声波(空间传播方式)

  声源体发生振动会引起四周空气振荡,那种振荡方式就是声波。声波借助空气向四面八方传播。在开阔空间的空气中那种传播方式像逐渐吹大的肥皂泡,是一种球形的阵面波。声音是指可听声波的特殊情形,例如对于人耳的可听声波,当那种阵面波达到人耳位置的时候,人的听觉器官会有相应的声音感觉。

  除了空气,水、金属、木头等也都能够传递声波,它们都是声波的良好媒质。在真空状态中声波就不能传播了。

正弦波是最简单的波动形式。优质的音叉振动发出声音的时候产生的是正弦声波。

   正弦声波属于纯音。任何复杂的声波都是多种正弦波叠加而成的复合波,它们是有别于纯音的复合音。正弦波是各种复杂声波的基本单元。

  扬声器、各种乐器以及人和动物的发音器官等都是声源体。地震震中、闪电源、雨滴、刮风、随风飘动的树叶、昆虫的翅膀等各种可以活动的物体都可能是声源体。它们引起的声波都比正弦波复杂,属于复合波。地震产生多种复杂的波动,其中包括声波,实际上那种声波本身是人耳听不着的,它的频率太低了(例如1Hz)

   本图片的图解中只显示声波从左到右一个方向上传播的情形。我们可以设想,这里有一个很细很长的、内部是空气的直管子,现在正弦声波正在它里边行进。图中疏密交替指的是空气密度随声波改变的情形。背后那个正弦曲线并不表示声波上下运动;它是一种科学图解,表示空气密度的变化过程。也就是说那个正弦图解的纵轴表示密度的大小,横轴表示从声波前进的距离,曲线表示声波行进中空气密度的变化过程。那种变化过程呈正弦形。复合波里也有疏密交替,但是疏密交替的配合方式要复杂得多。

   图解中的纵轴也可以理解为空气粒子进退的位移量,因此它一般都被称为振幅轴。我们经常拿水面波来类比声波。请注意,水面波是上下起伏的,那种位移的方向跟波前进的纵深方向不一致,所以称它为横波,它是横向振荡的。跟水面波不同的是,声波前进的时候,空气中相邻的粒子被压力变化驱动而前后振荡(位移),那种前后振荡的轨迹是跟声波前进的轨迹一致的,所以说声波是纵波,它是纵向波动的。

   图解中的纵轴也可以理解为空气压力的变化。声波是大气压力之外的一种超压变化。

   空气粒子振动的方式跟声源体振动的方式一致,当声波到达人的耳鼓的时候就引起耳鼓同样方式的振动。驱动耳鼓振动的能量来自声源体,它就是普通的机械能。不同的声音就是不同的振动方式,它们能够起区别不同信息的作用。人耳能够分辨风声、雨声和不同人的声音,也能分辨各种言语声,它们都是来自声源体的不同信息波

  言语声是按人类群体约定的方式使用的,它包含语言学信息。人们以同样方式来使用言语声才能够达到互相理解的目的。反复不断的交际活动和交际过程中的趋同作用使那种约定能够不断持续下去。幼儿是通过交际学会使用那种约定好的言语声的。那种约定也会在几代人长期过程中逐渐改变,语言也就有了演变。三世、四世同堂的家庭中已经可以觉察出细微的演变来。

   请注意,声波不是冲击波,声波前进的过程是相邻空气粒子之间的接力赛,它们把波动形式向前传递,它们自己仍旧在原地振荡,也就是说空气粒子并不跟着声波前进!同样,在语音研究中要区分气流与声波,它们是两回事。在发音器官里,声带、舌尖或小舌的颤动,以及辅音噪声的形成等,都离不开气流的作用,但是气流不是声波的代名词。所谓“*浊音气流”、“*清音气流”的说法似乎包含了极其含混的意思。

  另外,即使没有其他声源体的作用,空气粒子总是在做无规则的震荡,或者说它们总是在骚动,它们激发起微弱的“白噪声”。绝对静寂的大气空间是不存在的。所谓背景噪声还包括自然界或人类生活环境里许多声源体杂乱的声音,对于言语交际来说它们没有信息价值。居室四壁或陡峭的山坡还有回声效应,噪声被放大、被增强了。言语声和它的滞后的回声叠加在一起,变成复杂的回响声。电声仪器设备里也都有白噪声。那种没有通信价值的噪声很强烈的时候人们会心烦意乱。有意思的是,在噪声极小的消声室待久了,人会感到不安宁。音乐中恰当使用沙锤之类的噪声带来的是艺术欣赏价值。人类语言里的许多辅音都包含噪声,它们很重要,能够起区分辅音的作用。