当大多数人听到 "波浪"这个词时，脑海中浮现的是大海--翻滚的浪花、汹涌的海浪，甚至是冲浪者壮烈牺牲的场面。但在音乐和声音的世界里，波浪的作用却有些不同。

这并不是说海浪和声波没有很多共同之处。它们都在空间中运动，都携带能量，都可以用大小和速度来测量。

当然，最大的区别在于，海浪是在水中传播的，而声波则是在空气（或任何碰巧经过的物质）中传播的。海浪的运动一目了然，而声波则更为复杂一些，它在微观领域中起作用。

无论您是音频工程师、录音室建造者，还是声学处理开发人员，了解这些波的行为方式都会对任何与声音打交道的人大有裨益。因此，让我们用最简单的方式来分解这一切！

什么是声波？

声波的核心是在空气（或水，或固体，声音并不挑剔）中传播的振动。我们之所以能听到从音乐到声音，再到夜里 "砰砰 "作响的各种声音，都是因为声波！

我们根据一些关键特征来描述声波，包括声波的速度（频率）、大小（振幅）以及随时间的变化。但在了解这些之前，我们必须明白，声波是一种特殊的波，叫做纵波。

海浪在前进的过程中会上下移动，而纵波则不同，它会沿着前进的方向推拉空气。

要想象纵波的工作原理，可以想象一长排人肩并肩地站在一起。如果第一个人向前倾，撞到了下一个人，下一个人也会这样做，就会产生连锁反应，就像空气分子对声音的反应一样。这种来回运动就是声音经常被称为压力波的原因。

现在，当我们谈论音乐和日常生活中的声波时，我们真正谈论的是声压波。这些声波在人类的听觉范围内，大约是 20 赫兹到 20,000 赫兹。低于人耳感知范围的声音是次声波，我们听不到，但对探测地震和追踪大象（是的，你没看错）很有用。高于人耳听觉范围的是超声波，我们将其用于从医学成像到清洁珠宝的各种用途。我们稍后再谈这些。

除了音乐，声波还在多个行业发挥着重要作用。从帮助医生观察人体内部到让潜艇在水下航行，声波无所不能。但对于我们音乐家和制作人来说，声波是我们一切工作的基础，我们对声波了解得越多，就越能控制我们的声音。

声波由哪些部分组成？

声波可能看起来像黑魔法，但就像物理学中的其他任何事物一样，它们也遵循一系列规则。我们听到的每一种声音都有其特定的特征，这些特征决定了声波的行为方式，而形成声波的关键因素屈指可数。

频率

频率是影响我们听觉的最大因素之一。简单来说，就是声波振动的速度。我们用赫兹（Hz）来测量，它告诉我们声波在一秒钟内循环多少次。

振动越快，频率越高。频率决定音高。例如，钢琴上的中音 C 的频率约为 261.6 赫兹，这意味着空气以每秒这个速度振动产生这个音符。与此同时，低沉的低音可能在 60 赫兹左右，而刺耳的狗哨声则可能超过 20,000 赫兹（方便地说，这也是人类听力衰竭的地方）。

波长

波长 (λ) 是指声波的大小，具体来说，是指声波在一个完整周期内传播的距离。如果将声波凝固并在面前拉伸，波长就是一个波峰到下一个波峰的距离。

有一个简单的公式可以计算出来：

λ=c/f

这意味着什么？

• λ（波长）：波的一个完整周期的长度
• c（声速）：声音在空气中传播的速度（室温下大约为每秒 343 米）
• f（频率）：波的振动速度，以赫兹为单位

因此，如果您有 100 赫兹的声音，就可以将其插入：

λ = 343/100 = 3.43 米

这意味着波长超过 3 米！

现在，如果我们将其与 1 000 赫兹的声音进行比较：

λ = 343/1000 = 0.343 米

正如您所看到的，高频的波长较短，这就是为什么低音（低频）给人的感觉大而宽，而高音（高频）则更集中、更有方向性。

这也是为什么低频声音可以穿墙而过，而高频声音则更容易被吸收或反射的原因。

振幅

振幅代表声音的功率或音量。它是声波的一部分，能使声音变得响亮或柔和。更专业地讲，它代表声波通过时，空气粒子被推离静止位置的程度。运动越大，声波越强，声音也就越大。

想想看：如果你轻轻敲击一面鼓，空气几乎不会移动，你会听到安静的声音。但如果你用力敲击鼓面，空气的压缩和膨胀会更加剧烈，从而产生更大的声音。

这就是振幅的作用。

在波形中，振幅是波的高度。波越高，振幅越大，我们听到的声音也就越大。较小的波表示振幅较低，我们听到的声音较小。

然而，除了音量之外，振幅还对声音与空间的互动、物理上的感觉，甚至对音乐情感的感知起着重要作用。

速度

当我们谈论音速时（而不是酷玩乐队的最佳歌曲之一），它指的是声波在介质中传播的速度。光以难以想象的速度在太空中穿行，而声波则不同，它需要某种介质来传播。这种介质可以是空气、水、金属等。声速的快慢取决于这个东西是什么。

在空气中（室温下），声音的传播速度约为每秒 343 米（每秒 1 125 英尺）。但如果你在水下大喊，声音的传播速度是空气中的四倍。如果你敲击金属管道，振动穿过金属的速度会更快。

那么，为什么会发生这种情况呢？

这取决于不同材料中分子的紧密程度。在空气等气体中，分子非常分散，因此声波通过的时间较长。在液体中，分子靠得更近，所以声音传播得更快。在固体中，分子紧密排列，声音传播得最快。

这就是为什么如果你把耳朵贴在火车轨道上（我不建议这样做），在声音通过空气传到你耳朵之前，你早就能听到迎面驶来的火车了。这也是为什么声音在不同的环境中会有不同的表现，比如在浓雾中你的声音会听起来怪怪的，因为空气中额外的水分改变了声波的速度和吸收）。

强度

如果说振幅告诉我们声波有多大，那么强度则告诉我们声波有多强。更具体地说，强度是声波在单位面积上携带的功率，我们用瓦特/平方米（W/m²）来衡量。

把它想象成手电筒。昏暗的手电筒在一个区域内传播的能量很小，而大功率的手电筒则会在同一空间内发出成吨的光。声音也是如此。能量越多的波，强度就越大。

强度很重要，因为它对我们如何感知响度起着巨大的作用。振幅告诉我们声波的高度，而强度则告诉我们传递的总能量有多少。一个小扬声器和一个体育场音响系统可能都会在一个点上产生相同的振幅，但体育场音响系统会将能量传播到更大的区域，因此其强度要大得多。

这也是为什么距离会影响声音的响度。随着声波的扩散，其强度会降低，因为能量会分布在更大的空间里。这就是为什么音乐会在扬声器附近听起来震耳欲聋，而越往后听声音越小的原因。

阶段

相位是指声波的时间。它是声波在任何特定时刻的周期位置。如果你能将波形定格并指向波形上的某个特定点，你就能确定它的相位。

我们以度数来衡量相位，一个完整的波浪周期为360°。0°或360°时的波浪处于其起点，而180°则表示波浪已经翻转了一半。

当多条声波相互作用时，它们的相位决定了它们是相互配合还是相互抵消。

如果两个相同的波相位一致（在相同点上排列），它们就会相互加强，使声音变得更强。但是，如果它们不在同一相位，即一个波的峰值与另一个波的谷值在同一直线上，它们就会部分或完全抵消，从而使声音减弱甚至消失。

相位消除是所有音频工程师的心病。例如，如果您在录制鼓声时发现小军鼓的声音听起来怪怪的，那么麦克风之间的相位消除可能就是罪魁祸首。这也是为什么在调音台或 DAW 上翻转相位有时能让声音恢复生机的原因。

如果您想了解更多信息，我建议您查看我们的博客，了解相位在音乐中的重要性。

基于传播的不同声波类型

值得注意的是，并非所有声波都以相同的方式传播。虽然它们都携带能量通过介质，但传播方式（声波传播方式的花哨说法）会因情况不同而不同。

传播是波在空间中的运动方式。有些波在行进的同一方向上推拉，有些则上下移动或以复杂的模式扩散。

让我们根据声波的运动方式和重要原因来分析声波的主要类型。

纵波

纵波是日常生活中声波的常用形式。纵波的定义取决于其运动方式。空气微粒沿着与声波行进方向相同的方向来回振动。

我喜欢想象将吊索的一端向前推，而另一端向后拉，看到线圈在某些部分卷曲并散开。从本质上讲，纵波是在压缩（粒子被推到一起）和稀释（粒子散开）区域中运动的。这种推拉的不断循环就是声音在空气中传播并到达我们耳朵的方式。

我们在空气和水中听到的是纵波，因为这些材料不具备支持其他类型波运动的结构。但纵波也会穿过固体。

由于我们听到的几乎所有声音都是由这些电波产生的，因此，从吉他弦的振动到高音鼓清脆的敲击声，它们都是音乐的核心。

横波

横波的运动方式与纵波略有不同。横波的运动方向与波的运动轨迹垂直，这意味着能量向前移动，但粒子上下移动，而不是粒子在波的同一方向来回振动。

摇动绳子就是一个很好的想象方法。如果你握住绳子的一端并上下摆动，你会看到波沿着绳子移动，但绳子的实际材料是左右移动，而不是沿着波的长度移动。这就是横波的表现。

关键区别在于，横波只发生在固体中。这是因为固体具有必要的刚性结构来支持上下运动。而液体和气体则没有这种内部阻力。

尽管横波与我们听到的声音无关，但横波在了解我们周围世界材料的机械特性方面发挥着巨大作用。它们出现在地震活动、固体结构的振动，甚至乐器的共振中。如果你曾在弹奏一个音符时感受过木吉他琴身的振动，那你就是在体验横波的作用。

表面波

面波兼具纵波和横波的优点。面波不是纯粹的前后或上下运动，而是在沿着两种不同材料的边界移动时产生更多的圆周或滚动运动。

回到海浪上，当海浪向岸边翻滚时，海水会以环形模式运动。靠近海面的颗粒移动的圈子较大，而深处的颗粒移动的圈子较小。同样的原理也适用于其他材料的表面波，包括声音与固体表面相互作用的某些情况。

表面波的关键在于其能量会随着深度的增加而减弱。离海面越远，波浪的运动就越小。这就是为什么深海潜水员感觉不到在海面上翻腾的船只的运动。

基于频率的不同声波类型

有些声波我们可以听到，而有些声波则完全超出了我们的听觉范围。根据频率，声波可分为三大类：

• 可听声波：这些是人类实际能听到的频率。从 20 赫兹到 20 千赫的所有声音都属于这个范围。随着年龄的增长，上限往往会下降，这就是为什么一些高频率的声音只有年轻的耳朵才能听到（你可能还记得你的同学在课堂上播放那些烦人的蚊子程序，因为老师听不到）。
• 次声波：它们是低于 20Hz 的超低频率，对于人类的听觉来说太低了，但它们仍然非常真实和强大。次声波可用于地震探测、火山活动监测，甚至动物交流。例如，大象利用次声波进行远距离 "交谈"。一些研究人员甚至将次声波与不安的感觉联系起来，这可以解释那些 "我发誓我刚刚看到了鬼 "的时刻。
• 超声波这些频率超过 20kHz 的高频声波超出了人类的听觉范围，但却有大量的实际应用。医学成像（超声波扫描）、声纳技术，甚至一些杀虫剂都依赖于超声波。一些动物，如蝙蝠和海豚，利用超声波进行回声定位，以我们无法感知的方式 "看 "东西。

关于声波的最后感想

那么，您能用这些新发现的声波信息做些什么呢？

首先，了解声波能让您更好地控制音乐制作、混音、录音，甚至现场音效设置。无论您是在调整均衡器时试图找出您听到的声波频率，还是在放置话筒时试图避免相位，了解声波的运动方式都能帮助您做出更好的选择。

想要一个有趣的声波实验吗？

试试这个：拿起一个扬声器，播放低频正弦波（50-100 赫兹左右），然后把手放在扬声器附近。感觉到振动了吗？现在，播放高频正弦波（5000 赫兹或更高）。注意到振动是如何减弱的吗？这就是波长和频率的作用。频率越低，波长越长，它在空气中的移动也就越多，你可以用身体感觉到......。

说到底，声波并不仅仅是抽象科学的一部分。它们塑造了我们在音乐中听到和感受到的一切。你对声波了解得越多，就越能让它们随心所欲。