(15^\circ \text{C}\) 时，空气中的声速为 \(v_p = 340 \, \text{m/s}\)。真空不能传声。
• 回声
  • 定义：声音遇到障碍物反射回来的现象称为回声。
  • 分辨回声的条件：反射回来的声音到达人耳比原声晚 \(0.1 \, \text{s}\) 以上。
  • 应用：回声可用于测量距离，如超声波诊断。
• 声音的特性
  • 响度：人耳感觉到的声音强弱程度，也叫音量，与发声体的振幅和人离发声体的距离有关。
  • 音调：声音的高低，由振动频率决定。频率高则音调高，频率低则音调低。
  • 音色：由发声体本身的材料和结构决定，不同物体振动发声时，声波由不同频率组成。
• 噪声与控制
  • 噪声：发声体无规律振动时发出的声音。
  • 控制噪声的方法：
    1. 控制噪声源的强度。
    2. 阻断噪声的传播途径。
    3. 保护受噪声影响者（如佩戴耳塞）。
• 超声波与次声波
  • 超声波：频率高于 \(20000 \, \text{Hz}\) 的声波。
  • 次声波：频率低于 \(20 \, \text{Hz}\) 的声波。

详细内容

1. 声音的产生与传播

声音是由物体的振动产生的。当物体振动时，会引起周围介质（如空气、水或固体）的振动，这种振动以波的形式传播，称为声波。声波在不同介质中的传播速度不同，定义为单位时间内传播的距离，即声速。数学上，声速用 \(v\) 表示，其单位为 \(\text{m/s}\)。例如，在温度 \(15^\circ \text{C}\) 的空气中，声速为：

\[ v_p = 340 \, \text{m/s} \]

声速的大小与介质有关：固体中最大，液体次之，气体中最小。特别地，真空中没有介质，因此无法传声。

2. 回声

当声音遇到障碍物（如墙壁、山崖）反射回来时，形成了回声。要分辨出回声与原声，人耳接收到的反射声必须比原声晚至少 \(0.1 \, \text{s}\)。回声的应用非常广泛，例如利用超声波测量距离或进行医学诊断。

3. 声音的三大特性

• 响度：人耳感知的声音强弱程度，与振幅和距离有关。振幅越大，响度越大；距离越近，响度越大。
• 音调：声音的高低，由振动的频率决定。频率 \(f\) 的单位是赫兹（\(\text{Hz}\)），公式关系为：
  • 振动频率高 \(\Rightarrow\) 音调高
  • 振动频率低 \(\Rightarrow\) 音调低
• 音色：不同物体发声时，因材料和结构差异，声波包含的频率成分不同，从而形成独特的音色。

4. 噪声及其控制

当发声体无规律振动时，产生的声音称为噪声。噪声对人体有害，控制噪声的方法包括：

1. 降低噪声源的强度，如减少机械振动。
2. 阻断传播途径，如使用隔音材料。
3. 保护受影响者，如佩戴耳塞）。

5. 超声波与次声波

人耳能听到的声音频率范围是 \(20 \, \text{Hz} \sim 20000 \, \text{Hz}\)。超出此范围的声波分为：

• 超声波：频率 \(f > 20000 \, \text{Hz}\)，常用于医疗和工业。
• 次声波：频率 \(f < 20 \, \text{Hz}\)，如地震波，常用于自然现象研究。

总结

本章通过声音的产生、传播、特性及应用，全面介绍了声学的基础知识。掌握声速公式 \(v = 340 \, \text{m/s}\)（空气中，\(15^\circ \text{C}\)）、回声条件（\(t > 0.1 \, \text{s}\)）以及频率与音调的关系，将有助于理解日常生活中的声现象。