互动科普

听到声音时，是什么东西进入我们的耳朵？

是空气的“振动”。例如用锤敲击大鼓，使鼓皮产生振动。这种振动传递给周围的空气，再传播到我们的耳朵里，我们就听到“咚，咚”的鼓声。

那么，空气又是如何产生振动的呢？敲击大鼓，鼓皮急速下陷，紧贴鼓皮的空气填补空位，使附近的空气变稀薄，密度减小。这里的空气变稀疏，成为“疏”的部分。

在紧接着的下一瞬间，具有弹性的鼓皮急速回弹，向外隆起，压缩附近的空气，密度增大。这里的空气变浓密，成为“密”的部分。

大鼓的鼓皮每次下陷和隆起都会使附近的空气变“疏”和变“密”。这就是空气的振动。这种“疏”部分和“密”部分在空气中向周围传播，便是声音。这时候，空气本身并没有移动，只是在原来位置重复作前后振动（参见右下侧的弹簧图）。

这种“疏”和“密”交替变化的状态依次向周围传播的现象叫做“波”。因此，声音也被称为“疏密波”或“声波”。我们听到大鼓的“咚，咚”声，就是耳朵感觉到了空气的这种“疏密波的振动”。

图1. 听到声音时，空气有持续的细微振动

此处图解示意出了振动在空气中传播的样子。图中用大量的小颗粒表示空气。敲击大鼓，产生激烈振动，使鼓皮附近的空气交替出现密度小的“疏”的部分和密度大的“密”的部分。声音就是这种“疏”和“密”的状态向周围传播的“疏密波”。

不是空气，也能够传播声音吗？事实上，声音在固体和液体中也能够像在空气中那样传播。空气中的声音是空气的“疏”和“密”的部分向前传播的“疏密波”。在固体和液体中，也会有这种“疏”和“密”的部分向前传播的“疏密波”。

在液体中传播声音，例如海洋中的海豚就是在水中发出声音来彼此交流信息。

在固体中传播声音，这可以随便举出我们周围的例子。

例如在公园里，你把耳朵紧贴在秋千钢架一侧的一根钢柱上，让朋友轻敲对面一侧的一根钢柱。这时，朋友哪怕敲击得非常轻，你的耳朵也能从紧贴的钢柱听到很大的声音（这是钢柱中的声音，与空气无关）。

这时你听到的就是沿钢架传播的声音。钢铁是一种非常坚硬的物质，似乎其中不可能有疏密变化。事实上，在钢铁的内部也出现了有微小密度差别的“疏”部分和“密”部分的传播。不过，这时候在钢铁中传播的声波除了疏密波之外还有其他几种波，它们也都是声音。

这就是说，声波可以在各种不同材质的物质中传播，而所谓声音就是这种“在物质中传播的振动”。

图2. 声音不能在什么都没有的“真空”中传播

声音也有不能传播的地方，那就是在“什么都没有的空间”即“真空”中。在宇宙空间，即使有物体与物体碰撞，在空间行走的宇航员与碰撞地点之间相隔着没有振动物的真空，他是听不到碰撞声的。

在某部科幻电影中有这样的场面，其中的宇航员听到了远处宇宙空间发生的爆炸声，那其实是不可能的。

（本文发表于《科学世界》2011年第7期）