物理能量轉換世界：自然的韻律（簡體書）

聲音看不見，摸不著，是個十分奇妙的東西。正如俄國詩人涅克拉索夫所描述的那樣：
誰都沒有看到過它，
聽呢，——每個人都聽到過。
沒有形體，可是它活著，
沒有舌頭——卻會喊叫……
聲音即然如此微妙，自然引起古人對它的種種神秘的猜測。例如，古希臘學者恩培多克勒就提出過一種看法，他認為聲音是一種“微妙物質”，這種物質潛藏在各種物體之中，因此平日不易發現它。可是當物體受到沖擊或打擊時，它就像受到驚嚇一樣跑了出來。它一旦跑進人的耳朵里，就會被聽到，而成為我們平日所說的“聲音”。恩培多克勒的這種說法，聽起來似乎有些道理，然而事實卻不是這樣。有人曾對著一端開口的竹筒大聲喊叫，然后把竹筒密封好。按照恩培多克勒的說法，這樣做的結果，這個人發出來的聲音“物質”就都被保存下來了。可是，當他打開密封的竹筒時，卻什么也聽不到。可見，恩培多克勒的說法是站不住腳的。
后來，隨著人們觀察的不斷深入和科學實驗的開展，聲音的奧秘才逐漸被揭開。為了說明聲音究竟是什么，讓我們仔細觀察和分析一下發生在我們身邊的一些聲音現象。
用力敲一下鼓面，它就會發出咚咚的聲響。這時如果我們用手去撫摸一下鼓面，就會感覺它在上下起伏振動。等到鼓面不振動了，鼓聲也就消失了。用琴弓摩擦一下琴弦，它就會發出悠揚的琴聲。當我們拿一紙條跟琴弦接觸時，就會發現紙條來回振動起來。等紙條不再振動了，琴聲也就中止了。由此可見，聲音是由物體振動產生的。
拿一根振動著的竹片不間歇地敲打水面，水面就會出現一圈圈的波紋，不斷擴大向外傳播出去，這就是我們通常所說的水波。同樣道理，當發聲物體振動時，在它周圍也會形成一層層不斷向外擴展的波紋，這就是聲波。如果傳播中的聲波進入人的耳朵里，它還會引起人耳內鼓膜的振動，于是人們就聽到了聲音。
原來，聲音并不是什么神秘莫測的微妙物質，它只不過是振動物體發出的一種波紋——聲波。 各種聲音有什么不同呢？首先是聲音的強弱不同，這叫聲強。
找一根廢鋼鋸條，把它夾緊在抽屜縫里，伸出來的部分要長一些。用手指撥動鋸條，讓鋸條彎得厲害些，一松手，聽！發出了較強的聲響。如果你只是輕輕地撥動一下，鋸條來回振動得不很大，聲音就小多了。
仔細觀察一下那根鋸條的運動情況。當你沒有撥動鋸條時，鋸條的位置叫平衡位置，當你撥動鋸條，例如把鋸條先向下彎，彎到一定的位置，然后拿開手，鋸條就開始返回平衡位置，過了平衡位置繼續向上彎，一直到某一位置，鋸條又返回平衡位置，到了平衡位置，就完成了一次振動。
在物理學里，把振動物體離開平衡位置的最大距離叫做振幅。用力撥動它，它的振幅就大；輕輕撥動它，它的振幅就小。
鋸條琴的實驗告訴我們，聲強和聲源的振幅有關系。聲源振幅越大，聲音越強；聲源振幅越小，聲音越弱。
聲音的強弱用聲級表示，它的單位叫分貝。小電鐘的聲級是40分貝，普通談話的聲級是70分貝，氣錘噪聲的聲級是120分貝，噴氣式飛機噪聲的聲級是160分貝，巨大的火箭噪聲的聲級是195分貝。
在空氣中，人類剛剛可以聽到的最弱的聲音的聲級是0分貝，它的能量很小，這種聲音造成的壓力變化只有蚊子落到人手上時所感受的壓力變化的1／1000。目前還沒有任何儀器能達到人耳這樣高的靈敏度。人聽得見的這種最弱的聲音極限，在聲學中就叫“聽閾”（閾，yu，范圍的意思）。
當人站在飛機發動機旁或者鑿巖機旁，隆隆的噪聲會使人耳產生疼痛的感覺，這種聲音的能量很大，在聲學中叫做“痛閾”。這時的聲級大約是120分貝，它的壓強是0分貝時的1萬億倍呢！
聲音不但有強弱，而且有高低。聲音的高低程度叫做音調。不同的音調是怎樣產生的呢？讓我們先做個小實驗吧。
找一張舊年歷卡片（或者有彈性的硬紙板）、一輛自行車。把自行車支起來，一只手轉動自行車的腳踏板，另一只手拿著硬紙片，讓紙片的一頭伸到自行車后輪的輻條中。先慢慢轉，這時可以聽到紙片的“軋軋”聲；再加快轉速，紙片發出的聲調就會變高；當轉速達到一定程度時，紙片就會“尖叫”起來了。
很明顯，紙片音調的變化是和紙片每秒鐘振動的次數有關系的：車輪旋轉比較慢的時候，同一時間內紙片跟車條的接觸次數比較少，也就是說，每秒鐘紙片振動的次數比較少。反過來，車輪轉得快時，紙片每秒鐘振動的次數就多了。
振動著的物體在1秒鐘里完成全振動的次數叫做頻率。頻率的單位叫赫茲（簡稱赫），也叫周／秒（讀做“周每秒”）。大鋼琴最低音的頻率是27赫，最高音的頻率是4000赫，它包含了這么廣的頻率范圍，當然能演奏豐富多彩的‘樂曲了。
人講話的音調也有高低。成年男子的聲帶長而厚，基本振動頻率低，只有100～300赫；女子的聲帶短而薄，基本振動頻率比較高，一般是160～400赫，所以女子說話的音調都比男子高一些。兒童的聲帶比較短薄，童音音調比較高。少年的聲帶正在發育，都有一段“變音”的時期，在這個時期應注意保護聲帶。
勤勞的蜜蜂用440赫的頻率飛出去采蜜，當它們滿載而歸的時候，翅膀振動的頻率降到330赫，有經驗的養蜂人聽到蜜蜂的“歌聲”，就能知道它們是否采到了蜜。
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