耳朵是怎样听到声音的?
耳朵分外耳、中耳和内耳三部分。
外耳就是暴露在头部外面的部分,叫做耳廓。它起收音作用,能把声音集中起来送入中耳和内耳。有时猛然传来一股声音,一下子分不出是从哪儿传过来的,我们便会习惯地转转头,或者把手搭在耳边细细地听,这就是我们在增强外耳的收音效果。不仅人这样,许多动物也是这样。拿兔子来说吧,它的两只耳朵非常灵活,一有响声,就会马上抬起头来,转动耳朵听听,寻找声音的来路。
耳廓往里是外耳道,声音通过外耳道进入中耳。中耳的主要部分称鼓室,相当于收音机里的传声装置,负责把外界声音传入内耳。鼓,大家都很熟悉,敲几下,它就咚咚地响,鼓室的情况就跟鼓很相似。鼓室靠近外耳道的“墙壁”是一张薄膜——鼓膜,它是耳朵听声音的第一道关口,传送声音的声波进到耳朵,首先要碰到它。声波和它相碰,就像水波碰到堤岸一样,一阵一阵地冲击它,使它发生震动。传来的声波强,鼓膜震动就大;声波弱,鼓膜震动就小。声音尖,鼓膜震动快;声音低,鼓膜震动慢。鼓膜按照传来的声波的强弱、快慢发生震动,声音就被送进耳朵里面。如果声波传不进耳朵,鼓膜不发生震动,人就听不见声音。平时我们用棉花塞住耳朵,或用手捂住耳朵后,就听不清声音,也是这个道理。
鼓室像一间小房子,里面悬着人身上最小的3块骨头,叫听小骨。它们一块接着一块,活像一条大蚂蚱腿,大腿连在鼓膜上,中间是小腿,下面是脚,蹬在一个像蜗牛样的耳蜗上。这3块听小骨不仅有传声作用,还有放大声音的作用。它们之间由韧带和关节相连,当鼓膜受声音振动后,就通过这巧妙的“听骨链”将声音传到内耳。
内耳是人胚胎最先发育的听觉部分,大约在胎儿20天以后就开始出现了。内耳的功能独特,结构非常复杂,其中的主要部件是形如蜗牛壳的耳蜗。耳蜗负责接受声音,它里面有听觉感受器和耳蜗神经,还有1万个左右的毛发形的听觉毛细胞。当中耳的镫骨将声音传送到内耳时,耳蜗里的毛发状听觉毛细胞就会在淋巴液中摆动起来,就像水草在水中摆动那样。声音不同,摆动的姿势也不同,淋巴液振动的情况也不同。这种振动引起听觉感受器兴奋,经耳蜗神经传至大脑听觉中枢,于是人就听到了各种音响。
形象一点来说吧,耳朵听声音好像接力跑传递东西一样,是一节一节往里传的。声音通过耳廓、外耳道进入中耳,经过鼓膜、昕小骨传到耳蜗,耳蜗再打“电话”报告给大脑,这才算是到了头。
声音的传递需要介质,声音以波的形式振动传播,但这种振动离不开介质,这个介质可以是空气,水,固体。真空中因为没有物质的存在,声音就不能传递出去。
声音的传播速度跟介质的反抗平衡力有关,反抗平衡力就是当物质的某个分子偏离其平衡位置时,其周围的分子就要把它挤回到平衡位置上,而反抗平衡力越大,声音就传播得越快。铁的反抗平衡力大于水,水的反抗平衡力大于空气,所以声音传播速度是铁大于水大于空气。
总结来说声音的传递就是以波的形式去推动物质中的分子产生震动发生位置偏移,从而将声音向四周或某个固定的方向传递出去。
同样是波,为什么声波传递需要介质,而光波的传递就不需要呢?
简单来说,光是电磁波,声波是机械波。光波是电磁性质的能量释放,声音是振动介质的机械运动。光波及电磁波既是波又是一种粒子,具有波粒二象性。声波就单单是一种波,它不是一种粒子,它传递过程是逐渐衰减的,直至为零。而电磁波在理想的环境中可以无限制的传递下去。这样也是为什么我们可以观测到几百亿光年以为的星系的原因。而当我们隔了几十米元以后相互就无法听到对方说话的声音。
声音的产生是由于物体的振动,声音是物质振动产生的波动,需要靠介质传播才能听到。发出声音的物体被称作“声源”,声源依靠自身的振动来产生声音。
声源振动会撞击和它接触的空气微粒,引起周围空气微粒振动。振动的空气微粒又引起周围的空气微粒振动,逐渐将这种振动能量传递下去。
于是空气微粒以声源为中心,疏密相间分布,并将这种疏密变化的振动传递到远方。当这种振动传递到我们的耳膜,我们就能听到声源发出的声音了。