第四章 聲 音 4-1 聲音是一種波動 4-2 聲音的反射 4-3 樂音與樂器 4-4 噪音

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 1 of 14 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。 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。 2 of 14 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 3 of 14 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

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 4 of 14 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 5 of 14 空氣受到擠壓形成密部。 空氣較稀薄，形成疏部。 形成疏密相間的連續週期波。 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。 6 of 14 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 7 of 14 l 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 8 of 14 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‧l，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。 9 of 14 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 10 of 14 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 11 of 14 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 12 of 14 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 13 of 14 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： 14 of 14 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

4-2聲音的反射 聲音是一種波動，遇到障礙物會產生反射。 當我們聽到來自障礙物反射的聲音，此聲音 稱為「回聲」。 1 of 6 聲音是一種波動，遇到障礙物會產生反射。 當我們聽到來自障礙物反射的聲音，此聲音 稱為「回聲」。 大致來說，回聲接收和原聲發出的時間需 相隔在0.1秒以上，才能為我們所辨別。。

4-2聲音的反射 傳聲筒的形狀，使發出的聲音經過筒壁反射 後，傳播方向變得較為集中，因此同樣強度 的聲音，可傳至較遠的地方。 2 of 6 傳聲筒的形狀，使發出的聲音經過筒壁反射 後，傳播方向變得較為集中，因此同樣強度 的聲音，可傳至較遠的地方。 音樂廳或禮堂的舞臺上方或後方，常 安裝反射面，使聲音能較完整地 傳播到聽眾席上。

4-2聲音的反射 超聲波的波長比較短，傳播時比較不會散開 ，可以朝固定的方向前進。此外，還具有能 被較小物體所反射的特性，因此常被用來 3 of 6 超聲波的波長比較短，傳播時比較不會散開 ，可以朝固定的方向前進。此外，還具有能 被較小物體所反射的特性，因此常被用來 作為探測的工具。 課本在超聲波的內容敘述中，提到哪些應用? 除此以外，你還能想到其他應用嗎?

4-2聲音的反射 4 of 6 海水中聲速約1500公尺／秒。潛艇每隔10秒發出一 個聲波脈衝，探測海底。若偵測到的聲波（包含發 射波與反射波）強度隨時間變化如下圖所示，則潛 艇距離海底約是多少公尺？(Ａ)1500 (Ｂ)3000 (Ｃ)4500 (Ｄ)9000 (Ｅ)15000。〔94.學測〕 解：(C）

4-2聲音的反射 5 of 6 老師站立在學校操場上，為百公尺賽跑鳴槍。她於 槍響後 0.3 秒聽到槍聲經牆壁甲反射的回聲，再經 槍響後　0.3　秒聽到槍聲經牆壁甲反射的回聲，再經 0.4秒聽到經牆壁乙反射的回聲。若聲速為vo公尺/秒 ，則王老師站立於下圖中(Ａ)至(Ｉ)的哪一方塊區 ？〔92.學測補考〕 解：(D）

網路資源： 6 of 6 1.封閉空間的聲學現象 2.超音波的應用：醫用超音波 3.超音波的應用：超音波檢測 4.超聲波的工程應用 5.蝙蝠的回聲定位與超音波：台灣蝙蝠學會 6.蝙蝠的回聲定位與超音波：蝠爾摩沙 7.回聲: 好好玩物理網

4-3-0 樂音三要素 4-3-3 音色 4-3 樂音與樂器 4-3-1 響度 4-3-2 音調

4-3-0 樂音三要素 在生活的周遭充斥著各種聲音，其中聽起來 悅耳的，都稱為『樂音』。 樂音通常由規律的振動所產生，例如 2 of 13 在生活的周遭充斥著各種聲音，其中聽起來 悅耳的，都稱為『樂音』。 樂音通常由規律的振動所產生，例如 歌聲、蟲鳴鳥叫、樂器的演奏等。 從聲學的分析角度來看，樂音有三個主要 特徵：響度、音調、音色，這三項特徵 稱為「樂音三要素」。

4-3-1 響度 聲音的強弱程度稱為響度。 響度和聲波的振幅大小有關。 當發音體的振幅愈大時，對空氣的擾動 愈強，造成空氣壓力變化也就愈大， 3 of 13 聲音的強弱程度稱為響度。 響度和聲波的振幅大小有關。 當發音體的振幅愈大時，對空氣的擾動 愈強，造成空氣壓力變化也就愈大， 引起耳膜的振動就愈強烈。 演奏樂器時，怎樣調整樂器發出的響度?

4-3-1 響度 響度常以分貝(dB)作為比較單位。 響度每增加10分貝，表示聲音的強度增強 10倍。 分貝的定義： 4 of 13 響度常以分貝(dB)作為比較單位。 響度每增加10分貝，表示聲音的強度增強 10倍。 分貝的定義： ( I 為待測聲音的強度、 I0 為聲音強度的參考標準) 70分貝的聲音，是30分貝聲音強度的多少倍?

4-3-1 響度 聲 音 來 源 響度(分貝) 噴射機引擎運轉聲(50公尺外) 130 人耳開始感到痛楚 120 氣壓鑽孔機(3公尺外) 5 of 13 聲 音 來 源 響度(分貝) 噴射機引擎運轉聲(50公尺外) 130 人耳開始感到痛楚 120 氣壓鑽孔機(3公尺外) 90 耳朵聽力開始受損 80 下班時的街道 70 平常交談聲(相距1公尺) 60 耳語(1公尺遠) 10 正常人耳聽覺的下限

4-3-2 音調 聲音的高低稱為音調。 音調和聲音的頻率有關。頻率愈大， 感覺到的聲音就愈高昂；頻率愈小就 愈低沉。 6 of 13 聲音的高低稱為音調。 音調和聲音的頻率有關。頻率愈大， 感覺到的聲音就愈高昂；頻率愈小就 愈低沉。 人類聲帶發音的頻率約在80至1000赫茲。 一般男聲的頻率約在95~142赫茲； 女聲則約在272~558赫茲。

4-3-2 音調 普通八音階的各音頻率： 每升高八音階，頻率恰好加倍。 7 of 13 音名 唱名 頻率(赫茲) 中央C Do 262 D Re 294 E Mi 330 F Fa 349 G Sol 392 A La 440 B Si 494 高音C 524 每升高八音階，頻率恰好加倍。

4-3-3 音色 每一種樂器所發出的聲音各有其獨特的 波形，稱為該樂器的音色或音品。 大部分樂器所發出的聲音，不是單一頻率， 8 of 13 每一種樂器所發出的聲音各有其獨特的 波形，稱為該樂器的音色或音品。 大部分樂器所發出的聲音，不是單一頻率， 而是由好幾種頻率的聲音所混合組成。其中 頻率最低的聲音稱為基音，其餘的頻率皆 等於或略近於基音頻率的整數倍數，統稱為 泛音。

4-3-3 音色 相 對 強 度 頻率 (Hz) 小提琴發出某音調之各頻譜與相對強度 的關係如上圖所示，則： 9 of 13 500 1500 1000 2000 3000 4000 2500 3500 頻率 (Hz) 相 對 強 度 0.5 1.0 小提琴發出某音調之各頻譜與相對強度 的關係如上圖所示，則： 1.對照表4-3，小提琴發出什麼音調的聲音? 2.上圖中，小提琴的基音頻率是多少? 3.對照圖4-13，鋼琴也有這些頻譜，為什麼 波形(音色)會不同? 4.音叉的頻譜與波形在圖中有何特殊之處?

4-3-3 音色 在偵察犯罪方面，「聲紋比對」是很重要 的辨識方法。 如同分析指紋一樣，分析聲音的波形有助於 辨認出發音者的身分。 10 of 13 在偵察犯罪方面，「聲紋比對」是很重要 的辨識方法。 如同分析指紋一樣，分析聲音的波形有助於 辨認出發音者的身分。 為什麼每個人的聲音各有其獨特的音色?

4-3-3 音色 大部分的樂器由兩個主要的部分組成： 振動體和共鳴器。 振動體用於發出聲音，而共鳴器則將聲音 11 of 13 大部分的樂器由兩個主要的部分組成： 振動體和共鳴器。 振動體用於發出聲音，而共鳴器則將聲音 放大，例如吉他的弦用以振動發音，琴箱 則作為共鳴之用。

4-3-3 音色 按照發音方式，樂器分成下列四大類： 1.弦樂器：利用琴弓摩擦或手指彈動，使弦振動 發音的樂器。 12 of 13 按照發音方式，樂器分成下列四大類： 1.弦樂器：利用琴弓摩擦或手指彈動，使弦振動 發音的樂器。 2.管樂器：利用吹奏方式，使管內空氣柱振動 發音的樂器。 3.打擊樂器：利用打擊方式，使皮膜、木板或 金屬片振動產生聲音的樂器。 4.鍵盤樂器：利用敲動鍵盤的方式，帶動弦或 風管內空氣柱的振動而發音 的樂器。

網路資源： 13 of 13 1.聲學 (響度) :物理遊樂場 2.物理動畫(聲音三要素):好好玩物理網 3.認識客家樂器 4.認識管絃樂器

4-4 噪音 噪音：聽起來嘈雜、令人心煩的聲音。 如吵架聲、機器運轉聲及煞車聲。 噪音對人的危害 1 of 4 生活中，哪些是最讓人受不了的噪音 ? 噪音對人的危害 1.低分貝的噪音會使人煩躁不安，甚至失眠。 2.高分貝的噪音會使人的自律神經及內分泌 系統失調。 3.80分貝的噪音會使聽力開始受損；120分貝 的音量會引起耳痛；而160分貝的巨響 會造成完全的耳聾。

4-4 噪音 眼睛遇上強光時，瞳孔會自動縮小，保護 身體；但耳朵處於噪音時，卻無法自行隔 絕聲音，使身體受到傷害。 2 of 4 眼睛遇上強光時，瞳孔會自動縮小，保護 身體；但耳朵處於噪音時，卻無法自行隔 絕聲音，使身體受到傷害。 若身體長期處於噪音中，會使得血管緊縮 ，導致主動脈硬化，引發心臟疾病；也會 造成神經緊張，引起如胃潰瘍等病害。 在高噪音環境下，怎樣避免受到噪音的傷害 ?

4-4 噪音 工商社會愈發達，噪音源也愈多，為了 維護居家安寧，對噪音汙染應加以立法 管制並落實執行。 我國在若干公共場所 3 of 4 工商社會愈發達，噪音源也愈多，為了 維護居家安寧，對噪音汙染應加以立法 管制並落實執行。 我國在若干公共場所 裝置有分貝顯示器， 以監控噪音程度。 如有噪音陳情案件，可撥 0800-066666 或0800-231885 免費申訴電話。

網路資源： 4 of 4 1.噪音污染:物理遊樂場 2.噪音管制法施行細則 ：環保署法規委員會