一、声波

物体振动在周围介质中传播，形成声波。日常生活中最常见的声波是振动在空气或水中传播的纵波。

人们讲话时，如果用手摸住喉咙，就会感觉到声带在振动，停止讲话时，手就感觉不到振动。声波传到耳朵，引起耳膜的振动，再经过听神经使人有声音的感觉。但是，只有频率在20～20000Hz之间的声波才能使人有听觉。超出上述频率范围的声波，不能引起人的听觉。

频率在20～20000Hz之间的声波能使人有听觉，称为可听（闻）声波。频率超过20000Hz的声波称为超声波。频率低于20Hz的声波称为次声波。

二、超声波的应用

超声波具有许多特性，在技术上的应用十分广泛。

1.强作用 频率很高，在介质中传播会对介质产生巨大的作用，这种作用可以使介质发生一系列的物理的、化学的变化，也有力学、光学、电学等超声效应。

超声波可以使硬而脆的介质的力学结构受到破坏。根据这一特性，超声波可以用来对玻璃、陶瓷、金属等制品进行加工、清洗以及研磨等，也用来清除牙齿上的牙垢。

2.方向性好 频率高、波长短，对一般物体几乎不产生衍射，方向性好，且远大于光和无线电波在水中的传播距离，是目前已知的唯一能在海中传播的波。

根据超声波方向性好的特点，可以定向发射。目前声呐已广泛地应用于海军的各个兵种，它不但是探测潜入水下的潜艇的主要手段，也是潜入水下的潜艇了解周围环境的主要手段。此外，声呐还被用于探雷、导航、航道测量等方面。在民用方面，声呐还被用来测量海底深度、探测鱼群、暗礁、海底地质勘探、开发石油等。

3.穿透能力强 超声波的穿透能力很强，它可以穿透几米厚的钢铁。

利用超声波的穿透力强和反射原理，可以用来对材料进行无损探伤、测厚、测距等。在医学上，利用超声波在人体中传播时的反射和透射现象，进行超声诊断，对人体心、肝、胃、肾、胆、颅腔、眼球等，都有很好的诊断价值，已成为当前一种常规检查方法。将电子计算机技术引人超声诊断，产生的CT技术，目前在医疗诊断方面也已被广泛应用。

三、噪声及其危害和控制

从物理性质的角度说，声源做无规则的、断断续续的、非周期性的振动所产生的声音就是噪声。但是通常还从人的生理和心理的角度，把那些不需要的、使人烦躁的声音都划为噪声。

噪声使人烦恼，分散注意力和妨碍睡眠，降低工作效率。噪声对人身健康有严重危害，长期处在较强噪声的环境里工作，持续不断地受较强噪声的刺激，会使人的神经紧张，心动过速，引起听力损失或耳聋。至于极强的噪声，对人身的危害更大。除损害机体的机能外，严重的甚至会引起休克或死亡。

噪声是工业化的副产物。随着工农业和国防建设的现代化以及人们生活中机械化程度的提高，噪声会有增强的趋势。

基于噪声危害如此之大，噪声已是环境三大公害（污水、废气和噪声）之一。如果在工业化的进程中，不注意对噪声的控制，其结果必将导致噪声的污染增加，对人们的危害加重，最终成为工业发展的障碍。为了同噪声作斗争，许多国家都开展了对噪声控制的研究工作，形成了一门新的学科——噪声控制学。噪声的污染问题很早已经引起我国环保部门的注意和重视，我国在1982年公布了“环境噪声标准”，见表1-1，以保护人民身心健康。具体的控制措施从以下三个方面进行：

（1）颁布城市区域环境噪声标准。

（2）大中城市为控制和降低噪声制定的规定。

为了控制和降低城市噪声。近年来，学校附近，汽车不准鸣放喇叭；在闹市区拆、建楼房，需搭设隔音围墙等。(www.daowen.com)

表1-1 中国城市各类区域中允许的环境噪声值标准

（3）改造噪声源、加强城市绿化建设。

改造交通工具，降低发动机的响声，减小重大设备的振动等都对控制噪声有一定的作用；城市绿化对吸收噪声也有一定作用，各个城市近年来都加大了城市绿化建设项目的经费投入。总之，噪声的控制是一项关系人们身心健康和工作效率的重大课题，世界各国都在研究之中。

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次声波

频率小于20Hz的声波叫做次声波。次声波不容易衰减，不易被水和空气吸收，因此，次声波传播距离很远，某些次声波能绕地球2～3周。而次声波的波长往往很长，因此能绕开某些大型障碍物发生衍射。某些频率的次声波由于和人体器官的振动频率相近，容易和人体器官产生共振，对人体有很强的伤害性，危险时可致人死亡。

在自然界中，海上风暴、火山爆发、大陨石落地、海啸、电闪雷鸣、波浪击岸、水中漩涡、空中湍流、龙卷风、磁暴、极光等都可能伴有次声波的产生，在人类活动中，诸如核爆炸、导弹飞行、火炮发射、轮船航行、汽车奔驰、高楼和大桥摇晃，甚至像鼓风机、搅拌机、扩音喇叭等在发声的同时也都能产生次声波。据研究称，著名的“杀人乐曲“《黑色星期天》所弹奏的旋律也属于次声波。

次声波的特点是来源广、传播远、穿透力强。次声的声波频率很低，一般均在20Hz以下，波长很长，传播距离也很远。它比一般的声波、光波和无线电波都要传得远。例如，频率低于1Hz的次声波，可以传到几千以至上万千米以外的地方。次声波具有极强的穿透力，不仅可以穿透大气、海水、土壤，而且还能穿透坚固的钢筋水泥构成的建筑物，甚至连坦克、军舰、潜艇和飞机都不在话下。次声波的传播速度和可闻声波相同，由于次声波频率很低。大气对其吸收甚小，当次声波传播几千千米时，其吸收还不到万分之几，所以它传播的距离较远，能传到几千米至十几万千米以外。1883年8月，南苏门答腊岛和爪哇岛之间的克拉卡托火山爆发，产生的次声波绕地球三圈，全长十多万公里，历时108小时。1961年，苏联在北极圈内新地岛进行核试验激起的次声波绕地球转了5圈。7000Hz的声波用一张纸即可阻挡，而7Hz的次声波可以穿透十几米厚的钢筋混凝土，地震或核爆炸所产生的次声波可将岸上的房屋摧毁。次声波如果和周围物体发生共振，能放出相当大的能量。如4～8Hz的次声波能在人的腹腔里产生共振，可使心脏出现强烈共振和肺壁受损。

次声波会干扰人的神经系统正常功能，危害人体健康。一定强度的次声波，能使人头晕、恶心、呕吐、丧失平衡感甚至精神沮丧。有人认为，晕车、晕船就是车、船在运行时伴生的次声波引起的。住在十几层高的楼房里的人，遇到大风天气，往往感到头晕、恶心，这也是因为大风使高楼摇晃产生次声波的缘故。更强的次声波还能使人耳聋、昏迷、精神失常甚至死亡。

从20世纪50年代起，核武器的发展对次声学的建立起了很大的推动作用，使得对次声波接收、抗干扰方法、定位技术、信号处理和传播等方面的研究都有了很大的发展，次声波的应用也逐渐受到人们的注意。其实，次声波的应用前景十分广阔，大致有以下几个方面：

1.研究自然次声波的特性和产生机制，预测自然灾害性事件。例如台风和海浪摩擦产生的次声波，由于它的传播速度远快于台风移动速度，因此，人们利用一种叫“水母耳”的仪器，监测风暴发出的次声波，即可在风暴到来之前发出警报.利用类似方法，也可预报火山爆发、雷暴等自然灾害。

2.通过测定自然或人工产生的次声波在大气中传播的特性，可探测某些大规模气象过程的性质和规律。如沙尘暴、龙卷风及大气中电磁波的扰动等。

3.通过测定人和其他生物的某些器官发出的微弱次声的特性，可以了解人体或其他生物相应器官的活动情况.例如人们研制出的“次声波诊疗仪”可以检查人体器官工作是否正常。

4.次声在军事上的应用，利用次声波的强穿透性制造出能穿透坦克、装甲车的武器。次声武器，一般只伤害人员，不会造成环境污染。

习题1-6

1.指出声波包括的种类和各自的频率范围。

2.简述超声波的应用。

3.简述如何控制噪声。