聲音的傳播（Sound）

聲音的傳播（Sound）
天主教曉明女子高級中學物理科李忠義老師/國立臺灣師範大學物理系蔡志申教授責任編輯

聲音是一種行進波（travelling waves），可以在固體、液體或氣體中傳遞，而且傳遞聲音的介質（medium）會產生壓力的週期變化，因此聲音有所謂的頻率（frequency）。一個聲源產生的聲音是否可以聽見，除了與音量大小有關外，同時與頻率也有關。

人耳可以聽見聲音的頻率範圍大約介於20Hz至20,000Hz之間，當然這不是明確的範圍，大致上因人而異，且上限值通常會隨年紀而遞減。其他動物則有不同的頻率範圍，如狗可以聽見20,000Hz以上的聲音。

聲音屬力學波（mechanical waves），傳遞時需要介質，因此聲音無法在真空中傳播。聲音在氣體、液體或電漿態（plasma）中傳遞時，是以縱波（longitudinal waves）的形式傳播，而在固體中傳遞時，除了縱波的形式外，也可以以橫波（transverse waves）的形式傳播。所謂縱波是指波在傳遞時，介質振動的方向與波行進方向平行，整體運動的結果可看到波的疏部與密部往傳播的方向前進，因此縱波又稱為疏密波或壓力波（compression waves）。而橫波是指波傳遞時，介質振動的方向與傳遞方向互相垂直。

就能量的觀點而言，聲波在傳遞的過程中，介質質點作週期性的振動，因此聲音所攜帶的能量便在動能與位能兩種形式之間不停的轉換。其中動能來自分子運動，而位能主要來自分子之間擠壓（如縱波）與拉扯（如橫波）的運動所儲存而成。

聲音傳播速率的大小主要與介質有關。一般而言，聲音的速率正比於『介質彈性係數』（elastic modulus）與『介質密度』（density）比值的平方根，而且常受到周遭環境條件改變的影響。舉例而言，聲音在空氣中傳遞的速率便與溫度有關：在20℃、海平面上，聲音的速率大約343 m/s，之後隨溫度的變化大約滿足『v = (331 + 0.6T) m/s 』的公式。而在水中，20℃時聲音的速率則大約為1,482 m/s，在鋼鐵材質中則大約5,960 m/s。此外聲音的速率與自身振幅的大小也有些微相關，因此整體而言，聲音的速率與各性質之間並無簡單的線性相關。

參考資料：
1.維基百科–聲音  http://en.wikipedia.org/wiki/Sound