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声音传播与人类声音器官

时间:2022-04-16 理论教育 版权反馈
【摘要】:一、声音传播与人类声音器官声音传播是历史上发现最早的人类传播方式之一。声音传播呈现出的物理特征对于人类近距离的语言交流已经足够了,但是对于远距离的信息交流,存在着声音传播的延时问题,比如,声波绕地球传播一周约需要3小时16分。

一、声音传播与人类声音器官

声音传播是历史上发现最早的人类传播方式之一。1881年,声学专家John Broadhouse在他的《音乐声学》第一章节中,对声音作了简单明确的定义,即“可以听到的某种东西”[1]

这个似乎过于简单的定义,实际上揭示了人类耳朵接受音频范围的有限性,也意味着从19世纪开始,人们就已经开始对声音传播特性进行科学意义上的探讨。人类通过耳朵,只能捕捉到大约在10赫兹到20千赫兹左右的声音频率,而其中在1.2千赫兹到1.4千赫兹左右是听觉最敏锐的频带,人耳对较低的频率并不敏感,随着频率越高,人耳便越听得清楚,也就是说人耳对高频的声音有自动增益的效果。因此如果我们用手来回挥动空气,如此低频的振荡,人耳是无法听到的,除非我们鼓掌,在拍手的过程中,两手迅速的撞击并将空气挤压出去,这种较短的脉冲式振动,其中包含了高频的空气振动,因此人耳便能够听到拍手的声音。

就人类自身所发出的语音信号而言,大都集中于声音频谱上的某一个区段,这是人类声腔的共鸣区域,我们通常称这个频带为基本频率(Fundamental frequency),每个人的基本频率因为天生的口腔结构而有所不同,通常孩子的基本频率在250—400赫兹左右,而成年女子大约在200—300赫兹左右,成年男子则大约在100—150赫兹左右,因此男高音较为少见。[2]

声音通过空气传播的距离也十分有限。这是因为声波的传播方式通常是机械式的,当空气介质受到某处震源的压迫时,被压迫的空气分子,就对其平衡位置产生了位移,并引起附近空气分子也对其平衡位置产生位移,如果所受的压迫是周期性的,而且其频率在声波范围内,这时,空气中就产生了声波。声波在空气中的传播速度约为340米/秒,声音传播的速度与介质的性质和温度有关,例如,空气温度为0度时,声波的速度为331.5米/秒,空气温度每升高1度,则声音传播的速度约增加0.6米/秒。声音传播呈现出的物理特征对于人类近距离的语言交流已经足够了,但是对于远距离的信息交流,存在着声音传播的延时问题,比如,声波绕地球传播一周约需要3小时16分。

20世纪初,人们发现无线电波的传播速度非常快,可以达到光波的传播速度,即每秒30万公里,而且在空中传播损耗也非常小,声音通过搭载电波,可以实现快速而又远距离的传播,突破了声音传播的延时限制。广播比起电话和电报来说,它是惟一与人类的说话功能相匹配的一种交感神经系统的延伸。[3]

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