如果声音能够被看见
如果声音能够被看见
声音是我们日常生活中不可或缺的一部分，但你是否想过，如果声音能够被看见，它会以怎样的形态呈现？本文将带你探索声音的本质及其可视化技术，揭秘声音背后的科学奥秘。
什么是声音？
声音是由物体振动产生的，它可以通过空气、固体或者液体传播，能够被人的听觉器官所感知。通常意义上只要有振动，有传播介质就会有声，音则通常是指有规律的声，有一定的节拍。
声音的三个主要特性是音调、响度和音色。音调是指声音的高低，主要由频率决定，物体的振动，有快有慢，例如细而短的琴弦振动比较快，粗而长的琴弦振动比较慢。人耳能够听到的频率范围一般在20赫兹到20,000赫兹，低于20赫兹的称为次声，高于20000赫兹的称为超声。响度是指声音的强弱，主要由声源的振幅决定。音色则是指声音的特色，它由声波的波形决定，不同的物体材料会产生不同特性的音色。
声音的传播速度一般是固体中最快，气体中最慢。根据科学出版社的《声学手册》中的数据，常温下声音在空气中的传播速度约为340m/s,在水中约为1500m/s；而在钢铁中，速度可达到3000m/s以上。
声音的可视化
声音可以被看到，这不是天方夜谭。通过一些面粉、沙子等就能实现。声音可视化是将声音转化为可视化的图像或动画。早期的声音可视化主要是针对声源振动过程的可视化。比如在打击乐器在受到敲击后，金属箔的振动过程可以通过高速摄影或者其表面的面粉等细小颗粒显示出来。
十八世纪，德国科学家恩斯特·克拉尼做过一个实验，他选择了一块金属薄板，并在上面均匀地撒上细沙。然后使用小提琴的琴弓拉响薄板，结果薄片上的细沙开始移动，自动排列成不同的美丽图案。
克拉尼图形（图片来源于网络）
换一种音调，图形也发生变化（图片来源于网络）
每一种音调，都有对应的图形（图片来源于网络）
人如果仅有一只耳朵工作，就可以听到声音，两个耳朵便能辨别大致方向，如果有更多的耳朵就能精确定位声音的方位和声音大小的分布。声学照相机，就是利用一定数量的传声器阵列，测量目标区域的声场分布，测量物体发出的声音的位置和声音辐射的状态，并用云图方式显示出直观的图像。
声音跟我们的生活有各种想不到的联系，例如声学照相机就有广泛的用途，比如识别机械故障的位置，监测电力传输中局部放电的现象，监测气体泄漏的位置，当前还用于协助交管部门用于禁止机动车鸣笛区域的鸣笛抓拍等。在超声频段，医院日常所用的B超检查也是声音声场的可视化，根据图像灰度的不同来识别病灶大小和位置等。同时，声音可视化也可以作为一种独立的艺术形式，创造出独特的视觉和听觉体验。通过将声音信号转化为艺术图像或动画，可以创造出丰富多样的声音艺术作品。