在空气中传播的声波是纵波还是横波，声音的传播是横波还是纵波

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声波在空气中传播是纵波还是横波“专家解答”

出色的回答：

在了解了振动、简谐振动和波的性质后，我们在本文中介绍了声波的一些物理知识：

机械波、纵波和压力波

声音其实就是这三样东西：机械波、纵波、压力波。

机械波在我之前的文章中，我们讨论了波是一种扰动，它通过介质将能量从一个点传递到另一个点。介质是一系列相互关联、相互作用的粒子。因为声音的传播需要粒子之间的相互作用，所以声音被定义为机械波。

声音的传播需要粒子之间的相互作用，所以声音是一种机械波。

音叉

还记得我们上学时的体检吗？音叉是最熟悉的东西，也是产生声波最简单最直接的方式！那么音叉是如何发声的呢？通过音叉前端的前后振动，干扰空气分子，干扰会立即传递到相邻的空气分子，产生典型的机械波。这时，体检老师把音叉放在你的耳朵旁边，振动的空气分子被你的耳朵抓住。恭喜你，你通过了听力考试！

我们需要知道机械波不像电磁波，不能在真空中传播。

在上一篇文章中，我们讨论了剪切波，所以我们来讨论纵波。声波是典型的纵波。横波的传播方向垂直于振动颗粒，而纵波的传播方向与振动颗粒的传播方向相同。如果你有弹簧，你必须用弹簧的一段上下移动产生横波，用弹簧的一端前后移动产生纵波。以下：

纵波

如果此时你挥动另一根弦，同样的事情会发生在振动的弦上，就像弹簧一样。当振动弦向前运动时，会推动空气分子向前运动，前方的空气分子会被瞬间压缩，形成高密度高压区，高密度区的空气分子会继续推动前方的空气分子。当振动弦向后运动时，弦前的气压会瞬间降低，形成低密度区，周围的空气分子会立即补充，弦会往复运动，产生纵波。我们需要知道的是，弦的振动是在两个方向上发生的，弦的前后振动可以发出声音。上面只描述了一种情况。

我们听到的声音是空气粒子运动的结果。压缩波

声音是一种压力波，它与粒子的密度有关。压缩和膨胀是介质中运动的高压和低压区域。高压对应压缩正振幅，低压对应膨胀负振幅，如下图所示：

如果我们能看到无数的空气粒子运动，产生压缩和膨胀区域，我们会看到下图所示的球面波。

球形压力波

频率、音高和听力

我们已经定义了声波。声波和其他波一样，有周期、频率、振幅和传播速度等物理量。

当波通过介质时，介质中质点振动的频率就是波的频率。它是指单位时间内介质粒子往复振动的次数，单位为赫兹(Hz)。

介质中的每个粒子都以相同的频率振动。

波的周期是粒子在介质上完成一个完整的振动周期所需的时间。在声波中，我们可以把周期看作是相继的高压点之间的时间或者相继的低压点之间的时间。由于周期和频率相互关联，高频声波的周期小，低频声波的周期大，如图所示：

人耳可以探测到大约20 Hz到20000Hz的声波。我们把这个范围以下的声音叫做次声波，而这个范围以上的声音叫做超声波。我们知道许多动物的听力范围比我们的要广。狗可以听到高达45000赫兹的声波，蝙蝠可以听到高达120000赫兹的声波，海豚可以听到高达200000赫兹的声波，令人惊讶的是，大象可以听到低至5 Hz的声波。

在音乐中，音高是指声音的频率，高频有高音，低频有低音。音乐中有与频率比相关的音程。2:1的频率比叫八度，5:4叫三度，4:3叫四度，2叫五度。

任何音符都有独特的频率，任何物体都有可以振动的固有频率。音乐家的乐器可以以特定的频率振动。

声强分贝标度

声强与分贝的关系和距离与米的关系一样。一个用来衡量和表达另一个。

测量声强的刻度是分贝刻度。

要理解声波的强度，我们必须提到振幅。为什么是振幅？

想象一下，你用不同的力量挥动吉他琴弦。振幅较大的振动会给介质更多的能量，使空气粒子运动得更远。声强的公式是：

强度=能量/(时间面积)

强度是指单位时间内通过介质特定区域传输的能量，用瓦特/米2表示。强度随着离振动源距离的增加而降低。根据你站的位置和你听的质量，你会说吉他的声音太小、太响或者刚刚好，所以声音强度是一个很主观的说法。人的健康和年龄对识别不同频率和分贝的能力有很大影响。

听觉阈值(TOH)是人耳能检测到的最弱的声音。

听力阈值一般为10-12 W/m或0 dB。分贝是对数标度(以10的幂为基础)，用来表示声功率级。

声速

前面我们说过，频率是单位时间内单个粒子振动的次数，所以频率与距离和速度无关。因为速度被定义为单位时间内移动的距离。

声波的速度取决于介质的性质。声音在固体材料中传播速度较快，在液体或气体中传播速度较慢。这是因为材料的密度和弹性不同。

固体材料中颗粒之间的相互作用最强，其次是液体，然后是气体。介质的这种性质称为弹性性质，这就是影响。

声速的因素之一。

弹性性能决定了材料在外力作用下保持其形状而不变形的能力。

密度是影响声速的另一个重要的因素。如果介质密度越大，声音传播的速度就越快。但是弹性特性比密度对声速有更大的影响。

再看一遍上面的表格，你会发现似乎有不对的地方。我刚才说过声音在密度更大的材料中传播得更快。20°C的冷空气比40°C的冷空气密度更大，然而，声音在40°C时却传播得更快。你能想到为什么吗？

因为气体温度的升高使分子运动速度加快，这就解释了声速的增加。弹性和密度对声速的影响通常用牛顿-拉普拉斯方程来表示，该方程表示声速与介质体积模量和其密度之比的平方根成正比。

声波也和其他波一样，通过频率和周期也可以计算出波速：v = f ×λ

关于声波的物理学就介绍到这里，这篇文章是上两篇文章的延续，有兴趣的朋友可以回看下：一口气了解︱波的物理学，以及横波的基本原理、描述和波动方程

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