声音的特性：音调、响度和音色
声音有三个特性：音调、响度和音色。音调是声音的高低，由发声体振动的频率决定，频率越高音调越高；响度是声音的强弱，由发声体的振幅决定，振幅越大响度越大，还与距发声体的远近有关；音色反映声音的品质与特色，由发声体的材料和结构决定。在波形图上，波越密音调越高，波越"高"响度越大，波的形状不同音色就不同。
声音的产生和传播
声音是由物体的振动产生的，振动停止，发声也停止。正在发声的音叉把乒乓球弹开、拨动的钢尺在桌边上下振动，都说明了这一点。声音以声波的形式传播：发声体振动时推动周围的空气，使空气形成一疏一密的结构向外传出去。声音的传播需要介质，真空不能传声；15 °C 时空气中的声速约为 340 m/s。
音调与频率
物体在 1 s 内振动的次数叫频率，单位是赫兹（Hz）。频率越高，音调越高，声音越尖细；频率越低，音调越低，声音越低沉。钢尺伸出桌边越短，振动越快，音调越高。
频率 f = 1 s 内振动的次数 周期 T = 1 / f 波长 λ = v / f
人耳能听到的频率范围约为 20～20000 Hz。高于 20000 Hz 的声叫超声波，低于 20 Hz 的声叫次声波。
响度与振幅
物体振动的幅度叫振幅。振幅越大，响度越大；振幅越小，响度越小。拨钢尺、敲音叉越用力，振幅越大，声音越响。响度还跟距发声体的远近有关：离得越远，声音越分散，听到的响度越小。响度常用分贝（dB）表示。
音色
不同发声体的材料、结构不同，发出声音的音色也就不同。发声体发声时，除了振动最慢的基音，还同时发出频率是基音整数倍的泛音；泛音的多少和强弱不同，波形的形状就不同。音叉几乎只有基音，波形接近正弦曲线；小提琴的泛音很多，波形接近锯齿形。所以即使音调和响度相同，我们也能分辨出是钢琴还是小提琴在演奏。
声音的三个特性对照
| 特性 | 含义 | 决定因素 | 波形图上看 | 生活中的说法 |
|---|---|---|---|---|
| 音调 | 声音的高低 | 频率：频率越高，音调越高 | 同样时间内波的个数（疏密） | 女高音、男低音、声音尖细或低沉 |
| 响度 | 声音的强弱（大小） | 振幅：振幅越大，响度越大；离发声体越远，响度越小 | 波峰的高度（振幅） | 引吭高歌、低声细语、震耳欲聋、轻声慢步 |
| 音色 | 声音的品质和特色 | 发声体的材料和结构 | 波形的形状 | 闻其声知其人、听出是什么乐器 |
| 动物 | 人 | 狗 | 猫 | 蝙蝠 | 海豚 |
|---|---|---|---|---|---|
| 听觉频率范围 / Hz | 20～20000 | 15～50000 | 60～65000 | 1000～120000 | 150～150000 |
用这个模型做实验
- "音调与响度"中拖动钢尺端点向下按，松手让它振动，同时看空气中疏密相间的声波和示波器上的波形。
- 保持拨动力度不变，改变钢尺伸出桌边的长度：伸出越短，振动越快，频率越高，示波器上的波形越密，音调越高。
- 把钢尺伸出 20 cm 以上，看到钢尺在振动，频率却低于 20 Hz，成为次声，人耳听不到。
- 保持伸出长度不变，改变拨动力度：振幅越大，示波器上的波形越"高"，响度越大；再把听者移远，响度变小。
- 点"保存为参考波形"，再改长度或力度，两条波形画在同一张图上，比较音调和响度的变化。
- 换成音叉，敲击后看乒乓球被弹开；换不同频率的音叉比较音调；点"按住，停止振动"，声音随之消失。
- "音色"中让甲、乙选不同的乐器：周期和振幅都相同，波形形状却不同；打开"泛音分解"看波形由哪些泛音组成。打开声音，听一听两者的区别。
- "波形判断练习"中根据两幅波形判断音调、响度、音色是否相同。
常见问题
音调、响度、音色分别由什么决定？
音调是声音的高低，由发声体振动的频率决定，频率越高音调越高；响度是声音的强弱（大小），由发声体的振幅决定，振幅越大响度越大，还跟距发声体的远近有关，离得越远响度越小；音色是声音的品质和特色，由发声体的材料和结构决定，不同发声体发出的声音即使音调和响度相同，音色也不同。
怎样从波形图判断音调、响度和音色？
在横轴、纵轴比例相同的波形图中：看同样时间内有几个完整的波（波形的疏密），波越多、越密，频率越高，音调越高；看波峰到中线的距离（振幅），振幅越大，响度越大；看波形的形状，形状相同则音色相同，形状不同（如一个是光滑的正弦曲线、一个是锯齿形）则音色不同。
为什么钢尺伸出桌面太长时，拨动它却听不到声音？
钢尺伸出桌面越长，振动越慢，频率越低。伸出很长时（模型中约 20 cm 以上），钢尺每秒振动不到 20 次，频率低于 20 Hz，发出的是次声波，超出了人耳的听觉范围（20～20000 Hz），所以能看到钢尺在振动，却听不到声音。这也说明：物体振动一定会发声，但发出的声音不一定能被人听到。
“引吭高歌”“低声细语”中的“高”“低”指的是音调还是响度？
指的是响度。“引吭高歌”是声音大，“低声细语”是声音小。而“女高音”“男低音”“这首歌调太高，我唱不上去”中的“高”“低”指的是音调。判断时看说的是声音的大小（响度），还是声音的粗细、尖细与低沉（音调）。
为什么能“闻其声而知其人”？
因为不同的人声带的结构、口腔和鼻腔的形状不同，发出的声音音色不同。即使两个人用同样的音调、同样的响度说话，声音的波形形状（基音和泛音的组成）也不一样，所以能分辨出是谁。同样的道理，能分辨出钢琴、小提琴、笛子演奏的同一个音，声纹锁也是根据音色识别人的。
敲击音叉时，旁边悬挂的乒乓球为什么会被弹开？
发声的音叉在振动，但振动很快、幅度很小，眼睛不容易看出来。乒乓球接触音叉后被一次次弹开，就把音叉微小的振动“放大”显示出来，这种方法叫转换法。敲得越重，音叉振幅越大，乒乓球被弹得越远，同时听到的声音越响，说明响度与振幅有关。
超声波和次声波有什么特点和应用？
频率高于 20000 Hz 的声叫超声波，低于 20 Hz 的声叫次声波，人耳都听不到。超声波方向性好、穿透能力强，可用于 B 超、声呐测距、超声波清洗、蝙蝠和海豚利用它回声定位；次声波传播距离远，地震、火山爆发、台风、核爆炸时都会产生，可以用来预报这些灾害，强次声波对人体有害。有些动物能听到人听不到的声音，例如狗能听到 15～50000 Hz，大象能听到次声。
适用课程
人教版初中物理八年级上册第二章《声现象》第 2 节"声音的特性"（音调与频率、响度与振幅、音色、超声波和次声波），以及第 1 节"声音的产生与传播"中的振动发声、声波。常见题型有"根据现象判断是音调、响度还是音色""看波形图比较音调和响度""钢尺、音叉、水瓶琴等实验的分析""次声波和超声波的应用"等。