声音的性质
基础声音是纵波，靠介质粒子的疏密振动传播，真空不传声，空气中声速约每秒 340 米。响度取决于振幅、音调取决于频率、音色取决于波形；回声测距与超声波声呐把波的公式变成量距离的工具。
- 声音是纵波，靠密部与疏部传播；传声必须有介质，真空不传声
- 空气中声速约 340 m s⁻¹；固体中最快、气体中最慢，温度升高声速略增
- 响度看振幅，音调看频率，音色看波形；可闻范围约 20 Hz 至 20 kHz
文体小知识：科学知识说明文——以纵波的角度重新认识声音：传播需要介质、空气声速约每秒 340 米，响度、音调与音色对应振幅、频率与波形，并介绍回声测距、超声波与噪音分贝。
§课文原文 Passage
1拨动音叉，叉股来回振动，反复推压附近的空气：压缩处成密部，张开处成疏部，疏密相间的扰动以波的形式向外传播，进入耳朵令鼓膜振动，我们便听到声音。声音是纵波，振动方向与传播方向平行。传播必须依靠介质：把响铃的闹钟放进玻璃罩并抽走空气，铃声随之消失，可见真空不能传声。
2声速由介质决定：固体粒子结合紧密，声速最快；液体次之；气体最慢。空气中约为每秒 340 米，水中约为每秒 1500 米，钢铁中可超过每秒 5000 米。温度升高，空气粒子运动加快，声速亦略增。举个例子：远处打雷时先见闪光后闻雷声，若两者相隔三秒，闪电距离约为 340 × 3 = 1020 米，这是估计雷雨距离的简便方法。
3人耳可闻的频率范围约为 20 Hz 至 20 kHz，随年龄增长上限会下降。频率高于 20 kHz 的声波叫超声波，低于 20 Hz 的叫次声波，两者人耳都听不到。声音的三个主观特征各有物理对应：响度由振幅决定，振幅越大声音越响；音调由频率决定，频率越高音调越高；音色由波形决定，使我们能分辨钢琴与结他奏出的同一个音。
4声波遇到障碍物会反射，反射回来的声音叫回声。回声测距的公式是：距离等于声速乘以时间再除以二，因为声音走了一个来回。超声波把这个原理发扬光大：轮船的声呐向海床发射超声波，量度回波时间便能绘出海深图；医院的 B 超扫描让超声波穿透人体，不同组织的反射讯号组成胎儿影像。超声波频率高、波长短，方向性好，探测精确。
5噪音是令人烦厌或有害的声音，强弱以分贝表示：0 分贝约是人耳的听觉门槛，日常交谈约 60 分贝，长期暴露于 80 分贝以上的环境会损害听力，演唱会与地盘打桩更可超过 110 分贝。佩戴耳塞、限制耳机音量、安装隔音屏障，都是保护听力的实际方法；分贝量度响度级而与频率无关，这一点常被用来设问。
1重点摘要 Summary
声音是纵波，靠介质粒子的疏密振动传播，真空不传声，空气中声速约每秒 340 米。响度取决于振幅、音调取决于频率、音色取决于波形；回声测距与超声波声呐把波的公式变成量距离的工具。
2生字卡 Vocabulary
声音赖以传播的物质，如空气、水与钢铁；真空没有介质，不能传声。
声波在介质中的传播速率；空气中约 340 m s⁻¹，随温度略升。
声波经障碍物反射后返回的声音；可用于测距。
人耳能听到的频率范围，约 20 Hz 至 20 kHz。
频率高于 20 kHz 的声波，人耳听不到；用于声呐与 B 超。
声音的强弱，由振幅决定；振幅越大越响。
声音的高低，由频率决定；频率越高音调越高。
声音的独特质感，由波形决定，使我们分辨不同乐器。
声音强度级的单位；0 分贝约为听觉门槛，80 分贝以上长期暴露损害听力。
向水中目标发射超声波并接收回波，以探测距离与位置的系统。
3逐步讲解 Steps
- 第一步：声音怎样产生与传播一切声音都源自振动：音叉、声带、琴弦振动时，反复推压周围的空气，形成密部与疏部相间的纵波，依次向外传播。传声必须有介质，真空不传声。举个例子：课堂上把响铃的电铃放进玻璃罩，抽气机把空气渐渐抽走，铃声越来越弱，最后几乎听不到，但铃锤仍在敲打——这证明声音需要空气才能抵达我们的耳朵，光却不受影响，我们仍能看见铃在动。
- 第二步：声速与介质、温度的关系声速由介质性质决定：固体粒子结合最紧密，振动传得最快；气体最慢。典型数值：空气约 340 m s⁻¹，水约 1500 m s⁻¹，钢超过 5000 m s⁻¹。温度升高，空气粒子平均动能增加，声速略为上升。举个例子：把耳朵贴上铁轨，可以比空气中的声音更早听到远处火车，因为钢轨中的声速是空气的十多倍；古代士兵夜里枕著箭筒睡在地上，正是利用大地传声快的原理侦察骑兵。
- 第三步：可闻范围与超声波人耳可闻的频率约由 20 Hz 至 20 kHz，孩童上限较高，年长后逐渐下降，所以长辈往往听不到高频的电子提示音。频率高于 20 kHz 为超声波，低于 20 Hz 为次声波，两者皆听不到。蝙蝠与海豚以超声波定位与沟通，地震与风暴则产生次声波。举个例子：驱蚊器发出约 20 kHz 上下的高频音，成年人多数听不到而部分青少年有听感，正好示范可闻范围因人而异。
- 第四步：响度、音调与音色声音三特征对应三个物理量：响度看振幅，音调看频率，音色看波形。拨弦越用力，振幅越大，声音越响；弦越短越紧，频率越高，音调越高；同一个音由钢琴与小号奏出，波形不同，音色便不同。举个例子：调音师凭音色分辨乐器，医生听诊时凭音色分辨心跳与杂音；把收音机音量调大只改变振幅与响度，绝不会把男声变成女声，因为频率与波形没有变。
- 第五步：回声测距，记得除以二声波遇障碍物反射成回声。回声测距：距离 = （声速 × 时间）÷ 2，因为声音走了去程与回程。举个例子：对著山崖叫喊，1.5 秒后听到回声，声音单程所用时间是 0.75 秒，崖的距离 = 340 × 1.5 ÷ 2 = 255 米。人耳要分辨回声与原声，时间差须超过约 0.1 秒，即障碍物至少约 17 米远；在普通课室内墙壁太近，回声与原声融为混响，所以我们听不到明显的回声。
- 第六步：超声波的应用超声波频率高、波长短，方向性好，能汇聚成狭窄声束，是精确探测的理想工具。轮船声呐向海床发射超声波，量度回波时间计算海深；渔船用声呐寻找鱼群；医院 B 超用超声波扫描胎儿与内脏，无创无辐射；工业上用超声波检测金属内部裂纹。举个例子：声呐在 2 秒后收到海床回波，海水深度 = 1500 × 2 ÷ 2 = 1500 米；若误用空气中的 340 m s⁻¹ 代入便大错特错，因为声音在水中的速度完全不同。
- 第七步：噪音、分贝与护耳噪音指令人烦厌或有害的声音，强度以分贝级表示：0 分贝约是听觉门槛，30 分贝如耳语，60 分贝如交谈，80 分贝以上长期暴露损害听力，超过 120 分贝可即时造成伤害。分贝量度响度级，与频率无关，这是考试常考的分别。举个例子：戴上耳塞可把传入耳朵的音量压低约 20 至 30 分贝，地盘工人、乐手与经常搭飞机的人都应使用；长期用耳机把音量调到最高，同样会令听力永久受损。
4图解 Diagrams
5例题示范 Example
例题：露营时，营友面向山崖大叫一声，1.5 秒后听到清晰的回声。当时的声速为 340 m s⁻¹。（a）求营友与山崖的距离。（b）一艘渔船用声呐向海床发射超声波，0.8 秒后收到回波；设海水中声速为 1500 m s⁻¹，求海深。
- (a) 声音往返共 1.5 s，单程时间 = 1.5 ÷ 2 = 0.75 s
- (a) 距离 = 声速 × 单程时间 = 340 × 0.75
- (a) 距离 = 255 m
- (b) 海水中的单程时间 = 0.8 ÷ 2 = 0.4 s
- (b) 海深 = 1500 × 0.4 = 600 m
- 答案：(a) 山崖距离 = 340 × 1.5 ÷ 2 = 255 m。(b) 海深 = 1500 × 0.8 ÷ 2 = 600 m。两条小题的关键都是把往返时间除以二；另一要点是 (b) 必须改用海水中 1500 m s⁻¹ 的声速，介质一换，声速即变，这是回声测距题最常见的陷阱。
6常见错误 Mistakes
75 题快测 Quick check
Q1为什么真空不能传声？
Q2对山崖叫喊 2 秒后听到回声，声速 340 m s⁻¹，崖有多远？
Q3响度、音调、音色分别由什么决定？
Q4超声波是什么？举出两项应用。
Q5在水中声速约 1500 m s⁻¹，声呐 1 秒后收到海床回波，海深多少？
8重点回顾 Recap
- 声音是纵波，靠密部与疏部传播；传声必须有介质，真空不传声
- 空气中声速约 340 m s⁻¹；固体中最快、气体中最慢，温度升高声速略增
- 响度看振幅，音调看频率，音色看波形；可闻范围约 20 Hz 至 20 kHz
- 回声测距：距离 = 声速 × 时间 ÷ 2；介质不同声速不同
- 超声波（高于 20 kHz）用于声呐与 B 超；噪音强弱以分贝量度，长期超过 80 分贝伤听力