物理聲學有哪些定理

㈠ 聲學的詳細介紹

就該詞的本義，系指任何與聽覺有關的事物。但依通常所用，其一系指物理學中關於聲音的屬性、產生和傳播的分支學科；其二系指建築物適合清晰地聽講話、聽音樂的質量。
聲音由物體（比如樂器）的振動而產生，通過空氣傳播到耳鼓，耳鼓也產生同率振動。聲音的高低（pitch）取決於物體振動的速度。物體振動快就產生「高音」，振動慢就產生「低音」。物體每秒鍾的振動速率，叫做聲音的「頻率」
聲音的響度（loudness）取決於振動的「振幅」。比如，用力地用琴弓拉一根小提琴弦時，這根弦就大距離地向左右兩邊擺動，由此產生強振動，發出一個響亮的聲音；而輕輕地用琴弓拉一根弦時，這根弦僅僅小距離左右擺動，產生的振動弱而發出一個輕柔的聲音。
較小的樂器產生的振動較快，較大的樂器產生的振動較慢。如雙簧管的發音比它同類的大管要高。同樣的道理，小提琴的發音比大提琴高；按指的發音比空弦音高；小男孩的嗓音比成年男子的嗓音高等等。制約音高的還有其他一些因素，如振動體的質量和張力。總的說，較細的小提琴弦比較粗的振動快，發音也高；一根弦的發音會隨著弦軸擰緊而音升高。
不同的樂器和人聲會發出各種音質（quality）不同的聲音，這是因為幾乎所有的振動都是復合的。如一根正在發音的小提琴弦不僅全長振動，各分段同時也在振動，根據分段各自不同的長度發音。這些分段振動發出的音不易用聽覺辨別出來，然而這些音都納入了整體音響效果。泛音列中的任何一個音（如G，D或B）的泛音的數目都是隨八度連續升高而倍增。泛音的級數還可說明各泛音的頻率與基音頻率的比率。如大字組「G」的頻率是每秒鍾振動96次，高音譜表上的「B」（第五泛音）的振動次數是5×96=480，即每秒鍾振動480次。
盡管這些泛音通常可以從復合音中聽到，但在某些樂器上，一些泛音可分別獲得。用特定的吹奏方法，一件銅管樂器可以發出其他泛音而不是第一泛音，或者說基音。用手指輕觸一條弦的二分之一處，然後用弓拉弦，就會發出有特殊的清脆音色的第二泛音；在弦長的三分之一處觸弦，同樣會發出第三泛音等。（在弦樂譜上泛音以音符上方的「o」記號標記。自然泛音「natural harmonics」是從空弦上發出的泛音；人工泛音「artificial harmonics」是從加了按指的弦上發出。）
聲音的傳播（transmission of sound）通常通過空氣。一條弦、一個鼓面或聲帶等的振動使附近的空氣粒子產生同樣的振動，這些粒子把振動又傳遞到其他粒子，這樣連續傳遞直到最初的能漸漸耗盡。壓力向鄰近空氣傳播的過程產生我們所說的聲波（sound waves）。聲波與水運動產生的水波不同，聲波沒有朝前的運動，只是空氣粒子振動並產生松緊交替的壓力，依次傳遞到人或動物的耳鼓產生相同的影響（也就是振動），引起我們主觀的「聲音」效果。
判斷不同的音高或音程，人的聽覺遵守－條叫做「韋伯-費希納定律」（Weber-Fechner law）的感覺法則。這條定律闡明：感覺的增加量和刺激的比率相等。音高的八度感覺是一個2:1的頻率比。對聲音響度的判斷有兩個「極限點」：聽覺閥和痛覺閥。如果聲音強度在聽覺閥的極限點認為是1，聲音強度在痛覺閥的極限點就是1兆。按照韋伯-費希納定律，聲學家使用的響度級是對數，基於10:1的強度比率，這就是我們知道的1貝（bel）。響度的感覺范圍被分成12個大單位，1貝的增加量又分成10個稱作分貝（decibel）的較小增加量，即1貝=10分貝。1分貝的響度差別對我們的中聲區聽覺來說大約是人耳可感覺到的最小變化量。
當我們同時聽兩個振動頻率相近的音時，它們的振動必然在固定的音程中以重合形式出現，在感覺上音響彼此互相加強，這樣一次稱為一個振差（beat）。鋼琴調音師在調整某一弦的音高與另一弦一致的過程中，會聽到振差在頻率中減少，直到隨正確的調音逐漸消失。當振差的速率超過每秒鍾20次，就會聽到一個輕聲的低音。
當我們同時聽兩個很響的音時，會產生第三個音，即合成音或引發音（combination tone，resultant tone）。這個低音相當於兩個音振動數的差，叫差音（difference tone）。還可以產生第四個音（一個弱而高的合成音），它相當於兩個音振動數的和，叫加成音（summation tone）。
同光線可以反射一樣，亦有聲反射（reflection of sound），比如我們都聽到過的回聲。同理，如果有阻礙物擋住了聲振動的通行會產生聲影（sound shadows）。然而不同於光振動，聲振動傾向於圍繞阻礙物「衍射」（diffract），並且不是任何固體都能產生一個完全的聲影。大多數固體都程度不等地傳遞聲振動，而只有少數固體（如玻璃）傳遞光振動。
共鳴（resonance）一詞指一物體對一個特定音的響應，即這一物體由於那個音而振動。如果把兩個調音相同的音叉放置在彼此靠近的地方，其中一個發聲，另一個會產生和應振動，亦發出這個音。這時首先發音的音叉就是聲音發生器（generator），隨後和振的音叉就是共鳴器（resonator）。我們經常會發現教堂的某一窗戶對管風琴的某個音產生反應，產生振動；房間里的某一金屬或玻璃物體對特定的人聲或樂器聲也會產生類似的響應。
從共鳴這個詞的嚴格科學意義說，這一現象是真正的共鳴（「再發聲」）。這一詞還有不太嚴格的用法。它有時指地板、牆壁及大廳頂棚對演奏或演唱的任何音而不局限於某個音的響應。一個大廳共鳴過分或是吸音過強（「太干」)都會使表演者和觀眾有不適感（一個有回聲的大廳常被描述為「共鳴過分」，其實在單純的聲音反射和和應振動的增強之間有明確的區別）。混響時間應以聲音每次減弱60分貝為限（原始輻射強度的百萬分之一）。
牆壁和頂棚的製造材料應是既回響不過分又吸音不太強。聲學工程師已經研究出建築材料的吸音的綜合效能系數，但是吸音能力難得在音高的整體幅面統一貫穿進行。只有木頭或某些聲學材料對整個頻率范圍有基本均等的吸音能力。放大器和揚聲器可以用來（如今經常這樣使用）克服建築物原初設計不完善所帶來的問題。大多數現代大廳建築都可以進行電子「調音」，並備
有活動面板、活動天棚和混響室可適應任何類型正在演出的音樂。
聲學是研究媒質中聲波的產生、傳播、接收、性質及其與其他物質相互作用的科學。
聲學是經典物理學中歷史最悠久而當前仍在前沿的一個分支學科。因而它既古老而又頗具年輕活力。
聲學是物理學中很早就得到發展的學科。聲音是自然界中非常普遍、直觀的現象，它很早就被人們所認識，無論是中國還是古代希臘，對聲音、特別是在音律方面都有相當的研究。我國在3400多年以前的商代對樂器的製造和樂律學就已有豐富的知識，以後在聲音的產生、傳播、樂器製造、樂律學以及建築和生產技術中聲學效應的應用等方面，都有許多豐富的經驗總結和卓越的發現和發明。國外對聲的研究亦開始得很早，早在公元前500年，畢達哥拉斯就研究了音階與和聲問題，而對聲學的系統研究則始於17世紀初伽利略對單擺周期和物體振動的研究。17世紀牛頓力學形成，把聲學現象和機械運動統一起來，促進了聲學的發展。聲學的基本理論早在19世紀中葉就已相當完善，當時許多優秀的數學家、物理學家都對它作出過卓越的貢獻。1877年英國物理學家瑞利（LordJohnWilliamRayleigh，1842～1919）發表巨著《聲學原理》集其大成，使聲學成為物理學中一門嚴謹的相對獨立的分支學科，並由此拉開了現代聲學的序幕。
聲學又是當前物理學中最活躍的學科之一。聲學日益密切地同聲多種領域的現代科學技術緊密聯系，形成眾多的相對獨立的分支學科，從最早形成的建築聲學、電聲學直到目前仍在「定型」的「分子——量子聲學」、「等離子體聲學」和「地聲學」等等，目前已超過20個，並且還有新的分支在不斷產生。其中不僅涉及包括生命科學在內的幾乎所有主要的基礎自然科學，還在相當程度上涉及若幹人文科學。這種廣泛性在物理學的其它學科中，甚至在整個自然科學中也是不多見的。
在發展初期，聲學原是為聽覺服務的。理論上，聲學研究聲的產生、傳播和接收；應用上，聲學研究如何獲得悅耳的音響效果，如何避免妨礙健康和影響工作的雜訊，如何提高樂器和電聲儀器的音質等等。隨著科學技術的發展，人們發現聲波的很多特性和作用，有的對聽覺有影響，有的雖然對聽覺並無影響，但對科學研究和生產技術卻很重要，例如，利用聲的傳播特性來研究媒質的微觀結構，利用聲的作用來促進化學反應等等。因此，在近代聲學中，一方面為聽覺服務的研究和應用得到了進一步的發展，另一方面也開展了許多有關物理、化學、工程技術方面的研究和應用。聲的概念不再局限在聽覺范圍以內，聲振動和聲波有更廣泛的含義，幾乎就是機械振動和機械波的同義詞了。
自然界中，從宏觀世界到微觀世界，從簡單的機械運動到復雜的生命運動，從工程技術到醫學、生物學，從衣食住行到語言、音樂、藝術，都是現代聲學研究和應用的領域。 ①大部分基礎理論已比較成熟，這部分理論在經典聲學中已有比較充分的發展。
②有些基礎理論和應用基礎理論，或基礎理論在不同實際范圍內的應用問題研究得較多；
③非常廣泛地滲入到物理學其他分支和其他科學技術領域（包括工農業生產）以及文化藝術領域中。
圖2表明現代聲學的各分支和它們的基礎以及同其他科學技術的關系。現代聲學研究一直涉及聲子的運動、聲子和物質相互作用，以及一些准粒子和電子等微觀粒子的特性；所以聲學既有經典性質，也有量子性質。
圖2的中心是基礎物理聲學，是各分支的基礎。聲也可以說是在物質媒質中的機械輻射。機械輻射的意思是機械擾動(媒質中質點的相對運動)在物質中的傳播。中心圓外有兩個同心環，各分作若干扇形。第一環中各扇形是聲學的各個分支，外層中各扇形則是聲學各分支的應用范圍，這些范圍的外面又分為分屬各學科的五大類。人類的活動幾乎都與聲學有關，從海洋學到語言音樂，從地球到人的大腦，從機械工程到醫學，從微觀到宏觀，都是聲學家活動的場所。聲學的邊緣科學性質十分明顯，邊緣科學是科學的生長點，因此有人主張聲學是物理學的一個最好的發展方向。 在氣體和液體中只有縱波（質點振動的方向與聲波傳播方向相同，見圖3）。在固體中除了縱波以外，還可能有橫波（質點振動的方向與聲波傳播的方向垂直），有時還有縱橫波。 聲波場中質點每秒振動的周數稱為頻率，單位為赫(Hz)。現代聲學研究的頻率范圍為 ～Hz，在空氣中可聽聲的波長（聲速除以頻率）為17mm～17m，在固體中，聲波波長的范圍則為～m，比電磁波的波長范圍至少大一千倍。聲學頻率范圍大致劃分如表1。
聲波的傳播速度公式中E是媒質的彈性模量，單位為帕(Pa)，ρ是媒質密度，單位為。氣體中E=γp，p是壓力，單位是Pa。聲在媒質中傳播有損耗時，E為復數(虛數部分代表損耗)，с也是復數，其實數部分代表傳播速度，虛數部分則與衰減常數（每單位距離強度或幅度的衰減）有關，測量後者可求得媒質中的損耗。聲波的傳播與媒質的彈性模量、密度、內耗以及形狀大小（產生折射、反射、衍射等）有關。測量聲波傳播的特性可以研究媒質的力學性質和幾何性質，聲學之所以發展成擁有眾多分支並且與許多科學、技術和文化藝術有密切關系的學科，原因就在於此。
聲行波強度用單位面積內傳播的功率（以W/m2為單位）表示，但是在聲學測量中功率不易直接測量得，所以常用易於測量的聲壓表示。在聲學中常見的聲強范圍或聲壓范圍非常大，所以一般用對數表示，稱聲強級或聲壓級，單位是分貝（dB）。先選一個基準值，一個強度等於其基準值10000倍的聲，聲強級稱40dB，強度1000000倍的聲則強度級為60dB。聲強I與聲壓p的關系式中，Zc是媒質的聲特性阻抗，Zc=ρс。聲壓增加10倍，聲強則增加100倍，分貝數增加20。所以聲壓為其基準值的100倍時，聲壓級是40dB。在使用聲強級或聲壓級時，基準值必須說明。在空氣中，ρс=400，聲強的基準值常取為10-6W/m2，與這個聲強相當的聲壓基準值為20μPa(即2×10-5N/m2)，這大約是人耳在1000Hz所能聽到的最低值。這時聲強級與聲壓級相等（0dB）（這是在空氣中，並選擇了適當的基準值情況下）。

㈡ 什麼是聲學的多普勒效應

生活中有這樣一個有趣的現象：當聲音由遠及近或者由近及遠時，我們會聽到聲音音調有高低的變化。這個現象就是「多普勒效應」。這是由於聲源相對於觀測者在運動時，觀測者所聽到的聲音會發生變化。這是由於距離以及空氣對高頻的吸收要比低頻大很多，因此距離遠的時候聽到的聲音比較低沉，距離近的時候，聲音高頻成分增加，聽起來音調有所上升。

㈢ 求初中物理光學 熱學 聲學 知識點總結

一、聲音的產生
聲音是由於物體的振動產生的。振動停止，物體就停止發聲。
1、正在發聲的物體叫做聲源。
2、振動的氣體、液體和固體都能發聲。
二、聲音的傳播
1、聲音傳播的條件：聲音的傳播需要介質，聲音不能在真空中傳播。
2、聲音能靠一切固體、液體、氣體等物質作媒介傳播出去，這些作為傳播媒介的物質常簡稱為介質。
3、聲以波的形式傳播，我們把它叫做聲波。
4、聲波在傳播過程中，介質本身並沒有隨波向前移動，聲波可以傳播信息和能量。
三、聲速
1、聲速是指聲音在每秒內傳播的距離。
2、聲速與介質的種類及溫度有關。溫度相同但介質不同時，聲速一般不同；同種介質，溫度越高，聲速越大。
3、一般來說，聲音在固體中的傳播速度最快，在液體中較快，在氣體中最慢。
4、熟記：聲音在空氣中傳播速度為340m╱s 。溫度小，聲速小。
5、聲速、傳播距離和傳播時間的關系：v=s/t
四、回聲現象
1、回聲到耳朵比原聲音晚0.1s以上，人耳才能把回聲和原聲分開。
2、利用回聲可以計算出障礙物的距離。要聽到回聲，障礙物的距離至少為17m；公式：s=vt
五、人耳如何聽聲音
人們感知聲音的基本過程是：外界傳來的聲音引起鼓膜的振動，這種振動經過聽小骨及其它組織傳給聽覺神經，聽覺神經把信號傳給大腦，這種方式叫耳傳導。聲音通過頭骨、頜骨等方式傳給聽覺神經引起聽覺，這種傳導方式叫骨傳導。
（一）、人耳的構造
1、外耳：包括耳廓和外耳道。用途：用來收集聲音。
2、中耳：鼓膜和聽小骨。用途：用來傳聲。
3、內耳：耳蝸（聽覺神經豐富）。用途：用來感知聲音。
（二）、耳聾的兩種情況
1、傳導障礙：鼓膜、聽小骨損壞。
2、神經性耳聾：聽覺神經損壞。
（三）、認知
1、傳導障礙可治療或藉助儀器感知聲音；
2、神經性耳聾不能治療也不能藉助儀器感知聲音。
六、聲音三要素
（一）、音調：聲音的高低。
1、物理振動的快，發出的聲音就高；
2、頻率：每秒內振動的次數。
（1）單位：赫茲，簡稱赫；
（2）單位符號：Hz。
3、音調由頻率決定。頻率越高，音調就越高。
4、人能聽到的聲音頻率范圍：20Hz---20000Hz
（1）次聲波：頻率<20Hz
（2）超聲波：頻率>20000Hz
（3）超聲波的特點：方向性好，穿透能力強，易於獲得較集中的聲能
超聲波的應用：a、製成聲吶 b、B超 c、 超聲波速度測定器 d、超聲波清洗器 e、超聲波焊接器
（4）次聲波的特點和監控
a、特點:傳得遠，容易繞過障礙物、無空不入
b、監控得目的：避免它的危害，將它作為預報地震、台風的依據，作為 監測核爆炸的手段。
5、各種動物的聽覺頻率范圍與人不同。
6、聲音的波形可以在顯示器上顯示出來。
7、弦越緊，振動越快，頻率就越高，音調也越高。
（二）、響度：聲音的強度。
1、振幅：物體振動的幅度。
2、響度由振幅決定。振幅越大，響度就越大。
3、響度還跟發聲體的距離有關，距離越遠，聲音就越分散，響度就越小。
（三）、音色：聲音的音質（也叫音品）
1、發聲體的材料、結構不同，音色也就不同。
2、利用音色可以分辨發聲體。
3、不同的音色有不同的波形。
音調、音色、響度是聲音的三要素。但是，音調高的聲音響度不一定大，反之，響度大的聲音音調不一定高。
七、雜訊
(一)、聲音的分類
1、樂音：通常指那些動聽的，令人愉快的聲音，它的波形是有規律的。
2、雜訊：通常指那些難聽的，令人厭煩的聲音，它的波形是雜亂無章的。
從環保角度看，凡是影響人們正常學習、工作和休息的聲音都是屬於雜訊。樂音也可能成為噪音。
3、減弱雜訊的途徑：
在聲源產生處，在聲音傳播過程中，在人耳處使雜訊減弱。
4、分貝（dB）：表示聲音的強弱。
0 dB：人剛能聽到最微弱的聲音。30—40 dB：較為理想的安靜環境，為了保證休息和睡眠，聲音不能超過50 dB，為了保證工作和學習，聲音不能超過70 dB，為了保護聽力，聲音不能超過90 dB 。
(二)、雜訊的控制
防止噪音的產生---阻斷噪音的傳播---防止噪音進入耳朵。
在聲源處減弱、在傳播過程中減弱、在人耳處減弱
八、聲音的利用
1、聲能夠傳遞信息。（聲吶：聲音導航和測距）
2、聲能夠傳遞能量（超聲波碎石、加濕器）。
(1)隆隆的雷聲—下雨
(2)爆竹升天，震耳欲聾
(3)聽鐵軌傳聲—判斷火車的遠近
(4)聽蜜蜂飛行的聲音--判斷是否采蜜回來
(5)回聲定位
(6)醫療:使用B超、聽診儀;超聲波擊碎體內結石
(7)軍事:聲吶探測潛艇、魚雷;超聲波干擾信號
(8)工業:聲吶測距;超聲波測速；超聲波探傷

㈣ 有關物理聲學的公式有哪些

聲強計算公式為:L =lOlgI/10,聲強級單位為dB.

㈤ 初三物理聲學公式

聲學基本公式 s=vt 【空氣中（15℃）時的聲速V＝340m/s】這很重要

㈥ 初中物理聲學知識點

初中物理聲學知識點如下：

聲音產生的原因、聲源

聲音是由於物體的振動產生的。震動停止，物體就停止發聲。

1、正在發聲的物體叫做聲源。

2、震動的氣體、液體和固體都能發聲。

二、聲音的傳播

聲以波的形式傳播，我們把它叫做聲波。

聲波在傳播過程中，介質本身並沒有隨波向前移動，聲波可以傳播信息和能量。

(1)隆隆的雷聲—下雨

(2)爆竹升天，震耳欲聾

(3)聽鐵軌傳聲—判斷火車的遠近

(4)聽蜜蜂飛行的聲音--判斷是否采蜜回來

(5)回聲定位

(6)醫療:使用B超、聽診儀;超聲波擊碎體內結石

(7)軍事:聲吶探測潛艇、魚雷;超聲波干擾信號

(8)工業:聲吶測距;超聲波測速；超聲波探傷。

聲速

1、聲速是指聲音在每秒內傳播的距離。

2、聲速與介質的種類及溫度有關。溫度相同但介質不同時，聲速一般不同；同種介質，溫度越高，聲速越大。

3、一般來說，聲音在固體中的傳播速度最快，在液體中較快，在氣體中最慢。

4、熟記：聲音在空氣中傳播速度為340m╱s 。溫度小，聲速小。

5、聲速、傳播距離和傳播時間的關系：s=vt

㈦ 歐姆定律跟聲學有什麼關系

有電學歐姆定律也有聲學歐姆定律。
著名物理學家喬治·西蒙·歐姆（1787年3月16日到1854年7月7日）發現了電學中的歐姆定律，同時他還發現了人耳聽覺上的歐姆定律，聲學定律是在1843年提出的，人耳可把復雜的聲音分解成諧波分量，並按分音大小判斷音色的理論。這一定律揭示：人耳的聽覺只與聲音中各分音的頻率和強度有關，而與各分音之間的相位無關。根據這一定律，音響系統中的記錄、重放等過程的控制可以不去考慮復雜聲音中各分音的相位關系。
人耳是一個頻率分析器，可以將復音中的各諧音分開，人耳對頻率的分辨靈敏度很高，在這一點上人耳比眼睛的分辨度高，人眼無法看出白光中的各種彩色光分量。