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          如果聲音能夠被看見
          發布時間:2024-03-19 來源:新華網 責任編輯:科普網 【字體: 打印
          聲音,我們無法抓住和觸摸到,當它傳播以后就在空氣等介質中逐漸消失了。如果聲音能夠被看見,它會以怎樣的奇妙形態出現?
          一、什么是聲音?
          聲音是由物體振動產生的,它可以通過空氣、固體或者液體傳播,能夠被人的聽覺器官所感知。通常意義上只要有振動,有傳播介質就會有聲,音則通常是指有規律的聲,有一定的節拍。
          聲音的三個主要特性是音調、響度和音色。音調是指聲音的高低,主要由頻率決定,物體的振動,有快有慢,例如細而短的琴弦振動比較快,粗而長的琴弦振動比較慢。人耳能夠聽到的頻率范圍一般在20赫茲到20,000赫茲,低于20赫茲的稱為次聲,高于20000赫茲的稱為超聲。響度是指聲音的強弱,主要由聲源的振幅決定。音色則是指聲音的特色,它由聲波的波形決定,不同的物體材料會產生不同特性的音色。
          聲音的傳播速度一般是固體中最快,氣體中最慢。根據科學出版社的《聲學手冊》中的數據,常溫下聲音在空氣中的傳播速度約為340m/s,在水中約為1500m/s;而在鋼鐵中,速度可達到3000m/s以上。
          二、聲音的可視化
          聲音可以被看到,這不是天方夜譚。通過一些面粉、沙子等就能實現。聲音可視化是將聲音轉化為可視化的圖像或動畫。早期的聲音可視化主要是針對聲源振動過程的可視化。比如在打擊樂器在受到敲擊后,金屬箔的振動過程可以通過高速攝影或者其表面的面粉等細小顆粒顯示出來。
           
          十八世紀,德國科學家恩斯特·克拉尼做過一個實驗,他選擇了一塊金屬薄板,并在上面均勻地撒上細沙。然后使用小提琴的琴弓拉響薄板,結果薄片上的細沙開始移動,自動排列成不同的美麗圖案。
           
          克拉尼圖形(圖片來源于網絡)
           
          換一種音調,圖形也發生變化(圖片來源于網絡)
           
          每一種音調,都有對應的圖形(圖片來源于網絡)
          人如果僅有一只耳朵工作,就可以聽到聲音,兩個耳朵便能辨別大致方向,如果有更多的耳朵就能精確定位聲音的方位和聲音大小的分布。聲學照相機,就是利用一定數量的傳聲器陣列,測量目標區域的聲場分布,測量物體發出的聲音的位置和聲音輻射的狀態,并用云圖方式顯示出直觀的圖像。
          聲音跟我們的生活有各種想不到的聯系,例如聲學照相機就有廣泛的用途,比如識別機械故障的位置,監測電力傳輸中局部放電的現象,監測氣體泄漏的位置,當前還用于協助交管部門用于禁止機動車鳴笛區域的鳴笛抓拍等。在超聲頻段,醫院日常所用的B超檢查也是聲音聲場的可視化,根據圖像灰度的不同來識別病灶大小和位置等。同時,聲音可視化也可以作為一種獨立的藝術形式,創造出獨特的視覺和聽覺體驗。通過將聲音信號轉化為藝術圖像或動畫,可以創造出豐富多樣的聲音藝術作品。
           
          作者:中國計量科學研究院 劉旭紅
          把關專家:中國科學院聲學研究所研究員 吳鳴
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