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02 声音的本质 The Nature of Sound（第2页）

而波长短的声音在一定程度上保持其原始方向，在足够高的频率下它就可以形成声波束（我们将会在第6章谈到）。

声音的载体

声速只取决于介质的弹性和密度（见第1章）。

在空气中，声速随湿度和温度的增加而增大[2]，但这仅仅是由于这些因素引起了空气密度的变化。

表1给出了声音在一些介质中的传播速度。

表1　不同介质和条件下的声速

由于空气中的声速随着温度的升高而增加，而在白天，海拔较高处的空气比近地面处的空气温度高，所以高处声音传播的速度也更快一些。

这种速度的增加使声音在较热的空气中向下弯曲（折射），并在一定距离内返回地面，如图3所示。

由于折射效应，有时声音在很远的地方比在近的地方听得更清楚。

图3　当离地面较近的空气比较高的空气温度低时声音的传播

折射也解释了为什么在迎风情况下人们很难听见声音。

在迎风情况下，风会使声波的传播速度稍微变慢一些，越往高处风速越快，声波速度降低得就更多一些，所以离地几米高处的声波的传播速度相对来说要更慢一些。

声音从低速区域折射到高速区域，因此声波将远离地面和人的耳朵，朝上方传播（见图4）。

图4　芭芭拉可以听到艾伦的声音，但听不到克里夫的声音

无论怎么操作膜片，我们都无法使声音在膜片周围的空气中传播得更快。

振动越快，产生的压力脉冲就越接近，它们到达某处（比如说鼓膜）时的频率就越高。

也就是说，声音的频率会上升。

如果一个人试图通过加快膜片向内和向外移动的距离来更用力地推动空气，那么脉冲中的压缩量和稀薄度就会增加，从而导致声压更高，听起来声音也就更大。

如果我们强行让膜片的运动速度超过介质中的声速，那么在下一个脉冲形成时，前一个脉冲还没有来得及离开膜片，因此，它们就堆积成一个单一的、被称为冲击波的极高压脉冲，这也是音爆和响鞭声的成因。

快速地移动膜片并不是唯一可以用来增加声音频率的方法。

如果扬声器（或其他声源）迅速接近你或你迅速接近它，压力脉冲就会以更高的频率到达你的耳朵，因为每一个脉冲都比它前面的脉冲在离你更近的地方开始向你传播，从而导致声音的频率上升。

而当声源从你身边经过后，脉冲就会以更长的间隔到达你的耳朵，因为每一次脉冲的传播距离都比前一次要长，相应地，频率也会因此下降。

这就是著名的多普勒效应。

当你身边开过一辆超速的摩托车或当你听到跟在摩托车后面呼啸而过的警车的鸣笛时，就会注意到多普勒效应（见框2）。

与光类似，如果反射表面光滑且坚硬，声音就像光从镜面反射一样能够反射形成一个声源的像。

所以如果你位于声源和反射表面正中间的某个地方，你从两侧听到的声音是差不多的（反射的一侧声音会稍小些）。

当然，“光滑”

是一个相对的概念，它意味着“表面凸起的大小比波长的长度小”

。

由于3千赫的声波波长比黄色光的波长要长100万倍，所以即便是粗糙如混凝土一般的表面也可以成为很好的声波反射镜。

凹面声波反射镜能将反射的声音聚焦。

例如，在第一次世界大战期间，英国南部海岸建造了这种凹面混凝土声波反射镜，将飞机靠近时的声音聚焦到正在监听的士兵耳朵里。

当声音在两个或两个以上的曲面反射器之间回响时，可能会产生一个耳语廊[3]，就像伦敦圣保罗大教堂的长廊一样。

声音能在任何两种介质之间产生界面反射，无论是在空气和混凝土、水和空气，还是地球上不同的岩层之间。

反射声音的多少取决于两种介质声阻抗的差值，而声阻抗又取决于介质的密度和声速。

声阻抗（见框3）与电阻相似，它测量的是声音在介质中传播的困难程度。