聲波有干涉的特性,這可從實驗中得到驗證。
是一個聲波干涉實驗的裝置。把兩個揚聲器連接到一台訊號產生器上,並把它們放置在桌子上,使它們分隔一段距離。開啟揚聲器產生聲音,適當調較訊號產生器的頻率。當一個人在兩個揚聲器前橫過的時候,他會覺得聲音交替地變大及變小。這個現象就是聲波的干涉。我們亦可以用微音器接收聲音訊號,在示波器上顯示聲音的波形。示波器上的波幅大小,便反映微音器所在的聲音大小。
是所示實驗的模擬(即至)。事實上,在聲音較響的位置,聲波在發生相長干涉;在聲音較弱的位置,聲波在發生相消干涉。由於聲波干涉的條件跟水波和光波的一樣,換言之(\(\lambda \) 代表波長):
發生 相長干涉 的條件: \(程差=n\lambda \)
發生 相消干涉 的條件: \(程差=(n+½)\lambda \)
其中 \(n\) 是整數 (0, 1, 2, 3, ‧‧‧‧‧‧)。
聲波的相長和相消干涉的形成,與水波和光波類似;但聲波是縱波,需關注 密部/疏部 之間的相遇:
【相長干涉】當一個聲波的密部和另一聲波的密部相遇,或一聲波的疏部和另一聲波的疏部相遇時,就會造成相長干涉(見)。
當相長干涉發生時,粒子的振幅會 ;【相消干涉】當一個聲波的密部和另一個聲波的疏部相遇時,就會發生相消干涉(見)。
當相消干涉發生時,粒子的振幅會 。
我們已介紹了反射、折射、繞射、干涉,這四項波的特性,反映聲音具有的波的本質。下表總結聲波和光波的一些差異:
聲波 | 光波 | |
---|---|---|
產生方式 | 介質的振動 | 電場與磁場的振動 |
波動模式 | 在空氣中是縱波 | 橫波 |
波的類別 | 機械波 | 電磁波 |
傳播需否介質? | 必須 | 非必須 |
傳播的媒介 | 固體、液體或氣體介質 | 真空;透明的固體、液體或氣體介質 |
空氣中的速率 | 20°C 時約為 340 \(\text{m }{{\text{s}}^{-1}}\) | 3 × 108 \(\text{m }{{\text{s}}^{-1}}\) |
波長 | 一般說話約 10 \(\text{cm}\) ~ 1 \(\text{m}\) | 4 × 10-7 \(\text{m}\) ~ 7 × 10-7 \(\text{m}\) |