乐音与噪声(北师大版)PPT课件

乐音与噪声任何声音都是由发声体的振动产生的,但是不同的发声体发出的声音却有很大差别.按种类,我们分为自然音;悦耳动听的乐音，非乐音即非乐器之声音,还有令人烦躁的嘈杂刺耳的噪声。,乐音从听觉心理性质而言:分音的大小(即音量或音的响度);音调(音高);音色(音品)以物理特性而言:声音的大小可对应振动的强度,音高可对应频率(即振动的速度,振动的快慢),音色可对应振动的波形.,1、声音的高低叫音调。声音的高低是由什么因素决定的呢?小实验：用硬卡片沿梳子齿端划过,发声用手指拨动绷紧的橡皮筋，让橡皮筋振动发音使金属片在转动着的自行车轮辐条上划过，而发声以上小实验可看出硬卡片、金属片、小锯条等振动得越快，音调越高。,可见：（1）音调的高低与物体振动的快慢有关，振动越快，音调越高；振动越慢，音调越低。(2)物理学上用频率来表示声源振动的快慢。频率是指物体在1秒内振动的次数。物体振动越快，即频率越高。音调由声源的频率高低决定。频率越高，音调越高，听起来尖细；频率越低，音调越低，听起来低沉。单位：赫兹（Hz）如：声音的频率是50HZ，表示每秒振动50次。人的发声频率大约是85赫兹到1100赫兹。,看图：听觉范围人对高音和低音听觉有限。大多数人能听到的频率范围是20HZ-20000HZ。猫狗能听到的分别是15HZ-50000HZ和60HZ-65000HZ。它们能听到人听不到的高频率的声音。不能引起人听觉的是次声波（低于20赫）和超声波（高于20000赫）。,不同声源因形状、尺寸和所用材料等因素的不同会有不同的振动频率范围，这个范围决定了它发出音调的高低。弦乐器的振动频率与振动部分弦的长短、粗细、松紧程度有关。管乐器的音调由发音部分的气体体积大小决定，体积越小，音调越高。,小实验：用大小不同的力敲同一面鼓（或音叉）我们听到的声音大小会有不同。2、物理学中，把人耳感觉到的声音的大小（强弱）叫响度。响度又称音量。那么，响度跟哪些因素有关呢？我们听到的声音，有强有弱，这种强弱的差别是由什么决定的呢？,声音强弱的差别是由声波在一定时间内通过一定面积传播的振动能量决定的，我们把每秒通过垂直于声波传播方向的单位面积上的能量叫做声强，这是一个表示声音客观强度的物理量。响度是人们主观上感觉到的声音强弱，它跟客观上的声强有密切关系。人耳对声强的感觉，即声音的响度，在频率为500HZ-10000HZ的范围内，近似地跟声强级成正比。在声学上，人们通常用分贝（dB）作为单位来计量声音的大小，把人耳能听到的最小声音的大小定为0分贝，当声音强度是0分贝的10倍时，它的响度就是10分贝，100倍时是20分贝，1000倍时是30分贝，110n倍时是n10分贝。,当我们用力敲鼓时，鼓面振动幅度大，声音就大。鼓面振动幅度小，声音就小。物体在振动时偏离原来位置的最大距离叫振幅。实验表明，音叉叉股、鼓面的振幅越大，人们听到的声音越大。,显然，（1）响度跟发声体的振幅有关，振幅越大，响度越大；振幅越小，响度越小。你能说出常见的增大响度的方法吗？把手围成喇叭状，使声音集中传播。听诊器的例子。（2）响度还跟距离声源的远近有关。声音向四面八方传播，传播越远，声音越分散，响度也就越小。再者由于介质的分子间的摩擦，部分声能被介质吸收转变为热能而衰减。所以距离越远，听到的声音越小越弱。,3、音色（音品）同一支曲子，用不同的乐器演奏，人耳总能分辨出是什么乐器。这是因为声音还有一个重要特征-音色（音品）可能不同。,各种乐器发出的并不是单一频率的纯音，而是由频率和振幅各不相同的许多纯音组成的。频率为100HZ的钢琴的振动图象，用专门的分析声音的仪器对它进行分析，发现它可以分解为16个纯音，其中频率最低的是100赫叫基音，其余的分别是100HZ、200HZ是基音频率的整数倍的叫泛音。而100HZ的黑管，是由100HZ的基音和9个频率为基音频率整数倍的泛音组成的。音调和响度都相同的钢琴声和黑管声各有特色，是由于它们的泛音的多少、泛音的频率和振幅不同。正是泛音的多少、泛音的频率和振幅的大小，决定了各种乐器具有不同的音色。,综上所述:绝大多数声源发生的声音都不是单独一种频率的纯音，而是以一种频率为基础，伴随着其他频率的复合音。在复合音中，声音最强、频率最低的音叫基音，而伴随基音的其他频率的音叫泛音，泛音的频率是基音频率的整数倍。基音决定声音的音调和响度，泛音影响着声音的音色。,发声体发声的方式或其他结构不同，尽管基音频率和振幅调节得相同，但泛音总是有不同，因而音色也就不同了。我们区别哪个是胡琴声、哪个是笛子声，就是根据音色的不同。不同的声音往往是既有音调的不同，也有音色的不同，只不过是有的情况下主要是音调不同，而有的情况下主要是音色不同，听觉的辨别是根据主要因素来进行的。例如：带花蜜的蜜蜂飞行时，翅膀发出的音调低些，不带花蜜的却音调高。,科学探究不能光凭人的感官，还要借助于仪器。要找出不同声音的区别，可借助示波器。当示波器接收到声波后，能直接在荧光屏上显示出与声波相对应的图形，通过图形曲线，可帮助我们分析各个声音的具体情况，从而区分不同的声音。,图形曲线中的波峰（波谷）出现的个数多少，表示声源振动频率的高低。振幅的大小，对应着声源振动幅度的大小。波形的具体形状反映了声源发声的特色。,振幅相同（响度相同）波峰个数多,一个音叉发声时的振动频率是一定的，频率的数值标在音叉上，用同样大小的力敲击音调高低不同的两个音叉，示波器分别显示出二列声波的图形。,重击、轻击同一音叉，示波器显示出二列声波的图形。,(频率大小相同，出现的波峰或波谷个数相同，振动快慢相同，但一个振幅大、响度大，另一个振幅小、响度小)不同声源发出的声音不同，示波器显示的波形不同。,下面是几种乐器产生的声波波形图。,从波形图上可看出，乐音是由周期性振动的声源发出的，它的波的图象是周期性的曲线，而噪声的声源做的是无规则的非周期性的振动。它的波的图象也是不规则的曲线。,噪声的危害和控制1噪声可以有几种含义：从物理学角度是指不规则的非周期性振动所发出的声音(噪声来源于声源的杂乱无章的不规则振动)；从对人的健康考虑主要指响度太大的声音；从更高的标准考虑是泛指一切不利于人们当时的活动（包括休息和睡眠）的声音。,（从环保的观点看，干扰人们休息、学习、工作的乐音也被认为是噪音）声音对人是必要的，曾有科学家做过实验，把一个人关到一间隔音效果特别好的房间里，让他听不到任何声音，这个人很快就听见自己的心跳声，甚至听见体内血液的流动声，最后他几乎要精神崩溃了。人不能生活在无声的世界里，但噪声对人的危害也很大。人是有声环境的产物，人类离不开声，但人类需要和谐的声音。,2.声音的强弱用分贝（dB）表示。一般，10-40分贝是较理想的安静环境，超过了50分贝会影响睡眠和休息。长期生活在90分贝以上的噪声环境里，会使人的听力受损甚至引起其他病症。,0dB是人听觉的下限。10dB相当于微风吹拂树叶的沙沙声。人生活居住的理想环境是1540dB；为保证休息和睡眠，噪声应不超过50dB；为保证正常工作和学习，应控制噪声不超过70dB；为保证听力，应控制噪声不超过90dB。噪声污染、大气污染、水污染、固体废物污染是当代社会重大公害。,3.噪声源有哪些类型？噪声可以由自然现象引起，如火山爆发、地震、雪崩、潮汐、风雷及动物吼叫等，但大量的是人为造成的。噪声污染源主要有四种：,(1)工业噪声工业噪声是一种固定噪声源，主要是机器设备运转成工艺操作过程所产生的噪声，如通风机、鼓风机、内燃机、空气压缩机、汽轮机、织布机、电锯、电机、风铲、风铆、球磨机、震捣台、冲床、锻锤等。一般情况下，电子工业和轻工业的噪声级在90dB以下：纺织厂在90106dB之间。机械工业在80120dB之间；凿岩机、大型球磨机达120dB，而风铲、风铆、大型风机在130dB以上。,(2)交通噪声交通噪声是一种移动噪声源，就是由交通运输工具在交通干线上运行时所产生的噪声。如运行中的各种汽车、摩托车、拖拉机、火车、飞机、轮船等。城市环境噪声有70来自交通噪声。目前，我国城市中道路边的噪声白天大致在7080dB。最严重的是鸣喇叭，电喇叭大约有9095dB，汽喇叭大约在105110dB。因此世界上许多城市规定市区内禁止汽车鸣喇叭，我国有许多城市也有这样的规定。,(3)建筑施工噪声建筑施工噪声是一种临时性的噪声，施工完毕，噪声随之解除。建筑施工现场的噪声源有：运转中的打桩机、混凝土搅拌机、压路机、辅路机、空气压缩机、凿岩机等。虽然建筑施工是暂时性的，但它是露天作业，一般施工周期比较长，有的紧邻居民区，有的昼夜施工，特别容易引起人们的烦躁。尤其是城市，随着市政建设的迅速发展，建筑工地越来越多，甚至串联成片，对城市环境的安静造成了很大的威胁。,(4)社会生活噪声社会生活噪声主要是由商业、娱乐、体育、游行、庆祝、宣传活动、人声喧闹、家用电器（电视机、收音机、收录机、洗衣机、空调机）以及在住宅区创作家具和燃放鞭炮等所产生的噪声。随着人口密度增大，社会生活噪声将越来越严重。,4.噪声会造成哪些方面的危害？噪声的危害是多方面的，而且它具有普遍性，达到无孔不入的地步，严重的甚至致人于死地。古代时，曾经有用钟刑来处死犯人的刑罚，可见，强烈的噪声对人的生理、心理的摧残是十分严重的。噪声的危害主要有四个方面：,(1)对人体造成危害表现在：1.妨碍人们交谈、睡眠、休息、工作；致使人们烦躁、精神分散，引发事故；2.使人的听力受到损伤，甚至造成永久性听力受损。,例：1964年美国F104喷气式飞机做超音速飞行实验，飞机的轰鸣声使附近一个农场饲养的一万只昏鸡死去60。例：高噪声车间工作的工人，由于噪声引起耳朵的鼓膜严重损伤造成耳聋的发病率达到50到90。例：1987年，英国举行的一次现代派音乐会上，300名观众失去知觉，昏迷不醒，诊断结果是因为声音极度刺耳而休克。,(2)噪声对建筑物造成破坏。150dB以上噪声会使金属结构疲劳，甚至可以使钢板断裂。当飞机作超音速飞行时，会产生冲击波，称为轰声。1962年，美国三架军用飞机以超声应低空飞行所发出的轰声，使飞行过的日本藤泽市许多房屋的玻璃震碎，烟囱倒塌，日光灯掉下，商店架上的商品震落满地。1970年，德国韦斯特堡城及其附近曾因强烈的轰声而发生378起建筑物受损事件。,(3)噪声造成劳动生产率下降在噪声的刺激下。人们的注意力很不集中，这样工作起来很容易出事故。据世界卫生组织估计，因工业噪声影响，使工作效率降低，工伤事故增多和听力损失等，就使美国每年损失近40亿美元。(4)噪声对仪器设备造成损坏噪声可使仪器设备失效或受到干扰和损坏。1958年夏，沈阳某半导体材料厂极怕震动的单硅炉正在拉丝，厂外不远突然响起建筑打桩声，结果设备损坏，部件报废，工厂停产，造成了重大经济损失。,5.如何防治环境噪声污染？环境噪声是人为造成的，因此也是可以防治的。为了防治噪声污染，我国制定了城市区域环境噪声标准和工业噪声控制标准等一系列控制噪声的标准。对城市区域环境噪声规定白天不得超过的分贝数；特别安静区为50，居民文教区为55，居住、商业、工业混合区为60，交通干线为70。夜间除交通干线为55分贝外，其它各区域都分别比白天减少10分贝。目前，我国相当一部分城市噪声是超标的，特别是机动车辆噪声，超标更为严重。,噪声造成危害必须有噪声源、声音传播途径和接收者三因素同时存在。因此，控制噪声也必须从这三个方面考虑。（控制噪声声源、阻断噪声传播、在人耳处消弱噪声）在声源处减弱在传播过程中减弱在人耳处减弱,(1)要尽量减少噪声源噪声是客观存在的，但又是可以减少的。比如：禁止汽车在主要街道或整个城市鸣喇叭，这在一些城市已取得了明显的效果。将城市一些噪声扰民企业搬迁到郊外，减少城市环境噪声的污染源；搞好城市规划。把有噪声的工厂建筑在与居民区互不干扰的地方；建筑施工单位要严格执行国家对各种施工设备噪声限值的规定，在居民区夜间禁止使用噪声大的施工机械设备等等。,(2)采取措施减轻噪声的强度对于工业噪声来讲，可以采取多种办法进行治理。通常采取的办法有三种：,一是吸声。当声波入射到物体表面时，部分入射声能能被物体表面吸收而转化为其它能量，这种现象叫做吸声。物体的吸声作用是普遍存在的，吸声的效果不仅与吸声材料有关，还与所选的吸声结构有关。用多孔材料装饰在室内墙壁上或悬挂在空间内，可以有效地吸收声能。在噪声强的厂房的墙壁、顶棚，采用吸声材料，如玻璃棉、矿渣棉、泡沫塑料、毛毡、吸声砖、本丝板、甘蔗等，一般可降低噪声510分贝。,二是消声。如把消声器安装在空气动力设备的气流通道上，就可以降低这种设备的噪声。消声器的形式很多，大体可分为三类：阳性消声器、抗性消声器、阻抗复合消声器。只要设计得当，同时又与隔声、隔震相结合，效果是很好的。比如，在鼓风机上安装消声器，噪声可由127分贝降到72分贝。三是隔声。用一定的材料、结构和装置将声源封闭，以达到控制噪声的目的。典型的隔声措施是严密无空隙隔声罩、隔声间、隔声层等。,(3)采用保护措施，减少噪声的接收量一些因工作性质决定，不能离开噪声源的人也可以采取一些防护措施，以减少噪声的接收量，达到避免受到噪声危害的目的。常用的有：耳塞，对高频隔音量可达30至48分贝。防声棉，可隔音20分贝左右；耳罩，对高频隔音量可达1530分贝；帽盔的隔音效果更好一些。现代化大城市一般在主要街道上设置噪声显示牌以监控噪声情况。,2.将噪声变害为利的高科技噪声已被公认为仅次于大气污染和水污染的第三大公害。在大城市中，人们深受噪声之苦。但是，世界上的事情总是千变万化，没有任何事情是绝对的。噪声也和其他事物一样，既有有害的一面，又有可以被人类利用、造福于人类的一面。许多科学家在噪声利用方面做了大量研究工作，获得许多新的突破，这些成果将是21世纪推出的新技术。不久的将来，恼人的噪声将会变成优美的新曲，造福于人类。,美国也研制出一种吸收大城市噪声并将其转变为大自然“乐声”的合成器，它能将街市的嘈杂喧闹噪声变为大自然声响的“协奏曲”。英国科学家还研制出一种像电吹风声响的“白噪声”，具有均匀覆盖其他外界噪声的效果，并由此生产出一种“宝宝催眠器”的产品，能使婴幼儿自然酣睡。噪声是声波，所以它也是一种能量。例如鼓风机的噪声达140dB时，其噪声具有1kW的声功率。,广泛存在的噪声为科学家们开发噪声能源提供了广阔的前景。英国剑桥大学的专家们开始利用噪声发电的尝试。他们设计了一种鼓膜式声波接收器，这种接收器与一个共鸣器连接在一起，放在噪声污染区，接收器接收到声能传到电转换器上时，就能将声能转变为电能。美国研究人员发现，高能量的噪声可以使尘粒相聚成一体，尘粒体积增大，重量增加，加速沉降，产生较好的除尘效果。根据这个原理，科学家们研制出一种2kW功率的除尘器，可发出声强160dB，频率2kHz的噪声，将它装在一个厚壁容器里，获得了较好的除尘效果。,噪声应用于农作物同样获得了令人惊讶的成果。科学家们发现，植物在受到声音的刺激后，气孔会张到最大，能吸收更多的二氧化碳和养分，加快光合作用，从而提高增长速度和产量。,有人曾经对生长中的西红柿进行试验，在经过30次100dB的噪声刺激后，西红柿的产量提高近2倍，而且果实的个头也成倍增大，增产效果明显。另外，不同的植物对不同噪声的敏感程度不同，某些草类在噪声影响下可提前发芽，这样就可以在作物未生长之前，用药将草消灭掉。通过实验发现，水稻、大豆、黄瓜等农作物在噪声的作用下，都有不同程度的增产。,当我们在嘈杂声中迈进21世纪的时候，期待着未来是一个宁静的世界。随着环保科技的新发展，各种先进的消除噪声，变噪声为福音的新技术一定会不断涌现出来，现在正在试验中的各种先进技术，即将普及和发展，人类生活将越来越美好。,(3)有源消声。通常采用的三种降噪措施，即在声源处降噪、在传播过程中降噪及在人耳处降噪，都是消极被动的方法。为了积极主动地消除噪声，人们发明了“有源消声”这一技术。它的原理是：所有的声音都由一定的频谱组成，如果可以找到一种声音，其频谱与所要消除的噪声完全一样，只是相位刚好相反（相差180），就可以将这噪声完全抵消掉。关键就在于如何得到那抵消噪声的声音。实际采用的办法是：从噪声源本身着手，设法通过电子线路将原噪声的相位倒过来。由此看来，有源消声这一技术实际不是“以毒攻毒”。,对于声波的上述划分是习惯上的和近似的。其实，接近20赫的强次声也能被人听到，对于高于20000赫的超声，不少人也能听到。例如小孩能听到30000赫的超声。因此，不能把上述的划分理解的太绝对化了。,动物的听觉范围比人大的多。例如，狗能听到50000赫的超声，蝙蝠能听到3000080000赫的超声；海豚能听到200000赫的超声，水母和鱼类分别能听到813赫和125赫的次声。由于动物的听觉范围比人大得多，所以动物对自然界的声音信号感受的也就多，这大概就是动物能预知火山爆发及地震发生的一种原因。在火山爆发和地震发生之前，常出现鸟惊飞，鼠逃窜，狗狂吠，鸡上树，牲畜惊恐不安，不进厩等异常现象，动物的这种异常现象常预告了灾难的来临。,超声波有两个特点：一个是能量大，一个是沿直线传播。它的应用就是按这两个特点展开的。理论研究表明：在振幅相同的情况下，一个物体振动的能量跟振动频率的二次方成正比。超声波在介质中传播时，介质质点振动的频率很高，因而能量很大。我国北方干燥的冬季，如果超声波通入水罐中，剧烈的振动会使水罐中的水破碎成许多小雾滴，再用小风扇把雾滴吹入室内，就可以增加室内空气的湿度。这就是超声波加湿器的原理。,超声波的波长非常短，可以定向发射。定向发射超声并接收这个超声的反射波的仪器叫做声呐（超声测位仪）。由于超声在水中比光和无线电信号传播的距离远得多，所以声呐的用处很大。可以探测敌艇、鱼群的位置，测出海底的深度。蝙蝠、海豚都能发射超声，所以蝙蝠和海豚都能用耳朵“看”东西。这种装置既能发出短促的超声波脉冲，又能接收被潜艇、鱼群或海底反射回来的超声波，根据反射波滞后的时间和波速，就可确定潜艇、鱼群的位置或海底深度。,2.超声在日常生活和生产技术中的应用超声波汽车倒车防撞报警器华南理工大学电子与通信工程系的蔡汉添、温玉汉等研制成功用单片机控制的超声波汽车倒车防撞报警器，增强了汽车的后视能力。利用超声波回声测距原理测量车后一定距离内的物体，并以MCS-51系列单片机作为中心控制单元，从而安装方便、性能可靠、价格低廉、易于推广。可及时显示车后障碍物的距离和方位，显示范围为0.59.9m，当距离大于2m时显示车后障碍物的方位；当距离小于2m时除了显示其方位外，尚可按三段距离分,别给出三种报警信号，以告示司机三种不同的紧急状态，使司机据此做出相应的操作，防止倒车交通事故的发生。,超声在医疗上应用很广。利用超声波可以对人体的内脏器官进行检查和拍照；用超声手术刀做手术，可以减少创伤，减轻病人的痛苦；超声波还可以直接用来治疗风湿病、慢性鼻炎和骨折等。,人体各个内脏的表面对超声波的反射能力是不同的，健康内脏和病变内脏的反射能力也不一样。平常说的“B”超就是根据内脏反射的超声波进行造影，帮助医生分析体内的病变。,超声波还能促进植物生长。某些植物用一定频率和强度的超声波照射几分钟，这些植物的种子就能提早发芽，提前开花结果，并增加产量。超声波还有许多用途，例如超声钻孔、超声焊接、超声消毒、超声除尘、超声测温、超声探测等等。,例1.有人说：“在音乐会上，男中音放声高歌，音调高，女高音低声伴唱，音调低。”这种说法对吗？,分析与解答：音调的高低是由发声体振动频率的大小所决定的，与振动快慢有关。本题所述，男中音放声高歌，是指大声地唱，响度大，音调不及女高音那么高；女高音低声伴唱，声音小，响度小。不能把响度与音调混为一谈。日常生活中音调低而响度大或音调高而响度小的例子是很多的，例如蚊子嗡嗡叫，音调高而响度小，老牛的吼叫声则是响度大而音调低。响度是人主观感觉声音的强弱，有的时候不同的人对强弱一样，频率不同的声波的感受不同。,例2.把原来每秒放映24幅的电影胶片改为每秒放映36幅，这样电影中本来是男的讲话声，听起来好像是女的在讲话。这是为什么？,解析：声音的高低叫音调，它是由物体振动的频率决定的。频率越小，音调越低；频率越大，音调越高。男人说话时的音调较低，女人说话时的音调较高。电影胶片放映速度由原来的每秒放映24幅改为每秒放映36幅，放映速度改变了，引起胶片所记录的讲话声音的放音频率发生了变化，使频率为原来的3/2倍，即音调比原来变高了，所以男声听起来好像是女声了。,例3.演奏相同的乐曲，我们能区分笛子和二胡的演奏声，主要是两者的不同。,解析：不同的物体发出的声音，即使发出的声音音调相同，响度相同，人耳仍能分辨出笛子和二胡的演奏声的差异，就是因为它们音色的不同。,例4.小明找来几个啤酒瓶，往瓶子里灌了不等量的水。用嘴吹瓶子口，瓶子发出了不同的声音，经过反复调节瓶子里水位的高低，小明居然能用这些啤酒瓶子吹出好听的音乐来。这是怎么回事？,分析与解答观察瓶内的水位。发现啤酒瓶内的水位越高，吹出来的音调越高，这声音是瓶内空气振动发出的，为什么会有高和低的变