第一節 聲音的產生
聲音的來源


我們無時無刻與聲音 (sound) 為伍,剛出生時便懂開聲大哭;日常生活中亦有各種各樣的物體在發聲()。究竟聲音是由甚麼東西產生的?物體發聲時有共同的特徵嗎?試考慮下述兩個例子:

【音叉】
我們可以利用一支音叉 (tuning fork) 來找出聲音的來源()。一支靜止不動的音叉,是不會發出聲音的。當音叉受到撞擊後,便會持續發出聲響。如果我們仔細留意正在發聲的音叉,便會發現它的末端以高頻率在振動著。

【揚聲器】
另一方面,揚聲器亦可以用來示範發聲的現象。只要將電流訊號傳到揚聲器,讓它發聲();當揚聲器發出聲響時,可觀察到揚聲器上的振膜正在不斷振動。


事實上,我們也是藉振動喉部的聲帶來發聲的。從種種觀察以及例子可知:

聲音是由物體的 振動 產生。


(a) 新生嬰兒呱呱落地便懂發出哭聲;(b) 蟬能夠發出很大的聲響;(c) 進行焊接工作時可以發出高量的噪音。
(a) 要音叉發出聲響,可敲擊它讓其產生振動;(b) 如果看不清楚音叉的振動,可以把發聲音叉的末端放到水中。當音叉的末端浸在水中時,會不斷濺起很多水花。
(a) 揚聲器正在發聲時,其振膜不斷振動;(b) 如果看不清楚揚聲器的振動,我們可把幾個輕巧的柔軟小球放在揚聲器上。當揚聲器發出聲響時,在揚聲器上的小球也會跟著跳動。
物體產生聲音的機制


振動的物體如何製造聲音呢?以下將分別就音叉和揚聲器這兩個例子說明:

【音叉】
示意音叉的振動如何產生聲音。當音叉的末端振動時,會撞擊附近的空氣粒子,使粒子劇烈地振動。之後這些振動的粒子再撞擊更遠的粒子,使其他粒子也振動起來。就這樣音叉的振動便在空氣中造成行進的疏部和密部,即是造成波動,令遠處的粒子也振動起來。

【揚聲器】
揚聲器產生聲音的機制也跟音叉類似(見)。揚聲器中的振膜會前後振動,其振幅和頻率取決於輸入的電流訊號。

  • 當振膜向外移時,其前方的空氣被壓縮、形成
    • 密部
    • 疏部
  • 接着,這些空氣粒子會再撞擊更遠的粒子。
  • 當振膜向內移時,其前方的空氣被拉伸、形成
    • 密部
    • 疏部
  • 若振膜繼續不斷振動,如是者一連串密部和疏部便產生並傳播出去。


剛才兩個例子中,當那些空氣中的密部和疏部傳遞到耳朵中,便會使耳膜振動起來,引起聽覺。換言之,聲音其實就是空氣的波動,故聲音被稱為 聲波 (sound wave)。再者,當聲音在空氣中傳播時:

聲波是縱波,因為空氣粒子的振動方向與聲波的傳播方向互相平行


音叉的末端振動,令其周圍的空氣粒子也振動起來,產生縱波
揚聲器中的振膜振動,使空氣粒子振動起來,產生縱波
下一節