聲音產生振動物體

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介紹

人類能夠發出聲音，聲音的產生始於喉部，喉部位於頸部，稱為聲帶盒。聲帶中有一些小的膜狀結構穿過喉部。一個人可以聽到由不同物體振動產生的聲音。例如，透過撥動“吉他弦”，周圍的空氣分子會振動，然後產生聲音傳入耳朵。在其他情況下，當繃緊的帶子被拉伸時，產生的聲音振動也會發出聲音。聲音的頻率對於確定聲音的尖銳程度非常重要。

物體振動會產生哪些型別的聲音？

圖 1：振動物體產生的聲音

在物體振動中，會產生不同型別的聲音，其中一些聲音超出了人類的聽力範圍。人耳只能聽到頻率在 20 到 20000 赫茲之間的聲波。聲音的產生依賴於波長、振幅以及時間週期（Bilbao 等人，2019）。聲音的波長透過聲波中壓縮和稀疏之間的距離來測量。頻率以及速度也對聲音的產生有很大的影響。

聲音的特徵

圖 2：聲波的產生

聲音的特徵包括響度和音調。物體產生的聲音也以音質和強度為特徵。聲音的響度是由振幅產生的（Raghu，2018）。例如，當振幅變低時，會產生柔和的聲音，如果振幅加倍，則聲音的響度會增加到原來的四倍。聲音的另一個重要類別是音調，它主要取決於頻率。例如，女性的聲音音調高於男性的聲音。聲音的音質與聲音的特性有關。此外，聲音強度還取決於聲音的介質，如固體、液體和氣體（Sterling 等人，2018）。聲音的密度透過質量/單位體積來衡量，是聲速的主要決定因素。聲音的強度也受大氣溫度和溼度的影響。

物體振動的特性

由不同物體（如吉他、鼓等）振動產生的聲音特性分為不同的類別：次聲波和超聲波。次聲波的頻率與 20 赫茲相同或低於 20 赫茲，超出了人類的聽力範圍（Sterling 等人，2018）。超聲波是由物體振動產生的，頻率超過 20000 赫茲，也超出了人類的聽力範圍。

物體振動產生的聲音示例

聲波的特徵包括振幅、頻率和波長。物體的振動會影響其周圍的粒子，這些粒子充當聲音的介質。聲音的傳播在透過物體的振動產生聲音方面也起著重要作用。

圖 3：聲波的重要組成部分

振動產生的聲音的一個重要例子是音叉。音叉使用來回運動來產生聲音。在產生聲音時，用橡膠敲擊音叉。還有許多樂器也使用振動來產生聲音。在吉他中，琴絃被撥動並振動，從而發出聲音。腳踏車鈴也是利用振動來產生響聲（Liu & Manocha，2020）。在一些其他樂器（如西塔琴、維納琴和米里丹甘）中，使用拉緊的琴絃進行振動併產生美妙的聲音。在響鈴的腳踏車上，會安裝一個來回搖動的部件，從而產生聲波。聲波具有一些重要的特徵，其中振幅、速度、波長、頻率和時間週期是最重要的。在塔布拉琴和小提琴中，也使用拉緊的琴絃來產生聲音。空氣柱充當諸如長笛和口琴等樂器中的振動部分（Secic & Kuzle，2018）。樂器的每個振動部分都會擾動周圍的空氣粒子，這有助於透過樂器聽到音樂。

結論

振幅被認為是垂直方向上的最大位移。這種位移發生在相對於平均位置的垂直角度上。由於振動，還會產生聲波的波長。波長是特定波的兩個連續波峰之間的距離。特定振動的時間速率稱為頻率。赫茲是用來表示頻率的單位。空氣中存在的分子透過振動撞擊其相鄰的分子。發生了一系列碰撞。因此，一個人也可以從遠處聽到聲音。

常見問題

問 1. 振動任何物體都會產生什麼？

振動物體會產生聲波。物體的運動會產生壓力並撞擊周圍的分子，從而產生聲音。

問 2. 振動物體的聲音如何到達耳朵？

在受到任何振動撞擊後，空氣中的粒子會移動並撞擊其周圍的粒子。產生的聲波是這種作用的結果。在這個過程中，產生的聲音撞擊其相鄰的粒子併到達耳朵。

問 3. 哪些型別的介質適合聲音傳播？

聲波可以透過液體和固體介質傳播。需要其中任何一種介質，因為真空環境無法產生聲音。

問 4. 振盪頻率是什麼？

振盪頻率被認為是每秒鐘的總振盪次數。赫茲用於表示頻率的值。

參考文獻

期刊

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Liu, S. 和 Manocha, D.（2020）。聲音合成、傳播和渲染：綜述。arXiv 預印本 arXiv:2011.05538。檢索自：https://arxiv.org/pdf/2011.05538

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網站

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