弹性媒质中质点振动的传播过程

惯性作用，这个初得到声扰动的质点 ! 就在平衡位置附近来回振动起来。由于同样的原因，被质点 ! 推动了的质点 " 以至更远的质点 #、$ 等也都在平衡位置附近振动

起来，只是依次滞后一些时间而已。这种媒质质点的机械振动由近及远的传播就称为声波。

弹性媒质中质点振动的传播过程，十分类似于在多个振子相互耦合形成质量_!弹

簧_!质量_!弹簧_!⋯的链形系统中一个振子的运动会影响其他振子也跟着运动的过

程。图 % & % & （%’）表示振子 ! 的质量在四个不同时间的位置，其余振子的质量也都在

平衡位置附近做类似的振动，其振动状态依次滞后一些时间。

由以上讨论可见，机械振动是声波产生的根源，弹性媒质的存在是声波传播的必要

条件。在气体、液体和固体中传播的声波，相应地称为空气声、液体声和固体声。声波

在空气和液体中传播，传播媒质的质点振动方向和声传播方向相同，称这种波为纵波。

声波在固体中传播，质点振动方向和声传播方向可能相同（纵波），也可能垂直（横波）。

二、描述声波特征的物理量

（%）波长 声波在传播途径上，两相邻同相位质点之间的距离称为波长，也即振动

经过一个周期，声波传播的距离，记作_!，单位是米（(）。

（)）频率 一秒钟媒质质点振动的次数称为声波的频率，记作 ! ，单位是赫兹（*+）。

在声频范围内，声波的频率越高，声音显得越尖锐，反之显得越低沉。通常将频率

低于 ,--*+ 的声音称为低频声，,-- . %---*+ 的声音称为中频声，%---*/ 以上的称为高

频声。

（,）声速 声波在弹性媒质中的传播速度称为声速，记作 "，单位是米 0 秒（( 0 1）。值

得注意的是，声速不是质点的振动速度，而是振动状态传播的速度。频率 !、波长_!和声

速 " 之间关系如下：

声速由媒质的弹性、密度及温度等因素决定，与振动的特性无关，根据物理原理，可以推证，气体中的声速为

若气体为理想气体，则有

" ! _!^#_%&#

式中 _$% ———媒质的静态密度，’( ) *^& ；

$_% ———媒质中的静压强，+,；

———比热比， ! 定压比热 ) 定容比热；

# #

%———气体煤质的摩尔质量，’( ) *-.；

#———绝对温度，/；

&———摩尔气体常数，01（)*-.·/）。

空气的_#! #12，% 约为 "4 5 #% ^{$ &} ’( ) *-.，故式（# $ # $ &）有如下形式：

" ! "%1%6 !#或 " ! &~ 7 %18# ’

式中 ’———摄氏温度. 

液体和固体中的声速，与气体中的声速相差较大。表 # $ # $ # 列出一些常用媒质在室温下的声速近似值。一般计算时，空气中的声速可取 &2%* )（:#69值）。

表 # $ # $ # "%9时产速近似值

（2）声压 在声波的传播过程中，媒质中各处存在着稠密和稀疏的交替变化，因而

各处压强也相应变化。设没有声波作用时，媒质中的压强为 $_% ，称为静压强。当有声

波传播时，媒质中某处的压强为 $。压强的改变量（ $ $ $_% ）称为声压，即声压 ( 为

声压的单位是牛顿 ) 米（^"< ) *^" ）或帕（+,）。媒质中任一点的声压都是随时间变化

的，每一时刻的声压称为瞬时声压，某段时间内瞬时声压的均方根值称为有效声压，即

· 6 ·