声音的产生

工作过程中了解了下声音的产生。久违的体验了科普的快乐。
我们的常识是声音是空气振动产生的。这里来具体探究一下。

我们所处在一个被空气包围的世界中。

如果空气被一个物体（声源）的运动或振动所干扰，则空气密度将会不断变化。当振动物体向外移，将附近的空气分子推开，并挤压在一起，导致密度和压强略有增加，形成密部；当振动物体向内移动，空气分子散播开来填充空出的空间，产生密度和压强略有下降的疏部，这些压强变化被称为声波。

声波由交替的密部和疏部组成，我们通常经历的压强变化是非常小的（通常少于大气压的0.01％）。声源产生的压强变化在空气中传播的方式，大致与在一个池塘里投入石头产生的水波的方式相似。然而，也有一些重要的差异。声波能在三维空间内向所有方向传播，然而水波在平静的水面传播时，仅是在两维空间里。另外，在水波中，分子向上和向下振荡做圆周运动；而声波是纵波，声波的粒子（例如，在空气中的分子）沿着波运动的方向向前和向后振荡。

举一个更为具体的例子，扬声器可将电势的变化转换成声波。扬声器对空气进行推拉，产生交替的密部（扬声器纸盆向外移动所产生的高压）和疏部（扬声器纸盆向内移动产生低压）。图2所示的是工作状态的扬声器在空管中的情况。阴影处表示的高压区域，明亮处表示低压区域。按压力变化的顺序排列，从扬声器首次开始移动起（顶图）到完成了近两个周期的时刻（底图）。重新用水作为比喻，你可以想象一下在一个方形敞口鱼缸里上下移动你的手，同样会产生类似的波动。在这种情况下，在图2的阴影处代表高水位，并且明亮处表示低水位。

声波在最重要的介质——空气中的传播。然而，理论上声波也可以在其它物质中传播。在某一定点施加一点压力变化将引起这个压力变化以一定的速度传播，这个速度取决于该物质的密度和硬度（想想之前说的高尔夫球和弹簧）。物质的密度越大，速度越慢，因为过重的物体需要更长的时间来加速。物质的硬度越大，速度越快，因为对于一个特定的位移，弹簧越硬，产生的弹力和加速度就越大。例如，声音穿过钢铁（非常硬）的速度为5200米/秒，而声音穿过硫化橡胶（密而不硬）仅为54米/秒。我们对于水中产生的声音了解得比较多，它被许多海洋哺乳动物用来交流，在水下也可以通过回声（声纳）来识别物体。虽然水比空气密度大一些，这可能会使水中的声速较慢，不过水比空气硬度大多了，所以总体来说声音在水中的传播比在空气中更快，约1500米/秒。

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