振动会发出声音，为什么我们听不到蝴蝶振动翅膀发出的声音，却能听到讨厌的蚊子声？“不敢高声语，恐惊天上人”，多大的声音才能惊动天人？未见其人先闻其声，我们为什么可以根据声音辨别说话的人是谁？要知道这些问题的答案，就需要研究声音的特性。

音调

一、音调的概念

物理学中，声音的高低叫做音调。

这里要注意，概念里面声音的高低和我们生活中所理解的声音高低不同，生活中，我们说声音高低往往指的是声音的大小，大声说话和小声说话的意思；而物理中声音的高低则指的是声音的粗细和尖锐程度。

音调高：声音细、尖锐、清脆；

音调低：声音粗、低沉、粗犷。

我们放几段声音大家可以感受一下。

从上面的声音中，我们明显可以感受到鸟的叫声是清脆的，老虎的声音是低沉的，蚊子的声音是尖锐的，老牛的声音是粗犷的。因此我们说鸟和蚊子的声音音调高，而老牛和老虎的声音音调低。

相信大家一定有这样的感受，在去浴室洗澡的时候，如果小孩特别多，一群小孩在哭喊，那么我们往往会感到非常烦躁。其实这也和音调有关，通常情况下 ，儿童说话的音调比成年人高，女孩的音调比男孩高。所以小孩在哭喊的时候声音比较尖锐刺耳，我们听了往往就会比较烦躁。

二、影响音调高低的因素

经过我们实验研究发现，音调的高低和物体振动的频率有关，那什么是频率呢？

物理学中用每秒内振动的次数叫做物体振动的频率（f），单位是赫兹，简称赫，符号Hz。

根据定义，我们可以总结出频率的公式：

如果一个物体1min振动了600次，则该物体振动的频率就是10Hz。

结论：

物体振动得快，则物体的频率高，发出的声音的音调就高；

物体振动得慢，则物体的频率低，发出的声音的音调就低。

人能感受到的声音频率有一定的范围，大约在20Hz～20000Hz。高于20000Hz的声叫做超声波，低于20Hz的声叫做次声波。

人教版教材对声有着一个详细的分类，这是我在其他教材上没有看到的。根据频率范围分为：声音、超声和次声，这些统称为声，大家可以了解一下。其中声音特指频率在人类能听见的范围内的声。

人和动物的听觉的频率范围和发声的频率范围一般不同，一些动物对高频声波或低频声波的反应灵敏。养过小动物的人应该会有这样的感觉，有时候我们认为很安静、没有任何声音时，猫或狗却突然表现的十分警觉，就是因为它们听到的声的频率范围比我们人类要大。

三、音调的实验

1、钢尺伸出桌面的实验

实验操作：

第一次将钢尺伸出桌面一个较长的长度，一只手在桌面上按住钢尺，另一只手拨动钢尺，观察钢尺振动的快慢并听钢尺振动时发出的声音的音调高低；第二次，将钢尺伸出桌面一个较短的长度，用相同的力度去拨动钢尺（控制变量），观察钢尺振动的快慢并听钢尺振动时发出的声音的音调高低。

实验结论：

钢尺伸出桌面越长，振动越慢，声音的音调越低；钢尺伸出桌面越短，振动越快，声音的音调越高。

2、琴弦的长短、粗细、松紧程度对音调的影响

如果想要单独研究琴弦的音调和其中一个因素（比如长度）之间的关系，那么你需要控制另外两个量（比如粗细和松紧程度）相同。改变琴弦的长短和粗细都比较简单，只需要找两根材料相同的一长一短、一粗一细的琴弦即可，这里我们提供一种改变琴弦松紧程度不同的方法。

如下图，将一根琴弦拉直，两边挂上重物，所挂物体的轻重不同，则琴弦的松紧程度也就不一样了，这个时候再用相同的力度去拨动琴弦，听音调的高低，也就可以比较琴弦音调和琴弦松紧程度的关系啦。

结论：

琴弦的长度越长，横截面接越大（越粗），越松，则琴弦的音调就越低；琴弦的长度越短，横截面积越小（越细），越紧，则琴弦的音调就越高。

3、空气柱长短对音调的影响

上篇文章里，我们谈到一些乐器如箫和笛子是靠空气柱振动发出声音的，那么空气柱的长短对音调的影响又是怎样的呢？想要得到结论也并非难事，我们自己就可以动手去做一下这个实验。拿一根吸管去吹吸管，一边吹，一边用剪刀把吸管另一端逐渐剪短，听声音音调的变化。

结论：

空气柱越短，声音音调越高；空气柱越长，声音音调越低。

生活中我们冲开水，其实也应用到了这个知识，我们在往暖瓶里冲开水的时候，听到的声音其实就是暖瓶内开水上方的空气振动发出的，随着开水的不断灌入，上方的空气柱越来越短，则声音的音调也就越来越高。因此，当我们听声音越来越尖锐的时候，就意味着暖瓶快满了。

4、敲瓶子和吹瓶子

如下图，如果我们从左向右依次去敲击瓶子的话，那么我们听到的声音的音调是越来越高的，因为敲击瓶子，是瓶子和瓶中水一起振动发出声音。我们知道，瓶子是玻璃制品，因此单独敲击瓶子发出的声音是清脆的，而单独敲击水发出的声音是低沉的。因此当瓶子和水一起振动发声时，水越少，主要就是在敲击瓶子，音调高；水越多，主要是敲击水，音调低。所以，从左向右一次敲击瓶子，音调是越来越高的。

如下如，如果我们是在瓶子上方依次去吹气，则从左向右，音调是越来越低的。因为在瓶子上方吹气，是瓶内水上方的空气柱振动发声，水越少，上方的空气这就越长，因此音调也就越低。

响度

一、响度的概念

物理学中，声音的强弱叫做响度。

响度又称为音量，没错就是我们看电视时调节的那个音量大小。因此响度就是我们生活中所说的声音的大小。

二、影响响度强弱的因素

经过实验研究发现，振幅的大小影响了响度的强弱。什么是振幅呢？我们一起来看一下。

振幅：物体振动的幅度，即物体离开平衡位置的最大距离。

以伸出桌面的钢尺为例，当钢尺静止时，就是钢尺的平衡位置，当我们用手拨动它时，钢尺就会上下振动（离开平衡位置），钢尺离开平衡位置（向上或向下均可）的最大高度即为振幅。

我们可以通过实验去验证振幅和响度的关系，如下图，用一个铁架台拴着一个乒乓球，旁边放着一个音叉。

实验操作：

第一次轻敲音叉（响度小），将正在发声的音叉轻触系在细绳上的乒乓球，观察乒乓球被弹开的幅度；第二次用力敲击音叉（响度大），将正在发声的音叉再次轻触乒乓球，观察乒乓球被弹开的幅度。

实验结论：

物体振动的幅度越大，产生声音的响度越大；物体振动的幅度越小，产生的声音的响度越小。

想一想，我们生活中特别大声的说话是不是需要扯着嗓子喊。那是因为不说话时，声带所在位置为平衡位置，扯着嗓子大声喊，这是声带离开平衡位置的最大距离也就越大，振幅越大，因此说出的话响度也就越大。

人最终听到的声音是否响亮，还和人距离发声体的远近有关，我们想一下，是不是距离发声体越远，我们听到的声音响度就越弱呢？所以，上学时很多家长都费尽心思的让班主任给自己家的孩子把座位往前调，这样能够更加清晰的听见老师的声音。

知道我们平时想让自己说话的声音更大一些除了大声说话之外是怎么做的呢？对了，就是把双手围成喇叭状，然后朝着我们的目标方向说话。正常情况下发声体发出声音后，声音以声波的形式是向四面八方传播的，而这样做的好处是可以减少声音的分散，使大部分声音集中朝着某一个方向传播，这样声音能传播得更远些。

三、响度的应用

在我们文学上，有很多词语都是用来形容声音的响度的。如“声如洪钟”、“响彻云霄”、“震耳欲聋”等，其中还有诗仙李白的著名诗句“不敢高声语，恐惊天上人”也是用来描述响度的。

有一个成语比较特殊，“低声细语”，根据语文上的解释，“低”字应该指的是响度，而“细”字则指的是音调。但是我发现这个词在物理中很少考这么详细，很少单独问这两个字表示声音的什么特征。基本上都是整体问“低声细语”是指声音的响度还是音调，我查了很多省份的中考题，大家注意了，统一的答案都是表示声音的音调！

音色

一、音色概念

不同的发声体发出的声音是不相同的，声音的这一特性我们把它称为音色。

音色跟发声体的材料、结构和发声方式有关，不同发声体的材料、结构和发声方式不同，发出声音的音色也就不同。

所以我们可以根据音色来辨别不同的发声体，“未见其人先闻其声”也就是形容声音音色这一特性的。我们平时看一些人模仿歌星唱歌，其实模仿的也是音色。虽然我们感觉模仿的非常像，但是模仿者和歌星本人的音色还是不同的，只是这时两者音色比较接近，我们用耳朵分辨不出来罢了。

二、应用

音色比较简单，但是有两个例子一般学生很难分辨到底是跟音调有关还是跟音色有关。一个是生活中通过拍西瓜判断西瓜的成熟程度，二是轻轻敲击新碗判断是否有裂缝。

大家注意拍西瓜判断是否成熟是根据声音的音调进行判断的，而所有的敲击检查裂缝则是根据声音的音色判断的。

音调、响度、音色与波形图

通过本文的学习，我们知道音调、响度和音色是声音的三个特征，声音是以声波的形式向远处传播的，声波我们并不能用肉眼看见，但是我们可以通过示波器去观察声波。那么不同的音调、响度和音色在波形上有什么区别呢？

通过示波器对声波的显示，我们发现，音调的不同在波形上表现为波形的疏密程度不同，波形图越稀疏，则音调越低，波形图越密集，则音调越高；响度的不同在波形上表现为“高度”（其实为振幅）的不同，“高度”越高，响度越强，“高度”越低，则响度越弱；音色的不同在波形上表现为形状的不同，只要波形的形状不同，则表示音色不同。

总结

音调：和速度有关，都是考察音调

响度：和力有关，都是考察响度

音色：一般考察三种，闻声识人、辨别乐器、检查裂缝

关于音调高低判断：振动部分越短→音调越高

以上就是对声音的特性的讲解，希望对大家有所帮助！