第八章材料的声学2.ppt

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20Hz 20kHz声波 音频声流体介质 纵波 压缩波CompressionalWave 固体介质 纵波 横波 切变波ShearWave 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