2022年02-第二章-声波的基本性质及其传播规律

1、其次章 声波的基本性质及其传播规律在日常生活中存在各种各样的声音；例如,人们的交谈声、汽车喇叭声、机器运转声、演奏乐器的乐声 等等；在全部各种声音中,凡是有人感到不需要的声音,对这些人来说,就是噪声；简洁地讲,噪声就是指 不需要的声音；为了对噪声进行测量、分析、争论和掌握,需要明白声音的基本特性；本章介绍声波的基本 性质及其传播规律；2. 1. 1 声波的产生2. 1 声波的产生及描述方法从物体的外形来分,声源各种各样的声音都起始于物体的振动；凡能产生声音的振动物体统称为声源；可分成固体声源、液体声源和气体声源等；例如,锣鼓的敲击声、大海的波涛声和汽车的排气声都是常见的 声源；假如你用手指轻轻

2、触及被敲击的鼓面,就能感觉到鼓膜的振动；所谓声源的振动就是物体（或质点）在其平稳位置邻近进行往复运动；当声源振动时,就会引起声源四周空气分子的振动；这些振动的分子又会 使其四周的空气分子产生振动；这样,声源产生的振动就以声波的形式向外传播；声波不仅可以在空气中传播,也可以在液体和固体中传播；但是, 声波不能在真空中传播；由于在真空中不存在能够产生振动的媒质；依据传播媒质的不同,可以将声分成空气声、水声和固体（结构）声等类型；在噪声掌握工程中主要涉及空 气媒质中的空气声；在空气中,声波是一种纵波,这时媒质质点的振动方向是与声波的传播方向相一样；与之对应,将质点 振动方向与声波传播方向相互垂直的波

3、称为横波；在固体和液体中既可能存在纵波,也可能存在横波；需要留意, 声波是通过相邻质点间的动量传递来传播能量的；而不是由物质的迁移来传播能量的；例如,如向水池中投掷小石块,就会引起水面的起伏变化,一圈一圈地向外传播,但是水质点（或水中的飘浮物）只是在原位置处上下运动,并不向外移动；2. 1. 2 描述声波的基本物理量 当声源振动时,其邻近的空气分子受到交替的压缩和扩张,形成疏密相间的状态,空气分子时疏时密,依次向外传播（图21）；图 2 1 空气中的声波当某一部分空气变密时,这部分空气的压强 P 变得比平稳状态下的大气压强（静态压强）P0大；当某一 部分的空气变疏时,这部分空气的压强 P变得比

4、静态大气压强 Po小；这样,在声波传播过程中会使空间各处 p =（PPo）,称为声压；的空气压强产生起伏变化；通常用 p 来表示压强的起伏变化量,即与静态压强的差 声压的单位是帕（斯卡）,Pa；2 1 帕 = 1 牛顿 / 米 那么就会在声源四周 假如声源的振动是按肯定的时间间隔重复进行的,也就是说振动是具有周期性的,媒质中产生周期的疏密变化；在同一时刻,从某一个最稠密（或最稀疏）的地点到相邻的另一个最稠密（或最稀疏）的地点之间的距离称为声波的波长,记为 ,单位为米,m；振动重复的最短时间间隔称为周期,记为 T,单位为秒, s；周期的倒数,即单位时间内的振动次数,称为频率,记为 f 、单位赫兹

5、, Hz,1 赫兹 = 1 秒 1；如前所述,媒质中的振动递次由声源向外传播；这种传播是需要时间的,即传播的速度是有限的,这种振动状态在媒质中的传播速度称为声速,记为 c ,单位为米每秒,m / s ；在空气中声速 c = 331.45 + 0.61 t m / s 2 1 其中, t 是空气的摄氏温度（0 C）；可见,声速 c 随温度会有一些变化,但是一般情形下,这个变化不大,实际运算常常取 c 为 340 米 / 秒；明显,在这些物理量之间存在相互关系： = c / f 2 2） f = 1 / T 2 3 图 22 声波传播的物理过程声波传播时,媒质中各点的振动频率都是相同的,但是,在同

6、一时刻各点的相位不肯定相同；同一质点在不同时刻也会具有不同的相位；所谓相位是指在时刻t 某一质点的振动状态,包括质点振动的位移大小和运动方向,或者压强的变化；在图 22 中,质点 A、B 以相同频率振动,但是 B 比 A在运动时间上有肯定的滞后, C、 D、E 等质点在时间上依次相继滞后,当 A 质点处于最大压缩状态,即压强增大最大时,B、C、D、E 质点处的压强程度递次减弱,以至在E 点是处于最大膨胀状态；这就是说质点间在振动相位上依次落后,存在相位差；正是由于各个质点的振动在时间上有超前和滞后,才在媒质中形成波的传播；可以看出,距离 为波长 的两质点间的振动状态是完全相同的,只不过后者在时

7、间上推迟了一个周期；一般常用声压2.2 声波的基本类型或记为：p 来描述声波,在匀称的抱负流体媒质中的小振幅声波的波动方程是：（2 4 a ） 2 4 b 其中2称为拉普拉斯算符,在直角坐标系中 , c 为声速、 t 为时间；（ 24）式说明,声压 p 是空间（ x、y、z ）和时间 t 的函数,记为 p x、 y、z、t ）,描述不同地点在不同时刻 的声压变化规律；依据声波传播时波阵面的外形不同可以将声波分成平面声波,球面声波和柱面声波等类型；2. 2. 1 平面声波就称其为平面声波；所谓波阵面是指空间同一时刻当声波的波阵面是垂直于传播方向的一系列平面时,相位相同的各点的轨迹曲线；如将振动活

8、塞置于匀称直管的始端,管道的另一端伸向无穷；当活塞在平稳位 置邻近作小振幅的往复运动时,在管内同一截面上各质点将同时受到压缩或扩疏,具有相同的振幅和相位；这就是平面声波；声波传播时处于最前沿的波阵面也称为波前；通常,可以将各种远离声源的声波近似地看 成平面声波；平面声波在数学上的处理比较简洁,是一维问题；通过对平面声波的具体分析,可以明白声波 的很多基本性质；假如管道始端的活塞以正（余）弦函数的规律往复运动,就称为简谐振动；活塞偏离平稳位置的距离 称为位移；对简谐振动有 =0 cos （t ）（25）t+ 为时其中,0 为活塞离开平稳处的最大位移,称为振幅, =2 f 称为角频率, t 为时间

9、,（刻 t 的相位,为初相位；: 在匀称抱负流体媒质中,小振幅平面声波的波动方程是（26 ）对于简谐声源,沿x 正方向传播的平面声波为x 轴的坐标原点；使 = 0 ,就有p（x, t）=P0 cos （ t k x ）为了表述简洁,适当选取时间的起始值,或适当选取P x , t = P0 cos t k x 2 7 其中, P0为振幅, k = / c 称为波数；b （a）图 2 3 声压 P 随时间 t 、空间坐标 x 的变化波形a 在确定时刻 t 0,声压 p 随空间坐标 x 的变化曲线b 在定点位置 x0,声压 p 随时间 t 的变化曲线假如观看在某一确定时刻 t = t 0时声波在空间

10、沿 x 分布的情形,其波形如图 23 a ；假如要观看在空间定点位置 x = x 0 处,声波随时间的变化情形,其波形如图 23 b ；假定在 t = t 0时刻,空间 x = x 0 位置处于某种物理状态（例如声压极大）,由于声波的传播经过 t时间后,这种状态将传播到 x 0+ x 位置,由（ 27）式得P0 cos（ t 0k x 0 = P 0 （t0 + t ） k（x0+ x） 这就要求t k x = 0 所以由于 k = / c,（m / s ）这也就是说, x 0 处 t 0时刻的声压经过 t 后传播到 x 0+ x 处,整个声压波形以速度 c 沿 x 正方向传播；声速 c 是波

11、相位传播速度,也是自由空间中声能量的传播速度,而不是空气质点的振动速度 u；质点的振动速度可由微分形式的牛顿其次定律求出 : （ 28 其中,o是空气的密度,单位为千克每立方米, kg / m3；对沿 x 正方传播的简谐平面声波,质点的振动速度u x = U 0 cos （ t k x ）（2 9）其中, U0 = P0 /oc 称为质点振动的速度振幅定义声阻抗率Z a= p/u （ 210）对于平面声波 Z a= oc ,只与媒质的密度 o 和媒质中的声速 c 有关,而与声频的频率、幅值等无关,故又称 c 为媒质的特性阻抗；单位为帕（斯卡）秒每立方米,Pa s / m 3；前面只争论了沿 x

12、 正方向传播的平面声波；对于沿 x 负方向传播的简谐平面声波,只要简洁地 27）式中的波数 k 用 k 代替就行了,即有px,t = P 0 cos （ t+k x）（ 211）与其相对应,对于沿 x 负方向传播的简谐平面声波,质点的振动速度u x = U 0 cos （ t+k x）（ 212）这时, U0 = -P 0 / oc,与沿 x 正方向传播时的 U0表达式相差一个负号；2.2.2 球面声波 柱面声波当声源的几何尺寸比声波波长小得多时、或者测量点离开声源相当远时,就可以将声源看成一个点,称为点声源；在各向同性的匀称媒质中,从一个表面同步胀缩的点声源发出的声波是球面声波,也就是在以声

13、源点为球心,以任何 r 值为半径的球面上声波的相位相同；球面声波的波动方程为：（213）可用 pr,t 来描述从球心向外传播的简谐球面声波,（2 14 ）球面声波的一个重要特点是,振幅P0随传播距离r 的增加而削减,二者成反比关系；波阵面是同轴圆柱面的声波称为柱面声波,其声源一般可视为“ 线声源” ；考虑最简洁的柱面声波,声场与坐标系的角度和轴向长度无关,仅与径向半径对于远场简谐柱面声波有：w相关；于是有波动方程：（2 15）（2 16）其幅值由于 的存在,随径向距离的增加而削减,与距离的平方根成反比；平面声波、 球面声波和柱面声波都是抱负的传播类型；在具体应用时可对实际条件进行合理近似,例如

14、,可以将一列火车、或大路上一长串首尾相接的汽车看成不相干的线声源,将大面积墙面发出的低频声波视作平面声波等；2. 2. 3. 声线也常用声线来描画声波的传播,声线也常称为声射线；声线就是自除了用波阵面来描画声波的传播外,声源发出的代表能量传播方向的曲线,在各向同性的媒质中,声线就是代表波的传播方向且到处与波阵面垂直的曲线；平面声波的传播方向总保持一个恒定方向,声线为相互平行的一系列直线；简洁的球面波的声线是由声源点 s 发出的半径线（图 24）；柱面波的声线是由线声源发出的径向线；图 24 球面声波声线立体图当声波频率较高,传播途径中遇到的物体的几何尺寸比声波波长大很多时,可以不计声波的波动特

15、性,直接用声线来加以处理,其分析方法与几何光学中的光线法特别相像；2. 2. 4 声能量声强声功率产生动能；另一方面又使媒质不断地声波在媒质中传播,一方面使媒质质点在平稳位置邻近往复运动,压缩扩张,产生形变势能；这两部分能量之和就是声波传播过程,使媒质具有的声能量；空间中存在声波的区域称为声场；声场中单位体积媒质所含有的声能量称为声能密度,记为 D,单位为焦（耳）每立方米,J / m 3；声场中某点处, 与质点速度方向垂直的单位面积上在单位时间内通过的声能称为瞬时声强,它是一个矢量；在指定方向 n 的声强 I n等于 I.n ；对于稳态声场,声强是指瞬时声强在肯定时间 T 内的平均值；声强的符

16、号为 I ,单位为瓦特每平方米,w / m 2；同时,将单位时间内通过某一面积的声能称为声功率（或称为声能通量）,单位为瓦,w；声源在单位时间内发射的总能量称为声源功率,记为 P,单位为瓦（特）,w；对于在自由空间中传播的平面声波：声能密度（ 217）声强（218）声功率（ 219）在这三个公式中,符号顶部的“ ” 表示对肯定时间 , S 是平面声波波阵面的面积；T 的平均, Pe 是声压的有效值,对于简谐声波2. 3 声波的叠加前面争论的各类声波都是只包含单个频率的简谐声波；而实际遇到的声场,如谈话声、音乐声、机器运转声等,不只含有一个频率或只有一个声源；这样就涉及到声的叠加原理,各声源所激

17、起的声波可在同一媒质中独立地传播,在各个波的交叠区域,各质点的声振动是各个波在该点激起的更复杂的复合振动；在处理声波的反射问题时也会用到叠加原理；2. 3. 1 相干波和驻波假定几个声源同时存在,在声场某点处的声压分别为 P1、P2、P3 Pn,那么合成声场的瞬时声压 P 为：（ 220 其中, pi 为第 i 列波的瞬时声压；假如,两个声波频率相同,振动方向相同,且存在恒定的相位差式中 x1 与 x2 的坐标原点是由各列声波独自选定的,不肯定是空间的同一位置；由叠加原理得：（ 221）由三角函数关系知：（ 222a）（222b）上述分析说明, 对于两个频率相同振动方向相同,相位差恒定的声波,

18、合成声仍是一个同频率的声振动；它们之间相位差 2 23） 与时间 t 无关,仅与空间位置有关,对于固定地点,x 1和 x2 确定,所以 是常数；原就上对于空间不同位置, 会有变化；由（ 222a）式可知,合成声波的声压幅值 PT在空间的分布随 变化；在空间某些位置振动始终加强,在另一些位置振动始终减弱,此现象称为干涉现象；这种具有相同频率、相同振动方向和恒定相位差的声波称为相干波；当 = 0 , 2 ,4 , 时 ,P T为极大值, PTmax = P 01 + P 02；在另外一些位置,当 = ,3 ,5 时, PT为微小值, TT min = P01 P02 ,这种声压值 PT随空间不同位

19、置有极大值和微小值分布的声场,称为驻波声场；驻波的极大值和微小值分别称为波腹和波节；当 P01与 P02 相等时, PTmax = 2 P 01 ,PT min = 0 ,驻波现象最明显；从能量角度考虑,合成后总声场的声能密度（2 24）其中2. 3. 2. 不相干声波在一般的噪声问题中,常常遇到的多个声波,或者是频率互不相同,或者是相互之间并不存在固定的相位差,或者是两者兼有,也就是说,这些声波是互不相干的；这样,对于空间定点 不再是固定的常值,而是随时间作无规变化,叠加后的合成声场不会显现驻波现象；且由于有（2 25）将其推广到几个声波状况,有（2 26a）或用声压表示（2 26b）上式说

20、明,对于多个声波,当各个声波间不存在固位相位差时,其能量可以直接叠加；但是,假如要求某一时刻的瞬态值时,仍应由 来计数,两者不能混淆；2. 3. 3 声音的频谱实际生活中的声音很少是单个频率的纯音,一般多是由多个频率组合而成的复合声；因此,常常需要对声音进行频谱分析；如以频率f 为横轴,以声压P 为纵轴,就可绘出声音的频谱图；图 2 5 几个典型的声音频谱图（a）线状谱,（ b）连续谱,（ c）复合谱对于线状谱声音可以确定单个频率处的声压；对于周期振动的声源,其产生的声音将是线状谱；其中,与振动周期相同的正弦式量频率称为基频,频率等于基频的整数倍的正弦式量称为谐波；例如某个周期振动声源的周期T

21、 =1 / 100秒,那么,其发出的声音的基频是100 赫兹,二次谐波是200 赫兹,三次谐波是300赫兹,依次类推；对于连续谱声音,不行能给出某个频率处的声压,只能测得某个频率f 邻近f 带宽内的声压；明显,带宽不同所测得的声压（或声强）也会不同；对于足够窄的带宽f ,定义w（f ）= P2 / f （227）称为谱密度；2. 4 声波的反射、透射、折射和衍射声波在空间传播是会遇到各种障碍物,或者遇到两种媒质的界面；这时,依据障碍物的外形和大小,会 产生声波的反射、透射、折射和衍射；声波的这些特性与光波特别相近；2. 4. 1 垂直入射声波的反射和透射 当声波入射到两种媒质的界面时,一部分会

22、经界面反射返回到原先的媒质中称为反射声波,一部分将进 入另一种媒质中成为透射声波；以平面声波为例,入射声波 Pi 垂直入射到媒质和媒质的分界面,媒质的特性阻抗为1c1,媒质的特性阻抗为2c2,分界面位于x = 0处（图 26）；图 26 平面声波正入射到两种媒质的分界面所谓的分界面是相当薄的一层,因此在分界面两边的声压是连续相等的： p1 = p2（228a 且由于两种媒质在各面亲密接触,界面两边媒质质点的法向振动速度也应当连续相等,即u1 = u2: （228b）Pr , 在媒质中产生沿x 正将在媒质中沿x 正方向传播的入射平面声波表示为x 负方向传播的反射波其中 k 1 = / c1 当

23、Pi 入射到 x = 0处的分界面时,在媒质中产生沿方向传播的透射声波Pt , 分别表示为.其中 k 2 = / c2在媒质中的声压在媒质中仅有透射声波,故相应的质点振动速度在 x = 0界面处；声压连续和质点振动速度连续,故有: 因此,只要知道入射声波Pi , 就能由上述两式求出反射声波Pr 和透射声波Pt；通常,用声压的反射系数r p 和透射系数 p来表述界面处的声波反射、透射特性；由上述两式可以得到（ 229a）（ 229b）同样,可以定义声强的反射系数r I 和透射系数I（ 230a）（230b）由（ 230）可得r I + I =1 （231）即符合能量守恒定律当1 c 1 2 c

24、2时,媒质比媒质“ 硬” 些；如1 c 1 Lp2）求出合成的声压（242a）式也可从两个声压级级；由于 Lp2 = Lp 1 Lp,就有（ 243）图 2 10 分贝相加曲线（243）式仍可绘成图 210 的分贝相加曲线；从而直接在曲线中查出两声压级叠加时的总声压级；例如,分贝,由曲线查得 L = 2.2 分贝；即总声压级比第一声压级 Lp1 高出 2.2 分贝；假如 Lp1比 Lp2高出 10 分贝以上, Lp2 对总声压级的奉献将可忽视,总声压级近似等于 Lp1；需要留意,假如两个声源相关,它们发出的声波会发生干涉；这时应先由（220）式求出瞬时声压,再由瞬时声压求出总声压的有效值 PT

25、 2,最终依据定义求出总声压级 LpT；2. 5. 4 级的“ 相减”在噪声测量时往往会受到外界噪声的干扰,例如存在测试环境的背景噪声（或称本底噪声）,这时用仪器测得某机器运行时的声级是包括背景噪声在内的总声压级LpT；那么就需要从总声压级中扣除机器停止运行时的背景噪声声压级LpB；得到机器的真实噪声声压级Lps,这就是级的“ 相减” ；LpS；LpT由（ 242a）知 0.1 LpB + 10 0.1 Lp s （ dB）LpT = 10 log 10因此,被测机器的声压级为Lps = 10 log 10 o.1 LpT 10 0.1 LpB （ dB）（244）可见,级的“ 相减” 实际上

26、是声能量相减,而不是简洁的分贝值算术相减；同样,可以令总声压级与背景噪声声压级LpB的差值为LpB = LpTLpB,就求得差值Lps = LpTLps 10 -0.1LpB （dB）（2 45）= 10 log 1（245）式也可绘成类似图210 的分贝相减曲线；由LpT和 Lp B的差值LpB查出修正值级的相加和“ 相减” 的实质是声能量的加减；因此,相应的公式不仅适用于声压级的运算,同样也适用 于声强级和声功率级的运算；2. 6 声波在传播中的衰减声在传播过程中将产生反射、折射和衍射等现象,并在传播过程中引起衰减；这些衰减通常包括声能随距离的发散传播引起的衰减Ad和空气吸取引起的衰减Aa

27、,地面吸取引起的衰减Ag,屏障引起的衰减Ab 和气象条件引起的衰减Am等；总的衰减值A 就是各种衰减的总和：A = A d + Aa + A g + Ab + A m （ 246）2. 6. 1 距离衰减声波从声源向四周空间传播时会产生发散,最简洁的情形是假设以声源为中心的球面对称地向各个方向辐射声能；对于这种无指向性的声波,声强I 和声功率W之间存在简洁关系：2 r2, 因此对半空间接收点其中, r 是接收点与声源间的距离；半径为 r 的半球面面积为当声源放置刚性地面上时,声音只能向半空间辐射,可见,声强随着离开声源中心距离的增加,按反平方比的规律减小；如用声压级来表示,可得 r 处的声压：

28、全空间： Lp = Lw 20 log r 11 （dB）（247）半空间： Lp = Lw 20 log r 8 （dB）（248）因此,从 r 1 处传播到 r 2 处时的发散衰减（dB）（2 49）在实际情形中,仍应考虑声辐射的指向性；此外应将大路上排列成串的车辆或长列火车等声源看成声源线；将厂房的大面积墙面和大型机器的振动外壳等看成面声源；关于线声源和面声源的辐射特性将在2. 7中介绍；2. 6. 2 空气吸取衰减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；这种吸取称为经典吸取；此外,声波在媒质中传播时,仍存在分子弛豫吸取；所谓弛豫吸取

29、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；它使声速转变,声能被吸取；20 0C时对于噪声掌握工程,可以采纳下面的简化公式来估算空气吸取衰减；在（dB）（ 250 其中 f （Hz 是声波频率、 D（m）是传播距离、是相对湿度；对不同的湿度,可用下式估量其中,T 是与 20 0C相差的摄氏温度,（dB）（ 251） = 4 106；空气吸取衰减,特殊在较低频率时,对温度变化不太敏锐；温度表 2.1 标准大气压力下空气中的衰减,dB / 100 m 4000 湿度频率Hz 0C 125 250 500 1000 2000 30 10

30、 0.09 0.19 0.35 0.82 2.6 8.8 20 0.06 0.18 0.37 0.64 1.4 4.5 30 0.04 0.15 0.38 0.64 1.2 3.2 20 50 0.03 0.10 0.33 0.75 1.3 2.5 70 0.02 0.08 0.27 0.74 1.4 2.5 90 0.02 0.06 0.24 0.70 1.5 2.6 10 0.08 0.15 0.38 1.21 4.0 10.9 20 0.07 0.15 0.27 0.62 1.9 6.7 30 0.05 0.14 0.27 0.51 1.3 4.4 10 50 0.04 0.12 0.2

31、8 0.50 1.0 2.8 70 0.03 0.10 0.27 0.54 0.96 2.3 90 0.02 0.08 0.26 0.56 0.99 2.1 10 0.07 0.19 0.61 1.9 4.5 7.0 20 0.06 0.11 0.29 0.94 3.2 9.0 30 0.05 0.11 0.22 0.61 2.1 7.0 0 50 0.04 0.11 0.20 0.41 1.2 4.2 70 0.04 0.10 0.20 0.38 0.92 3.0 90 0.03 0.10 0.21 0.38 0.81 2.5 10 0.10 0.30 0.89 1.8 2.3 2.6 20

32、 0.05 0.15 0.50 1.6 3.7 5.7 30 0.04 0.10 0.31 1.08 3.3 7.4 50 0.04 0.08 0.19 0.60 2.1 6.7 70 0.04 0.08 0.16 0.42 1.4 5.1 90 0.03 0.08 0.15 0.36 1.1 4.1 比较精确的衰减值列于表2 1,中间值可用插入法求得；须留意, 对空气衰减影响最大的是蒸汽（湿度） ；但近年来空气污染也有相当影响,目前尚无牢靠数据；2. 6. 3 地面吸取当声波沿地面长距离传播时,会受到各种复杂的地面条件的影响；开阔的平地、大片的草地、灌木树丛、丘陵、河谷等均会对声波传播产生附

33、加衰减；当地面是非刚性时,短距离（3050 米）之内可忽视传播衰减,在 70 米以上应考虑传播衰减；声波在厚的草地上面或穿过灌木丛传播时,在 1000Hz 衰减较大,可高达 25dB；附加衰减量的近似运算公式为：Ag 1 = 0.18 log f 0.31 d （ dB （ 252 式中, f 是频率, d 是以米（ m 为单位的传播距离；声波穿过树木或森林的传播试验说明,不同树林的衰减相差很大,从浓密的常绿树 1000Hz 时有 23dB / m的衰减,到地面上稀疏的树干只有 3dB / m 甚至仍小的附加衰减,如对各种树木求一个平均的附加衰减,大致为 : A g 2 = 0.01 f 1/

34、 3 r dB （2 53）2. 6. 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；声屏障可以是特地建造的墙或板,也可以是道路两旁的建筑物或低凹路面两侧的坡基等；声波遇到屏障时会产生反射、透射和衍射三种传播现象；屏障的作用就是阻挡直达声的传播,隔绝透射声、并使衍射声有足够的衰减；声屏障的附加衰减与声源及接收点相对屏障的位置、屏障的高度及结构,以及声波的频率亲密相关；一般而言,屏障越高、声源及接收点离屏障越近、声波频率越高,声屏障的附加衰减越大；第八章中将具体介绍声屏障的设计原就；2. 6. 5 气象条件对声传播的影响雨、雪、雾等对声波

35、的散射会引起声能的衰减；但这种因数引起的衰减量很小,大约每 1000m衰减不到0.5dB ,因此可以忽视不计；图 211 风速梯度对声波的折射图 212 温度梯度对声波的折射风和温度梯度对声波传播的影响很大；由于地面对运动空气的摩擦,使靠近地面的风有一个梯度,从而使顺风和逆风传播的声速也有一个梯度；声速与温度有关；在晴天阳光照耀下的午后,在地面上方有显著的温度负梯度,使声速随高度的增加而减小,在夜间就相反；风速梯度和温度梯度使地面上的声速分布发生变化,从而使声波沿地面传播时发生折射；当声波发生向上偏的折射时,就可能显现“ 声影区” ,即因折射而传播不到直达声的区域,声影区显现在上风的方向,同时

36、也可以说明晴天日间声波沿地面传播不远,而夜间可以传播很远的现象；图 211 是风速梯度引起的声波折射,图 2 12 是温度梯度对声波的折射；这些都是定性的说明；2 .7 声源的辐射声场中的声压大小、空间分布、时间特性、频率特性等都与声源的辐射性质亲密相关；实际声源辐射的 声波情形均很复杂,要具体地定量描述声场中声压与声源辐射特性之间的关系甚为困难；这里仅介绍几种理 想情形下的典型声源的辐射性质；借助这些学问可对实际声源辐射的声场进行定性的或半定量的分析；2. 7. 1 点声源即其球面沿半径方向作同振幅、同相位的振动,就在离球心r 处向一个表面匀称胀缩的脉动球面声源,外辐射的声压（ 254a）式

37、中 A 为与球面的振动有关的量,在r 处的质点沿r 方向的振速（ 254b）式中 tg = 1 /kr,假定脉动面的振动速度为u a = Usin t ,u r 在脉动球表面处的媒质质点速度应等于球的振动速度,即由界面连续条件有：,就得当 ka1 ,代入声压的表示式,并令 得（ 255）其中, Q称为声源强度；对于其他非球形的声源,只要满意 里 a 为声源的线度；这时,声源的强度ka , 且由图 2 13 可知a b 图 2 13 （a）声偶极子（ b）指向性图代入可得因假定 k r0 的情形下,只有最靠近的一个声源起作用,其余声源可被忽视,这时在有限的近距离内,犹如单个点声源以球面波形式传播；（2）当,即观看点P 距离声源比相邻两声源