振動如何發出聲音?簡單的問題卻引人深思

2020-12-12 怪羅科學

這似乎是一個沒有討論意義的問題,答案也很簡單,但如果深入思考,這可能是一個非常有趣的問題。

我們高中物理就學過一些關於聲波的知識,知道聲波是從振動源發出的能量傳遞,也知道聲波的傳播需要介質,如果沒有介質就不會有聲音。

聲音的物理解釋

當一個振動的物體使周圍的介質振動時,聲波就形成了,這裡的介質是指聲波通過的物質,可以是固體、液體或氣體。

當聲波穿過介質時,粒子就開始振動,聲音的大小取決於聲波的能量。發出聲波的能量越大,聲音就會越大;聲波傳播得越遠或越廣,能量損失就會越多,我們也就越難聽到聲音。

例如,當一個給定物體在空氣中振動時,該物體周圍的空氣分子將根據振動的頻率來回移動,之後這些能量以壓力波的形式在空氣中移動。

如果振動強而慢,就像用軟木槌敲擊低音鼓,聲音就會響亮而低;如果振動弱而快,就像大頭針落在木地板上,聲音就會柔和而高。

而分空氣子本身不會穿過房間,就像遊泳池一側的水分子不會以波的形式移動到另一側一樣,它是通過介質運動的能量。

這就是為什麼在太空中沒有聲音,因為沒有聲波傳播的介質,就像我們不可能在沒有水的遊泳池裡製造水波。

有趣的問題來了,太空中的這些振動通過空氣傳播,它能被稱為聲音嗎?畢竟聲音只是能量在特定的介質中移動!那麼振動又是什麼時候變成聲音呢?

從某個角度來說,唯一能使聲音存在的是耳朵,人類或其他動物的耳朵,以及神經系統和大腦(或神經節),它們把這些振動解碼成有意義的數據——也就是聲音。

那麼沒有耳朵,聲音還存在嗎?

這是一個值得思考的有趣想法,有些人認為聲音就是聲音,而振動是可測量和可量化的事件,它們的存在與聽到它們的人無關。

這瞬間變成了一個哲學問題,在網際網路上隨處可見——事件是否發生在某物或某人經歷它們之外?

這就是著名的 「如果森林裡的樹倒了,沒有人聽到它倒下的聲音,它會發出聲音嗎?」,關於這個問題的解釋隨處可見,各不相同。

森林是一個富有生機的地方,有許多生物,所以即使周圍沒有人類,一些動物或昆蟲也會感受到振動並利用這些數據逃跑或調查噪音, 即波能量被轉換成感官數據。

但如果附近沒有生物用聽覺感知到這些波呢?能量只是傳播到虛無,它會發出聲音嗎?

更有趣的是,如果周圍沒有聽到樹倒下的聲音,我們能更進一步說,如果沒有經歷過就沒有樹倒下嗎?

如果一個人正好站在這顆倒下的樹旁邊,卻戴著很好的聽力保護裝置,具有100%的噪聲抑制能力,並且他對聲波的能量進行了物理測量,卻沒有感覺到聲音,僅憑測量就可以將波能視為聲音嗎?

《科學美國人》第50卷第14期(1884年4月)給出解釋:聲音是振動通過耳朵的機制傳遞到我們的感知,只有在我們的神經中樞才能識別聲音,樹的倒下或任何其他的擾動都會產生空氣的振動,沒有耳朵聽到就沒有聲音。

最後:振動究竟如何發聲?

我現在也給出我自己的觀點,振動通過將能量從振動源轉移到我們的耳朵和大腦裡,而在我們的耳朵和大腦將存儲在波中的信息解碼,這就是振動發出的聲音。

也就是說聲音只存在於我們的大腦中,是我們的大腦解碼了能量波,是我們的大腦將噪音和有意義的輸入分離出來,為了快樂或生存。

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