声音的本质

从物理学角度而言，声音是一种机械波，称为声波，它是由物体振动产生的。振动是物体，如钟摆、音叉的叉臂、空气粒子等的快速往复运动。物体振动时，带动周围的空气粒子有节奏地振动，使周围的空气产生疏密变化，形成疏密相间的纵波，这就产生了声波。

从生理学角度而言，声音是声波作用于听觉器官所引起的一种主观感觉。人耳可以听到频率为20~20000Hz的声音，对1000~3000Hz的声音最敏感。

自然界中有光能、水能，生活中有机械能、电能，其实声音也有能量。例如，本册教材中挂在正在发声的音箱前的气球会弹开，纸屏实验中敲鼓后泡沫塑料小球会弹起，都说明声音有能量。再如，把两个振动频率相同的音叉靠近，敲击其中一个音叉时，另一个音叉也会振动发声，这种现象叫作共鸣，也说明声音有能量。

我们是如何听到声音的

正常人的耳朵大约可分辨出40万种不同的声音，这些声音有些小到只能使鼓膜移动几纳米。当声音发出时，周围的空气粒子发生一连串的振动，形成声波，从声源向外传播。当声音到达外耳后，通过耳郭的集音作用把声音传入外耳道并到达鼓膜。

鼓膜是中耳的分界线，厚度和纸差不多，却非常强韧。当声波撞击鼓膜时，即引起鼓膜的振动。鼓膜后面的中耳腔内，紧接着三块相互连接的听小骨。每块听小骨都只有米粒大小，是人体中最小的骨头。它们的名字由其形状而来。紧挨着鼓膜的是锤骨（像铁锤），之后是砧骨（像铁砧），最后是镫骨（像马镫）。

当声波振动鼓膜时听小骨也跟着振动起来。三块听小骨实际上形成了一个杠杆系统，把声音放大并传入内耳。镫骨连接在一层极小的薄膜上，这层膜称作前庭窗。前庭窗是内耳的门户，当镫骨振动时，前庭窗也跟着振动起来。前庭窗的另一边是充满了液体的耳蜗管道。当前庭窗振动时，液体也开始流动。耳蜗里有数以千计的毛细胞，它们的顶部长有细小的纤毛。当液体流动时，这些毛细胞的纤毛受到冲击，经过一系列生物电变化，毛细胞把声音信号转变成生物电信号经过听神经传递到大脑。大脑再把接收到的信息加工、整合就产生了听觉。

听觉是人类社会生活的必要的交流渠道，听觉使我们感知环境而产生安全感和参与感。听觉对健康而言是很重要的。

声音的传播速度

声音的传播需要介质，介质包括气体、液体和固体，这是声音传播的前提。声音不能在真空中传播。声音的传播速度与介质的弹性、温度等因素有关。介质的弹性取决于介质粒子受到扰动后恢复原状的能力。介质的弹性越大，声音在其中传播得越快。固体比液体和气体更具弹性，因此声音在固体中的传播速度**。当声波的密部和疏部经过时，固体的粒子不会移动太远，因此它们可以很快恢复原状。大多数液体的弹性相对较小，气体的弹性更小，所以声音在气体中的传播速度最小。

在给定的介质中，温度越高，声音传播得越快。这是因为温度越高，介质粒子移动越快。

一些介质中的声速

乐音的三个特征

乐音是有规则的让人愉悦的声音。响度、音调、音色是乐音的三个主要特征，人们就是根据它们来区分声音。

响度声音的强弱（俗称音量，单位：dB）。由振幅和人离声源的距离决定。振幅越大，响度越大；人离声源的距离越小，响度越大。

音调声音的高低。由频率决定，频率越高，音调越高，人耳听觉范围为20~20000Hz。20Hz以下称为次声波，20000Hz以上称为超声波。

音色又称音品，由波形决定，声音因声源材料的特性而具有不同特性，音色本身是抽象的，但波形是它的直观表现，音色不同，波形则不同。典型的音色波形有方波、锯齿波、正弦波等。不同的音色，通过波形完全可以分辨。

噪声对人类生活的影响

从物理学的角度看，发声体做无规则振动时发出的声音是噪声。从环境保护的角度看，凡是干扰人们正常工作、学习和休息的声音，以及对人们要听的声音起干扰作用的声音，都是噪声。

（1）噪声干扰睡眠

人类有近1/3的时间是在睡眠中度过的。睡眠是人类消除疲劳、恢复体力、维持健康的一个重要条件。但环境噪声会使人不能安眠或被惊醒，在这方面，老人和病人对噪声干扰更为敏感。当睡眠被干扰后，工作效率和健康都会受到影响。

研究结果表明：连续的噪声可以加快熟睡到轻睡的回转，使人多梦，并使熟睡的时间缩短；突然的噪声可以使人惊醒。长期干扰睡眠会造成失眠、疲劳无力、记忆力衰退，以至产生神经衰弱症候群等。在高嗓声环境里，这种病的发病率可达50%以上。

（2）噪声干扰语言交流

噪声对语言交流的影响，来自噪声对听力的影响。这种影响，轻则降低交流效率，重则损伤听力。

研究表明，30分贝以下属于非常安静的环境，如播音室、医院等应满足这个条件，40分贝是正常的环境，如一般办公室应保持这种水平。50~60分贝则是较吵的环境，此时脑力劳动受到影响，谈话也受到干扰。打电话时，周围噪声达65分贝则对话有困难；80分贝时，则听不清楚；噪声达80~90分贝时，距离约0.15m也得提高嗓门才能进行对话；如果噪音分贝数再高，实际上不可能进行对话。

（3）噪声损伤听觉

人短期处于噪声环境时，即使离开噪声环境，也会造成短期的听力下降，但当回到安静环境时，经过较短的时间即可以恢复。这种现象叫听觉适应。如果长年无防护地在较强的噪声环境中工作，在离开噪声环境后听觉敏感性的恢复就会延长，经数小时或十几小时，听力可以恢复。这种可以恢复听力的损失称为听觉疲劳。随着听觉疲劳的加重会造成听觉机能恢复不全。研究表明，长期工作在90分贝以上的噪声环境中，耳聋发病率明显增加。

（4）噪声可引起多种疾病

噪声除了损伤听力以外，还会引起其他人身损害。噪声可以引起心绪不宁、心情紧张、心跳加快和血压增高。噪声还会使人的唾液、胃液分泌减少，从而引起便秘和消化不良。

长期在噪声环境中工作，对神经功能也会造成损伤。实验室条件下人体实验证明，在噪声影响下，人脑电波可发生变化。噪声可引起大脑皮层兴奋和抑制的平衡，从而导致反射的异常。有的人会出现顽固性头痛、神经衰弱和脑神经机能不全等病症。