物理 - 不同介质中的声速

引言

• 声速取决于声音传播介质的类型和特性。

• 声音在特定介质中的速度取决于该介质的温度和压力。

• 当声音从给定介质的固态传播到气态时，声速会降低。

• 在任何介质中，如果温度升高，声速也会升高，反之亦然。

• 例如，声音在0℃空气中的速度为331 m/s，在22℃空气中的速度为344 m/s。

• 下表列出了不同介质在25℃时的声速：

音爆

• 当任何物体的速度超过声波速度时，该物体的速度称为**超音速**。例如，子弹、喷气式飞机等的速度。

• 当声源本身以高于声速的速度运动时，它会在空气中产生**冲击波**。

• 冲击波携带大量的能量，会导致其周围环境的空气压力变化。

• 冲击波会产生非常尖锐和响亮的声音，这被称为**音爆**。

声音的反射

• 当声波撞击坚硬的墙壁甚至液体时，它会反射回来。

回声

• 如果你在（尤其是在）山区喊叫或拍手，过了一会儿，你会听到同样的声音，这被称为**回声**。

• 声音的感觉在大脑中持续约0.1秒；因此，为了听到清晰的回声，原始声音和反射声音之间的时间间隔必须至少为0.1秒。

• 为了听到清晰的回声，障碍物与声源之间的最小距离必须为17.2米。但是，这个距离是可变的，因为它取决于温度。

混响

• 导致声波持续存在的重复反射被称为**混响**。例如，在大厅（尤其是在礼堂）中，可以听到过多的混响。

• 通常，音乐厅或电影院的天花板呈曲线形状，以便反射后的声波到达大厅的各个角落（参见下图）。

可听声范围

• 人类的可听声范围在20赫兹到20000赫兹之间。

• 然而，随着人们年龄的增长，他们的耳朵对较高的声频逐渐变得不那么敏感。

• 频率低于20赫兹的声音被称为**次声**。

• 鲸鱼、犀牛和大象发出次声波。

• 频率高于20千赫兹的声音被称为**超声波**。

• 超声波技术广泛应用于各个行业和医疗领域。

• 海豚、蝙蝠和鼠海豚发出超声波。

助听器

• 助听器是一种帮助聋人正确聆听的电子设备。

• 助听器是一种电池供电的设备，它通过麦克风接收声音。

声纳

• SONAR 代表**Sound Navigation And Ranging**（声纳）。

• 声纳是一种先进的设备，它使用超声波来测量水下物体（潜艇）的方向、距离和速度；海洋深度；水下丘陵；山谷；沉船；等等。