一、声波学
1、认识声波。
因为声波是看不见的，所以人们认识声波是从物体振动发出声音等声现象开始的，而认识波的传播是从机械振动现象开始的。发声的物体叫做声源，有固体声源（例如金属声）、液体声源（例如水声）和气体声源（例如喷气声）。声的传播是需要媒质的，通常的传播媒质就是空气。隔音效果说明，声波不能够在一些情况下传播开来。声波是靠空气分子的振动碰撞传播的。
炁学提示：声炁流是自身传播，不是靠空气分子振动传播的，空气分子的振动只是声波现象，不是声波的本质，这个就像水振动带动水里的悬浮物振动一样。空气分子十分稀簿，分子之间是没有任何联系的。空气的气体分子只占气体总体积的万分之四左右，如果把一个气体分子放大成一个直径为1毫米的小球，那么分子的体积只有0.52立方毫米。就是说，在1300立方毫米的空间里，分子只占0.52立方毫米的空间。这样稀松的内部结构，靠它来传播声音，必定会有巨大的损耗和失真。可是事实上，空气传音的效果是十分好的。波传播的媒介是物体炁子和炁体。声波在物体炁子里传播，不能够在炁体里传播，电磁波在物体炁子和炁体里都能够传播。波炁流是物体炁子释放出来形成的现象。其他形式的炁流进入物体形成物体炁子，再释放出去就形成了波炁流，释放过程会有些炁子形成热、光炁流，这些是能量损耗。声波在炁体里能够传播吗？未知，尚待实验，推理应该是能够，同炁体的压力有关吧。声波在真空里不能够传播，因为能量太低。物体能够传播声音，声波实际上是在炁子内传播的，不同的物体有不同的炁子，对波炁流影响很大。炁流能够传播电磁波（例如载波），但是炁流不能够传播声音。炁体能够传电磁波，例如电磁波在太空里的传播。
声波是球面样传播的炁流，即球面流，如同水波一样，同时向四面八方扩散。
图4.89声波的传播机理
2、声音的传播速度。
声波是纵波，空气分子的振动方向与波的传动方向相同。其它气体、固体和液体也能够传播声波。不同的物体传播声波的效果是不同的，就是说声音在不同的物质里的传播速度是不同的。在温度为0度时，声波速度在橡胶里只有30到50米/秒，在玻璃里可以达到6000米/秒，在空气中是332米/秒，在水里为1450米/秒。不同的温度对声音也是有影响的，对于空气，-30℃时为313m/s，常温时约为340m/s，100℃时为386m/s，温度每升高1度，声速就大约增加0.6米/秒。
炁学提示：声波在不同的物体里传播，受到物体炁子的影响（炁子起到对波炁流的阻碍和阻尼作用），会有不同的传播速度，而物体炁子会受到种类和温度的影响。
3、乐音的特性。
声音可以分击发声、噪声和乐声三类。乐声是好听的声音，有三个特性：音调、响度和音品。
音调就是声音的高低，由振动频率决定，频率高则音调高。正常人能够听见的声音是20赫兹到2万赫兹，乐音使用的是30到4000赫兹。
响度是我们主观感觉到的声音的强弱，物理学上用声强表示。声强大则声音响。声强同声音的振幅有关，振幅大则声强大。声强单位是尔格/厘米2·秒，表示每秒钟通过垂直于声波传播方向的1平方厘米面积上的能量。
声强：
I=E/4πr2
E为声源每秒钟发出的能量。可见声强与距离的平方成反比关系。我们通常用话筒（也叫做传声筒）把声能集中向一个方向传播（使E增加），就可以传到比较远的地方（在相同的I时，能够使r更大）。人耳对不同频率的声音的灵敏度是不同的，对于2000赫兹的声音，声强为2×10—9尔格/厘米2·秒就可以听见，但是对于50赫兹的声音，则需要5×10—3尔格/厘米2·秒才能够听见。
音品。由简谐振动的声源发出来的声音叫做纯音，由多种纯音组成的声音叫做复音，其中频率最低的叫做基音，它的振幅最大，并且等于复音的频率。其它的叫做泛音，振幅都比基音小。声音的组成可以用波形图和线谱图表示出来。乐音的基音频率决定音调，泛音的多少、频率和振幅决定音品。
声波由频率、速度、波长和振幅四者决定，其中速度=频率×波长，所以实际上由三项决定。
炁学提示：频率反映了波炁流的密度，波长反映了波炁流的厚度，振幅反映了波炁流的硬度、力度。
4、声波的反射（也叫做回声）。
人能够分辨的回声时间是0.1秒。声源停止发声后还存在的声音叫做交混回响，而声强减少到原来声强的百万分之一时所需要的时间，叫做交混回响时间。这个时间过长就会产生噪声，太短就会显得静悄悄的，一般选择1～2秒之间。
炁学提示：声波炁流碰上物体，受到物体炁子的阻碍就会反射。
图4.90波炁流的反射
5、声音的共鸣。
共鸣是声音的共振现象。两个音叉必须有相同的固有频率才能够发生共鸣。利用共鸣能够使声音放大，增强声音的响度，这种装置叫做共鸣箱、共鸣器。实验证明，产生共鸣的空气柱的长度，最短应该等于声波波长的1/4。
6、超声波和次声波。
正常人能够听见的声音是20赫兹到2万赫兹。低于20赫兹的声音叫做低声波，高于2万赫兹的声音叫做超声波，10-4～10Hz的为次声波。低声波和超声波是我们人耳不能够听见的声音，但是在动物和自然界普遍存在着。昆虫可以发出2万赫兹以上的声音。
人工可以用超声波发射器（例如伽耳顿笛）制造超声波，能够发射2万到10亿赫兹的超声波。用超声波接收器能够接收超声波。超声波有许多特性，例如能够像光一样直线传播，能够传播很大的能量。这些特性得到了广泛的应用，例如用来测距、定向、导航、搜索水里东西、检验产品质量（裂缝、伤痕、气泡等缺陷）、清除杂质污垢、钻孔加工、除膜、使难溶物体混合、灭菌消毒等。
在自然界里，地震、火山爆发、雷电、台风、电离层干扰等都会产生次声波。人工产生的次声波主要来源于飞机、火车、火箭发射、核爆炸、高速汽车等。次声波会残害人类的器官（人类内脏的共振频率是几赫兹之内），是一种隐形杀手。
7、声波的多普勒效应。
发声体与接收者做相对运动时引起波长变化（音调变化）的现象叫做声波的多普勒效应。靠近时声音变大，离开时声音变小。这种现象是由多普勒在1842年发现的。
炁学提示：声波的多普勒效应是声波炁流被压缩或者拉长形成的现象，是波炁流变浓或者变稀的现象。因为声波对于声源的传播速度是一定的，第一波出去后，由于声源前进，使第二波接近了第一波，波变浓密了，所以声音变大了，反之波就变得稀薄了，声音变小了。同时每一个声波也在变薄或者变厚（变硬或者变软）。
图4.91声波的多普勒效应