1、第四章 聲 音4-1 聲音是一種波動4-2 聲音的反射4-3 樂音與樂器4-4 噪音4-1 聲音是一種波動 當物體振動時，同時伴隨聲音的產生。當 振動體不再振動時，聲音也隨之停止。所以 從生活的觀察中可以歸納出：聲音是由物體 的振動所引起。1 of 144-1 聲音是一種波動2 of 14 聲音須經由介質來傳播。如右圖，當玻璃罩內的空氣被抽走，我們就聽不到鈴聲了。當物體振動時，造成了周圍 介質的擾動，藉由介質的傳 動過程，將振動的能量傳遞 出去。4-1 聲音是一種波動 聲波在不同介質中的傳播速率並不相同。一般說來：v固體 v液體 v氣體3 of 14介 質聲速(m/s)介 質聲速(m/s)空氣
2、343橡木3850淡水1485玻璃5170海水1520銅3810水銀1450鋼5200鉛1190鋁51004-1 聲音是一種波動 聲波在空氣中傳播時，與當時的風速、溫度 及溼度都有關係。4 of 14 在乾燥無風的空氣中，0oC時的聲速為 331 m/s。氣溫每升高1oC，聲速增加 0.6m/s。v=331+0.6 t若空氣中聲速為 340m/s，則人可聽到聲音的波長範圍為何?4-1 聲音是一種波動 聲波在空氣中的傳播5 of 141.當音叉兩股向外擴張時，外側 空氣受到擠壓形成密部。2.當音叉兩股向內收縮時，外側 空氣較稀薄，形成疏部。3.音叉連續來回振動時，外側空氣不斷地被擾動，形成疏密相
3、間的連續週期波。4-1 聲音是一種波動 頻率的定義：每秒內振動的次數，以f表示。6 of 14音叉來回振動一次，產生一個密部與疏部，構成一個全波形，因此聲波的頻率和振動體 的頻率相同。頻率的單位為1/秒(s-1)，或稱赫茲(Hz)。空氣分子做一次振動所需的時間稱為週期，以符號T表示(單位為秒)。週期的倒數即是頻率：T1f 4-1 聲音是一種波動 波動上的每一點偏離平衡位置的最大位移 稱為振幅，習慣上以符號R表示。7 of 14在一個週期的時間內，波前進的距離稱為 波長，以符號l(讀成爛繨)表示。llRR4-1 聲音是一種波動8 of 14 聲波的波速與介質的種類、狀態有關，和波長、頻率無關。因
4、為時間(t)距離(L)速率v 而波動在一個週期(T)的時間內前進了一個波長(l)fTv ll重要公式，務必充分瞭解！由於v=fl，且波速不受波長、頻率影響，所以波長與頻率有反比的關係。4-1 聲音是一種波動 當聲波在空氣中傳播時，由於空氣分子的 振動方向和聲波前進的方向平行，所以在 空氣中傳播的聲波屬於縱波。9 of 14 傳遞的聲波中，其疏密部分的空氣壓力不同 ，密部壓力大，疏部壓力小。因此聲波在其 傳播的路徑上，造成空氣壓力的變化，但是 變化的幅度很小。4-1 聲音是一種波動 耳朵的構造如右圖所示，分成 外耳、中耳和內耳三部分。10 of 14 聲波使鼓膜做相同頻率的振動 ，此振動再經由中
5、耳的鎚骨、砧骨、鐙骨的槓桿作用，傳至 緊接鐙骨的卵圓窗。鼓膜上所受的壓力傳至卵圓窗薄膜時，壓力訊號 被放大約30倍。卵圓窗的薄膜振動傳入耳蝸內，刺激聽覺神經傳至大腦產生聽覺。4-1 聲音是一種波動 人類耳朵所能聽到的頻率範圍約在20至 20000赫茲，稱為可聞聲。11 of 14 當物體振動時，低於20赫茲的聲音稱為 次聲；超過20000赫茲的聲波，人耳 無法聽到，則稱為超聲波。利用超聲波的高頻振動可作為洗淨和焊接 小物件之用。除以上所言，你認為超聲波還有什麼用途?4-1 聲音是一種波動 由於聲波的傳播是從聲源處往四周散開，所以聲音的強度隨傳播距離的增加而減弱。12 of 14 就同長的傳播距
6、離而言，以在空氣中傳播的 聲音強度衰減最大，其次為液體，在固體中 則最小。課本在這段說明中，舉了哪些例子?想想看，還有其他例子嗎?4-1 聲音是一種波動13 of 14數位資訊以0和1兩種位元所組成的二進位數來儲存或傳送。一電腦所輸出的電壓訊號為000010000100001.的二進位週期性數列，其中0和1各表示一個位元，而輸出的電壓與時間的關係如下圖所示。若該電腦以9600位元/秒的速率將此訊息傳送至喇叭播放，則下列何者最接近喇叭所發出的聲音頻率？()9600Hz()4900Hz()1920Hz()960Hz()480Hz。94.學測解：(C）網路資源：1.聲波原理：物理遊樂場 2.教學示範
7、影片：物理遊樂場 3.物理動畫(波以耳實驗、聲速)：好好玩物理網 4.物理動畫(波動分類)：教學示範實驗教室 14 of 145.物理動畫(波動的特性)：教學示範實驗教室 4-2聲音的反射 聲音是一種波動，遇到障礙物會產生反射。1 of 6 當我們聽到來自障礙物反射的聲音，此聲音 稱為回聲。大致來說，回聲接收和原聲發出的時間需 相隔在0.1秒以上，才能為我們所辨別。4-2聲音的反射 傳聲筒的形狀，使發出的聲音經過筒壁反射 後，傳播方向變得較為集中，因此同樣強度 的聲音，可傳至較遠的地方。2 of 6 音樂廳或禮堂的舞臺上方或後方，常 安裝反射面，使聲音能較完整地 傳播到聽眾席上。4-2聲音的反
8、射 超聲波的波長比較短，傳播時比較不會散開 ，可以朝固定的方向前進。此外，還具有能 被較小物體所反射的特性，因此常被用來 作為探測的工具。3 of 6課本在超聲波的內容敘述中，提到哪些應用?除此以外，你還能想到其他應用嗎?4-2聲音的反射4 of 6海水中聲速約1500公尺秒。潛艇每隔10秒發出一個聲波脈衝，探測海底。若偵測到的聲波（包含發射波與反射波）強度隨時間變化如下圖所示，則潛艇距離海底約是多少公尺？()1500()3000()4500()9000()15000。94.學測解：(C）4-2聲音的反射5 of 6解：(D）老師站立在學校操場上，為百公尺賽跑鳴槍。她於槍響後0.3秒聽到槍聲經
9、牆壁甲反射的回聲，再經0.4秒聽到經牆壁乙反射的回聲。若聲速為vo公尺/秒，則王老師站立於下圖中()至()的哪一方塊區？92.學測補考網路資源：1.封閉空間的聲學現象2.超音波的應用：醫用超音波3.超音波的應用：超音波檢測 4.超聲波的工程應用 5.蝙蝠的回聲定位與超音波：台灣蝙蝠學會 6.蝙蝠的回聲定位與超音波：蝠爾摩沙 6 of 67.回聲:好好玩物理網 4-3 樂音與樂器4-3-1 響度4-3-3 音色4-3-0 樂音三要素4-3-2 音調4-3-0 樂音三要素 從聲學的分析角度來看，樂音有三個主要 特徵：響度、音調、音色，這三項特徵 稱為樂音三要素。2 of 13 在生活的周遭充斥著各
10、種聲音，其中聽起來 悅耳的，都稱為樂音。樂音通常由規律的振動所產生，例如 歌聲、蟲鳴鳥叫、樂器的演奏等。4-3-1 響度演奏樂器時，怎樣調整樂器發出的響度?3 of 13 聲音的強弱程度稱為響度。響度和聲波的振幅大小有關。當發音體的振幅愈大時，對空氣的擾動 愈強，造成空氣壓力變化也就愈大，引起耳膜的振動就愈強烈。4-3-1 響度70分貝的聲音，是30分貝聲音強度的多少倍?4 of 13 響度常以分貝(dB)作為比較單位。響度每增加10分貝，表示聲音的強度增強 10倍。分貝的定義：)log(10oIIdB(I(I 為待測聲音的強度、I I0 0 為聲音強度的參考標準)4-3-1 響度5 of 1
11、3聲 音 來 源響度(分貝)噴射機引擎運轉聲(50公尺外)130人耳開始感到痛楚120氣壓鑽孔機(3公尺外)90耳朵聽力開始受損80下班時的街道70平常交談聲(相距1公尺)60耳語(1公尺遠)10正常人耳聽覺的下限04-3-2 音調人類聲帶發音的頻率約在80至1000赫茲。一般男聲的頻率約在95142赫茲；女聲則約在272558赫茲。6 of 13 聲音的高低稱為音調。音調和聲音的頻率有關。頻率愈大，感覺到的聲音就愈高昂；頻率愈小就 愈低沉。4-3-2 音調每升高八音階，頻率恰好加倍。7 of 13 普通八音階的各音頻率：音名唱名頻率(赫茲)中央CDo262DRe294EMi330FFa349
12、GSol392ALa440BSi494高音CDo5244-3-3 音色 大部分樂器所發出的聲音，不是單一頻率，而是由好幾種頻率的聲音所混合組成。其中 頻率最低的聲音稱為基音，其餘的頻率皆 等於或略近於基音頻率的整數倍數，統稱為 泛音。8 of 13 每一種樂器所發出的聲音各有其獨特的 波形，稱為該樂器的音色或音品。05001500100020003000400025003500頻率(Hz)相對強度0.51.04-3-3 音色9 of 13 小提琴發出某音調之各頻譜與相對強度 的關係如上圖所示，則：1.對照表4-3，小提琴發出什麼音調的聲音?2.上圖中，小提琴的基音頻率是多少?3.對照圖4-13
13、，鋼琴也有這些頻譜，為什麼 波形(音色)會不同?4.音叉的頻譜與波形在圖中有何特殊之處?4-3-3 音色10 of 13為什麼每個人的聲音各有其獨特的音色?在偵察犯罪方面，聲紋比對是很重要 的辨識方法。如同分析指紋一樣，分析聲音的波形有助於 辨認出發音者的身分。4-3-3 音色11 of 13 大部分的樂器由兩個主要的部分組成：振動體和共鳴器。振動體用於發出聲音，而共鳴器則將聲音 放大，例如吉他的弦用以振動發音，琴箱 則作為共鳴之用。4-3-3 音色12 of 13 按照發音方式，樂器分成下列四大類：1.弦樂器：利用琴弓摩擦或手指彈動，使弦振動 發音的樂器。2.管樂器：利用吹奏方式，使管內空氣
14、柱振動 發音的樂器。3.打擊樂器：利用打擊方式，使皮膜、木板或 金屬片振動產生聲音的樂器。4.鍵盤樂器：利用敲動鍵盤的方式，帶動弦或 風管內空氣柱的振動而發音 的樂器。網路資源：1.聲學(響度):物理遊樂場 2.物理動畫(聲音三要素):好好玩物理網3.認識客家樂器4.認識管絃樂器 13 of 134-4 噪音 噪音：聽起來嘈雜、令人心煩的聲音。如吵架聲、機器運轉聲及煞車聲。生活中，哪些是最讓人受不了的噪音?1 of 4 噪音對人的危害2.高分貝的噪音會使人的自律神經及內分泌 系統失調。1.低分貝的噪音會使人煩躁不安，甚至失眠。3.80分貝的噪音會使聽力開始受損；120分貝 的音量會引起耳痛；而
15、160分貝的巨響 會造成完全的耳聾。4-4 噪音 眼睛遇上強光時，瞳孔會自動縮小，保護 身體；但耳朵處於噪音時，卻無法自行隔 絕聲音，使身體受到傷害。若身體長期處於噪音中，會使得血管緊縮 ，導致主動脈硬化，引發心臟疾病；也會 造成神經緊張，引起如胃潰瘍等病害。2 of 4在高噪音環境下，怎樣避免受到噪音的傷害?4-4 噪音工商社會愈發達，噪音源也愈多，為了 維護居家安寧，對噪音汙染應加以立法 管制並落實執行。如有噪音陳情案件，可撥 0800-066666 或0800-231885 免費申訴電話。3 of 4我國在若干公共場所 裝置有分貝顯示器，以監控噪音程度。網路資源：1.噪音污染:物理遊樂場 2.噪音管制法施行細則：環保署法規委員會 4 of 4
