第二章 第二节声学基本知识.ppt

1、一 、声波的形成,物体的振动是产生声音的根源。,第二章 声波的基本特性及其传播规律,声源： 我们把产生声音的振动物体称作声源。,1,一 、声波的形成,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：物体振动形式的传播。,2,波的分类 根据媒质质点的振动方向与声波传播方向的关系 （1）横波：质点的振动方向与声波传播方向相互垂直 （2）纵波：质点的振动方向与声波传播方向一致,横波,纵波（空气）,一 、声波的形成,3,二 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(

2、Hz),4,3.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。,二 描述声波的基本物理量,5,4.声速：振动在介质中传播的速度。 介质特性的函数，取决于该媒质的弹性和密度；,表2-1 室温下声速近似值（m/s）,二 描述声波的基本物理量,6,声速会随环境的温度有一些变化。 在空气中声波的传播速度c与温度t 的关系： c = 331.4 + 0.61 t t媒质温度 / 没有特别指明空气温度时，空气中c取 340 m/s,二 描述声波的基本物理量,7,1.频谱和频程 2.声能密度 3.声压与声压级 4. 声强与声强级 5. 声功率与声功率级,

3、三 声波的物理量度,8,1.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。,9,常见噪声的频谱图,10,1.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。,人耳可以听到的声音的频率范围：20-20000Hz,f1下限频率 f2上限频率 f0中心频率 f带宽,f1 下限 频率,f2 上限 频率,f0 中心 频率,11,12,3.声压和声压级：,静态压强,空气压缩或膨胀,13,3.声压和声压级,a.瞬时声压p：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

4、。,14,3.声压和声压级：,日常生活中声音的声压数据 (Pa),痛阈,闻阈,15,c. 声压级: 该声音的声压与基准声压的比值取以10为底 的对数再乘20，即：,3.声压和声压级：,声压级单位：分贝,16,2.声能密度,定义： 声场中单位体积介质所含有的声能量。 对于在自由空间内传播的平面声波而言：,17,4.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 。,18,b.声强级: 该声音的声强与基准声强的比值取以10为底 的对数再乘10，即：,4.声强和声强级：,声强级单位：分贝。,19,5.声功率和声功率级,a

5、.声功率 W : 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。,20,b.声功率与声强的关系,球面辐射时：,波阵面面积,21,c.声功率级,声功率级单位：分贝。,基准声功率,22,四、声压级的计算,a.声压级相加（公式法）(根据波动方程) 当n个声源互不干涉时：,当n=2时，,23,a.声压级相加（公式法）,由于：,代入上式：,24,a.声压级相加（公式法）,当n个声源时，,表示为声压级：,25,a.声压级相加（查表、图法）：,令：,则：,代入下式中：,可得：,26,a.声压级相加（查表P20 表2-3、图法表2-4

6、）：,令：,较大值,27,a.声压级相加,Lp,28,b.级的相减,仪器测 的噪声,声源真实噪声,背景噪声,29,b.声压级相减,30,b.声压级相减：,31,作业： 已知某设备启动时测量该设备所在地点声压级为70分贝，设备静置时该点声压级为65分贝，求该设备本身的声压级是多少？,32,五、声波的类型,波阵面:是指空间同一时刻相位相同的各点的轨迹曲线。 根据波振面的形状可将声波分为不同的类型。 声线：常称为声射线，就是声源发出的代表能量传播方向的直线，在各向同性的介质中，声线就是代表波的传播方向且处处与波阵面垂直的直线。,33,声波的类型,1.平面声波： 声波的波阵面是垂直于传播方向的一系列平

7、 面时，称其为平面声波。,34,1.平面声波：,d.声线： 相互平行的一系列直线。,35,2.球面声波：,波阵面是以任何值为半径的球面。 声线： 是由声源点发出的半径线。,36,3.柱面声波：,波阵面为同轴圆柱面的声波称为柱面声波。 声线：是由线声源发出的径向线。,37,声波的类型,声波的类型,38,六、声波的反射、透射、折射,a,pi,pt,pr,39,1.斜入射声波的反射定律与折射定律,a,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：,40,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

8、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？,41,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？,42,思考题2.为什么逆风传播的声音难以听清？,43,声波入射到两种介质界面时， 一部分由界面反射回原来的介质中，称为反射声波 一部分进入另一种介质中，称为透射声波,2.垂直入射反射系数和透射系数,44,2.垂直入射反射系数和透射系数,a.声压的反射系数和透射系数 声压的反射系数的定义为反射声压与入射声压的比值。 声压的透射系数为透射声压与入射声压的比值。,b.声强的反射系数和透射系数,45,七 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

9、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 ）,46,1.扩散引起的衰减,扩散衰减的定义： 由于波阵面的扩展而引起的声强随距离而减 弱的现象称为扩散衰减。 和声源的形状有关,47,a.点声源的扩散衰减,因此从r1处传播到r2处时的发散衰减：,1.扩散引起的衰减,r1,r2,声源,Ad,LP2,LP1,1,2,48,b.线声源的扩散衰减,r0L/，线声源视为无限长线声源： r0L/，线声源视为点声源。,L,A,r0,49,c.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 /r0 b /,面声源视为无限长线声源来计算。

10、r0b /，面声源视为点声源。,L,a,b,A,r0,ab,50,2.空气吸收引起的附加衰减,空气压缩和膨胀，出现温度梯度，热传导方式发生热交换 空气中相邻质点的运动速度不同产生粘性力 平动能、转动能、振动能平衡被破坏，建立新平衡耗费能量，该过程为热弛豫过程。,衰减声压常数P28 表2-5,51,3.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 离其衰减可以忽略，而在70m以上应予以考虑。,52,4.植被引起的衰减,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,53,4.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。,54,5.气象条件的影响,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，