冷热水倾倒声音异同与转化数据构建

崔鸣岐

摘 要：数字音频是随着数字信号处理技术、计算机技术、多媒体技术的发展而形成的一种全新的声音处理手段。发现凉水和热水倾倒声音不同，探究确定水倾倒声音与水温存在关系，结合不同的声音可转换成不同的数据，通过获取的数据不同可以同步直接轉换为不同的水的温度，达到通过倾倒水的声音得到水的温度的目的。以此制作声音测温仪。

关键词：数字音频；数据声音；测温仪

中图分类号：TU995 文献标识码：A

一、凉水和热水倾倒声音不同的发现及确定

前些日子我在家中用饮水机接水的时候（如图1所示），忽然听到接凉水和接开水的时候的声音明显不同，凉水倾倒时的声音比较清脆，热水倾倒时的声音比较浑厚。凉水和热水倾倒时的声音明显不同，我对此非常好奇，很想知道为什么会产生这种现象以及这是否是真的。

一开始我想到的原因有两点：①这有可能是饮水机中水在加热过程中不利于气泡溢出使开水内部存有气泡，因为热水有气泡才产生了热水和冷水倾倒声音的不同；②也有可能是因为热水和冷水的温度差异，因为温度差异才产生了热水和冷水倾倒声音的不同。若原因一成立，说明凉水和热水倾倒时的声音不同只在特定的环境下出现，结果不带有普遍性，可以在特定的条件下应用；若原因二成立，说明凉水和热水倾倒时的声音不同的结果带有普遍性，拥有一般性的规律可以应用的领域应更广泛。

为了验证我的想法，我进行了如下的研究（如图2所示）：两水杯中分别装入相同量热水和开水，分别向杯中倾倒，若仅是第一个原因作用的话，那么这一次应该听到开水和凉水的倾倒声音是相同的，但是实验的结果是这一次开水和凉水的倾倒声音，和用饮水机接水的时候听到的结果一样，也就是凉水和热水倾倒时的声音有明显的不同的主要原因应是热水和冷水的温度差异。通过验证原因一不成立，说明凉水和热水倾倒时的声音不同只在特定的环境下出现，结果带有普遍性；说明原因二成立，说明因为温度差异才产生了热水和冷水倾倒声音的不同，凉水和热水倾倒时的声音不同的结果带有普遍性拥有一般性的规律可以应用领域应更广泛。

为了进一步确定凉水和热水倾倒时的声音有明显的不同，笔者上网查阅。发现了许多这方面的研究与回答：

1.水煮开后，水分子的活动能力大为增加，分子间的吸引力大为削弱，这时，不仅液体表面的水分很快蒸发，而且液体内部的水分子也争先恐后地汽化飞出。因此，在开水四周总是夹着这一层富于弹性的水汽，所以发出了低沉的“扑扑”声。

2.水温度降低时，水分子的活动能力减弱了，分子间的吸引力增大了，液体内部的水分子不再汽化，包围着的水汽层逐渐消失，因而发出来的声音变清脆了。

3.有人认为，冷水倒在地上，水和水里的空气同时与地面撞击，所以发现的声音比较清脆。至于开水，因为开水里没有空气了，倒在地上时就只有水与地面撞击，所以发出的声音比较低沉。

4.冷水和热水倾倒时的声音的差异（如图3所示）

以上都说明冷水和热水倾倒时的声音真的有明显的不同。

二、不同的声音可以转化成不同的数据

现在是数字时代，不同的声音可以转化成不同的数据，音频信号转换成数据被广泛应用，如数字录音机、MP3、手机之类的都需要将音频信号转换成数据。现在自然声音的收集通常需采用话筒，麦克风等设备，收集方式主要是用麦克风等声音采集设备捕捉声波，将声波的振动转化为模拟音频信号，然后用磁带将模拟信号记录下来，或者用电脑将模拟信号记录下来，或者用电脑将模拟信号转化成数字电信号，并记录存储下来。

把模拟的电信号变为数字电信号这一过程称为模拟信号数字化，即模/数转换（A/D）。A/D转换通常使用PCM（脉冲编码调制）技术来实现，未经过数据压缩，直接量化进行传输则被称为PCM（脉冲编码调制）。A/D转换过程包括3个阶段，即取样、量化、编码。

通过图4的程序我们就将不同的声音可以转换成了不同的数据。

三、凉水和热水倾倒声音不同的应用探究——声音测温仪

通过上面的表述，我们知道水的温度不同倾倒水时对应的声音就不同，不同声音可以转换为不同的数据，录音机的播放是将获取的不同数据存储，需要时再将存储的不同数据再转换成声音，我们这里需要的是同步将获取的不同数据同步转化为不同的温度，并通过显示器显示，也就是我们通过水的倾倒声音可以直接得出水温。我把这样的仪器称为——声音测温仪，如图5所示。

1.声音测温仪有怎样的应用价值呢？

我上网查阅却未找到它在生产生活中的应用。我坚信任何事物的存在都有它特有的价值，我不禁回想起了去年我的表弟刚刚出生的时候，我的小姨和小姨父我为我的表弟喝奶粉这件事情，费了很大的心思。这是因为奶粉的温度总是不好确定。这导致整个冲奶粉的过程非常的麻烦。这让我立马想到了我这个发现的用武之地。我不确定是否每家都有这个困难，于是我又上网搜索了一下是否其他的家长也为此烦恼。没想到在网上经常有小孩的家长，抱怨小孩子的奶粉温度不好控制。

由此我更加确信我这个发现利用凉水和热水倾倒声音来制作一种测出温度的仪器——声音测温仪的可行性，我认为这种仅凭水声测量水的温度的方法还可以运用到其他的不同领域当中。当然，声音测温仪受技术限制现在实现有较多难点，但声音感知和理解的目标就是使计算机能感知人耳听觉所能关注和理解的声音并加以利用。

参考文献

[1]杨士莪.声学原理概要[M].哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2015.

[2]韩纪庆，石自强.声学事件监测理论与方法[M].北京：科学出版社，2016.

[3]谢明.数字音频技术及应用[M].北京：机械工业出版社，2017.

[4]李兆刚，等.数字音频原理与检测技术[M].北京：人民邮电出版社，2015.endprint