实用电声技术第二章概要.ppt

第二章 声学基础 第一部分 声波的基本性质 第一节 声波 一、定义： 声波是一种机械波，是机械振动引起周围弹性介质发生波动的现象，是机械振动在媒质中的传播 当一个物体受外力作用时，产生一个往复的弹性振动，这样就产生了声波，经过介质（物体、空间或水）向四面八方传播。当人耳接受声波的振动，通过听觉神经传达给大脑。 声音的传播：“挤压”与“释放” 当一块石子被扔到池塘里 侍者在舞厅里的移动 产生声波的物体称为声源 传播声波的物体称为媒质 存在着声波的空间称为声场 声音的传播需要介质 在外太空的真空环境里是不存在传播介质的 光信号、电磁波信号？ “假如四周无人，一棵树在森林里倒下会有声音吗？” 声音=声波？ 声音是声源振动引起的声波传播到听觉器官所产生的感受 声音是由声源振动、声波传播和听觉感受这三个环节所形成的 从物理学和心理学这两个角度研究声学 二、声波的基本参数 频率（?） 声波的波动频率，指振动体每秒振动的次数，单位赫兹（Hz) 发声体每秒振动的次数越多，频率越高，听音者的感觉声音的音调就越高，一般称为声音尖锐；相反，频率低的声音音调就低，听起来声音低沉（备注） 速度（C） 声波在媒质中每秒钟传播的距离称为声波的传播速度，简称声速，单位米/秒 声音在不同媒质中传播速度是不同的，在标准大气压下，0 oC的空气中，声音的速度是331.4米/秒 空气的温度越高，声速越大C0=331.4+0.6t(米/秒)（t表示摄氏温度） 一般计算中，空气中速度取声速为340米/秒） 波长（λ） 在波的传播方向上，任何两个振动位相相同而又相邻的媒质质点间的距离称为声波的波长，用符号λ表示，单位是米 在一定的媒质中，波长是由声波的频率确定的，频率高则波长短，频率低则波长长 三者的关系 λ= C /? 常温下频率为100HZ的声波分别在空气和水中传播时的波长？（备注） 振幅（A） 振动物体离开平衡位置的最大距离叫振动的。 振幅在数值上等于最大位移的大小。 振幅是标量，单位用米或厘米表示。 振幅的物理意义：振幅描述了物体振动幅度的大小和振动的强弱。  声波的分类 按声波频率的范围分（备注） 次声波 20HZ（不可闻声波） 声频波 20HZ~20KHZ（可闻声波） 超声波 20KHZ （不可闻声波） 第二节 声音的度量 声压（P ） 声场中某处由声波引起的媒质压强的变化值。 用符号P 表示，单位是帕 声压与振幅有关 通常所说的声压是指声压的有效值，指一段时间内的瞬时声压的均方根值 声强（I ） 通过垂直于声传播方向单位面积上的平均声能 I =w/s 单位是瓦/平方米 声阻抗率与媒质特性阻抗 Zs=P/v=?0c0 p为声场中某点的声压，v为该位置媒质质点的振动速度 Zs=?0c0 ?0为媒质密度， c0为声波的传播速度 ?0c0被称为媒质特性阻抗，单位为Rayl 平面声波声阻抗率在数值上与媒质的特性阻抗相等 声压与声强的关系 I = P 2/?c 声场中某处的声强与该处的声压平方成正比，与媒质密度和声速成反比 声音能量的变化范围很大（备注） 研究表明：人的听觉与声压、声强不是成正比例的关系，而是与它们的对数值成正比 常用那对数方式分级的办法表示声音的大小：声压级和声强级 声压级（LP ） 某点声压的有效值(均方根值)与参考声压值之比的常用对数再乘以20，用分贝表示。 LP =20Lg(P /p0 )(DB) p0 为2*10-5帕，是1KHZ时的闻阕声压值。 人耳从闻阕到痛阕的变化范围就为0到120分贝 声强级（ LI） 指测量的声强与参考声强的比值取常用对数再乘以10，用分贝来表示 LI =20Lg(I / I 0 )(DB) I 0为参考声强值， 10-12（w/m2），是1KHZ时的闻阕声强值 声压级与功率的关系： ΔL=10lg(w/wo) (dB) wo为参考功率 功率增加一倍，声压级增加3 dB 声压级与距离的关系： ΔL=-20lg(r1/ro) (dB) ro为参考距离 距离增加一倍，声压级减小6 dB 声压级和声强级都可以度量声场中声音的强弱 前者为声波的压强，后者为声波的能量 实际测量中声压级（声级）用的较多 有关声波的几个方程： 位移： Ｘ＝ A Cos(ω t+α ) X为位移，A为振幅， ω为声源振动的圆频率，a为初位相 由ω=2πf，则f=ω/2π 媒质中振动的质点都以圆频率ω在各自的平衡位置附近振动 声压： P(x,t)＝ P m Cos(ω t-kx ) P m为声场中的声压幅值；k= ω /c，称为波数 媒质质点： v(x,t)＝ （P m / ?0c0） Cos(ω t-kx ) 第三节 声音的