1. 声音的产生 振动产生了声音
阴云密布的时候，我们会听见天空中打雷的声音；过年过节的时候，我们会听见噼里啪啦的鞭炮声；在大草原上漫步的时候，我们会听见骏马奔驰时的嘶鸣声，甚至在有人睡觉的时候，我们还会听见他打呼噜的声音……在这形形色色的声音背后，到底隐藏了什么样的玄机呢？在接下来的这一章中，我们将会列举与声音相关的有趣故事，从而为你讲述声音的奇妙原理。
溪水流动的潺潺声，树林里呜呜的风声，鸟儿婉转的鸣叫，小提琴悠扬的乐声，各种声音充满了人们的生活，可以说，声音是无处不在的。那么，声音究竟是怎样产生的呢？接下来，我们就来讲述一下声音产生的秘密。
声音是由物体的振动引起的。例如打鼓的时候，由于鼓槌的敲击，鼓面会一上一下地产生振动，于是发出声音。不同物体振动产生不同的频率，从而得到不同的声音。比如大鼓和小鼓的频率就不一样，所以它们所发出的声音自然就有区别。当人们说话时，引起空气振动，振动传播出去，只要某人的耳朵接收到了这种振动，他就会听到你的声音。声音可以通过空气或其他气体传播，也能够在固体、液体中传播。随着声音的传播，空气中的分子被挤压在一起，接着被分开，然后又被挤压，再被分开，如此反复，就产生了声波。声音可以是高音调的，也可以是低音调的。音调的高低依赖于声音的频率（每秒钟振动的次数）。声音的强弱依赖产生这个声音的振动的振幅的大小。振幅大，声音就强；振幅小，声音就弱。
有趣的是，振动不但可以产生声音，而且如果物体之间振动的频率相同的话还会引起共鸣。唐朝时有个和尚，他发现寺里的一口磬常常会莫名其妙地自己鸣响起来，和尚以为寺里闹鬼，感到很害怕，甚至吓得生了病。和尚有一个好友名叫曹绍夔，是当朝掌管皇家音乐事项的“太乐令”，听说老朋友病了，特地赶来问候。在谈起病因时，和尚有些不好意思地说：“实不相瞒，事情是这样的……”正当和尚对曹绍夔一五一十地诉说时，前殿敲起了斋钟，接着磬也不敲自鸣起来。此时曹绍夔已经弄清了其中的奥妙，但本当一语道破的他素来喜欢开玩笑，于是便故作玄虚地对和尚说，自己有祖传法术，可以用来驱邪捉妖，但一定要和尚大摆宴席，惟其如此他的法术才能灵验。和尚听了虽然疑多信少，但是为了治病，还是一口答应下来。
第二天和尚按要求广宴宾客，酒足饭饱之后，曹绍夔就假装把“法宝”从怀里掏出来，用它在磬上这里磨磨，那里锉锉。宾客们都很害怕妖怪，所以都离得很远，根本看不清那个“法宝”是个什么玩意儿。当曹绍夔口称“善哉！善战！妖被赶跑了！”这之后，宾客们才围了上来，要求见识见识那件宝贝。直到这个时候，人们才看清那“法宝”其实是一把普普通通的锉刀。自从曹绍夔“除妖”之后，那磬果然不再自鸣了。
和尚问这其中的道理，曹绍夔解释说，声学中有一种特殊的现象叫作共鸣，即如果甲物体发出的音调和乙物体能发出的音调相同，那么当甲物体振动发声传到乙物体时，乙物体就会发出共鸣。正是因为这个原因，所以前殿敲斋钟时，你的磬就会发出和前殿斋钟的频率相同的声音，即不敲自鸣。这是一种自然现象，哪里有什么妖怪呢？和尚接着又问，那么为什么现在磬不再响了呢？曹绍夔说，我用锉在磬上锉了几处后，改变了磬本身的发声频率，所以磬和斋钟就不发生“共鸣”了。
帕斯卡的小实验
有一次帕斯卡在厨房外面玩耍，听到厨师把盘子弄得叮叮当当响，这普通的声音引起了他的深思。他想：为什么刀离开盘子以后，声音不马上消失呢？于是就自己做实验研究。他发现盘子被敲击之后，声音连绵不断，但是只要用手一按盘子，声音马上就停止了，手指碰在盘子边上，还有点发麻呢！原来发声最要紧的是振动，即使敲打停止了，只要振动不停止，还能发出声音来。通过实验，11岁的帕斯卡，便懂得了声音是靠振动产生的。
2. 声波 声音是如何传播的
地震是一种非常可怕的自然灾害，地震发生时会有一个震源，地震波就是以这个震源为中心向四处扩散开来的，就好像是水波一圈一圈地向四周扩散一样。声音的传播和刚才的这个例子有些类似，也是以波的形式在传播，我们把这种波叫做声波。
声源体发生振动会引起四周空气振荡，这种振荡以波的形式传播着，我们把它叫做声波，声波借助各种媒介向四面八方传播。
声音是可听声波的一种特殊情形，比如说，对于人耳的可听声波，当那种阵面波达到人耳位置的时候，人的听觉器官会产生相应的声音感觉。除了空气，水、金属、木头等也都能够传递声波，这些都是声波的良好媒质，但在真空状态中声波就不能传播了。
正弦波是声波中一种最简单的波动形式。优质的音叉振动发出的声音产生的即是正弦声波。正弦声波属于纯音。正弦波是各种复杂声波的基本单元。任何复杂的声波都是由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。
对于人体来说，外界的声波由耳廓和耳道组成的外耳收集。当声音进入耳朵之后，耳道将普通声音响度提高，使它成为更易理解的语音。与此同时，耳道还充当着耳朵另一个重要部分的“保护者”的角色，这个重要的受保护对象就是鼓膜。鼓膜是一层有弹性的圆形膜，当声波撞击它的时候会产生振动并一直传到中耳。中耳包含了3块很小的骨头，一般情况下，人们称之为锤骨、砧骨和镫骨，医学上叫作听小骨。它们架起了一座从鼓膜到内耳的桥梁。它们将声音提高，加大声音的振动，直到声波通过椭圆窗安全到达内耳。内耳（又称耳蜗），是一个形状和蜗牛外壳比较相似的螺旋管，管内充满着淋巴液。当声波穿过椭圆窗，液体开始运动，使微小的毛细胞也跟着运动。这些毛细胞依此将振动转换成电脉冲，沿着听神经传送到大脑。
人类很早就懂得用声波学原理来解决物质生产中遇到的问题。在蒙古族的牧区中，经常会出现这样的情况：有些母羊生下小羊后，由于一些特殊的原因，无力哺养自己的羊羔。为了不让这些小羊夭折，就必须找到另外一只母羊来代替它哺育羊羔。可是，母羊除了自己亲生的小羊以外，是拒绝给别的小羊喂奶的。每当这种情况发生的时候，牧民就抱着小羊蹲坐在母羊的身旁，一遍又一遍地吟唱着祖辈流传下来的《认奶歌》，不久后，令人不可思议的奇迹就出现了。刚才对小羊极为排斥的母羊慢慢地走到了小羊的面前，并且用舌头轻轻地舔着小羊的头，而这个时候的小羊也不再害怕了，而是轻快地蹦出牧民的怀抱，跑到羊妈妈身旁跪下来吃奶，从此以后，它们就像亲生母子一般相依为命地生活了。这种情况听起来似乎非常神奇，但实际上也是有道理可讲的。在平稳和谐的音乐节奏和真挚舒缓的歌声中，母羊的感情被完全激发起来，所以，发生了拒绝喂奶到主动喂奶的自然变化；相反，如果换成起伏不定光怪陆离的现代舞曲，就不会达到这种效果，甚至可能出现相反的结果。这主要就是由于声波的不同从而对生物体产生了完全不同的刺激、引导和暗示。
在现代科学中，科学家们根据声波学原理解释了很多现象，也解决了很多困扰人们的问题。相信在以后的科学发展中，声波学还将继续帮助人类去探索未知的世界。
寻找泰坦尼克
1912年，举世闻名的英国大商船泰坦尼克号在赴美途中发生了与冰山相撞沉没的悲剧。这次海难事件引起了全世界的关注。为了寻找沉船，美国科学家设计并制造出第一台测量水下目标的回声探测仪，用它在船上发出声波，然后用仪器接收障碍物反射回来的声波信号。根据水中的声速，只要测量发出信号和接收信号之间的时间，就可以计算出障碍物的距离和海的深浅。
3. 超声波和次声波 听不见的声音
一般情况下，当声波传来的时候，我们的耳朵就可以听到声音；但是也有例外，有一些声波传来的时候，我们却感觉不到。也许你认为这是振动频率太小的缘故。事实上并不是这样。比如超声波，它的振动频率其实大得惊人，可是我们却什么也听不到！
声波中有两种比较特殊的声波形式，由于振动频率的关系，人耳是听不见它们的，这两种奇异的声波就是超声波和次声波。
超声波是频率高于20000赫兹的声波，因其频率下限大约等于人的听觉上限而得名。它方向性好，穿透能力强，非常容易获得较集中的声能，在水中传播距离远，可用于测距、测速、清洗、焊接、碎石、杀菌消毒等。在医学、军事、工业、农业上应用很广泛。
虽然说人类听不见超声波，但是自然界的不少动物却有此本领。它们可以利用超声波“导航”、追捕食物、避开危险物。大家可能看到过夏天的夜晚在空中飞翔的蝙蝠，它们为什么能在没有光亮的情况下飞翔且不迷失方向呢？这其中的奥秘就是蝙蝠能发出2万~10万赫兹的超声波，这好比是一座活动的“雷达站”。利用这种“声呐”，蝙蝠可以判断飞行前方是昆虫或是障碍物。正是基于蝙蝠的这种特殊的生理功能，人类运用超声波的原理制造了雷达。
人类在医学治疗上也应用超声波进行检查，它的工作原理与声呐有一定的相似性，即将超声波发射到人体内，当它在体内遇到界面时会发生反射及折射，并且在人体组织中可能被吸收而衰减。由于人体各种组织的形态与结构是不相同的，所以其反射与折射以及吸收超声波的程度也就不同，医生们正是通过仪器所反映出的波型、曲线，或影像的特征来辨别它们的。此外再结合解剖学知识、正常与病理的改变，就可以很快地诊断出所检查的器官是否有病。日常生活中常见的B超就是根据超声波原理来为人们诊断病情的。
次声又称亚声，次声波的频率小于20Hz（赫兹），属于低频率波，许多自然灾害比如地震、火山爆发、龙卷风等在发生前都会发出次声波。次声波的波长通常情况下很长，有些可绕地球2~3周。次声波不容易衰减，不易被水和空气吸收，且它能绕开某些大型障碍物发生衍射。一些频率的次声波由于和人体器官的振动频率相近，容易和人体器官产生共振，对人体造成一定程度的危害，引起头痛、呕吐、呼吸困难等症状，危险时可致人死亡。
20世纪60年代中期开始，法国国防专家加夫雷奥开始研制次声波武器。70年代后，他陆续研制出了多种型号的次声波武器，这些武器全部被列为法国军方的“最高机密”。随着加夫雷奥研究的深入，次声波武器的优势显得越来越明显。他的实验室更是被命名为“法国国防部次声波实验室”。
加夫雷奥向国防部的官员介绍称，次声波武器与常规武器相比，有四个非常突出的优点：第一，穿透能力强，作用距离远，不论敌人是躲在掩体内，或是坐在坦克中，甚至是躲在深海的潜艇里，都难以逃脱次声波武器的攻击；第二，隐蔽性好，传播速度快，容易使敌人在不知不觉中遭到袭击；第三，机动性较好，既可用于单兵作战，也可车载、机载；其四，由于次声波武器的杀伤机理是用声波作用于人体，不会在敌方的武器、弹药以及其他设施上发挥效力，所以可以将这些东西保存下来，变为己用。由此可见，在现代战争中，次声波武器的优势显而易见，这也正是把尖端科学技术应用于实践的结果。
随着超声波和次声波的发现，它们将被更多地应用于军事、医疗、农林、气象等各个领域，为现代化生产和人类的文明进步作出重要贡献。
动物可以预测地震
古人一般认为“鸡飞狗跳蛇出洞”是地震来临的前兆，事实上，在地震发生前几天或前几个星期，确实有些动物会出现反常现象：犬狗整天吠叫，老鼠白天在马路上乱窜，耕牛掀翻牛棚，信鸽迷失方向等等。专家认为，这是由于一些动物对事物的感觉大大优于人类，因此使得它们能够觉察到地震的发生。比如，鱼类的胸腹两侧都长满侧腺，这是一种特殊的传感系统，因此，它们对于微弱的震动也具有高度的敏感性；爬行动物蛇能够在地震前嗅出地下所释放出来的碳氢化合物的气息。因此它们也能觉察地震，而狗之所以能用吠叫预报地震，是因为它们能听见地震开始时所发射出来的次声波。
4. 响度 计量声音的单位
我们都知道，在国际单位制中，物体的质量是用“千克”来计量的，力的大小是用“牛”来计量的，那么声音的计量单位是什么呢？在这一节中，我们就来共同了解一下声音的计量单位，看看响度究竟是怎么回事。
声音的强弱叫作响度。响度也就是声音响亮的程度，是感觉判断的声音强弱，根据它可以将声音排成由轻到响的序列。
响度的大小与声音的振幅有关，但决定因素在于声强。
声传播时也伴随着能量的传播，单位时间内通过的垂直于声波传播方向的单位面积的能量叫做声强，它的单位定义为瓦/米2。响度由气压迅速变化的振幅大小决定，但人耳对强度的主观感觉与客观的实际强度其实是不一致的。比如，对于50赫兹的声音，其声强为5×10-6瓦/米2就能够听到，可是对于2000赫兹的声音，需2×10-12瓦/米2才能听到，虽然它们的声强差2.5×106倍，但这两个声音的响度听起来感觉基本相同。因此对于同一频率的声音，响度与声强并不是呈线性关系：响度增大为2倍，声强需增大到10倍；响度增大为3倍，声强却需要增大到100倍。
人们把对于强弱的主观感觉称为响度，这是根据1000Hz的声音在不同强度下的声压比值，取其常用对数值的十分之一而定的，其计量单位为分贝(dB)。取对数值的原因是强度与响度的增加是真数与对数的关系，而不是我们通常所理解的正比关系。比如说，声音强度大到十倍时，听起来才响了一级(10dB)；强度大到百倍时，听起来才响了两级(20dB)。对于1000Hz的声音信号，人耳可以感觉到的最低声压是2×10-5Pa，把这一声压级定为0dB，人耳听觉的动态范围为0~130dB，当声压超过130dB时人耳将无法忍受。
人对强度相等、频率不同的声音感觉是不同的；声压级越低，人的听觉频率范围越小；声压级越高，人的听觉频率特性越平直。不论声压高低，人耳对3kHz~5kHz频率的声音是最为敏感的。人耳的听觉频率为20Hz~20kHz，这个频带叫音频或声频。因此，频率f＜16~20Hz以及f＞18~20kHz的声音，不论声级多高，人的耳朵都是听不到的。大多数人对信号声级突变3dB以下时是感觉不出来的，所以对音响系统常以3dB作为允许的频率响应曲线变化范围。
人耳对声音的感觉，不单单和声压有关，而且还和频率有关。比如说，同是百分贝声压级噪声的空压机与电锯，电锯声听起来要响得多。这是因为，声压级相同，频率不同的声音，听起来响亮程度也不同。按人耳对声音的感觉特性，依据声压和频率定出人对声音的主观音响感觉量，称为响度级，单位为方。
说起响度，自然就会想到声音，鸟鸣对于人类来说无疑是最悦耳的声音之一。有这样一个有意思的现象，鸟类中有些鸟除了有自己特定的鸣声外，还喜欢学其他鸟的鸣啭，科学家们把这种现象称做效鸣。小嘲鸫就是这些喜欢效鸣的鸟类的佼佼者，英国人甚至把它叫做mockingbird，即为模仿鸟。它非常善于把其他鸟的鸣叫加到自己的鸣啭中，甚至可以达到以假乱真的地步。椋鸟是自然界中较为出色的效鸣能手，它们有时还能模仿小嘲鸫的声音。一只椋鸟学会了足球裁判的哨声，而另一只椋鸟竟然在第二次世界大战中学会了德国V-1火箭飞行时的呼啸声。鹩哥也是椋鸟的一种，令人不可思议的是，它甚至还会模仿人类语言，唱京剧《苏三起解》。鹦鹉学舌更是古已有之，《红楼梦》中就曾描述过鹦鹉学林黛玉吟《葬花词》。为什么这些鸟类喜欢效鸣呢？这对我们来说是难以理解的，但现在大家普遍认为，效鸣是这些鸟类为丰富它们的鸣啭所能采取的最有力最简单的方法。那么，为什么鸟类要千方百计地使它们的鸣啭复杂化呢？这个问题至今仍没有合理的解释，需要科学家们进一步的探索和发现。
声音均衡器
均衡器是一种可以分别调节各种频率成分电信号放大量的电子设备，通过对各种不同频率的电信号的调节来补偿扬声器和声场的缺陷，补偿和修饰各种声源及起到一些特殊作用。一般调音台上的均衡器仅能对低频、中频、高频三段频率电信号分别进行调节。均衡器可分为三类：图示均衡器（亦称图表均衡器）、参量均衡器（亦称参数均衡器）和房间均衡器。
5. 音爆 可以看见的声音爆炸
一提起“炸药”，我们马上就会联想到爆炸，确实，炸药爆炸是件非常危险的事情。但是，也许你还不知道，不只是炸药，就连声音也会“爆炸”呢！在物理学上，声音的爆炸叫做“音爆”。那么，声音为什么会产生爆炸呢？音爆的情形又是什么样的？
1947年10月14日，美国西部的莫哈维沙漠上空，晴朗的天空突然出现了一声巨响，连大地也为之颤抖。然后，不知道从哪儿冒出来一群人，他们欢呼雀跃，把帽子扔上了天，似乎在庆祝着什么。其实，刚才这里是在进行有关音爆问题的实验，英俊的小伙子耶格尔刚刚驾驶着橙色炮弹外形的贝尔X-1型飞机超过了音速，成为了永留史册的第一个把声音抛在身后的人。
但是超音速飞行和那声犹如晴天霹雳的巨响有什么关系呢？
要解释这个现象，我们先把视线转到水面。我们都知道，如果把一粒石子投入水中，水面便会出现一圈圈涟漪，这是石子扰动水面形成的波。如果是航行的船，船头就会激起倒V字型的楔形波纹。而当飞机在空中做超音速飞行时，也会像在水中前进的快艇一样，在机头或突出部分出现一种楔形或锥形波，这就是激波。当飞机的速度接近音速时，就会出现一堵看不见的空气墙横在飞机前面，这时只要飞机的外形足够合理，动力足够充沛，结构足够结实，被空气墙裹住的飞机便会超过音速，而被压缩到极致的空气被穿透，产生了激波，然后激波在这种状况下造成了压力的剧烈波动，这就是音爆。
其实，有幸听过莫哈维沙漠上空神秘巨响的人可能会注意到，它实际上是由两声紧邻的巨响组成的，这分别代表了空气被飞机前部撞开和空气在飞机尾部闭合形成的激波。当然，由于建筑物和地面的反射，那声音更像是打雷。
影响音爆的因素很多，有些因素是可以控制的，例如飞行速度、高度和航线；而有些因素则是无法改变的，如气象条件和接近地面的湍流等。由于激波和水波非常相像，距离越远，波的强度也就越弱。因此，它的强弱以及对地面影响的大小，与飞机飞行的高度有着直接的关系。随着飞行高度的增加，这种影响会越来越弱，当超过一定的高度后，地面上基本不会受到什么影响。而当飞机作低空超音速飞行时，地面的人畜就会听到震耳欲聋的巨响，轻则影响人们的工作和生活，严重的时候还会震碎玻璃，甚至损坏不坚固的建筑物，造成直接的损失。
更为有趣的是，音爆虽然会对地面产生巨大响声，但驾驶飞机的飞行员却会“充耳不闻”。这是由于飞行员处于前后激波的中间，这是一个暂时稳定的等压强的条件，所以听不到音爆。
1947年10月14日美国飞行员耶格尔驾驶X-1飞机突破音速时距离飞行基地地面65千米，而且他当时的飞行高度是一万三千米，因此，他在机场上翘首以待的妻子格伦尼丝只看到了飞机尾喷管喷出的气流在天空中划过的轨迹，而根本没有听到音爆。而美国著名飞机设计师约翰逊不但经常听到他自己设计的三倍音速的“黑鸟”SR-71战略侦察机飞行中所产生的音爆声，而且“黑鸟”还震坏了他的牧场内一块价值450美元的窗户玻璃。因此，在城市上空，低于一万米禁止做超音速飞行。
不过一般音爆发生的几率并不高，我们基本上不会遇到；但是你也不必遗憾，其实音爆这种物理现象也发生在生活之中。我们经常能看到有人在公园里抽陀螺健身，而那种用小皮鞭发出来的啪啪的响声就是音爆，因为根据观测，抽鞭子的时候鞭梢的速度已经完全突破了音速，真的是非常令人惊讶。
音爆的危害
均衡器是一种可以分别调节各种频率成分电信号放大量的电子设备，通过对各种不同频率的电信号的调节来补偿扬声器和声场的缺陷，补偿和修饰各种声源及起到一些特殊作用。一般调音台上的均衡器仅能对低频、中频、高频三段频率电信号分别进行调节。均衡器可分为三类：图示均衡器（亦称图表均衡器）、参量均衡器（亦称参数均衡器）和房间均衡器。
