振動會發出聲音，為什麼我們聽不到蝴蝶振動翅膀發出的聲音，卻能聽到讨厭的蚊子聲？“不敢高聲語，恐驚天上人”，多大的聲音才能驚動天人？未見其人先聞其聲，我們為什麼可以根據聲音辨别說話的人是誰？要知道這些問題的答案，就需要研究聲音的特性。

一、音調的概念

物理學中，聲音的高低叫做音調。

這裡要注意，概念裡面聲音的高低和我們生活中所理解的聲音高低不同，生活中，我們說聲音高低往往指的是聲音的大小，大聲說話和小聲說話的意思；而物理中聲音的高低則指的是聲音的粗細和尖銳程度。

音調高：聲音細、尖銳、清脆；

音調低：聲音粗、低沉、粗犷。

我們放幾段聲音大家可以感受一下。

從上面的聲音中，我們明顯可以感受到鳥的叫聲是清脆的，老虎的聲音是低沉的，蚊子的聲音是尖銳的，老牛的聲音是粗犷的。因此我們說鳥和蚊子的聲音音調高，而老牛和老虎的聲音音調低。

相信大家一定有這樣的感受，在去浴室洗澡的時候，如果小孩特别多，一群小孩在哭喊，那麼我們往往會感到非常煩躁。其實這也和音調有關，通常情況下 ，兒童說話的音調比成年人高，女孩的音調比男孩高。所以小孩在哭喊的時候聲音比較尖銳刺耳，我們聽了往往就會比較煩躁。

二、影響音調高低的因素

經過我們實驗研究發現，音調的高低和物體振動的頻率有關，那什麼是頻率呢？

物理學中用每秒内振動的次數叫做物體振動的頻率（f），單位是赫茲，簡稱赫，符号Hz。

根據定義，我們可以總結出頻率的公式：

如果一個物體1min振動了600次，則該物體振動的頻率就是10Hz。

結論：

物體振動得快，則物體的頻率高，發出的聲音的音調就高；

物體振動得慢，則物體的頻率低，發出的聲音的音調就低。

人能感受到的聲音頻率有一定的範圍，大約在20Hz～20000Hz。高于20000Hz的聲叫做超聲波，低于20Hz的聲叫做次聲波。

人教版教材對聲有着一個詳細的分類，這是我在其他教材上沒有看到的。根據頻率範圍分為：聲音、超聲和次聲，這些統稱為聲，大家可以了解一下。其中聲音特指頻率在人類能聽見的範圍内的聲。

人和動物的聽覺的頻率範圍和發聲的頻率範圍一般不同，一些動物對高頻聲波或低頻聲波的反應靈敏。養過小動物的人應該會有這樣的感覺，有時候我們認為很安靜、沒有任何聲音時，貓或狗卻突然表現的十分警覺，就是因為它們聽到的聲的頻率範圍比我們人類要大。

三、音調的實驗

1、鋼尺伸出桌面的實驗

實驗操作：

第一次将鋼尺伸出桌面一個較長的長度，一隻手在桌面上按住鋼尺，另一隻手撥動鋼尺，觀察鋼尺振動的快慢并聽鋼尺振動時發出的聲音的音調高低；第二次，将鋼尺伸出桌面一個較短的長度，用相同的力度去撥動鋼尺（控制變量），觀察鋼尺振動的快慢并聽鋼尺振動時發出的聲音的音調高低。

實驗結論：

鋼尺伸出桌面越長，振動越慢，聲音的音調越低；鋼尺伸出桌面越短，振動越快，聲音的音調越高。

2、琴弦的長短、粗細、松緊程度對音調的影響

如果想要單獨研究琴弦的音調和其中一個因素（比如長度）之間的關系，那麼你需要控制另外兩個量（比如粗細和松緊程度）相同。改變琴弦的長短和粗細都比較簡單，隻需要找兩根材料相同的一長一短、一粗一細的琴弦即可，這裡我們提供一種改變琴弦松緊程度不同的方法。

如下圖，将一根琴弦拉直，兩邊挂上重物，所挂物體的輕重不同，則琴弦的松緊程度也就不一樣了，這個時候再用相同的力度去撥動琴弦，聽音調的高低，也就可以比較琴弦音調和琴弦松緊程度的關系啦。

結論：

琴弦的長度越長，橫截面接越大（越粗），越松，則琴弦的音調就越低；琴弦的長度越短，橫截面積越小（越細），越緊，則琴弦的音調就越高。

3、空氣柱長短對音調的影響

上篇文章裡，我們談到一些樂器如箫和笛子是靠空氣柱振動發出聲音的，那麼空氣柱的長短對音調的影響又是怎樣的呢？想要得到結論也并非難事，我們自己就可以動手去做一下這個實驗。拿一根吸管去吹吸管，一邊吹，一邊用剪刀把吸管另一端逐漸剪短，聽聲音音調的變化。

結論：

空氣柱越短，聲音音調越高；空氣柱越長，聲音音調越低。

生活中我們沖開水，其實也應用到了這個知識，我們在往暖瓶裡沖開水的時候，聽到的聲音其實就是暖瓶内開水上方的空氣振動發出的，随着開水的不斷灌入，上方的空氣柱越來越短，則聲音的音調也就越來越高。因此，當我們聽聲音越來越尖銳的時候，就意味着暖瓶快滿了。

4、敲瓶子和吹瓶子

如下圖，如果我們從左向右依次去敲擊瓶子的話，那麼我們聽到的聲音的音調是越來越高的，因為敲擊瓶子，是瓶子和瓶中水一起振動發出聲音。我們知道，瓶子是玻璃制品，因此單獨敲擊瓶子發出的聲音是清脆的，而單獨敲擊水發出的聲音是低沉的。因此當瓶子和水一起振動發聲時，水越少，主要就是在敲擊瓶子，音調高；水越多，主要是敲擊水，音調低。所以，從左向右一次敲擊瓶子，音調是越來越高的。

如下如，如果我們是在瓶子上方依次去吹氣，則從左向右，音調是越來越低的。因為在瓶子上方吹氣，是瓶内水上方的空氣柱振動發聲，水越少，上方的空氣這就越長，因此音調也就越低。

一、響度的概念

物理學中，聲音的強弱叫做響度。

響度又稱為音量，沒錯就是我們看電視時調節的那個音量大小。因此響度就是我們生活中所說的聲音的大小。

二、影響響度強弱的因素

經過實驗研究發現，振幅的大小影響了響度的強弱。什麼是振幅呢？我們一起來看一下。

振幅：物體振動的幅度，即物體離開平衡位置的最大距離。

以伸出桌面的鋼尺為例，當鋼尺靜止時，就是鋼尺的平衡位置，當我們用手撥動它時，鋼尺就會上下振動（離開平衡位置），鋼尺離開平衡位置（向上或向下均可）的最大高度即為振幅。

我們可以通過實驗去驗證振幅和響度的關系，如下圖，用一個鐵架台拴着一個乒乓球，旁邊放着一個音叉。

實驗操作：

第一次輕敲音叉（響度小），将正在發聲的音叉輕觸系在細繩上的乒乓球，觀察乒乓球被彈開的幅度；第二次用力敲擊音叉（響度大），将正在發聲的音叉再次輕觸乒乓球，觀察乒乓球被彈開的幅度。

實驗結論：

物體振動的幅度越大，産生聲音的響度越大；物體振動的幅度越小，産生的聲音的響度越小。

想一想，我們生活中特别大聲的說話是不是需要扯着嗓子喊。那是因為不說話時，聲帶所在位置為平衡位置，扯着嗓子大聲喊，這是聲帶離開平衡位置的最大距離也就越大，振幅越大，因此說出的話響度也就越大。

人最終聽到的聲音是否響亮，還和人距離發聲體的遠近有關，我們想一下，是不是距離發聲體越遠，我們聽到的聲音響度就越弱呢？所以，上學時很多家長都費盡心思的讓班主任給自己家的孩子把座位往前調，這樣能夠更加清晰的聽見老師的聲音。

知道我們平時想讓自己說話的聲音更大一些除了大聲說話之外是怎麼做的呢？對了，就是把雙手圍成喇叭狀，然後朝着我們的目标方向說話。正常情況下發聲體發出聲音後，聲音以聲波的形式是向四面八方傳播的，而這樣做的好處是可以減少聲音的分散，使大部分聲音集中朝着某一個方向傳播，這樣聲音能傳播得更遠些。

三、響度的應用

在我們文學上，有很多詞語都是用來形容聲音的響度的。如“聲如洪鐘”、“響徹雲霄”、“震耳欲聾”等，其中還有詩仙李白的著名詩句“不敢高聲語，恐驚天上人”也是用來描述響度的。

有一個成語比較特殊，“低聲細語”，根據語文上的解釋，“低”字應該指的是響度，而“細”字則指的是音調。但是我發現這個詞在物理中很少考這麼詳細，很少單獨問這兩個字表示聲音的什麼特征。基本上都是整體問“低聲細語”是指聲音的響度還是音調，我查了很多省份的中考題，大家注意了，統一的答案都是表示聲音的音調！

一、音色概念

不同的發聲體發出的聲音是不相同的，聲音的這一特性我們把它稱為音色。

音色跟發聲體的材料、結構和發聲方式有關，不同發聲體的材料、結構和發聲方式不同，發出聲音的音色也就不同。

所以我們可以根據音色來辨别不同的發聲體，“未見其人先聞其聲”也就是形容聲音音色這一特性的。我們平時看一些人模仿歌星唱歌，其實模仿的也是音色。雖然我們感覺模仿的非常像，但是模仿者和歌星本人的音色還是不同的，隻是這時兩者音色比較接近，我們用耳朵分辨不出來罷了。

二、應用

音色比較簡單，但是有兩個例子一般學生很難分辨到底是跟音調有關還是跟音色有關。一個是生活中通過拍西瓜判斷西瓜的成熟程度，二是輕輕敲擊新碗判斷是否有裂縫。

大家注意拍西瓜判斷是否成熟是根據聲音的音調進行判斷的，而所有的敲擊檢查裂縫則是根據聲音的音色判斷的。

通過本文的學習，我們知道音調、響度和音色是聲音的三個特征，聲音是以聲波的形式向遠處傳播的，聲波我們并不能用肉眼看見，但是我們可以通過示波器去觀察聲波。那麼不同的音調、響度和音色在波形上有什麼區别呢？

通過示波器對聲波的顯示，我們發現，音調的不同在波形上表現為波形的疏密程度不同，波形圖越稀疏，則音調越低，波形圖越密集，則音調越高；響度的不同在波形上表現為“高度”（其實為振幅）的不同，“高度”越高，響度越強，“高度”越低，則響度越弱；音色的不同在波形上表現為形狀的不同，隻要波形的形狀不同，則表示音色不同。

音調：和速度有關，都是考察音調

響度：和力有關，都是考察響度

音色：一般考察三種，聞聲識人、辨别樂器、檢查裂縫

關于音調高低判斷：振動部分越短→音調越高

以上就是對聲音的特性的講解，希望對大家有所幫助！

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