声音是发声体以声波的形式所进行的能量传播。一般来说,声音传播的距离大或是速度慢,能量消耗就大,倘若声波的能量全部消耗在传播途中或是声波改变方向,人的耳朵就听不到声音了。而声音传播的速度与弹性介质的种类和状况关系极大,通常说的声速每秒340米,其传播介质是15℃的标准空气。事实上,我们身边的空气是不可能“标准”的,它的状况与各种气象要素的组合(也就是天气的状况)密不可分。
研究表明,声音的传播速度与温度是成正比的,在近地层中,当气温随高度增加而降低时,声音的传播速度随高度增加而减小,声音的射线就会向上弯曲(俗称“声音起飞了”);反之,当气温随高度增加而升高,声音的传播速度就会随高度增加而增加,声波射线呈向下弯曲状,给人的听觉就是“声音在下沉”。
在阴雨天气的白天,空气温度相对较低,越靠近地面,空气温度越高,声音的射线向空中弯曲,因而地面上的人就不容易听到远处的声音。在天气晴朗时的傍晚,太阳落山以后,地面热量开始向空中辐射,使得在一定范围内,空气温度随着高度增高而上升,声音射线向下方弯曲,声能多半沿地面传播,能量损失小,人耳便容易听到声音,我国民间总结出的“火车叫得响,天气准是好”,便和这一规律不谋而合。基层气象工作者还把夏日傍晚的雷声大小,作为天气预报的辅助指标。
夏秋季节的中午,下垫面受热升温,裸地较高温度可达60℃以上,水泥、柏油路面的温度更高,相比之下,空气温度就显得较低(气温一般是不会超过40℃的)。所以在夏季的中午,四周环境显得非常静谧,是午休的好时机。而到了消暑纳凉的夜晚,地面早已冷却,空气温度降幅较小,声波向下弯射,所以四周声音听得较清晰,尤其在地面多为泥土的乡村,传声效果更为明朗。
物理学家们发现:地面上方不同高度处的空气温度是不同的,声波在空气里面向前传播的过程中有一种“怪癖”—— 向温度低的空气层方向偏折,人们将这一特点概括为“喜冷怕热”。
夏日白昼,地面升温快,附近的空气温度高,离地面越高空气温度越低,地面上声源发出的声波的传播方向是向上弯曲的,在地面附近能接收到声波的范围较小,而接收不到声波的范围较大,加上白天各种活动的嘈杂声大,所以白天在地面上听不清远处的声响。在白天,越往高处,能接收到声波的范围越大,静区越小,所以,如果在十几层高的楼上打开窗户,就能听到远处各种交通工具传来的声响。
冬日深夜,地面降温快,地面附近空气温度低,离地面高处空气温度高,声源发出的声波的传播方向是向下弯曲的,声波的能量集中在地面附近,地面附近很大范围内能接收到声波,加上夜深人静,在地面附近能听到较远处的声响。在农村,深夜的犬吠声能传得很远就是这个道理。
如果在假日里你来到某旅游景点,那里的地形变化比较复杂,当你傍晚散步时,听到远处的音乐声时有时无,若隐若现,会感到奇怪吗?我们不妨用声波在空气里传播时“喜冷怕热”的特点来进行分析:由于地形变化比较复杂,那里地面附近的气温变化也比较复杂,这儿的温度高,哪儿的温度低,当声音经过时,一会儿向上弯,一会儿向下折,所以就出现了以上我们感觉到的情况。 |