第二章 声学基本知识

1、环境噪声控制工程宋娟娟宋娟娟Chapter 2 声学基础知识 o2.1 声音的产生和传播o2.2 声波的描述o2.3 声波的传播特性o2.4 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 o2.2.1 描述声波的基本物理量o2.2.2 声音的物理量度o2.2.3 声波的类型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)2sin(ftx振幅位移位移：物

2、体离开静止位置的距离称为位移，最大的位移叫振幅振幅，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1.1.周期：质点振动每往复一次所需要的时间，单位为秒（s）。2 2.声波频率：一秒钟内媒质质点振动的次数，单位为赫兹(Hz)。频率范围(Hz)20000声音次2000超低频声 中频声 高频定义声音频声声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。cTfcTf12.2.1 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

3、。媒质名称空气水混凝土玻璃铁铅软木硬木声速3441372304836535182121933534267表 21.1 时声速近似值（m/s）o1. 声压与声压级o2. 声强与声强级o3. 声功率与声功率级o4. 声能密度o5. 频谱和频程2.2.2 声波的物理量度声波的物理量度2.2.2 声波的物理量度声波的物理量度1.声压和声压级：)(0PPp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。TedttpTp02)(1 1.声压和声压级：声音种类声压声音种类声压正常人耳能听到最弱声210-5织布车间2普通说

4、话声（1m远处）210-2柴油发动机、球磨机20公共汽车内0.2喷气飞机起飞200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：0lg20ppLpapp50102 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 。cPI2b.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：0lg10IILI212010mWI2.声强和声强级：声强级单位：分贝。0lg10IILIccPPcPcPLI00000202lg

5、10lg20lg10cPI2cLLpI400lg10声压级和声强级的关系：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SWI 球面辐射时：24 rWI波阵面面积c.声功率级0lg10WWLWWW12010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： 202cpDe5.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

6、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。nff21212fff ffnn)212(噪声级的合成噪声级的合成1、噪声级合成是按照能量的叠加规律进行叠加的。、噪声级合成是按照能量的叠加规律进行叠加的。2、声强级：声强与能量成正比。总声强等于各声强之和。、声强级：声强与能量成正比。总声强等于各声强之和。假设有假设有n个噪声源同时存在，声强与声强级分别为个噪声源同时存在，声强与声强级分别为I1、 I2、 In和和L1、 L2、 Ln。则：则：L110lg I1/I0， L210lg I2/I0 ， Ln10lg In/I0 。I1/I010 0.1L1， I2/I010 0.1L2，

7、In/I010 0.1Ln 。所以，总声强级所以，总声强级L10lg （I1/I0 I2/I0 In/I0 ）10lg（ 10 0.1L110 0.1L2 10 0.1Ln ） 噪声级的合成噪声级的合成3、声压级：能量与声压的平方成正比。总声压的平方等于各声压排放、声压级：能量与声压的平方成正比。总声压的平方等于各声压排放之和。之和。假设有假设有n个噪声源同时存在，声压与声压级分别为个噪声源同时存在，声压与声压级分别为p1、 p2、 pn和和L1、 L2、 Ln。则：则：Lp120lg p1/p0， Lp220lg p2/p0， ，Lpn20lg pn/p0 。（p1/p0）210 0.1Lp

8、1， （p1/p0）2 10 0.1Lp2， ， （p1/p0）210 0.1Lpn 。所以，总声压级所以，总声压级Lp10lg（ 10 0.1L110 0.1L2 10 0.1Ln ） 噪声级的合成噪声级的合成4、n个相同噪声级合成的总噪声级个相同噪声级合成的总噪声级L10lg（ 10 0.1L110 0.1L2 10 0.1Ln ） 10lg（n 10 0.1L1 ）L110lgno 当当n2时，时， LL110lg2 L13即表示两个相同的声压级相加，能量增加一倍，声级即表示两个相同的声压级相加，能量增加一倍，声级增加增加3dB。噪声级的合成噪声级的合成5、不同噪声级的合成、不同噪声级的

9、合成假设存在两个噪声源，声压级分别为假设存在两个噪声源，声压级分别为L1、L2，且，且L1L2 ，则有：则有：LL110lg（ 10 0.1L110 0.1L2） L1 10lg 10 0.1L1 10 0.1L2）/ 10 0.1L1 10lg 1+ 10 0.1(L1-L2 )设噪声合成的附加值设噪声合成的附加值L 10lg 1+ 10 0.1(L1-L2 )，则则LL1 L其中其中L可可查表，根据表可知，当查表，根据表可知，当L1-L26dB时，时， LL/，线声源视为点声源。LAr012lg10rrAdd.矩形面声源的扩散衰减 r0a /，声源辐射平面声波，声压不衰减。 a /r0b

10、/，面声源视为点声源。LabAr0ab2.空气吸收引起的附加衰减o 空气吸收：声波在空气中传播时，因空气的粘滞性和热传导，在压缩和膨胀过程中，使一部分声能转化为热能而损耗，称为空气吸收。这种吸收称为经典吸收。o 弛豫吸收：所谓弛豫吸收是指空气分子转动或振动时存在固有频率，当声波的频率接近这些频率时要发生能量交换。能量交换的过程都有滞后现象，这种现象称为弛豫吸收。2.空气吸收引起的附加衰减o 对于噪声控制工程，可以采用下面的半经验公式来估算空气吸收衰减。在20时： 82104 . 7dfAa声波的频率，Hz相对湿度传播距离，m2.空气吸收引起的附加衰减o 对于不同温度，可采用下式来估算： TfC

11、ATAaa1),20(),(与20相差的摄氏温度=410-63.地面吸收的附加衰减当地面是非刚性表面时：地面吸收将会对声传播产生附加衰减，但短距离（30-50m）其衰减可以忽略，而在70m以上应予以考虑。3.地面吸收的附加衰减声波在厚的草地上面或穿过灌木丛传播时，在频率为1000Hz时的附加衰减较大，可高达 25/100m dB。附加衰减量的近似计算公式为：dfAg31. 0lg18. 01声波的频率，Hz传播距离，m3.地面吸收的附加衰减声波穿过树木或者森林时，不同树林的衰减相差很大，在1000赫兹时： 浓密的常绿树树冠 23 dB100m 地面上稀疏的树干 3 dB100m各种树林平均的附

12、加衰减大致为：dfAg3/1201. 04.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：阻挡直达声的传播，隔绝透射声，并使衍射声有足够的衰减。o 声屏障的附加衰减与声源及接收点相对屏障的位置、声屏障的高度及结构以及声波的频率密切相关。4.声屏障衰减声屏障的附加衰减与声源及接收点相对屏障的位置、声屏障的高度及结构以及声波的频率密切相关。5.气象条件的影响o 雨、雪、露等对声波的散射会引起声能的衰减。但这种因素引起的衰减量很小，大约每1000m衰减不到0.5dB，因此可以忽略不计。o 风和温度梯度对声波传播的影响很大。为什么逆风传播的声音难以听清？为什么声音在晚上要比晴朗的白天传播的远一点？2.4声源的辐射特性o 声源的指向性：声源发出的声波，在各个方向上的声压分布并不一定相同，这种随方向分布的不均匀性，称为声源的指向性。o 指向性因数指向性因数：在离声源中心不同距离处，测量球面上各点的声强，求得所有方向上的平均声强，将某一方向上得声强与其相比就是该方向的指向性因数：IIR2.4声源的辐射特性o 考虑到声源的指向性，需要对声压级的