知识专栏 | 声学基础之认识声音

一、声音是如何产生的

声音能够被看作是在空气或其他弹性介质中的一种波动，在这种情况下，它是一种激励。声音也可以看作是对听力系统的一种刺激，它会让我们对声音产生感觉，在这种情况下，声音是一种感觉。把声音归于哪一类的问题，取决于我们的观察角度。今天我们从第一类物理学的角度来看。

振动的物体能够使邻近的空气分子振动，这些分子又引起它们邻近的空气分子振动，从而产生声音，声音以声波的形式传递，这个传递过程叫——声辐射。

声音必须要在气体、液体和固体等弹性介质中传播。“声”由声源发出，“音”在传播介质中向外传播。声音在固体中传播速度最快，其次是液体，声音在气体中传播的速度最慢。声波在不同介质中有不同的波动形式，在流体介质（水）中是以纵波的形式进行运动，在固体介质中是以纵波或横波的形式进行运动，我们平时常用正弦波进行基础的研究。

二、波长和频率

如下图所示为一个正弦波，波长λ是声波完成一个周期所对应的传播距离。波长能够通过连续的峰值或者一个周期内任意两个对应点来获得。

频率ƒ定义为每秒的周期数，用赫兹（Hz）来衡量。声波在传声介质中，每秒钟传播的距离成为声波的传播速度，简称声速，用符号c表示，单位是米/秒（m/s）。波长和频率之间是相反的关系，具体如下：

三、谐波和泛音

谐波是指周期函数或周期性的波形中能用常数、与原函数的最小正周期相同的正弦函数和余弦函数的线性组合表达的部分。从严格的意义来讲，谐波是指电流中所含有的频率为基波的整数倍的电量，一般是指对周期性的非正弦电量进行傅里叶级数分解，其余大于基波频率的电流产生的电量。从广义上讲，由于交流电网有效分量为工频单一频率，因此任何与工频频率不同的成分都可以称之为谐波。

如下图所示，我们将一个标准的正弦波作为基准，称为基波，谐波就是比基波的频率高整数倍的波，其谐波的频率可为2f、3f、4f、......，这些谐波分别称为二次谐波、三次谐波、四次谐波等。

泛音是声学上的谐波，但次数的定义稍许有些不同，基波频率2倍的音频称之为一次泛音，基波频率3倍的音频称之为二次泛音，以此类推。

 四、相位

声波在周期运动中所达到的精确位置叫做相位，一种它是否在波峰、波谷或它们之间的某点的标度，一般用圆的度数单位来表示，如下图所示。

如下图所示，当两个相同频率的声波，一个相对于另一个发出时间有延迟，它们之间就会出现相位差，振动频率、振幅和传播速度相同而传播方向相反的两列波叠加，形成驻波，声波停驻。