你是否曾有過這個經驗 在街頭巷尾聽到社區辦活動的廣播聲音時 常常覺得聽不清楚呢？ 假設廣播設備是功能正常的 那麼是什麼可能的原因 讓我們覺得聽不清楚？ 我們該用哪些物理原理來解釋呢？ 在回答這個問題前 先讓我們來複習一下波動的概念 先看到波動的性質： 波動傳遞「能量」與「動量」 介質不隨波前進 只在原處振動 那麼波動又有哪些分類呢？ 首先 波動依「是否需要介質」來分類 1.力學波（機械波）：需要靠介質才能傳播 例如：聲波、繩波、水波 2.電磁波：不需要靠介質就能傳播 例如：可見光、無線電波 接著 將波動依「介質振動方向」來分類 1.橫波（高低波）：介質振動方向與波前進方向垂直 2.縱波（疏密波）：介質振動方向與波前進方向平行 聲波就是一種縱波 複習完波動 我們來看看下一個情境 當我們在KTV唱卡拉OK的時候 常常會發現有些人的聲音比較大聲 有些人的聲音比較小聲 也有些人音調比較高 有些人音調比較低 有些人唱歌比較好聽 有些人唱歌比較不好聽 這又是為什麼呢？ 這跟聲音的產生與傳播有關 要產生「聲音」是有條件的 主要是由發聲體快速振動來壓縮空氣 造成鄰近空氣分子作疏密相間的運動 而且聲波傳播需要有「介質」 再來看聲波的波形 由於聲波為縱波 因此空氣分子振動方向 與聲波的傳播方向平行 但介質分子僅在原位置附近來回作週期性振動 也就是簡諧運動 其中空氣密度大的位置稱為「密部」 空氣密度小的位置稱為「疏部」 然後是聲波的介質 由於聲波屬於需要介質的力學波 然而聲波其實在固態、液態 或氣態的介質中都可以傳播 一般在日常生活中 人們交談的聲音 就是以空氣為介質在傳播的 而在不同的介質中聲波傳遞的速率也不相同 接著來看聲音三要素 我們可以透過三個要素來描述聲波的基本性質 1.音量（響度）： 定義為單位面積、單位時間內接收到的聲波能量 並且可以用分貝作為音量的單位 其中人耳可以聽見的最小聲音定義為0分貝 若聲音強度每增10倍 則聲音強度級數增加10分貝 2.音調（頻率）： 指的是聲音的高低 也就是聲音的頻率 人類的耳朵能聽到的頻率範圍為 20赫茲到兩萬赫茲 頻率大於兩萬赫茲的聲波為「超聲波」 頻率小於20赫茲的聲波為「聲下波」 所以不論是超聲波或是聲下波 我們人類都是聽不見的唷！ 3.音色（音品）： 就是聲音的特色 與聲波的波形有關 不同的發音體有它獨特的發音特性 藉由各種聲音所表現的不同音色 可判斷是哪一種發音體所發出的聲音 這就是所謂聲音的辨識度 我們也可以利用app來進行聲紋分析 也就是聲音波形的分析 可以來試試看好聽跟難聽的聲音之間 波形的差異囉！ 然而聲波在固態、液態、 氣態介質中傳播的速度並不相同 在固態介質中傳遞最快、 液態次之、氣態最慢 這也是古時候行軍打仗時 人們會選擇趴在地上 聽是否有敵軍從遠方來襲的原因 這樣才能提早防範 而日常生活中的聲音主要還是在空氣中傳遞 我們來研究看看吧！ 聲波在空氣中的速度 與溫度有關 v等於331加0.606t 而且聲音傳遞的方向在順風時 聲速變快 逆風時聲速則變慢 雖然一般來說 聲波是歸類在縱波的種類 但在固體中傳播的聲波 除了縱波的形式外 也以橫波的形式傳播 接著我們來看聲波的反射與折射 同學們是否有在山谷吶喊過的經驗呢？ 是不是有聽到自己的回聲呢？ 聲音遇到障礙物時產生反射 反射過程中遵守反射定律 反射回來的聲音稱為「回聲」 而回聲的波速、頻率、 波長皆與原聲波相同 這就是「聲波反射」 而「聲波折射」是指聲波在傳遞時 波速發生變化 導致行進方向發生偏折 但聲波折射後頻率是不會改變的 常見的現象是 白天時 近地面處溫度高、聲速較快 聲波會被折射向上空 晚上時 近地面處溫度低、聲速較慢 聲波會被折射向地面 我們來思考一下這個問題 人類發聲是透過聲帶 聲帶如同小提琴的琴弦 聲帶上的張力 可受聲帶內的肌肉層與聲門大小影響 改變聲帶張力時 發出聲音的頻率會改變 在不考慮聲帶長度的變化下 關於聲帶上的張力變大時 聲帶上波傳遞的速率v、 波長λ、頻率f之描述 哪一個選項最正確？ 聲帶張力變大時 如同繩波張力變大的概念 波動在聲帶傳遞的速度會變快 發出聲音的頻率會變大 回到片頭的問題 街頭巷尾的廣播聲在空氣中傳遞時 常常會遇到許多障礙物而產生反射或折射 再加上環境也有很多不同的聲源 發出聲音互相干擾 像是路上汽車、機車的交通噪音 或是家裡電視與音響的聲音 都會造成廣播的聲音聽不清楚 我們來整理學到的知識 聲音的產生主要是有發聲體快速振動來產生聲波 聲波是需要介質才能傳播的力學波 聲波主要的形式是縱波 聲音三要素為：音量、音調跟音色 聲波在固態介質中傳遞最快、液態次之、氣態最慢 聲波在空氣中的速度 與溫度有關 公式如畫面 想一想 聲波在固態介質中傳遞最快、 液態次之、氣態最慢 這是為什麼呢？ 請大家試著用高中物理的角度來解釋看看吧！ Bye bye