声与振动基础1课件.ppt

声与振动基础;主要内容;第一章 绪论;声学研究的范畴非常广，分支很多：;20Hz~20kHz;声学既有经典的物理性质，又有量子的性质，是打开微观世界的一把钥匙。 同时，随着频率的降低，低频声波的吸收衰减越来越小，穿透能力和传播距离大大增加，成为观察大气、海洋、地壳中许多现象的强有力的工具。;图1-2 不同频率范围的声学研究内容;第一节 声学研究的发展概况;第一节 声学研究的发展概况;第一节 声学研究的发展概况;第二节 声学研究的总体特点;（1）声波的产生机制 声学首先要研究的是声波的产生。振动学是研究声源的理论基础。 声学所研究的简谐振动及其在各种物质中传播的属性是物理学的本质之一。 从伽利略的工作到胡克定律的发现，都是振动学的实验研究。 ;18世纪数学的发展，推动了声学理论的发展： -1713年泰勒(B.Taylor)第一次成功地把牛顿定律用于连续介质中微分元的运动，得出弦振动基频模的动力学解。 -在胡克对弹性体应力和应变关系研究的基础上，18世纪的数理学家进一步研究了金属棒、弹性板的振动。 瑞利于19世纪末最早提出声波动理论，对后来的各种波动传播理论的发展有重要作用。 ;目前的声波产生机制研究前沿，主要包括流致噪声、结构声辐射和热声学等几个方面。 —流致噪声研究的是流体的流动所产生的噪声，其应用很广。当前最困难的问题是湍流所产生的无规噪声。 热声学研究声与热之间的关系。1982年，Wheatley发现在驻波管内近四分之一波长内放一摞薄片，在声波作用下，薄片两端产生温度差，这就是热声现象。 ;（2）声波的传播和衰减机制 声波在水中是传播： --声波在海水中的衰减比电磁波小1000倍以上。 --在水下声学中，20世纪第一次世界大战和第二次世界大战之间，人们就对海水中变化多端的声传播机理有了认识。 --“午后效应” --1997年美国“声学大洋测温计划” ;声波在大气中的传播也是目前研究的内容。大气中的湍流、大气层的厚度、温度分布、湿度分布等等变化，都会对声的传播产生很大的影响。特别是对于不透光的物体，声波是很好的探测手段 需要研究声波在固体中的传播，如B超，就要研究声波在人体的各种器官中是如何传播的，然后才能做出判断。 ;（3）声波的接收 声波的接收是研究怎样把声信号变成电信号，如传声器，并在仪器上进行显示。 声学的接收还研究听觉的机理，这与人直接有关，人感受到声音首先是通绪论过耳朵。;（4）声波的作用 ;技术对声学来说，是它的竞争所在。其主要的应用技术包括： 水声技术 噪声控制技术 电声技术 语音技术 超声技术 次声波应用 声学微机电器件 ;水声技术是利用声波对水下目标进行探测、识别、定位、通讯和导航等功能的声学技术，这是由于声波是惟一能在海水中有效地进行远距离信息传递的载体。 —声纳探测 —声速测量;;;现代工业和交通飞速发展，伴随着出现大量的噪声问题，如机器噪声、交通噪声等等。 20世纪60年代前后，“噪声控制”作为一门独特的学科从建筑声学中分离出来，得到迅速发展，是当前研究的前沿热点之一。 有源噪声与振动控制技术是当前噪声控制技术中最先进的研究方向，它的物理意义是用声波来抵消声波。;（3）电声技术;（4）语音技术;（5）超声技术;;（6）次声波应用;;（7）声学微机电器件;三、声学还是一门艺术;;总之，声学是一门与人类生活、生产和社会活动息息相关的学科，它包含了科学的、技术的和艺术的内容，是一门交叉渗透性非常强的学科。交叉的结果实现了声学的各种各样的分支学科，也必将在今后的科技发展中发挥更大的作用。 ;主要内容;第二章 声波的基本性质 及传播特性;第一节 振动与声;由上述可知，振动与声是源与流的关系，二者紧密地联系在一起。声音由振动而产生，有声必有振动存在。因振动而发声的物体称为声源，当振动以波的形式在弹性媒质中传播时，便形成了声波场。一定频率范围和强度的声波作用于人耳，便使之产生声音的感觉，若声源发生振动，但这种振动没有弹性媒质（如空气、液体和固体等）作为传播的载体，也就不能形成声波场，人们也就不会产生听到声音的感觉。;第二节 声压的基本概念;若讨论平衡态下的物质系统内的声学现象，则在平衡态时系统可用体积 V0（或密度ρ0 ）、压强P0 及温度 T0等状态参数来描述。在这种状态下，组成媒质的分子等微粒虽然不断地运动着，但就任一个体积元来讲，在时间t内流入的质量等于流出的质量，因此体积元内的质量是不随时间变化的 如有声波作用时，在组成媒质的微粒的杂乱运动中附加了一个有规律的运动，使得体积元内有时流入的质量多与流出的质量，有时则相反，即体积元内的媒质一会儿稠密，一会儿又稀疏，所以声波