第八节材料的声学2.ppt

材料的声学 声学基础 声波：机械振动状态在介质中传播形成的波动形式 分类： 20Hz声波—次声 20kHz声波—超声 20Hz～20kHz声波—音频声 流体介质：纵波（压缩波 Compressional Wave） 固体介质：纵波、横波（切变波 Shear Wave） 声学基础 声振动作为基本物理现象应满足：牛顿第二定律（运动方程）；能量守恒定律（连续方程）和绝热压缩定律（物态方程） 由此推出声波方程： 压强 ，物态密度以及体积之间的关系方程 1 声波描述 声压（标量）：声波扰动引起介质压强的变化量 声场：声波所波及的空间 位移（矢量）：介质质点离开其平衡位置的距离 振速（矢量）：介质流速或介质质点运动速度的变化量 1 声波描述 密度改变量： 压缩量：介质密度的相对变化量 2 波动方程 2 波动方程 波动方程的通解： 前一项为入射波，后一项为反射波 声音船体涉及能量的传递：单位体积内传播的能量称为声能密度： 单位面积上的能量称为声强： 三种表示方法 直角坐标分量表示 直观，繁琐 矢量方程 普适，难度 简写方式 简洁，依赖坐标系 声音在室内可以形成驻波： 对应的简正方式： 声音在室内遭到反射：其平均反射次数为： 声音频率较高时可以形成回声等现象 吸声材料 1) 吸声材料的定义　　当声波遇到材料表面时，被吸收声能与入射声能之比，称为吸声系数。通常取125，250，500，1000，2000，4000（Hz）等六个频率的吸声系数来表示材料的吸声频率特性。凡六个频率的平均吸声系数大于0.2的材料，称为吸声材料。 (2) 吸声材料及其结构　　吸声材料和吸声结构的种类很多，按其材料结构状况可分为多孔吸声材料、共振吸声结构和其它吸声结构三大类。　　吸声材料的气孔是开放的，且互相连通，其气孔越多，吸收性能越好。大多数吸收强度较低，因此，吸收材料应设置在护壁台度以上，以免碰撞坏。多孔吸收材料易于吸湿，安装时应考虑胀缩的影响 隔声材料 建筑上把主要起隔绝声音作用的材料称为隔声材料。隔声材料主要用于外墙、门窗、隔墙以及隔断等。隔声可分为隔绝空气声（通过空气传播的声音）和隔绝固体声（通过撞击或振动传播的声音）。两者的隔声原理截然不同。　　对于空气声，根据声学中的质量定律，其传声的大小主要取决于墙或板的单位面积质量，质量越大，越不易震动，则隔声效果越好。可以认为：固体声的隔绝主要是吸收，这和吸声材料是一致的；而空气声的隔绝主要是反射，因此必须选择密实、沉重的如粘土砖、钢板等作为隔声材料。 　　对于隔绝固体声音最有效的措施是采用不连续结构处理。即在墙壁和承重梁之间，房屋的框架和墙壁及楼板之间加弹性衬垫，这些衬垫的材料大多可以采用上述的吸声材料，如毛毡、软木等。将固体声转换成空气声后而被吸声材料吸收。 吸声材料及其结构 ①多孔吸声材料多孔吸声材料，包括纤维状、颗粒状和泡沫状，其对低频声的吸收比较差；多孔吸声材料的构造特征是：材料从表到里具有大量内外连通的微小间隙和连续气泡，有一定的通气性。这些结构特征和隔热材料的结构特征有区别，隔热材料要求的是封闭的微孔。多孔吸声材料是普遍应用的吸声材料，其中包括各种纤维材料：玻璃棉、超细玻璃棉、岩棉、矿棉等无机纤维，棉、毛、麻、棕丝、草质或木质纤维等有机纤维。纤维材料有的直接以松散状使用，有时可用粘着剂制成毡片或板材，如玻璃棉毡、岩棉板、草纸板、木丝板、软质纤维板等等。微孔吸声砖等也属于多孔吸声材料。泡沫塑料，如果其中的孔隙相互连通并通向外表，可作为多孔吸声材料。 ②共振吸声结构其中包括单个共振器、穿孔板共振吸声结构、博板共振吸声结构，常采用共振吸声原理来解决低频声的吸收。其装饰性强并有足够的强度，故在建筑物中使用比较广泛。 ③吸声结构　　空间吸声体：它是共振吸声结构和多孔吸声材料的结合，可预先制作，可根据不同的使用场合和条件，因地制宜地设计成各种形式，同时具吸声及艺术效果。　　强吸声结构：常用于消声室等特殊场合。　　有代表性地还有吸声尖劈等。 水中声学与水声材料 声音在水中的的阻力损失小，影响因素主要是温度、含盐率及压力声速的近似式： * * 声压 p 质点速度 v 密度(变化) ? 描述声场，通常采用上述各物理量的时空分布函数？ 假设条件 1. 介质静止、均匀、连续的：在波长距离上，声学特性保持不变。 2. 介质是理想流体介质：忽略粘滞性和热传导性。 3. 小振幅波：各声学量是一阶小量。 连续性方程（质量守恒定律） 介质流入体元的净质量等于密度变化引起的体元内质量的增加： 状态方程（绝热压缩定律） 介质的压缩和膨胀过程是绝热过程 ： 绝热压缩系数：单位