关于“声波”“波”“频率”大家学习！
声波（Sound Wave或Acoustic Wave）
是声音的传播形式。声波是一种机械波，由物体（声源）振动产生，声波传播的空间就称为声场。在气体和液体介质中传播时是一种纵波，但在固体介质中传播时可能混有横波。人耳可以听到的声波的频率一般在20赫兹至20000赫兹之间。
声波可以理解为介质偏离平衡态的小扰动的传播。这个传播过程只是能量的传递过程，而不发生质量的传递。如果扰动量比较小，则声波的传递满足经典的波动方程，是线性波。如果扰动很大，则不满足线性的声波方程，会出现波的色散，和激波的产生
次声波是指频率小于20Hz（赫兹），但是高于气候造成的气压变动的声波。人耳对次声波基本上没有感受，但是一些动物如象、长颈鹿和蓝鲸可以感受次声波频率并使用这个频率来通讯。尤其频率极低的次声波可以传播到非常远。在水下次声波的传播距离也非常远。
次声波不容易衰减，不易被水和空气吸收。次声波的波长往往很长，因此能绕开某些大型障碍物发生衍射。某些次声波能绕地球2至3周。生理和心理作用
虽然人几乎无法听到次声波，但是通过其波压人可以感受到次声波。但是听阙非常高，而且随频率不同[1]。此外身体可以感受到低频的、剧烈的震动。
虽然始终有关于次声波伤害人体的传说，但是至今为止在实验中未能证明声压在170分贝以下的次声波对听觉、平衡器官、肺脏或者其它内脏有任何破坏[2]。在185至190分贝左右人的耳膜会破裂，这个声压相当于半个标准大气压。
频率非常低、暴露时间非常长、而振动加速度非常高（波幅的加速度超过地球引力加速度）的次声波在一定情况下会导致内脏出血。
在这样高幅度的次声波下，以至于人可以感受到次声波（与一般的声波一样）也会出现心理作用，尤其是精神不集中。就风力发电机、嗡嗡声和风琴声等的作用有过非常激烈的讨论，但是至今为止未能证明无法感受到的次声波对人有任何影响。
[编辑] 声源
[编辑] 自然声源
低频波如地震、火山爆发、陨星坠落、极端的气候现象或者巨浪可以在空气中导致次声波。这样的次声波可以传播数千公里。阵风和旋风也会产生次声波。
[编辑] 焚风
阿尔卑斯山脉的焚风是一个非常强的次声波声源，其频率在0.01至0.1赫兹间。这个次声波对人是否有影响至今还在争议中。
[编辑] 人工声源
工业设施也会产生次声波。尤其是假如在封闭的房间里次声波形成駐波，由此导致建筑结构共振，会造成危害。
地面或地下爆炸、火箭发射的声音中包含次声波的成分。这些次声波可以传播非常远，它们可以被用来确定爆炸或者火箭发射的地点或者方向。
超声速飞机在突破音障时的音爆中包含次声波的成分。
尤其是建筑密集的大城市也会产生次声波，这样的次声波不但会传播非常遠，而且局部会产生非常强烈的驻波。比如美国首都华盛顿在部分市区里有许多高建筑物，这些建筑物主要使用坚硬的石制表面，而且几乎所有的建筑均拥有非常强大的冷风装置。在夏季市内会产生波及非常广的次声波场，建筑之间的气流会互相影响产生低频共振。尤其在非常安静的夜晚大城市的低频声波在非常远的地方依然可以听得到，其次声波的成分的传播距离更加远。有人认为多年生活在这样的次声波场内会导致健康问题。
关于风力发电机产生的次声波是否有健康影响始终有争议，但是至今为止没有任何可以证明这个影响的数据。不过风力发电机也会产生可以听得见的、有生理作用的低频声波。
[编辑] 测量
要寻找次声波的声源有时很困难。波幅高的次声波往往会导致非线性效应，由此产生谐波，这样的谐波往往可以被听到，这简化寻找声源的过程。
人们使用气压探测器来探测和测量次声波，与气压表不同的是这样的探测器的反应速度高，能够测量非常小的压力变化。与麦克风的区别在于它们能够探测频率低达0.01至0.1赫兹的声波。
对大气和海洋中的次声波的研究是一门比较新的学科。其应用范围包括确定核爆炸试验和船只的运动。
[编辑] 次声波监测网
全面禁止核试验条约签署后在全球建立了一个国际性的次声波监测网，这个监测网的目的在于任何在大气层内、水下或太空中进行的核爆炸不会被忽视。
这个监测网的数据也可以被用来探测和定向非核爆炸以及其它次声波声源。超声波是指任何声波或振动，其频率超过人类耳朵可以听到的最高阈值20千赫。超声波由于其高频特性而被广泛应用于众多领域，比如金属探伤，工件清洗等。
某些动物，如犬只、海豚、以及蝙蝠等等都有着超乎人类的耳朵，也因此可以听到超声波。亦有人利用这个特性制成能产生超声波来呼唤犬只的无音笛。
[编辑] 用途
超声波在军事、医疗及工业中有较大的用途。它应用按功率的大小可分为功率超声和检测超声。
功率超声的应用包括焊接、钻孔、粉碎、清洗、乳化等，它们多属于只发射不接受的超声设备。目前人们对超声加工的确切机理仍未透彻认识。 检测超声在军事中的应用有雷达定位等。医用超音波可以看穿肌肉及软组织，使得这项技术常用来扫描很多器官，以协助医疗上的诊断和治疗。产科超音波也常用在怀孕时期的检查。医生可以利用超声波成像法透视身体，但由于超声波不能穿透骨头，所以虽然超声波对人体伤害比较低，但仍不能完全取代Ｘ光。典型超音波大约2MHz到10MHz的频率，较高频率通常用在泌尿道碎石振波。检测超声波设备有发射又有接受。
[编辑] 设备
超声波清洗机，可用于清洁用途,是目前清洗效果最佳的方式，一般认为是这利用了超声在液体中的“空穴效应”。超声波清洗机的清洁原理，在于利用超声波振动清水，使微细的真空气泡在水里产生，当真空气泡爆破时释放了储存在气泡里面的能量，释放温度约摄氏 5000 度以及超过10,000磅吋的压力将物件表面的油脂或污垢带走[1]。清洗机所产生的超声波的频率约为20-50千赫，可应用在珠宝、 镜片或其他光学仪器、牙医用具、外科手术用具及工业零件的清洁。
除可以发出较低频率的纯机械的超声哨子以外，一般超声设备有超声电源，换能器，变幅杆，工具头等构成。换能器有压电陶瓷换能器和磁致换能器两种。换能器和变幅杆的理论也可认为是一种专门的学科。 波或波动是扰动或物理信息在空间上传播的一种物理现象。扰动的形式是任意的。波的传播速度总是有限的。除了电磁波和引力波能够在真空中传播外，大部分波只能在介质中传播。
[编辑] 波的数学描述
在数学上，任何一个沿某一方向运动的函数形状都可以认为是一个波。考虑一种最简单的情况：一维平面波，波的形状可以用xy平面上的曲线 y = f(x) 描述。
如果这个曲线沿着x轴以ω的速度向右运动，不难看出，这样的函数应该满足如下方程：y = f(x − ωt)
如果沿x轴以ω的速度向左运动，则为：y = f(x + ωt)
以上两个方程都满足如下形式的微分方程：
这个方程称为一维波动方程。
它的通解可以表示为：
y(x,t) = f(x + ωt) + g(x - ωt)
它表示一个向左传播的波和一个向右传播的波的叠加。
[编辑] 行进波
行进波，又称为前进波，是一种在空间与时间里的扰动，可以表达为
；
其中， 是波的振幅， 是位置， 是时间， 是波数， 是相数。
波的相速度 可以表达为
；
其中， 是波长。
[编辑] 波的特征参量
任何一种波都可以用如下的参量进行描述：
色散关系，即波的频率ω与波矢量k之间的关系：。其中，波矢量的方向是垂直于波阵面的，其数值等于波数，即k=2π/λ。
波的相速度vp = ω / k与群速度。相速度的方向与波矢量k的方向平行，而群速度表示波内能量转移的大小和方向。
波的衰减率γ
波的偏振。可以是无偏振、线偏振、椭圆偏振或者是圆偏振。
[编辑] 能量
E = 0.5(mu△x)(2pafR)2
E是简谐运动能量，f是频率
E = hν
E是非力学波能量，ν频率
[编辑] 波的分类
波根据振动源的次数可以分为脉波和周期波，脉波的波源只对介质作一短暂的扰动。波通过介质时，介质中的质点在短暂振动后，随即静止于原位置。而周期波的波源对介质作连续有规律的振动。
波在均匀、无向性的介质中传递时，依介质的振动方向分可以分为纵波和横波。纵波的特点是介质的振动方向与传播方向相同，比如空气中的声波、地震波中的P波。横波的特点是介质的振动方向与传播方向垂直。如：电磁波、地震波中的S波。
如果在非均质介质中传递时，介质振动的行为就不是只有横向与纵向两种，亦存在像表面波、海浪这种类型的振动。譬如：雷利波其振动方式为椭圆形。
依波动传递需要介质来划分，波可以分为机械波、电磁波。
物质波则是在近代物理中叙述物质具有粒子与波动的二元性，近一步的探讨则认为物质波是物质在空间中分布的机率，如电子的轨域。
[编辑] 波的传播
有些波的传播需要介质，比如声波等机械波。有些则不需要介质，在真空中也能传播。如电磁波。
波在介质中传播时，介质的质点并未随波前进，而是在原处附近运动。
波的行进速度v为其频率f和波长λ的乘积，即波长λ和周期T的比值：
波在绳子上传播时，波的行进速度v（单位m/s）与绳子所受的张力F（单位N）及绳子的线密度μ（单位kg/m）有关：
[编辑] 一维简谐波
波可视为简谐运动一种最基本、最常见的波是简谐波。它可以表示为：
其中k是波数, ω是角频率, A是振幅。
波数倚赖于波长 λ, 。 角频率倚赖于周期 T, 。
波速。
[编辑] 波的量子
每种波有相应的量子:
电磁波──光子
引力波──引力子
声波──声子
[编辑] 波的相关名词
振幅(amplitude)
波形
波峰(crest)、波谷(trough)
波长(wavelength)：通常以λ表示。
周期(period)：通常以T表示。
频率(frequency)：通常以f表示。
相速度
群速度 频率
不同频率的正弦波，下部分比上部分频率高频率是单位时间内某事件重复发生次数的度量，在物理学中通常以符号罗马字f或希腊字ν表示，其国际单位为赫兹（Hz）。设 t 时间内某事件重复发生 n 次，则此事件发生的频率为 f = n/t 赫兹。又因为周期定义为重复事件发生的最小时间间隔，故频率也可以周期的倒数表示，即 ：
其中 T 表示周期。
在国际标准单位里，频率的单位——赫兹，是以德国物理学家海因里希·鲁道夫·赫兹的名字命名。1赫兹表示事件每一秒发生一次。
其他用来表示频率的单位还有：周/ 秒、每分钟转数(rpm)等。心率则以“次/分钟”为单位。
广义的频率也包括了“空间频率”——波数。
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1 波的频率
2 举例
3 参看
4 外部链接
[编辑] 波的频率
衡量声音、电磁波（例如无线电波或者光）、电信号或者其他波的频率时，表示每秒重复信号波形的数量。如果波是声音，频率就表示音调的特性。
频率与波长成反比例关系。 频率f等于波的速度v除以波长λ
在真空中电磁波的速度v = c，c是真空中的光速，等式就变成:
注意：当波从一种介质传入另一种介质，频率不变，只有波长会变。
[编辑] 举例
中央C上之A音符发出的频率为440Hz(表示成"A=440Hz"，或是"A440")，通常被当作“标准音高”。
婴儿能够听到最高频率20,000 Hz的声音，但是成年人却听不到。
欧洲和中国的交流电频率是 50/60 Hz，电压是230/220V。
北美洲使用 60Hz 交流电，额定电压117伏特。
[编辑] 参看
波
周期
波长
振幅
截止频率
音分
角频率
简谐运动
音调
音律
谐振
电磁频谱
琴键频率
频谱
声源体发生振动会引起四周空气振荡，那种振荡方式就是声波。声以波的形式传播着,我们把它叫做声波.声波借助各种媒介向四面八方传播。在开阔空间的空气中那种传播方式像逐渐吹大的肥皂泡，是一种球形的阵面波。声音是指可听声波的特殊情形，例如对于人耳的可听声波，当那种阵面波达到人耳位置的时候，人的听觉器官会有相应的声音感觉。 |
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