聲能

首先說一下“聲”和“聲音”這兩個概念。聲的概念比較廣，包括聲音、超聲、次聲等；相對而言，聲音的概念要窄得多，它僅指人耳能感覺到的那部分聲。實際上，區分聲和聲音兩個概念也沒有什麼特別的意義，在下面表述中就不做區分了。

聲能是能量的一種表現形式，其實質是物體振動后，通過傳播媒介並以波的形式發生的機械能的轉移和轉化，反過來，其他能量的轉移和轉化也可以還原成機械能而產生聲音。變化是可以逆向的。

聲能的轉化既有物理變化，也有化學變化，因為這就是能量的轉化。媒介在聲能的作用下會產生一系列效應，如力學效應、發熱發光效應、化學效應、放電效應和生物學效應等。聲能的研究和應用不僅限於物理學。

聲音的傳播必須具備三要素：聲源、傳播媒介和接受器。

聲源是產生振動的物體；傳播媒介是能量流動的渠道；接受器是感受聲音的裝置。比如在彈奏樂器時，樂器是聲源，空氣是傳播媒介，耳朵是感受聲音的接受裝置。

聲能的作用範圍形成了聲場。聲音的傳遞有能量損耗，也叫被吸收，當距離比較遠時，我們就聽不到聲音了，而且聲音的強弱變化與傳播距離的平方成正比 (平方反比定律)。

聲波在媒介中傳播時，如果沒有媒介來傳播，就不會產生出聲音。當聲波傳播到周圍界面時，會引起其他固體等的振動。

聲音可以反射。利用這個特性，人們發明了為盲人指路的裝置。動物蝙蝠分辨方向也是應用這個道理。特別值得一提的是探測距離的聲納(SONAR)技術。

聲納(SONAR)是英文soundnavigationandranging?(聲音導航與測距)的縮寫。對聲納的系統研究與一艘著名的輪船——“泰坦尼克”號有關。1912年“泰坦尼克”號首次出航即觸礁沉沒，這件事震驚了世界，隨即有人提出用聲學方法遙測航道上的冰山的方法。緊接著在第一次世界大戰中，為了探測到敵方潛水艇的需要，對聲納的研究又得到了進一步的發展。

聲能像其它能量一樣，是人類可以利用的能量，在實際生活中有廣泛的應用。

利用聲能，可以應用來進行超聲焊接、超聲清洗、超聲加工、超聲探測、“攪拌”等。這主要應用的是聲能的機械能形式，比如“空化”效應的應用。超聲波在清洗液中疏密相間地向前傳播，對液體產生拉伸和擠壓作用，使液體內產生數以萬計的微小氣泡。這些氣泡迅速產生，又迅速閉合，形成的瞬間高壓，超過大氣壓的1000倍。連續不斷的高壓就像一連串小“爆炸”，不斷地衝擊物件表面，使物件的表面及縫隙中的污垢迅速剝落，從而達到物件表面凈化的目的。超聲波洗衣機也是這個道理。

利用聲能的熱效應還可以解決供暖或進行熱治療。美國科學家設計出一種依靠聲音製冷的冰箱。外形呈圓筒狀，圓筒外邊疊放著玻璃纖維板，筒里充滿氮氣或其它隋性氣體；筒的一端封閉，另一端是一個振動膜盒，膜盒與音圈、導線及磁鐵相連。當聲波作用於彈性膜片時，迫使筒內氣體膨脹，導致產生的熱量由玻璃纖維迅速傳導散失，從而達到降溫製冷的目地。

語言發音、歌唱發聲依賴聲能來完成。

超聲波能使大氣中懸浮的粉塵顆粒的電荷發生改變。對空氣中的塵粒播放超聲波，能促使塵粒之間互相吸附聚集成較大的粒子而降至地面，從而達到降塵除塵的目的。美國科學家發現，高能量的聲波可以促使塵粒相聚成一體，因重量增加而下沉，根據這一原理，他們研製出一種除塵警報器，可以用於煙囪除塵，控制高溫、高壓、高腐蝕環境中的塵粒和消除大氣污染。

1. 聲音的強度

聲音的強弱單位是“分貝”，數值越大，振幅就越大，聲音就越大，大到一定程度時就變成了噪音。低到一頂程度時，我們又感受不到聲音了，但它還是存在的。不同的聲音可以代數疊加。

2. 波長、頻率和振幅

聲能以波的形式存在，具有頻率（f）、聲速（c）、和波長（λ）三個物理量，三者之間的關係可用下列公式表示：c=f×λ。

頻率（f）是單位時間內質點振動的次數，一般以每秒振動次數表示，以Hz為單位，每秒振動一次為1Hz。

聲速（c）是單位時間波動傳播的距離，常用單位為m/s。在不同的媒介中，傳播速度也不同。

波長（λ）是波動傳播過程中相鄰的兩個周期中，對應點的距離或相鄰的兩個波峰或波谷間的距離，常用單位為mm。

3.音色

不同的聲音或聲音的品質我們用音色來描述，例如鋼琴和笛子的音色就不同。

生命體對聲音的感受是不同的，比如，老鼠厭惡18--35千赫頻率。人們利用電磁波及超聲波原理髮明了干擾害蟲等小動物使其遷離的電子驅鼠器、電子驅蚊器、電子驅鳥器等。超聲波對某些結果早期的果樹和蔬菜，定期播送超聲波，也可促進作物生長，使其個頭增大、產量提高。實驗表明，西紅柿在生長期中經過30次100分貝的尖銳聲音處理，產量可以提高兩倍。對水稻、大豆、黃瓜等農作物，經過聲波處理也收到了增產效果。

英國科學家根據聲波蘊藏的能量在傳播中遇到屏障時能夠轉變成為電能的道理，設計製造出鼓膜式聲波接受儀，通過與可以增大聲能的共鳴器相連，而使聲能迅速轉化為電能，供一些小型電器使用。

在英國，科學家研究出以聲控制噪的新技術。利用計算機和感測器，將模擬聲轉化為數字信號並加以分析，以此來消除雜訊。現在，英、日、美、法等國家，在各種豪華小轎車裡都安裝了這種系統。美國還將這種技術應用到工業空調器、抽風機、核共振成像系統、大功率冰箱等領域。

有的醫學家運用聲音來診斷某些疾病。當人體組織受到來自外界作用時，活動分子會呈現無規律的波動，部位體溫隨之增高。而與此同時發出的噪音也就越大。醫生便可以用特地、專門的儀器準確地診斷出病灶和炎症的確切部位和範圍。

現代影視技術的發展，還出現了以聲代光拍攝水下電視的新技術。通過聲發射器、凹鏡、電視接收機和附屬設備來完成此任。拍攝時，聲波從發射器發出之後，射到水下目標就被反射回來，經凹鏡聚焦，由聲―――電攝像管把聲音信號轉換成的電信號傳至電視顯示器，顯像管就可以把電信號轉換成的圖像顯示出來。如果需要長期保存，還可以用錄像機錄像，以便隨時播放。利用聲波拍攝水下電視圖像時，還可以拍出彩色電視圖像及立體電視圖，取得令人滿意的效果。據報道，美國加利福尼亞的斯克利普斯海洋物理研究所的科學家，還研究出利用聲音透視海底的方法。他們利用波段為8―80千赫的水下聲波，在監控器的屏幕上顯示了水下實驗物的圖像。而且，這種具有計算機資料處理功能的水下物聲系統將會使人們觀察到水下的大型動物、潛艇和沉船等。