人可聽聲音的頻率是 20~20000Hz,這個範圍被分為了 10 個頻程範圍,雜訊測量是測其中 8 個中心頻率的雜訊。

問題來了,怎麼理解這個頻率,聲波在傳輸過程中,各個頻率的波都有嗎?如果把聲波想像為實質化,那不是相當於在空間上同時存在著 N 多個不同頻率(即波長)的波形??


這個問題很有意思,非常精準的答案是傅里葉變換。哦,這簡直是我大學裡的噩夢。哈哈哈。

言歸正傳 。

先舉一個例子。近似地看,月亮繞著地球轉,軌跡是個圓形;地球繞著太陽轉,也是個圓形。那你有沒有想過,從太陽系正上方觀察,地球繞太陽一圈,月球會走過怎樣的軌跡呢?請看下圖:

有沒有像小時候畫萬花筒一樣圖形的尺子作圖:

看著月球划過的軌跡,這麼複雜的圖形,其實可以簡單地描述為月球繞著地球轉,地球繞著太陽轉所划過的軌跡。月地間距離、地球太陽間距離,以及地球運行速度、月亮運行速度,都將改變這個軌跡的大小和密集程度。

與這個類似,任何的一種波形,就算是複雜、雜亂無章的、奇形怪狀的波形,都可以描述為一系列簡單的三角函數的疊加。以下圖為例,一個波是呈現黃色的波形,θ+3θ+5θ+7θ四個波疊加就呈現紅色的波形了:

就算是方方正正的脈衝,也能描述成很多三角函數的疊加。下圖第一行是脈衝波的波形,如果只有幾個波疊加擬合,就是第二行的那個樣子,如果是非常多的波疊加就呈現第三行的樣子了:

把某個波形轉換成若干個正弦波的疊加,就是傅里葉變換—— 一個波可以等價為很多個振幅不同、頻率不同的正弦波的疊加。

以上圖脈衝的變換為例,振幅最大、頻率最低的是基波;單有它還並不像脈衝,還要有更多的振幅小、頻率更高的波疊加,才像方形的脈衝。高頻保留越多,與方形擬合得更好。

所以,你可以把聽到的聲音,直觀地看成是一條奇形怪狀的波形(時域),也可以看成是很多振幅不同、頻率不同的正弦波疊加(頻域)。這兩種是等價的,根據你的實際需要自行採用。


沒錯,通過傅立葉變換可以把聲波分解成正弦波的疊加,每種正弦波對應一種頻率和振幅。

聲波是通過振動產生的,周期性的振動產生的聲波也具有周期性,非周期性的振動產生的聲波由於雜亂無章,又稱為噪音,其中含有各種頻率,且每種頻率的強度一致的噪音成為白色噪音(white noise).

通過相關軟體,比如Adobe Audition, 可以對一段聲音的波譜進行分析。常用有兩種,一種是頻域(frequency domain),也就是橫坐標是頻率,縱坐標是聲壓(sound pressure),單位是分貝(dB),也就是經常在馬路中央看到的噪音顯示器的單位。高於90分貝的聲音對人體有害,不可長時間暴露於此。另一種就是時域(time domain)了,橫坐標是時間,縱坐標還是聲壓。

需要說明的是,頻率和音調不是一個概念,簡單地說,頻率是一個客觀量,音調是一個主觀量,不同的人聽同一個頻率的聲音,感覺到的音調可能不一樣。其次,描述聲音還有響度(loudness)這個量,響度也是一個主觀量,它與聲音的頻率和聲壓都有關。

其實聲波,電磁波都類似,包括光波也是一種電磁波。傅里葉變換光學聽說過嘛。聲波是一種物質波,沒有物質也就沒有聲波。真空中不能傳播聲音。現實中是不存在絕對單一頻率的聲音信號的,根據傅里葉變換,我們知道,如果聲源是知道無限信號,那麼它是有可能只有一個頻率,但是現實中不存在從無限遠的過去通到未來的聲音信號,所以聲波有一個中心頻率,也有頻寬。這點在波的分析中都實用。激光是通過諧振產生特定頻率,但是激光也不是理想上的單色光,最核心的問題也是在這裡。

一個板子可以在不同的震動下面產生不同的模態。我認為也是因為物體的特性,聲波在物質中傳播的規律有關。

綜合過來看,聲波其實是物質周期性震蕩產生的壓力波,因為寄託於物質,向四周傳遞開來,就是所謂的聲波。其傳遞的速度就是聲速,聲速在不同的物質中差距還是很大的。周期性震蕩的頻率就是聲波的頻率。


傅立葉變換, 歐拉公式,耳蝸。

題主自學一下吧。


謝邀,我們目前主要是研究超聲波的領域,看似相同,聲波其實是另一種範疇,無法給出詳盡答覆。


分首先明確,聲音頻率是什麼?

百度百科定義: 物理中聲音是由物體振動發生的,正在發聲的物體叫做聲源。物體在一秒鐘之內振動的次數叫做頻率,單位是赫茲,字母Hz.

做個假設,把一個真空屋子當做空間,真空中充滿無數細小的球體(不考慮重力,漂浮狀態)當做分子,拿一個鐵鎚在屋子敲擊地板,頓時鐵鎚與地板的作用力,擠壓鐵鎚附近真空中的球體,球體在推力的作用下,依次類推,動能層層傳遞其它球體,傳遞到四面八方。

鐵鎚附近的球體依然在「不停動蕩」,推動周圍的球體,單個球體運動一個來回,叫振動一次,一秒鐘,振動了多少個來回,就是「聲音頻率」,直至動力勢能消耗完,它不做規律運動了,開始原來的無規則運動。


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