聲學課堂:頻率、波長、頻帶、頻譜

因為聲波是由物體振動產生。以下圖為例,來解釋聲音的波長和頻率。

如圖所示:物體(最左端)在振動時,會對介質(彈簧)產生影響。

首先,靠近物體的地方因為被壓縮而變得密集,接著該地方會向右膨脹,擠壓相鄰的介質。右側因為因為被壓縮而密集,而左側因為其向右移動變得稀疏。這樣物體來回運動,兩側就相繼形成疏密相間的介質層向遠處傳播,這就是聲波。

波長

我們把聲波傳遞過程看做如下圖形:波峰代表介質最密集處,波谷代表介質最稀疏的地方。

如圖可以看到,聲波在傳遞過程中呈現一個周期變化的過程。

聲波在傳播途徑上,相鄰兩個振動情況相同的質點之間的距離稱為波長(如最密集處到最密集處、最稀疏處到最稀疏處),記作 λ。同時,完成這次振動所經歷的時間稱為“周期”,記作T。圖片

頻率

頻率指的是1秒鐘內振動的次數,記作f,單位為赫茲(Hz)。是周期的導數f=1/T

通常情況下,聲音傳播速度是一定的,如空氣中聲速為340m/s(室溫為15℃下)。因此,波長越長,所需要完成一個周期振動的時間就越長,頻率就越小。波長越短,頻率就越高。

一般人耳能聽到的聲波頻率范圍約在20~20000Hz之間,低于20Hz的聲波稱為次聲,高于20000Hz的稱為超聲。次聲和超聲不能使人產生聲音的感覺。圖片

頻帶

在聲學測量中,不是逐個測量聲音的頻率,這樣工作量太大,也沒有必要如此精細,而是將聲音的頻率劃分為若干個區段,稱為“頻帶”。因為每個頻段有一個上限頻率和下限頻率。之間的差值稱為頻段的寬度,簡稱:“帶寬”。

一般有兩種劃分方法:

① 倍頻程:通常將可聞頻率范圍內20~20kHz分為十個倍頻帶,其中心頻率按2倍增長,共十一個,為:

16

31.5

63

125

250

500

1000

2000

4000

8000

16000

② •1/3倍頻程:將倍頻程再分成三個更窄的頻帶,使頻率劃分更加細化,其中心頻率按倍頻的1/3增長,為:

12.5

16

20

25

31.5

40

50

63

80

100

125

160

200

250

315

400

500

630

800

1000

1250

1600

2000

2500

3150

4000

5000

6300

8000

10000

12500

16000

20000

 

weixin

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