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文档简介
材料的声学,声学基础,声波:机械振动状态在介质中传播形成的波动形式 分类: 20kHz声波超声 20Hz20kHz声波音频声 流体介质:纵波(压缩波 Compressional Wave) 固体介质:纵波、横波(切变波 Shear Wave),声学基础,声振动作为基本物理现象应满足:牛顿第二定律(运动方程);能量守恒定律(连续方程)和绝热压缩定律(物态方程) 由此推出声波方程: 压强 ,物态密度以及体积之间的关系方程,声压 p 质点速度 v 密度(变化),1 声波描述,声压(标量):声波扰动引起介质压强的变化量 声场:声波所波及的空间 位移(矢量):介质质点离开其平衡位置的距离 振速(矢量):介质流速或介质质点运动速度的变化量,1 声波描述,密度改变量: 压缩量:介质密度的相对变化量,描述声场,通常采用上述各物理量的时空分布函数?,2 波动方程,假设条件 1. 介质静止、均匀、连续的:在波长距离上,声学特性保持不变。 2. 介质是理想流体介质:忽略粘滞性和热传导性。 3. 小振幅波:各声学量是一阶小量。,连续性方程(质量守恒定律) 介质流入体元的净质量等于密度变化引起的体元内质量的增加:,状态方程(绝热压缩定律) 介质的压缩和膨胀过程是绝热过程 :,绝热压缩系数:单位压强变化引起体积相对变化。,牛顿方程:介质的运动方程,2 波动方程,运动方程(牛顿第二定律),波动方程,波动方程的通解: 前一项为入射波,后一项为反射波 声音船体涉及能量的传递:单位体积内传播的能量称为声能密度: 单位面积上的能量称为声强:,三种表示方法,直角坐标分量表示 直观,繁琐 矢量方程 普适,难度 简写方式 简洁,依赖坐标系,速度势 介质单位质量具有的声扰动冲量 :,声压、质点振速与速度势关系,2 室内声学,声音在室内可以形成驻波: 对应的简正方式: 声音在室内遭到反射:其平均反射次数为: 声音频率较高时可以形成回声等现象,吸声材料,1) 吸声材料的定义 当声波遇到材料表面时,被吸收声能与入射声能之比,称为吸声系数。通常取125,250,500,1000,2000,4000(Hz)等六个频率的吸声系数来表示材料的吸声频率特性。凡六个频率的平均吸声系数大于0.2的材料,称为吸声材料。,(2) 吸声材料及其结构 吸声材料和吸声结构的种类很多,按其材料结构状况可分为多孔吸声材料、共振吸声结构和其它吸声结构三大类。 吸声材料的气孔是开放的,且互相连通,其气孔越多,吸收性能越好。大多数吸收强度较低,因此,吸收材料应设置在护壁台度以上,以免碰撞坏。多孔吸收材料易于吸湿,安装时应考虑胀缩的影响,隔声材料,建筑上把主要起隔绝声音作用的材料称为隔声材料。隔声材料主要用于外墙、门窗、隔墙以及隔断等。隔声可分为隔绝空气声(通过空气传播的声音)和隔绝固体声(通过撞击或振动传播的声音)。两者的隔声原理截然不同。 对于空气声,根据声学中的“质量定律“,其传声的大小主要取决于墙或板的单位面积质量,质量越大,越不易震动,则隔声效果越好。可以认为:固体声的隔绝主要是吸收,这和吸声材料是一致的;而空气声的隔绝主要是反射,因此必须选择密实、沉重的如粘土砖、钢板等作为隔声材料。 对于隔绝固体声音最有效的措施是采用不连续结构处理。即在墙壁和承重梁之间,房屋的框架和墙壁及楼板之间加弹性衬垫,这些衬垫的材料大多可以采用上述的吸声材料,如毛毡、软木等。将固体声转换成空气声后而被吸声材料吸收。,吸声材料及其结构,多孔吸声材料 多孔吸声材料,包括纤维状、颗粒状和泡沫状,其对低频声的吸收比较差;多孔吸声材料的构造特征是:材料从表到里具有大量内外连通的微小间隙和连续气泡,有一定的通气性。这些结构特征和隔热材料的结构特征有区别,隔热材料要求的是封闭的微孔。多孔吸声材料是普遍应用的吸声材料,其中包括各种纤维材料:玻璃棉、超细玻璃棉、岩棉、矿棉等无机纤维,棉、毛、麻、棕丝、草质或木质纤维等有机纤维。纤维材料有的直接以松散状使用,有时可用粘着剂制成毡片或板材,如玻璃棉毡、岩棉板、草纸板、木丝板、软质纤维板等等。微孔吸声砖等也属于多孔吸声材料。泡沫塑料,如果其中的孔隙相互连通并通向外表,可作为多孔吸声材料。,共振吸声结构 其中包括单个共振器、穿孔板共振吸声结构、博板共振吸声结构,常采用共振吸声原理来解决低频声的吸收。其装饰性强并有足够的强度,故在建筑物中使用比较广泛。,吸声结构 空间吸声体:它是共振吸声结构和多孔吸声材料的结合,可预先制作,可根据不同的使用场合和条件,因地制宜地设计
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