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赫茲是什么單位
赫茲是國際單位制中頻率的單位,它是每秒中的周期性變動重復(fù)次數(shù)的計量。
赫茲的名字來自于德國物理學(xué)家海因里希·魯?shù)婪颉ず掌?。其符號是Hz。1Hz=1/s,即在單位時間內(nèi)完成振動的次數(shù)。單位為赫茲(1赫茲=1次/秒)。
聲音的頻率
聲音其實是經(jīng)媒介傳遞的快速壓力變化。當聲音于空氣中傳遞,大氣壓力會循環(huán)變化。每一秒內(nèi)壓力變化的次數(shù)叫作頻率,量度單位是赫茲(Hz),其定義為每秒的周期數(shù)目。頻率越高,聲音的音調(diào)越高。
人耳對不同強度、不同頻率聲音的聽覺范圍稱為聲域。在人耳的聲域范圍內(nèi),聲音聽覺心理的主觀感受主要有響度、音高、音色等特征和掩蔽效應(yīng)、高頻定位等特性。其中響度、音高、音色可以在主觀上用來描述具有振幅、頻率和相位三個物理量的任何復(fù)雜的聲音,故又稱為聲音“三要素”。
正常的人耳能聽到20赫玆到20,000赫玆頻率的聲音。20赫玆到20,000赫茲的范圍叫作「聽覺頻率范圍」。我們聽到包含各種頻率的聲音。整個「聽覺頻率范圍」可分成8個或24個「頻率帶」,分別稱為倍頻程或1/3倍頻程。聲音或噪音在不同的頻率帶可有不同的強度或聲壓級。
聲音通常以一個聲壓級值來描述。方法就是將所有倍頻程或1/3倍頻程所占的部份加在一起,得出一個聲壓級。
人類耳朵對聲音的敏感度取決于聲音的頻率。對于2,500赫茲到3,000赫茲的聲音,人類耳朵的反應(yīng)最靈敏,而對低頻率的聲音,敏感度則較低。故此,將所有倍頻程或1/3倍頻程所占的部份加在一起,所得到的數(shù)值并不能有效反映人類耳朵對聲音頻率的非線性反應(yīng)。
拓展閱讀:赫茲的故事
德國物理學(xué)家H·赫茲(1857~1894年),雖然只活了短短37年,卻作出了兩大發(fā)現(xiàn):一是在實驗上證實了麥克斯韋預(yù)言的電磁波;二是發(fā)現(xiàn)了光電效應(yīng)。
19世紀70年代,當赫茲開始科學(xué)活動時,人們對電磁現(xiàn)象的認識,還處于莫衷一是的狀態(tài)。麥克斯韋的電磁理論剛剛提出,由于這個理論用到了比較高深和新穎的數(shù)學(xué)工具,并且由于牛頓力學(xué)的概念已經(jīng)深入人心,以及宏觀力學(xué)現(xiàn)象的直觀性,它并沒有被普遍接受,許多物理學(xué)家仍然局限在機械論的框框內(nèi),企圖依照力學(xué)理論的框架來建立電磁理論。麥克斯韋理論的關(guān)鍵是位移電流和電磁波。理論上預(yù)言了電磁波的存在,又提出光是電磁波的一種。電磁波應(yīng)該有很寬的頻率范圍,光波的頻率范圍只占其中的一小段。要證明麥克斯韋理論的正確,就必須用實驗證明別的頻率的電磁波的存在,它也以光速傳播,并且也和光波一樣,具有反射、折射、衍射、干涉、偏振等性質(zhì)。因此,1879年,柏林普魯士科學(xué)院懸賞征求對電磁波的實驗驗證。
赫茲是亥姆霍茲的學(xué)生,亥姆霍茲很賞識他,師生間一生都保持著親密的友誼。亥姆霍茲把當時的電磁學(xué)領(lǐng)域稱“無路的荒原",為自己定下了對這個領(lǐng)域進行全面研究的任務(wù),企圖理清這種混亂狀態(tài);事實上,柏林科學(xué)院的懸賞征答題就是亥姆霍茲擬訂的。受其影響,赫茲深入研究了電磁理論。他決心進行科學(xué)院懸賞征答的實驗。不過由于其它工作,這件事一擱就是幾年。
赫茲確證電磁波存在的實驗是在1887~1888年完成的。他所用的電磁波發(fā)生器和檢測器。左邊是發(fā)生器,由兩個距離很近的小銅球各自通過長30cm的銅棒與一個大銅球連接而成。兩個大銅球相當于電容器的兩塊極板,它們之間有電容,銅棒有電感。把感應(yīng)圈的輸出接到兩個小銅球上,對電容充電。到一定電壓時,兩個小銅球之間產(chǎn)生火花短路,發(fā)生器就成為一個LC回路,電容上的電荷通過火花放電,產(chǎn)生頻率很高(因為回路的電感、電容很?。┑恼袷帯S捎陔娙萜鞯男螤?,電場彌漫在整個空間,產(chǎn)生向外傳播的電磁波。右邊是檢測器,由一根銅線彎成圓形(赫茲采用的半徑是35cm),兩端焊接兩個銅球而成,二球之間的距離可以調(diào)節(jié)。它也是一個振蕩回路,兩球間的電容就是回路的電容,回路的固有頻率由其電感和電容決定。為了檢測時效果顯著,把檢測器調(diào)到與發(fā)生器諧振。這樣,當電磁波到達時,檢測器的圓形銅線上感生出電動勢,回路內(nèi)產(chǎn)生強迫振蕩,由于諧振,檢測器內(nèi)回路產(chǎn)生強烈的振蕩,這時,火花隙中會出現(xiàn)火花,就可檢驗電磁波的存在。赫茲還通過把檢測器移到不同的位置,測出電磁波的波長為66cm,這是光波波長的106倍。根據(jù)波長和計算出的振蕩頻率,可算出波速等于光速。
后來赫茲還實現(xiàn)了波的反射,驗證了反射定律;并使原始波與反射波疊加產(chǎn)生了駐波,從而確證發(fā)生了干涉。赫茲還讓電磁波通過瀝青棱柱發(fā)生折射;通過帶孔的屏蔽觀察到衍射;通過平行的導(dǎo)線柵網(wǎng)產(chǎn)生偏振;還用柱面金屬屏使電磁波聚焦。這些實驗結(jié)果表明電磁波的性質(zhì)與光波相同。這樣,赫茲就從實驗上證明了麥克斯韋理論的正確,電磁理論開始被眾多科學(xué)家所接受。到19世紀末,麥克斯韋理論在電磁學(xué)中已占統(tǒng)治地位。
赫茲在電磁波實驗中還順便發(fā)現(xiàn)了光電效應(yīng)。1887年,他發(fā)現(xiàn)當檢測器振子的兩極受到發(fā)射振子的火花光線照射時,檢測器的火花會有所加強。進一步的研究表明這是由于紫外線的照射,紫外線會從負電極上打出帶負電的粒子。他將此事寫成論文發(fā)表,但沒有進一步研究。
1894年,赫茲死于牙病引起的血毒癥,去世時還不到37歲。為了紀念赫茲,他的名字被用作頻率單位的名稱。