第四章　聲音 第一節　聲音的發生與傳播 第二節　聲波的反射 第三節　樂音與噪音 第四節 樂器 總目錄

一、聽覺與聲波 聲音發生的條件 1.物體的振動 2.介質的傳遞 3.正常的聽覺系統 聽覺範圍內的振動頻率 上一頁 下一頁 節目錄

聲波的傳遞 物體在空氣中振動時，會使周圍空氣分子的位置移動，使得空氣密度與壓力隨著發生變化。 密度與壓力發生變化的空氣，會進一步帶動鄰接的空氣，也產生相同的密度與壓力的變化。 上一頁 下一頁 節目錄

聲波的傳遞 當這些變化傳到我們的耳中，要能引發耳中鼓膜的振動。 再經由耳內的聽骨將之放大，傳至耳蝸內部的液體，使之振動而刺激耳底膜的神經。 上一頁 下一頁 節目錄

聲波的傳遞 當神經將這個刺激訊息傳至腦部後，才讓我們聽見了聲音(sound) 。 能引起人耳聲音感覺的波，稱為 聲波(sound wave)，亦稱音波。 上一頁 下一頁 節目錄

人耳的聽覺系統 圖4-1 耳朵的解剖構造 上一頁 下一頁 節目錄 說明： 用線條的出現做個比擬，產生卡通片動態效果。 (1) 重播動畫效果： 轉動滾輪鼠之輪子： 先往前推一格，再往後轉動一格。 (2) 本頁投影片第一次展現時會有動畫， 若再次進入本頁， 欲觀看動畫，操作同 (1)『重播動畫效果』。 圖4-1 耳朵的解剖構造 圖片出處：新世界彩色圖解百科全書，貓頭鷹出版社，1992，P.172 上一頁 下一頁 節目錄

想一想 1.助聽器的功用是否在加強鼓膜上壓力的變化？ 上一頁 下一頁 節目錄 助聽器基本上是一種功率放大器，其功用有如擴音器，在近鼓膜處將聲音強度放大，以加強鼓膜上的壓力變化。 上一頁 下一頁 節目錄

月球表面受到隕石碰撞而爆炸時 (A)可產生劇烈聲響，並伴隨地表的振動 (B)可產生劇烈聲響，但地表不會振動 教學檢驗 月球表面受到隕石碰撞而爆炸時 (A)可產生劇烈聲響，並伴隨地表的振動 (B)可產生劇烈聲響，但地表不會振動 (C)沒有劇烈聲響，但有地表的振動 (D)沒有劇烈聲響，也沒有地表的振動。 上一頁 下一頁 節目錄

想一想 2.太空近乎是真空，置身其中時，要如何交談呢？ 上一頁 下一頁 節目錄 太空基本上是真空，無法傳播聲音。可使用無線電發話機與接收器，經由電磁波傳播，彼此交談。 上一頁 下一頁 節目錄

示範實驗（影片） 連結示範實驗錄影檔：IMGP2408.mpg 音叉振動對保利綸小球之作用 上一頁 下一頁 節目錄

圖4-2 P 代表實際壓力與平衡態壓力之差，D 代表空氣分子離開平衡點的位移。 上一頁 下一頁 節目錄

波動 由振源（如活塞）造成居間的介質（如空氣）的一種變化（如壓力、密度的增減），以近鄰接力的方式傳至遠端的過程，稱為波動(wave motion)或波(wave)。 上一頁 下一頁 節目錄

音波 能引起人耳聲音感覺的波，稱為 聲波(sound wave)，亦稱音波。

波形 在同一瞬間，介質中不同位置的各點，其壓力變化或位置變化，也會有所不同。將各點壓力變化 P 、或位置變化D ，對各點的位置x 做圖時，這種圖形稱為波形(waveform)。 上一頁 下一頁 節目錄

波動與能量 當波在空氣中傳遞時，各處的空氣分子只在它們原來位置的附近來回振動，並不會「隨波」而遠去。所以波所傳遞的不是物質，而是能量。 上一頁 下一頁 節目錄

當波在介質中傳遞時，下面敘述中哪一項不是波所傳遞的？ (A)波形 (B)質點 (C)擾動 (D)位能 (E)動能。 教學檢驗 當波在介質中傳遞時，下面敘述中哪一項不是波所傳遞的？ (A)波形 (B)質點 (C)擾動 (D)位能 (E)動能。 上一頁 下一頁 節目錄

當聲波傳遞時： (A)每一處空氣的壓力都會升高 (B)每一處空氣的壓力都會降低 (C)每一處的壓力有時增高有時下降 教學檢驗 當聲波傳遞時： (A)每一處空氣的壓力都會升高 (B)每一處空氣的壓力都會降低 (C)每一處的壓力有時增高有時下降 (D)疏部處指真空所在的位置。 上一頁 下一頁 節目錄

二、週期波 下一頁 節目錄

圖4-3 聲波傳遞的距離與時間成正比 (c) 上一頁 下一頁 節目錄

圖4-3 聲波傳遞的距離與時間成正比 (e) 上一頁 下一頁 節目錄

波速 波動在介質中傳遞時，在某一點所出現的變化，稍後會有規律的在波行進路線上的各點重現。 而波動傳遞的距離與時間的比值( L / t 、2L / 2t 、3L / 3t 、…)， 會保持固定，都等於L / t 。 上一頁 下一頁 節目錄

波速 此比值（ L / t ）代表波動由介質中一點傳遞至另一點的速率，稱為波速(wave speed)，可用vS 表示，並以公尺/秒為單位，即 上一頁 下一頁 節目錄

聲速(speed of sound)或音速 聲波在介質中之波速，稱為聲速(speed of sound)或音速。 在溫度為15 ℃之空氣中，聲速約為340 公尺/秒，空氣溫度每升高或降低1 ℃，聲速即會增加或減少約0.6 公尺/秒。 聲速(speed of sound)或音速 上一頁 下一頁 節目錄

聲速 在 0°C 的空氣中，聲速vs 為331 公尺/秒。 在 t °C 的空氣中， 聲速 vs ＝331 ＋ 0.6 t （公尺/秒）。 上一頁 下一頁 節目錄

(A)空氣分子快速的振動，等於加大了聲音頻率 (B)空氣分子速度變大，碰撞頻率增加，而使聲音傳播速率變快 教學檢驗 當溫度升高，下列敘述何者正確？ (A)空氣分子快速的振動，等於加大了聲音頻率 (B)空氣分子速度變大，碰撞頻率增加，而使聲音傳播速率變快 (C)空氣分子運動能量變大，碰撞時所走路徑較長，等於波長加大 (D)以上三點皆有可能。 上一頁 下一頁 節目錄

見閃電後5秒才聽到雷聲，當時溫度為15°C，雷鳴處離人的距離為 教學檢驗 見閃電後5秒才聽到雷聲，當時溫度為15°C，雷鳴處離人的距離為 (A)1.7 (B)17 (C)1.655 (D)2 (E)3 公里。 上一頁 下一頁 節目錄

波速與介質 聲波除能在空氣中傳播外也能藉由其他具有彈性的氣體、液體及固體來傳播，例如氧氣、池水、木板。但真空中因無任何物質，可用來傳遞壓力或密度的變化，故無法傳播聲波。 上一頁 下一頁 節目錄

教學檢驗 聲音在（甲）水（乙）空氣（丙）木頭，以上材料中傳遞速度的快慢順序為何？ (A)甲＞乙＞丙 (B)丙＞甲＞乙 (C)丙＞乙＞甲 (D)皆相同。 上一頁 下一頁 節目錄

繩波 一條繃緊的繩子振動時，所傳遞 的波動，稱為繩波。 上一頁 下一頁 節目錄

播放投影片時，有照相機的拍照聲，目的在強化質點振動過程中，觀察記錄的位置處。每一位置只拍照一次，所以只有一次顯示聲音，以免學生誤認為質點在該處停留，過程上發生不連續。 上一頁 下一頁 節目錄

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週期(period) 繩上各點的振動過程，每隔一特定時間的整數倍就會重複，則稱此波動具有週期性(periodicity)，此特定時間亦即各點完成一次振動所需的時間，稱為週期(period)，一般以T （單位為秒）表示。 上一頁 下一頁 節目錄

頻率(frequency) 繩上各點的振動過程，在長度為T 的時間內可完成一個週期 在1 秒的時間內經歷的週期數，只有1/T 次，此稱為波動之頻率(frequency) 。 上一頁 下一頁 節目錄

波長(wavelengh) 在相隔為一特定長度之整數倍的兩個位置上，波動所造成的狀態變化（如位移或振動速度）會完全相同，此特定長度稱為波動之波長(wavelength)，一般以λ表之，單位為公尺。 上一頁 下一頁 節目錄

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(A)介質經過4個振幅的振動所經歷的時間稱為週期 教學檢驗 下列有關波動的傳播，何者錯誤？ (A)介質經過4個振幅的振動所經歷的時間稱為週期 (B)承(A)，此時波形移動的距離稱為波長 (C)波發生反射時，頻率不變，振幅變小 (D)聲波由水進入玻璃中，波長變短。 上一頁 下一頁 節目錄

教學檢驗 如圖為向右傳播的繩波在某一時刻繩子各點的位置圖，經過半週期後，甲點的位置將移到何處？ (A)它的正下方y＝－4cm處 (B)它的正下方y＝0處 (C)它的正下方y＝－2cm處 (D)乙點處 (E)丙點處。 x (cm) 上一頁 下一頁 節目錄

教學檢驗 教學檢驗 右圖有兩種不同頻率的純音p與q，則其頻率比p：q＝？ (A)1：2 (B)2：1 (C)1：4 (D)4：1。 p 壓力 位置 q 上一頁 下一頁 節目錄

如右圖所示，實線位置的波形，經0.1秒向左傳播到虛線位置，已知週期T，且 秒＜T＜ 秒，則波速為若干公分/秒？ 教學檢驗 如右圖所示，實線位置的波形，經0.1秒向左傳播到虛線位置，已知週期T，且 秒＜T＜ 秒，則波速為若干公分/秒？ (A)130 (B)110 (C)90 (D)50。 上一頁 下一頁 節目錄

一石投於水，形成水波，相鄰兩波間之距離為 2 公分，歷時 5 秒後此波的最外緣抵達岸邊，若石落水處與池岸相距 4 公尺，則水波的頻率為若干？ 教學檢驗 一石投於水，形成水波，相鄰兩波間之距離為 2 公分，歷時 5 秒後此波的最外緣抵達岸邊，若石落水處與池岸相距 4 公尺，則水波的頻率為若干？ (A)10 (B)20 (C)30 (D)40　赫。 上一頁 下一頁 節目錄

教學檢驗 教學檢驗 聲音在空氣中之速度為330公尺/秒。今落井下石，3秒後聽到濺水聲，則井深約為多少？ (A)330 (B)110 (C)80 (D)64 (E)44　公尺。 上一頁 下一頁 節目錄

火車行駛於遠處軌道上時，人耳如貼近鐵軌，可否經由鐵軌聽到車輪滾動的聲音？ 鐵軌（或其他固體）能傳遞壓力之變化，故可傳播聲音。 上一頁 下一頁 節目錄

想一想 當你被困在密閉的地下室時，敲擊水管所發出的聲音，能傳到地面以上的樓層嗎？ 上一頁 下一頁 節目錄 水管之管壁（固體）與管中的水（液體）均能傳遞壓力之變化，故聲音可沿著水管傳播到其他樓層。 上一頁 下一頁 節目錄

三、聽覺的範圍 人耳所能察覺的空氣壓力變化，其快慢與強弱有一定的範圍，並不是所有傳至鼓膜的壓力變化，都能引起聽覺。 CH4 第四章第一節-三 下一頁 節目錄

聽覺的範圍 人耳能察覺的壓力變化快慢與強弱範圍，不僅與聲音的頻率有關，也與受測者的個別差異有關。 上一頁 下一頁 節目錄

常人的聽覺範圍 聲下波 超聲波 20 赫 20,000赫 頻率高於20千赫茲之振動 頻率低於20赫茲之振動 上一頁 下一頁 節目錄

下列有關超聲波的敘述，何者正確？ (A)超聲波是波速高於一般聲音的聲波 (B)超聲波是強度高於一般聲音的聲波 教學檢驗 下列有關超聲波的敘述，何者正確？ (A)超聲波是波速高於一般聲音的聲波 (B)超聲波是強度高於一般聲音的聲波 (C)超聲波是振幅高於一般聲音的聲波 (D)超聲波是頻率高於一般聲音的聲波。 上一頁 下一頁 節目錄

常人的聽覺範圍 -1 與振動體頻率有關 與傳至鼓膜的壓力強弱有關 與傳至鼓膜的壓力變化快慢有關 聽覺範圍因人而異 上一頁 下一頁 節目錄

常人聲音頻率範圍 成年人說話時的聲音頻率 聲樂中的女高音，其歌聲頻率約在2000 赫左右。 男性一般約為128 赫， 女性則約為512 赫。 上一頁 下一頁 節目錄

常聽到樂器頻率範圍 樂器可奏出 最低頻率約為32赫， 最高頻率約為4000 赫。 上一頁 下一頁 節目錄

圖4-6 地震或火山爆發引起的聲波，大抵為聲下波 圖4-6　地震或火山爆發引起的聲波，大抵為聲下波 上一頁 下一頁 節目錄

圖片出處：取自於 COREL PROFESSIONAL PHOTOS 上一頁 下一頁 節目錄

補充     蝙蝠飛行大多靠聲納系統 ──利用 喉嚨發出一種人耳聽不到 的超音波， 通過口和鼻向外發射。當碰到東西後 產生回 音，便能由回音判斷物體的距 離和大小。 上一頁 下一頁 節目錄

圖片出處：取自於 COREL PROFESSIONAL PHOTOS 圖4-7b 海豚可發出超聲波 上一頁 下一頁 節目錄

海豚利用回聲定位法去確定環境資料的位置，以避開危險。 海豚能產生超出人類聽覺範圍的聲波，讓海豚分辨物體的性質、距離。 補充 海豚利用回聲定位法去確定環境資料的位置，以避開危險。 海豚能產生超出人類聽覺範圍的聲波，讓海豚分辨物體的性質、距離。 圖4-8 海豚可發出超聲波 上一頁 下一頁 節目錄

位於海豚嘴喙上那隆起的前額，是海豚的通訊中心和回聲處理器官。 補充 位於海豚嘴喙上那隆起的前額，是海豚的通訊中心和回聲處理器官。 回聲定位法亦可應用在找出鄰近物體的內部結構和密度。 上一頁 下一頁 節目錄

蝙蝠利用回聲測知牆壁等障礙物的距離，但我們卻聽不見蝙蝠所發出的聲音，這是因為 (A)響度太小 (B)頻率太高 (C)頻率太低 教學檢驗 蝙蝠利用回聲測知牆壁等障礙物的距離，但我們卻聽不見蝙蝠所發出的聲音，這是因為 (A)響度太小 (B)頻率太高 (C)頻率太低 (D)波速太快。 上一頁 下一頁 節目錄

教學檢驗 教學檢驗 醫生替人作產前檢查常用「超聲波」，工程師檢測橋樑的安全性也用「超聲波」。這類的「超聲波」人們無法聽到，原因為何？ (A)波長太長 (B)頻率太高 (C)強度太大 (D)速度太快。 上一頁 下一頁 節目錄

4-1 聲音是一種波動 當物體振動時，同時伴隨聲音的產生。當 振動體不再振動時，聲音也隨之停止。所以從生活的觀察中可以歸納出：聲音是由物體的振動所引起。

4-1 聲音是一種波動 聲音須經由介質來傳播。 如右圖，當玻璃罩內的空氣被 抽走，我們就聽不到鈴聲了。 當物體振動時，造成了周圍 介質的擾動，藉由介質的傳動過程，將振動的能量傳遞出去。

4-1 聲音是一種波動 聲波在不同介質中的傳播速率並不相同。 一般說來： v固體 > v液體 > v氣體 介 質 聲速(m/s) 空氣 343 橡木 3850 淡水 1485 玻璃 5170 海水 1520 銅 3810 水銀 1450 鋼 5200 鉛 1190 鋁 5100

v=331 + 0.6 t 4-1 聲音是一種波動 聲波在空氣中傳播時，與當時的風速、溫度 及溼度都有關係。 在乾燥無風的空氣中，0oC時的聲速為 331 m/s。氣溫每升高1oC，聲速增加 0.6m/s。 v=331 + 0.6 t 若空氣中聲速為 340m/s，則人可 聽到聲音的波長範圍為何?

4-1 聲音是一種波動 聲波在空氣中的傳播 1.當音叉兩股向外擴張時，外側空氣受到擠壓形成密部。 2.當音叉兩股向內收縮時，外側空氣較稀薄，形成疏部。 3.音叉連續來回振動時，外側空氣不斷地被擾動，形成疏密相間的連續週期波。

4-1 聲音是一種波動 音叉來回振動一次，產生一個密部與疏部， 構成一個全波形，因此聲波的頻率和振動體 的頻率相同。 頻率的定義：每秒內振動的次數，以f表示。 頻率的單位為1/秒(s-1)，或稱「赫茲」(Hz)。 空氣分子做一次振動所需的時間稱為週期， 以符號T表示(單位為秒)。 週期的倒數即是頻率：

4-1 聲音是一種波動 在一個週期的時間內，波前進的距離稱為 「波長」，以符號l(讀成爛繨) 表示。 波動上的每一點偏離平衡位置的最大位移 R R l 在一個週期的時間內，波前進的距離稱為 「波長」，以符號l(讀成爛繨) 表示。 波動上的每一點偏離平衡位置的最大位移 稱為振幅，習慣上以符號R表示。

4-1 聲音是一種波動 因為 而波動在一個週期(T)的時間內前進了一個波長(l) 重要公式，務必充分瞭解！ 聲波的波速與介質的種類、狀態有關，和波長、 頻率無關。 由於v=f‧λ，且波速不受波長、頻率影響， 所以波長與頻率有反比的關係。

4-1 聲音是一種波動 當聲波在空氣中傳播時，由於空氣分子的 振動方向和聲波前進的方向平行，所以在 空氣中傳播的聲波屬於縱波。 傳遞的聲波中，其疏密部分的空氣壓力不同 ，密部壓力大，疏部壓力小。因此聲波在其傳播的路徑上，造成空氣壓力的變化，但是變化的幅度很小。

4-1 聲音是一種波動 耳朵的構造如右圖所示，分成 外耳、中耳和內耳三部分。 聲波使鼓膜做相同頻率的振動 ，此振動再經由中耳的鎚骨、砧骨、鐙骨的槓桿作用，傳至緊接鐙骨的卵圓窗。 鼓膜上所受的壓力傳至卵圓窗薄膜時，壓力訊號 被放大約30倍。卵圓窗的薄膜振動傳入耳蝸內，刺激聽覺神經傳至大腦產生聽覺。

4-1 聲音是一種波動 人類耳朵所能聽到的頻率範圍約在20至 20000赫茲，稱為「可聞聲」。 當物體振動時，低於20赫茲的聲音稱為 「次聲 」；超過20000赫茲的聲波，人耳 無法聽到，則稱為「超聲波」。 利用超聲波的高頻振動可作為洗淨和焊接 小物件之用。 除以上所言，你認為超聲波還有什麼用途?

4-1 聲音是一種波動 由於聲波的傳播是從聲源處往四周散開， 所以聲音的強度隨傳播距離的增加而減弱。 就同長的傳播距離而言，以在空氣中傳播的 聲音強度衰減最大，其次為液體，在固體中則最小。 課本在這段說明中，舉了哪些例子? 想想看，還有其他例子嗎?

4-1 聲音是一種波動 數位資訊以 0 和 1 兩種位元所組成的二進位數 來儲存或傳送。一電腦所輸出的電壓訊號為00001 數位資訊以　0　和　1　兩種位元所組成的二進位數 來儲存或傳送。一電腦所輸出的電壓訊號為00001 0000100001...的二進位週期性數列，其中　0　和　1 各表示一個位元，而輸出的電壓與時間的關係如 下圖所示。若該電腦以　9600　位元/秒的速率將此 訊息傳送至喇叭播放，則下列何者最接近喇叭所 發出的聲音頻率？　(Ａ)9600Hz　(Ｂ)4900Hz　(Ｃ)1920Hz　(Ｄ)960Hz　(Ｅ)480Hz。〔94.學測〕 解：(C）

網路資源： 1.聲波原理：物理遊樂場 2.教學示範影片：物理遊樂場 3.物理動畫(波以耳實驗、聲速)： 好好玩物理網 4.物理動畫(波動分類)：教學示範實驗教室 5.物理動畫(波動的特性 )： 教學示範實驗教室