声传播的基础知识PPT课件

声音传播的基本知识，1.1声波的基本属性1。声波的概念“由近及远传播的介质粒子的机械振动称为声波。”人类听觉系统能感觉到的信号叫做声音 声学基础声音传播过程：声源(振动源)-介质(介质)-听觉系统-环境声学中的声音信号声音，主要涉及空气中的声音传播。声波传播平面波的典型形式：波前是平面的。波动方程是波动方程的指数解；平面波传播特性：声压振幅与传播距离无关。(声场中的声压值在任何地方都相等)，3，2，球面波：波前是球面的。波动方程是：波动方程的指数解：球面波传播的特征：声压振幅与传播距离成反比。圆柱波：波前是圆柱形的。圆柱波传播特性：声压振幅与传播距离的平方根成反比。(3)声波基本物理量的描述1。声波波动的基本规律是简谐振动：对于平面波，波动方程的指数解为：5，它的三角函数表达式是：对于简谐振动，声波是作为振动运动的，它的主要描述物理量是：(1)频率F人耳的可听声波频率约为20 20千赫，也称“声”。次声和超声波的概念与“音频”相关。嘿。6、不同声学研究领域的声波频率范围：次声：10-4 20Hz；台风、地震、核爆炸、天体运动；音频：20 20千赫；语言声学、音乐声学、电声学、环境声学、生理声学、心理声学、振动声学。超声波：20千赫 106千赫：水声学、生物声学、仿生学。106赫兹 108赫兹：超声波应用：检测、加工、诊断和治疗等。特殊超声波：108 1012赫兹：材料结构研究。纯音和复调的概念：单一频率的声音称为纯音，多频率的声音称为复调。(2)声波波长：最小波长(20Hz)约为28.6米；低频声音(100赫兹)约为3.44米；中频声音(1000赫兹)约为0.344米；高频声音(10kHz)约为0.034米。声速C与振动特性无关，只取决于介质的弹性密度和温度。空气：常温(20oC)下C=331.60.6t；常温下C=344(m/s):C=1480(m/s)0oC；钢的声速：c=5000(m/s)松木的声速：C=3320 (m/s)。9，2，声压，声强，声功率(能量)(1)声压P声压是指由于声波的作用而引起的介质颗粒振动所引起的大气压力的波动值。单位是帕斯卡。在声场中，声压是空间位置和时间的函数。空间某一点的声压值有瞬时声压和有效声压的概念。有效声压是瞬时声压的均方根值。对于简单谐波，有效声压Pe=Pa/。人耳感受到的声压下限是210-5(帕)，标准大气压是101325(帕)，相差10亿倍。在声强I的单位时间内，穿过垂直于声波传播方向的单位面积的平均声能称为声强。单位：w/m2。声强有方向，是矢量。对于平面波，因为波前沿传播方向是恒定的，所以声强沿传播方向也是恒定的，并且在任何地方都是相等的。对于球面波，波前是球面的，并且随着传播半径的增大而增大，因此存在：W声源声功率。(3)在平面波和球面波条件下声压和声强的关系，声强和声压有如下关系：空气静密度；C0空气中的声速；空气的特征阻抗。声源每单位时间辐射的总声能称为声功率。单位：瓦特(w)。对于球形声源，声功率与声强的关系如下：声功率可以指全频率范围内的辐射功率或辐射的对于1000赫兹的纯音，人耳能感知的阈声强为10-12(w/m2)，阈声压为210-5(pa)；痛阈声强为1(w/m2)，相应的声压值为20(Pa)。因此，人耳听觉阈值的声强差是10-12倍，声压差是10-6倍。因此，直接用声强和声压的绝对值来定音是不方便的，但用声强和声压的对数标度可以大大缩小标度范围。同时，人耳对声强的响应也接近于声强和声压的对数。因此，声强的标度通常使用声强和声压的对数值。这是我们熟悉的“声音级别”。(1)声压级Lp(dB)P，n/m2；P0参考声压，2x10-5N/m2(2)声强级LI(dB)I-某一点的声强，w/m2；I0-参考声强，10-12w/m2。(3)声功率级Lw(dB)W某一点声功率，w；W0参考声功率，10-12w。(4)声压级和声强级之间的关系是在大气压和室温的条件下。音量的定量概念：人耳的听得见的阈值：0dB郊区安静的夜晚：约20dB室内谈话：60 70dB(1米间隔)交通噪声：75dB(10米间隔)人耳的声强分辨率约为0.5 dB(5)当几个不同的声源同时作用于某一点时，声级的叠加，如果是不相干的声源，该点的总声强是每个声源产生的声强之和：嘿。18，它们的总声压是每个声压的平方根值：但是，当声级重叠时，不能进行简单的算术加法，加法必须按照对数运算法则进行。例如，当叠加n个具有相同声压的声音时，19，从上面的公式可以看出，当叠加两个具有相等值的声压级时，它仅比一个高3dB。两个声源的叠加也可以表示如下：在工程中，声压级的叠加计算也可以用计算表来计算：(见建声P10表1-3)。20，4，声音信号1的频率特性、时间特性和方向性，各种声音信号的频率特性，例如语音、音乐、机器噪声、风和雨声等。不是单频声音，而是包含各种频率成分的“多音字”。不同的声音在不同的频率有不同的频率成分和能量分布。这种由频率校准的声能分布图称为声信号频谱。如果声音中包含的频率成分是不连续的，即离散的频率成分，其频谱被表示为“离散频谱”(线谱):如果声音信号在一定的频率范围内包含连续的频率成分，其频谱被表示为“连续频谱”:在声学测量中，为了便于信号分析，音频范围通常被划分为一系列连续的频带。当分析精度高时，频带的带宽可以被分成更窄的频带。当分析精度不高时，频带的带宽可以划分得更宽。参见P11图1-7和P11图1-8。22岁。常用频带分为双频带和1/3双频带：双频带：上限频率是下限频率的两倍，即1/3双频带：上限频率是下限频率的(1.26)倍，即上限频率和下限频率也称为截止频率。倍频带和1/3倍频带通过划分频带中心频率fm来排列。中心频率是截止频率的几何平均值：见P12表1-4。23，2。声信号的时间特性也是变化的，如连续稳定、不连续、波动、脉冲等。它们可以大致分为：准周期稳态信号的周期确定、不确定性(随机)连续(语音)非稳态信号、瞬时(脉冲声)、(见01030156)。24岁。声学信号的时间波形和频谱特征是内在联系的：时域之间的傅立叶变换描述指向性的参数包括：(1)指向性因子方向上的声强；-所有辐射方向的平均声强。(2)方向性指数(dB)(见P13图1-9)。26，结束？继续吗？27、1.2室外声音传播室外声音传播的特点：它在大气环境中传播，受天气、地形等条件的影响。1.室外声音传播的发散定律1。自由场中点源辐射理想的点源辐射是球面波。对于稳态声源，有：28，以声级表示：(分贝)-声级的衰减。传播距离加倍，声级衰减约6dB，这是自由场中球面波传播的规律。对于定向声源，虽然声场各方向的辐射强度不相等，但辐射远场区沿某一方向的传播规律仍可视为球面波的传播，即必须指出声源的方向性随频率而变化，并应对应于某一频率(段)。半自由声场中的辐射刚性壁和半自由声场中任意点的声压是直接声和反射声的叠加。当声源高度H远小于波长(低频声音)或声程差(r1 r2)-r小于波长时，直接声与反射声近似同相，声波干涉，总声压是没有反射波时的两倍，声压级增加6dB。然而，在实际问题中，满足理想声源和同相条件的声辐射非常少，即实际声场中某处的声压应该是不同频率和不同相位的声波的叠加。因此，叠加的声压值不一定是直接声音的两倍。(参见“环形基础”P17)。31岁。对于辐射宽带噪声的实际声源，其声场可视为“扩散声场”，即各种频率的声信号在半自由声场中的相位是随机的，声场中的直达声与反射声无关。因此，声场中某处的平均声能密度应该是直接声音和反射声音的总和，即声强是两倍。声压级增加了3dB而不是6dB。在这种情况下，声场某一方向的声压级应表示为：在某一传播方向上，仍符合球面波的传播规律：距离加倍，声压降低6dB。半自由场的线声源在实际的环境声学问题中，火车在轨道上行驶和车队在道路上行驶可以近似地视为线声源。因为机车和汽车辐射宽带噪声，并且彼此没有固定的相位关系，所以它们构成“不相关的线性声源”。(1)连续分布的无限声源：圆柱波，(公式推导：见环境声学基础图1.10P18)，33，(2)有限长线声源：W总辐射声功率；L线源长度。当观测点离线声源接近时，视角为柱面波；当观测点离线声源较远时，视角为球面波(公式推导：见环境声学基础P18图1.10)。可以证明，经典吸收的大小与声波频率的平方成正比。分子弛豫吸收所谓的分子弛豫吸收是指由分子的自由度能量(运动和旋转能量)和内部自由度能量(振动能量)的再平衡(分布)引起的能量吸收。研究表明，经典吸收和弛豫吸收都与气压、温度和湿度密切相关。特别是，空气的湿度对分子振动的弛豫有很大的影响。以下公式可用于环形声学工程：从AA到20oC每100米距离的衰减分贝；频率(赫兹)；r-传播距离(m)；-相对湿度。对于不同的温度，可以校正-和20之间的温差。工程中常用空气吸收衰减表计算衰减值：3。气象条件对声音传播的影响。雨、雪、雾的影响(见环座P20表1-1)。(38，2)温度梯度对声音传播的影响由于大气中的声速与空气绝对温度的平方根成正比，当大气温度随着高度的增加而降低时，例如，在晴天，声线将向上弯曲，产生声影区；另一方面，如果大气温度随高度增加，比如在晴朗的夜晚，声音线会向下弯曲。(参见声学手册P145)，风场对声音传播的影响由于地面摩擦，风速梯度沿高度方向呈正分布。当声波顺风传播时，由于风速的影响，声速沿地面高度方向增加，因此声线向下弯曲。当声波逆风传播时，沿地面高度方向的声速降低，因此声线应该向上弯曲以产生声影区域。(参见声学手册P145)。40岁。实际声场的气象条件复杂，一是各种因素的综合影响，二是气象条件不稳定。声波在大气中传播的最终声级是随机波动的。在相对稳定的气象条件下，如静夜和弱风，声级的波动约为5dB。在不稳定的天气条件下，如晴天和强风，声级的波动可达1520dB。在这种情况下，应注意校正现场声学测量，以获得正确的结果。地面效应对声音传播的影响地面效应对声音传播的影响主要表现在不同的地面条件会产生不同的声阻抗，因此情况更加复杂。对于一般非刚性地面，如草坪和农田，地面效应引起的衰减在30m70m范围内可以忽略。然而，在70米 700米的长距离范围内，可以用过度衰减(分贝/100米)来描述。(1)对于1000赫兹的纯声音，厚草地和灌木的过量衰减可达25dB/100米。42岁。对于不同频率的声波，它有以下近似关系：-过度衰减(分贝)；r-距离长度(m)。(2)当森林的过度衰减声波穿过森林时，不同的树种和密度会产生不同的声阻抗。茂密的常绿森林对1000赫兹的纯音有23分贝/100米的衰减。然而，在树干稀疏的森林中，衰减仅为3 dB/100 m。各种森林的平均过量衰减可近似表示如下：43，1.3遇到边界表面和障碍物时声波的传播1。声波的反射和吸收当声波在传播过程中遇到线性度比波长大得多的挡板时，就会发生声波的反射。1.声波的反射(1)平面波的反射：遵循斯内尔定律。(a)入射光线的法线、反射线和反射面在同一平面内；(b)入射光线和反射光线分别位于法线的两侧；反射角等于入射角。(见声学基础P206图4-10-3)。44，(2)球面波反射(点源):符合镜像原理。(3)凹凸面的反射凸面：散射；凹面：产生焦点。2.声波的吸收当声波入射到建筑构件(如墙壁和天花板)的表面时，部分声能被反射，部分声能穿过构件，部分声能由于构件的振动或声波在构件内部传播时介质的摩擦或热传导而损失，这通常称为材料吸收。(见环基P23图1.18)，(见建生P4图1-4)，(