图版 15 · 光与声
声音怎样穿过空气
你听到的每一个声音,都是空气里传递过来的一阵阵推挤。空气本身没有流到你耳边,传过来的只是那阵推挤。
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推一下,传过去
鼓面向外一推,挤到旁边的空气分子;这些分子又挤到更远的分子,一个接一个传下去。鼓面向里一缩,空气又变得稀松。
看那个红色的分子:它只是在原地来回晃动。对于说话这样的普通声音,晃动的距离还不到头发丝粗细的千分之一。从鼓传到耳朵的,不是空气,而是这阵推挤。
空气分子示意 · 分子的晃动被大大放大
挤紧与放松
一阵阵挤紧、一阵阵放松,沿着空气传开,这就是声波。上面那条线画的是气压:挤紧的地方气压高,放松的地方气压低。
从一处挤紧到下一处挤紧的距离,叫作波长。这条线只是一张图,空气本身只是朝着鼓、背着鼓来回晃动。
音高
鼓面每秒钟来回振动的次数,叫作频率,单位是赫兹。频率越高,声音越尖,波长越短。
钢琴中央 C 上面的 A 音每秒振动 440 次,波长大约 78 厘米。人耳大约能听到每秒 20 次到 20,000 次的振动,波长从 17 米到不到 2 厘米。
响度
推得越用力,挤紧和放松的差别越大,声音就越响。声音的强弱常用分贝来表示:每增加 10 分贝,声音的能量就增加到 10 倍,听起来大约响一倍。
平常说话大约 60 分贝。长时间听 85 分贝或更响的声音,会伤害听力。
谁传得最快
在 20°C 的空气里,声音每秒走大约 343 米。在水里,声速是空气里的 4 倍多;在钢里,大约是 17 倍。材料被挤压时回弹得越硬,推挤就传得越快。
打雷时,闪电和雷声是同时发生的,光几乎一瞬间就到了,雷声却要慢慢走。数一数从看到闪电到听见雷声隔了几秒:每 3 秒,代表闪电离你大约 1 公里。
太空里的寂静
没有空气,就没有可以推挤的东西。在几乎是真空的太空里,鼓面再怎么振动,声音也传不出去。
所以宇航员在舱外要靠无线电说话。电影里太空爆炸的轰响,都是后期加上去的。
你来试试
改变频率和响度,看声波怎样变化;点“听一听”,用耳朵听同一个声音;也可以打开麦克风,对着它说话或唱歌,看你自己的声音在空气里传开。把介质换成水或钢,同一个音的波长会变长,因为声音在那里跑得更快。声音只在你的设备上显示,不会被录下或发送到任何地方。
试一试300 赫兹的音,从空气换到钢里,波长长了几倍?
模型省略了什么
画面里分子的来回晃动被放大了几百万倍;真实的空气分子还在以每秒几百米的速度乱跑、相撞,声波是叠在这种杂乱运动之上的整体推挤。分子的数量也少得多,只是为了让你看清。“谁传得最快”一章里,三种材料中的速度按真实比例画出,但都放慢了很多。
一个常见的误解
声音不是一股从发声的东西吹向你的风,空气也没有跟着声音跑过来。传过来的是压力的变化,就像一排肩挨肩站着的人,推挤一个传一个:每个人晃一下又回到原位,推挤却传到了队尾。

