第二篇声学基本知识.ppt

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环境噪声控制工程 Chapter 2 声学基础知识 2.1 声音的产生和传播 2.2 声波的描述 2.3 声波的传播特性 2.4 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 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 2.2.3 声波的类型 声波的特性 声波的波动性——与光波的比较 声波产生的条件——媒质惯性和弹性——真空中能否传播声波? 横波与纵波(固体有切变弹性) 声波通过相邻质点间动量传递来传播能量,而不是物质的迁移 声学史话(声的波动性) 人虽然知道声在空气中传播,但声的本质是什么还是众说纷坛,有人说是波,有人说是粒子,这和光学中的波动说和粒子说的争论一样。 1687年牛顿在他的“原理”一书中对声波作为弹性波推导了声速的公式。但经过测量,发现计算值和实验值有较大的误差。原来牛顿认为声波传播是个等温过程,没有考虑声波变化较快,是个绝热过程。 1816年拉普拉斯修改了牛顿的公式,把等温压缩系数换为绝热压缩系数,消除了理论和实验的差别。 通过牛顿到拉普拉斯的工作,人们才最后确认声波是弹性波,奠定了经典声学的基础。 2.2.1 描述声波的基本物理量 线性声波和非线性声波 线性声波——简谐振动(位移与弹力成正比方向相反的振动),正(余)弦函数 前提条件:质点振速声速 质点位移波长,密度增量静态密度 非线性声波——不满足上面条件,比如正(余)弦波变成锯齿波 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 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。 空气中声速公式 C=331.45+0.61t t——空气的摄氏温度℃ 2.2.2 声波的类型 在均匀的理想流体中的小振幅声波的波 动方程为: 2.2.2 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,就是子声源发出的代表能量传播方向的直线,在各向同性的媒质中,声线就是代表波的传播方向且处处与波阵面垂直的直线。 2.2.2 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 面时,称其为平面声波。 波前: 声波传播时处于最前沿的波阵面称为波前。 1.平面声波: a.波动方程: ω的意义 c(声速)的意义 1.平面声波: b.质点振动速度: 对于简谐振动而言: 1.平面声波: c.声阻抗率: 声学史话(瑞利) 瑞利勋爵的姓是斯特鲁特(1842—1919),瑞利是他的封号,但我们声学界早已习惯了,提起他就说瑞利,包括瑞利盘、瑞利散射等等,反而把他的姓忘了。瑞利是集经典声学大成者,他的名著”声学理论”至今还有重大影响,声学上许多现象、原理和方法都是他发现和提出的。他多才多艺,不仅在声学上有突出贡献,对经典物理学的发展也有重大影响。 瑞利多才多艺.除集经典声学大成之外,他在电学、光学等其他方面还有许多重大贡献。他于1904年获得诺贝尔奖 1.平面声波: d.声线:声源发出的代表能量传播方向的直线 对于平面波是相互平行的一系列直线。处处与波阵面垂直 2.2.2 声波的物理量度 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 1.声压和声压级: 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: 1.声压和声压级: 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: 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 。 2.声强和声强级: 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: 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。

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