物理 - 不同介質中的聲速

引言

• 聲速取決於聲音傳播介質的型別和特性。

• 聲音在特定介質中的速度取決於該介質的溫度和壓力。

• 當聲音從給定介質的固態傳播到氣態時，聲速會降低。

• 在任何介質中，如果溫度升高，聲速也會升高，反之亦然。

• 例如，聲音在0℃空氣中的速度為331 m/s，在22℃空氣中的速度為344 m/s。

• 下表列出了不同介質在25℃時的聲速：

音爆

• 當任何物體的速度超過聲波速度時，該物體的速度稱為**超音速**。例如，子彈、噴氣式飛機等的速度。

• 當聲源本身以高於聲速的速度運動時，它會在空氣中產生**衝擊波**。

• 衝擊波攜帶大量的能量，會導致其周圍環境的空氣壓力變化。

• 衝擊波會產生非常尖銳和響亮的聲音，這被稱為**音爆**。

聲音的反射

• 當聲波撞擊堅硬的牆壁甚至液體時，它會反射回來。

回聲

• 如果你在（尤其是在）山區喊叫或拍手，過了一會兒，你會聽到同樣的聲音，這被稱為**回聲**。

• 聲音的感覺在大腦中持續約0.1秒；因此，為了聽到清晰的回聲，原始聲音和反射聲音之間的時間間隔必須至少為0.1秒。

• 為了聽到清晰的回聲，障礙物與聲源之間的最小距離必須為17.2米。但是，這個距離是可變的，因為它取決於溫度。

混響

• 導致聲波持續存在的重複反射被稱為**混響**。例如，在大廳（尤其是在禮堂）中，可以聽到過多的混響。

• 通常，音樂廳或電影院的天花板呈曲線形狀，以便反射後的聲波到達大廳的各個角落（參見下圖）。

可聽聲範圍

• 人類的可聽聲範圍在20赫茲到20000赫茲之間。

• 然而，隨著人們年齡的增長，他們的耳朵對較高的聲頻逐漸變得不那麼敏感。

• 頻率低於20赫茲的聲音被稱為**次聲**。

• 鯨魚、犀牛和大象發出次聲波。

• 頻率高於20千赫茲的聲音被稱為**超聲波**。

• 超聲波技術廣泛應用於各個行業和醫療領域。

• 海豚、蝙蝠和鼠海豚發出超聲波。

助聽器

• 助聽器是一種幫助聾人正確聆聽的電子裝置。

• 助聽器是一種電池供電的裝置，它透過麥克風接收聲音。

聲納

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

• 聲納是一種先進的裝置，它使用超聲波來測量水下物體（潛艇）的方向、距離和速度；海洋深度；水下丘陵；山谷；沉船；等等。