聲音的物理特性
聲音的物理現象
聲音是由物體的振動產生的。正在發聲的物體被稱爲聲源。聲音需要通過物質才能傳播，物理學中把能夠傳播聲音的物質稱爲介質。氣體，液體，固體都可以成爲傳播聲音的介質。真空中不能傳播聲音。
人們對聲音的描述，是和主觀感受密切相關的，下面介紹幾個用於表達這種主觀感受的聲學名詞。
聲音有大小，一般來說，聲源振動的幅度越大，產生的聲音就越大；人離聲源越近，聽到的聲音越大。聲音的大小被稱爲音量，也叫響度。
嗩吶和鋼琴發出的聲音聽起來完全不同，即使音量一樣，也能輕易區分出二者的區別。不同的聲源由於材質和結構不同，產生不同的聲音，這種聲音的主觀感受特性在聲學中被稱爲音色。
同樣是鋼琴，既可以產生低沉的聲音，也可以產生清脆的聲音；小提琴既可以產生舒緩的聲音，也可以產生尖銳的聲音；我們也都知道男低音，女高音的說法。在聲學中用音調來表示聲音聽起來高和低的感受。音調的高低和物體振動的頻率（單位時間內的振動次數）有關，物體振動的快，發出聲音的音調就高。振動的慢，發出聲音的音調就低。
綜上，聲音的三個主觀屬性爲：音量（響度），音色，音調。
聲音的物理本質
前面我們討論了聲音的物理現象和主觀屬性，接下來我們看一下聲音的物理學本質。
聲音的本質是機械波。機械波的定義爲：機械振動在介質中的傳播。產生機械振動的物體被稱爲波源，機械波通過介質傳播其形式和能量。介質中質點的振動形式和振源相同，同時能量也隨着質點的運動進行傳播（在物理學中，質點是一個只有質量沒有體積的理想概念）。聲音完全滿足機械波的定義，故聲音也被稱爲聲波。
機械波分爲橫波和縱波。橫波是指質點的振動方向和波的傳播方向垂直的機械波，在橫波中，凸起的最高處稱爲波峯，凹下的最低處稱爲波谷。典型的橫波有繩波（甩動繩子的一端形成的波），水波等，繩波如下圖所示：
縱波則是質點的振動方向和波的傳播方向平行的波，質點在縱波傳播時來回振動，其中質點分佈最密集的地方稱爲密部，質點分佈最稀疏的地方稱爲疏部。聲波屬於縱波，如下圖所示：
沿着波的傳播方向，兩個相鄰的、相對平衡位置的位移和振動方向總是相同的質點間的距離稱作波長，常用λ表示。在橫波中，波長等於“波峯-波峯”的長度或“波谷-波谷”的長度；在縱波中，波長等於“密部-密部”或“疏部-疏部”的長度。另外，質點的最大位移位置相對平衡位置（未發生振動時的位置）的距離被稱爲振幅。
波上任意一個質點完成一次全振動所需時間稱爲週期，常用 T 表示，單位是 s（秒）；介質中的質點單位時間內完成全振動的次數叫做波的頻率，常用 f 表示，*單位是 Hz。頻率是週期的倒數。簡單來說，波源振動地越快，則頻率越高。
機械波在介質中的傳播速度被稱爲波速，常用 v 表示。由波長，週期，頻率的定義，我們可以得出如下公式：
- 波速 = 波長 / 週期 （v = λ/ T）
- 波速 = 波長 * 頻率 （v = λ* f）
但是，實際情況是，波速是由介質決定的，且只由介質決定。例如，聲音在空氣中的傳播速度是 340m/s，無論聲音大小，音調高低，傳播速度都是固定的。所以雖然波速和波長和週期/頻率相關，但是並不由它們決定。
由於在同一介質中波速不變，我們可以得出結論，頻率越高，波長就越小。
波的圖像
無論橫波還是縱波，我們都可以爲其建立座標系，x 軸表示介質中質點的平衡位置所連成的直線，y 軸表示每一個質點的位移，位移的最大值表示振幅。波的圖像又被稱爲波形圖，從中可以讀出每個質點的位置座標。
波形圖描繪的是某一時刻質點的座標值，所以分析波形圖需要根據時間的推移進行分析。質點的 x 座標是不變的，但是隨着時間的推移，質點的也會發生位移，即每個質點的 y 座標也會發生變化。
聲音的物理本質和現象之間的關係
聲音本質上是機械波，機械波的各種性質決定了聲音的各種性質。
聲波的振幅決定了音量，聲波的頻率決定了聲音的音調。那麼問題來了，已知聲速的固定的，如果音量（振幅）相同，音調（頻率）相同，那麼波形圖就是一樣的，既然波形圖相同，那麼聽起來應該就是一樣的，但爲何我們能聽出不同的樂器有不同的音色呢？
其原因就在於，樂器演奏出的聲音，並不是由單一成分的頻率構成的。事實上，它們是由一組頻率構成的，而不是簡單的一條波形圖。每一種樂器、不同的人以及所有能發聲的物體發出的聲音，除了一個基音（整體頻率）外，還有許多不同頻率的泛音伴隨，正是這些泛音決定了其不同的音色，使人能辨別出是不同的樂器甚至不同的人發出的聲音。這個原理比較複雜，具體可參考：「不同樂器的音色不同」是指什麼？ - 夏曉昊的回答 - 知乎
聲學相關知識
人類能聽到的聲音頻率範圍
頻率的單位是 Hz，1Hz 表示聲源（波源）1秒鐘振動1次。人類耳朵的聽力有一個頻率範圍，大約是20Hz～20000Hz，一般來說，超出這個範圍的聲波，人類的耳朵是聽不到的。（低於 20Hz 的聲波被稱爲次聲波，超過 20kHz 的聲波則稱爲超聲波。）
大部分聲音（比如說話聲）的頻率都在幾百Hz這個範圍內，高音能唱到1000Hz以上的歌手已經是極少數了，鋼琴的最高音，頻率大概爲 2.5K～8KHz。由於我們日常聽到的聲音頻率都比較低，人耳對低頻率（幾百到幾千Hz）的聲音更敏感，對高頻率聲音並不敏感，對於很多人來說，尤其是老年人，超過 10000Hz 的聲音基本上就聽不到了。
聽音樂時，重低音給人的衝擊力更強，就是這個原因。此外，音頻領域還有一些其他技術也依賴這個原理，後面我們會說。
聲道
聲道(Sound Channel) 是指聲音在錄製或播放時在不同空間位置採集或回放的相互獨立的音頻信號，所以聲道數也就是聲音錄製時的音源數量或回放時相應的揚聲器數量。一般來說，聲道越多，聲音聽起來越立體，越飽滿，聽衆可以分辨出樂器來自何方（聲音定位），猶如身臨其境一般。
需要注意的是，聲音在錄製時可以錄製多個聲道，在播放時，如果想要播放所有錄製的聲道，需要播放設備的支持，如果播放設備不支持多聲道，則只能播放其中某個或某些聲道。
常見的聲道分類有：
- 單聲道：錄製和播放時只有一個聲道，這種聲音不具備聲音定位能力，早期的留聲機，收音機使用的是這一技術，現在除了在無線廣播這個傳統領域，其他領域基本上不用了。
- 立體聲（Stereo）：聲音在錄製過程中被分配到兩個獨立的聲道，從而達到了很好的聲音定位效果。立體聲技術現在被廣泛運用，成爲了影響深遠的一個音頻標準。時至今日，立體聲依然是許多產品遵循的技術標準。
- 四聲道環繞：四聲道環繞規定了4個發音點：前左、前右，後左、後右，聽衆則被包圍在這中間。四聲道技術已經廣泛融入於各類中高檔聲卡的設計中，成爲未來發展的主流趨勢。在四聲道的基礎上，還可增加一個低音音箱，以加強對低頻聲音信號的回放處理，被稱爲 4.1 聲道。
- 其他的還有 5.1聲道，7.1聲道等，是在四聲道的基礎上發展而來，一般應用在影院/家庭影院中，這裏不再詳細介紹。