麥麥和狐狸貓經過一塊正在施工的空地

打地樁的聲音好大聲

他們不禁摀起耳朵

決定快速離開這裏

遠離了工地 雖然仍可以聽到施工的噪音

但音量已經降低了許多

終於可以聽到對方說話的聲音了

麥麥好奇地問

有沒有可能設計出一款可以降低噪音音量的產品呢

狐狸貓覺得很有趣 並且馬上提議

希望把這項產品做成耳罩式耳機的樣子

就可以方便地戴在頭上了

那麼 要如何降低噪音音量呢

麥麥馬上想到一個點子

螢幕前的你

能不能幫助麥麥檢視這個點子可不可行呢

雖然聲音的確無法通過真空的環境傳播

但聲波除了在空氣中前進

也可以在固體中傳遞

因此 耳罩內部雖然是真空

聲波仍然可以透過靠近耳朵的耳機殼傳遞

如果想要加強這個方法的效果

大概只有放大真空的部分

並且讓整個頭附近都沒有固體物件

如此一來聲波傳入耳朵的機率才會變小

狐狸貓繼續思考

還有什麼方法能降低音量呢

或許在進入發明的階段前 我們可以先來了解一下

從波動的觀點來看 音量到底是什麼呢

音量其實和波動的性質 振幅息息相關

為了幫助理解 我們先從橫波談起吧

還記得之前提過的

波動不會傳遞介質

而是藉介質的振動來傳遞能量

波動含有的能量多寡 則和它的振幅大小有關

振幅的定義 是波峰或波谷到平衡位置的距離

振幅越大 表示波動的能量越大

振幅越小 波動的能量越小

縱波的振幅也一樣 舉聲波為例

空氣粒子的振動方向和波動前進方向相同

每個粒子一開始所在的位置為平衡點

而粒子往左或往右的最大位移

就是縱波的振幅

和繩波上的粒子從平衡點移到最高點或最低點一樣

聲音的音量大小和振幅息息相關

振幅越大 波動的能量越大 音量越大

若振幅越小 則音量越小

瞭解了振幅和音量大小的關係後

狐狸貓提出了一個想法

把耳機內部塞滿海綿

利用海綿來吸收聲波的能量

當波動的能量被吸收之後 振幅就變小了

因此噪音的音量也就變小了

麥麥發現 這不就是一般常見的海綿耳塞嗎

原來耳塞的原理是這樣的啊

但是 麥麥覺得海綿耳塞的效果也有限

無法抵擋工地的噪音

麥麥和狐狸貓繼續想著

還有沒有什麼其他的辦法可以降低振幅的大小呢

啊哈 麥麥想到一個瘋狂的點子

如果兩個波的振幅可以相加或相減

那是不是可以藉由振幅的相減來降低振幅的大小呢

麥麥的這個點子很聰明 使用的原理也很簡單

就是波動之間的疊加

把兩個一模一樣的橫波加在一起

你會發現當波峰和波峰相加

同樣位置的振幅就變成兩倍大

兩個波谷相加

則波谷位置的振幅也變兩倍大

同樣的 在縱波的例子中

如果聲波的密部是波峰 聲波的兩個波峰相加

則波峰位置的振幅變大

也就是那個位置的粒子密度變大了

聽到這裡 麥麥興奮的繼續推論

如果把一個波峰和一個波谷相加 會怎麼樣呢

身為麥麥好朋友的你

能不能幫麥麥回答這個問題呢

當振幅相同的波峰和波谷相加時

波形會相互抵消 波動就消失了

這其實就是麥麥剛剛提的方式

利用波的疊加 進行振幅之間的相減

當噪音的縱波傳到耳朵時

如果狐狸貓們的耳機可以製造出相同的振幅

但波形相反的縱波 因為波峰波谷互相抵消了

因此噪音的聲波就消失了 也就完美的去除了噪音

狐狸貓覺得好有趣

原來可以利用聲波的相消原理來降低噪音啊

我們現在已經了解 聲音的振幅和音量有關

要降低聲音的音量 就要縮小聲波的振幅

那麼 描述聲音音量的單位是什麼呢

通常 我們會用分貝這個單位來描述聲音的音量大小

英文用dB表示

分貝數越大 則聲音的音量越大

當聲音的分貝數超過某個值

我們的生活可能就會被影響 甚至耳朵可能會受損

這樣的聲音就被稱為噪音

比如建築工地中的音量很常超過70分貝

在工地裡的師傅們

如果長期在沒有保護措施的狀態下工作

便很容易聽力受損

最後 狐狸貓們想邀請你來小試身手一下

狐狸貓們將今天學到的知識 做了一個重點整理

振幅是波峰或波谷到平衡位置的距離

振幅大小和波的能量有關

振幅越大 則波動的能量越大

振幅越大 則音量越大 反之亦然

分貝是描述聲音音量大小的單位

分貝數越大 則音量愈大

最後 和狐狸貓們一起來腦力激盪吧

麥麥最後的發想 其實是現代科技物 抗噪耳機的原理

抗噪耳機會主動產生一個聲波來抵消外來的噪音

你覺得目前抗噪耳機的設計

是讓發出的聲波向外去抵銷噪音呢

還是把這個聲波向內發送到耳朵內呢

為什麼 各有什麼優缺點的考量呢