声音(Sounds) 是对所有由振动产生,可以被人感知并理解的,由固体、液体、气体等介质而传播的一类 声波(Acoustic Wave) 的统称 [1] 。只有被人能够听到的声波,才属于声音。所以,声音也可以被称为狭义声波(Narrow Acoustic Wave)。由于其本质仍是声波。客观对声波的测定量,也是同作用于声音的。
什么是声波呢?
声波(Acoustic Wave) 是指在介质中传播的机械波。其本质是振动中的质点,在介质中以波的形式传播 [2] 。因此,声波既可以是 纵波(Longitudinal Wave),也可以是 横波(Transverse Wave)。
根据两种基本机械波的特性,
- 横声波(Transverse Acoustic Wave) 只能在固体介质中传播;
- 纵声波(Longitudinal Acoustic Wave) 则能在固/液/气或介于中间态的介质中传播;
即然是机械波,那么从波的传播角度,就可以根据机械波的物理性,测量出衡量声波的一维传播方向关系:
其中,
- 以
$$c$$ 代表 声速(Propagation Speed),即声波的传播速度,单位常用 米/秒(m/s) - 以
$$p$$ 代表 声压(Acoustic Pressure),即声波的压强,单位为 帕斯卡(Pa) - 以
$$x$$ 代表 声位(Spatial Position),即声波的当前空间位置,单位为常用 米(m) - 以
$$t$$ 代表 时刻,单位常用 秒(s)
这就是著名的 一维声波恒等式(1D Acoustic Wave Equation)。而以
得到了通用的 理想声波方程(Ideal Acoustic Wave Equation),也称为 费曼三维声波恒等式(Feynman's 3D Acoustic Wave Equation) [3] 。
可见,时间
所以,声速(Propagation Speed) 、声压(Acoustic Pressure) 、声位(Spatial Position) 被称为 广义声波三要素,简称 声波三要素(Three Elements of Acoustics)。
但是,人对声音的感知充满了主观因素,纯物理测量值虽然能够描述声音的客观特性,却无法度量声音的主观成分。我们还需要介于主客观之间的兼容标的,来协助对主观感受的量化表示。不过,根据声波三要素,我们却可由此来对新定主观体系下的度量衡,进行客观测定。并用于不同参考系下的转换表示。这点即是声音三要素的底层科学支撑,很重要。
什么是 声音三要素(Three Elements of Sounds) 呢?