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空气中声音的频率有上限吗?为什么?优质

342次浏览| 2022-06-29 11:43:29 更新
来源:互联网
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188 0

看你怎么定义声波了。声波是机械波,理论上可以有多种表达形式。我个人觉得空气中,声波频率到达热力学范畴就不能算是严格意义上的声波了。但是理论上来说声波也可以用热力学来解释,所以热力学的频率界限也可以用来定义声波的极限平率。所以,根据热力学定义,在标准情况下(温度20摄氏度、相对湿度0、压强1atm),正常空气中(密度1.2kg/m3,声速343米每秒),声波波长接近分子平均自由程(68纳米)的频率大概在5,04411765 × 10的9次方Hz,约等于500MHz。目前能够利用 RF技术(射频)测量到的超高频率的超声波,大概在50MHz。如果从波的特性上来说更容易定义声波的极限,比如说在标准情况下(温度20摄氏度、相对湿度0、压强一个大气压),正常空气中(密度1.2kg/m3),一个正常平面声波(高分贝冲击波不算作声波,球面波要考虑扩散)传播一个波长的距离,其能量损耗超过50%的都不应该算是正常声波。这么算的话,声波的极限高频大概在10MHz 左右。声音在空气中传播的频率范围很广,正常人能够听见20Hz到20000Hz的声音,而老年人的高频声音减少到10000Hz(或可以低到6000Hz)左右.人们把频率高于20000Hz的声音称为超声波,低于20Hz的称为次声波.超声波(高于20000Hz)和正常声波(20Hz - 20000Hz)遇到障碍物后会向原传播方向的反方向传播,而部分次声波(低于20Hz)可以穿透障碍物,俄罗斯在北冰洋进行的核试验产生的次声波曾经环绕地球6圈.超低频率次声波比其他声波(10Hz以上的声波)更具对人的破坏力,一部分可引起人体血管破裂导致死亡,但是这类声波的产生条件极为苛刻,能让人遇上的几率很低.人的发声频率在100Hz(男低音)到10000Hz(女高音)范围内。

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声音频率上限没研究过,就固体的情形而言,原子间存在间隙,单考虑这个间隙声音频率会有一个上限。设一堆间距为a的原子振动形成的波,波矢 。如果让波矢加上,即 ,则k’给出的震动模式与k完全一样。下图蓝色的线波是波矢量形成的波,红色的线是波矢量形成的波,点代表实际的原子位置。注意,实际上只有点的位置是能看到的,而线只是画出来辅助的。所以,k’的震动模式和k并没有什么不同,这两个波矢给出的原子位置一模一样。所以只要波矢大于 ,就不会给出原子新的震动模式出来。波矢有一个最大值,从而限制了最小波长 。对于空气,虽然原子是在做无规则运动,但分子间仍然有间隙,单考虑这一点应该不会有波长无限小的声波,从而声波频率应该是有一个上限的。但实际上频率最大的声波能达到多少没查过。

从语法上讲没有错。但从逻辑关系上讲是错的!声音的传播是需要介质的,物质振动产生声波源,声波使空气中各种分子发生振动从而向远处传播,随之能量消耗完毕后就没有声音了。但说“空气也能发声”这样说就有问题,音源是谁不好确定。超声是由物体振动产生的。每秒钟振动的次数称为声音的频率,它的单位是赫兹。我们人类耳朵能听到的声波频率为20~20,000赫兹。因此,当物体的振动超过一定的频率,即高于人耳听阈上限时,人们便听不出来了,这样的声波称为“超声波”。通常用于医学诊断的超声波频率为1~5兆赫。超声波具有方向性好,穿透能力强,易于获得较集中的声能,在水中传播距离远等特点。可用于测距,测速,清洗,焊接,碎石等。

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