声学基本知识

噪声污染控制技术,邱艳君,2声学基础知识,2.1声音的产生和传播2.2声波的传播特性2.3声源的辐射特性,2.1声音的产生和传播,物体的振动是产生声音的根源。声源：我们把产生声音的振动物体称作声源。,2.1.2声音的产生和传播,声波：这种向前推进着的空气振动称为声波。声场：有声波传播的空间叫声场。声音传播的实质：声音传播是指物体振动形式的传播。,2.2声波的描述,2.2.1描述声波的基本物理量2.2.2声音的物理量度,2.2.1描述声波的基本物理量,2.2.1描述声波的基本物理量,振幅,位移,位移：物体离开静止位置的距离称为位移，最大的位移叫振幅，振幅的大小决定了声音的大小。,周相,2.2.1描述声波的基本物理量,1.周期：质点振动每往复一次所需要的时间，单位为秒（s）。2.声波频率：一秒钟内媒质质点振动的次数，单位为赫兹(Hz)。,2.2.1描述声波的基本物理量,3.波长：声波两个相邻密部或两个相邻疏部之间的距离叫做波长，或者说声源每振动一次，声波的传播距离。,2.2.1描述声波的基本物理量,4.声速：振动在媒质中传播的速度。媒质特性的函数，取决于该媒质的弹性和密度；声速会随环境的温度有一些变化。,表21.1时声速近似值（m/s）,1.声压与声压级2.声强与声强级3.声功率与声功率级4.声能密度5.频谱和频程,2.2.2声波的物理量度,2.2.2声波的物理量度,1.声压和声压级：,静态压强,1.声压和声压级,a.瞬时声压：某一瞬间的声压。b.有效声压（pe）：在一定时间间隔中将瞬时声压对时间求方均根值即得有效声压。,1.声压和声压级：,日常生活中声音的声压数据(Pa),c.声压级:该声音的声压与参考声压的比值取以10为底的对数再乘20，即：,1.声压和声压级：,声压级单位：分贝。,2.声强和声强级：,a.声强:在声传播方向上单位时间内垂直通过单位面积的声能量，称为声音的强度，简称为声强，单位是瓦每平方米。,b.声强级:该声音的声强与参考声强的比值取以10为底的对数再乘10，即：,2.声强和声强级：,声强级单位：分贝。,声压级和声强级的关系：,一般情况下很小，可忽略不计，因此LI=LP,3.声功率和声功率级,a.声功率:声源在单位时间内辐射的总能量，单位是瓦。意义：声功率是衡量声源声能量输出大小的基本物理量；声功率可用于鉴定各种声源。,b.声功率与声强的关系,球面辐射时：,波阵面面积,c.声功率级,声功率级单位：分贝。,4.声能密度,定义：声场中单位体积媒质所含有的声能量。对于在自由空间内传播的平面声波而言：,5.频程和频谱：,a.频谱图：以频率为横轴，以声压为纵轴，绘出的图叫声音的频谱图。,常见噪声的频谱图,5.频程和频谱：,b.频程：为方便起见，通常将宽广的音频变化范围划分为若干个较小的频段，称为频段或频程。,*级的运算,a.级的叠加（公式法）当n个声源互不干涉时：,当n=2时，,a.级的叠加（公式法）,由于：,代入上式：,a.级的叠加：,当n个声源时，,表示为声压级：,a.级的叠加（查表、图法）：,令：,则：,代入下式中：,可得：,a.级的叠加（查表、图法）：,令：,a.级的叠加：,Lp,a.级的叠加：,求出总声压的有效值,当n个声源发生干涉时：先求出瞬时声压,求出总声压级,b.级的相减,仪器测的噪声,声源真实噪声,背景噪声,b.级的相减,b.级的相减：,2.3声波的传播特性,2.3.1声场2.3.2声波的反射、透射、折射2.3.3声波的散射与衍射2.3.4声波在传播中的衰减,2.3.1声场（SoundField）,1.声场的概念：声场是指传播声波的空间。按声场的性质可以将声场分为：自由声场；扩散声场；半自由声场,2.声场的分类,自由声场:我们把可以忽略边界影响，由各向同性的均匀介质形成的声场称为自由声场。,自由声场（FreeSoundField）,消声室,自由声场（FreeSoundField）,消声室,2.声场的分类,扩散声场（混响声场）:如果室内各处的声压级几乎相等，声能密度也处处相等，那么这样的声场就叫做扩散声场（混响声场）。,2.声场的分类,半自由声场(半扩散声场):在实际工程中居多。,2.3.2声波的反射、透射、折射,pi,pt,pr,1.声波的反射定律与折射定律,入射声波、反射声波与折射声波的传播方向应该满足Snell定律：,a.反射定律：,b.折射定律：,c.与折射定律有关的讨论,由折射定律可知：声波的折射是由声速决定的。,思考题：1.为什么声音在晚上要比晴朗的白天传播的远一点？2.为什么逆风传播的声音难以听清？,思考题1.为什么声音在晚上要比晴朗的白天传播的远一点？,思考题2.为什么逆风传播的声音难以听清？,2.3.3声波的散射与衍射,1.声波的散射在声波传播过程中，遇到的障碍物表面较粗糙或者障碍物的大小与波长差不多，则当声波入射时，就产生各个方向的反射，这种现象称为散射。声波的散射既与障碍物的形状有关，又与入射声波的频率有关。,2.3.3声波的散射与衍射,2.声波的衍射：在声波传播过程中，遇到的障碍物或孔洞时，如果声波的波长比障碍物尺寸大得多，声波会绕过障碍物而使传播方向改变，这种现象称为声波的衍射。,2.声波的衍射,2.3.4声波在传播中的衰减,1.扩散引起的衰减（Ad）2.空气吸收引起的附加衰减（Aa）3.地面吸收的附加衰减（Ag）4.声屏障衰减（Ab）5.气象条件的影响（Am）,4.声屏障衰减,当声源与接收点之间存在密实材料形成的障碍物时会产生显著的附加衰减，这样的障碍物称为声屏障。,4.声屏障衰减,声波遇到屏障时会产生反射、透射和衍射三种传播现象。屏障的作用：1、阻挡直达声的传播，2、隔绝透射声，3、并使衍射声有足够的衰减。声屏障的附加衰减与声