声音、频率和声谱简介。
在学习超声波之前，首先了解声音本身非常重要。我们大多数人每分钟都能听到许多不同的声音，但很少有人能解释它们是如何协同工作的。
简单来说，声音是空气分子的振动（这就是为什么太空中没有声音！）。当物体振动时，它会引起周围的空气分子运动。这些分子会与相邻的分子碰撞，如此往复。这就产生了在空气中传播的振动波——这就是我们感知到的声音。空气本身并不会完全跟随声波传播。相反，每个空气分子都会远离其静止点，但最终会回到原点。声音的产生过程可以分为三个阶段：
源振动
波的传播（能量通过介质，即空气分子的传递）。
生物检测（耳膜）
当我们听到声音时，耳朵会感知空气中传播的压力波。每秒压力波的振动次数称为频率，单位是赫兹（1赫兹=每秒1次振动）。这些压力波进入外耳，引起耳膜振动。外耳接收到的声波会进一步传递到内耳，在那里产生电信号。这些信号被传递到大脑，大脑将其转化为我们能够识别和听到的声音。
声谱
人类的可听范围——即我们能听到的声音频率范围——是 20 赫兹到 20 千赫兹（20,000 赫兹）。频率与音调直接相关，因此 20 赫兹的声音音调极低（例如，低音）。虽然可听范围的另一端理论上是 20 千赫兹，但大多数成年人很难听到接近这个频率的声音。即使是尖锐的哨声，其频率也只有 10 千赫兹。分贝(dB) 是衡量声音的另一个主要单位。然而，频率和音调与每秒振动次数有关，而分贝是与强度/响度或压力波振幅相关的独立测量单位。正如我们刚才回顾的，可听范围包含我们能听到的声波。然而，世界上还有许多我们听不到的声音。声谱是指能够以机械振动和波的形式在介质中传播的所有声波频率范围。声谱通常分为四个主要频段：
次声波：频率低于 20 赫兹。频率太低，人耳听不到，但人体可以感觉到。
例如，远处火山或地震的隆隆声。
可听声音：20赫兹至20千赫兹。属于人类听觉的标准范围。
例如：声音、音乐、汽车等。
超声波：频率范围为 20 千赫兹至至少 100 千赫兹。这远远超出人类听觉范围。
例如：燃气、电气和机械问题，动物回声定位。
超声波：10^13 Hz（10,000,000,000,000 Hz）。
经典声波理论开始失效。这远远超出了我们的研究范围。
频率与振幅
我们可能认为，超出人耳听觉范围的声音因为我们听不到所以不会产生分贝。然而，请记住，频率才是决定我们能否听到声音的主要因素。整个声谱范围内的声音都能产生分贝。众所周知，过大的声音会损害听力。音乐会、爆炸声以及其他超过 90 分贝的声音通常都属于长期暴露的危险范围。但是，我们刚才已经确定，其他声学范围内的声音（例如超声波）也会产生分贝。虽然这些声音不会损害听力，但它们仍然会造成一些听不到的不良影响。次声波范围内的声音会引起焦虑或恶心，许多超声波会导致头痛、头晕和耳压。事实上，振幅极高（约 180 分贝）的超声波会造成严重的内脏器官损伤，而你却听不到任何声音。请记住，频率及其对应的赫兹数并不能客观地对可听见的声音进行分类。蝙蝠能听到频率范围从约1千赫兹到超过200千赫兹的声音。它们的听觉范围包含了超声波范围，而我们人类的听觉范围则不包括超声波。人类必须依靠视觉来感知声音，例如回声定位，而蝙蝠和海豚则可以直接听到相应的超声波频率。
恭喜你——你已经完成了声音、频率和声谱的入门学习！
