水声学-声学基础.ppt

College of Underwater Acoustic Engineering HEU 第二章 声学基础 第三讲 理想流体介质中的小振幅波 本讲主要内容 第一章小结与习题 声学基础知识 波动方程导出 声场中的能量 介质特性阻抗与声阻抗率 相速度与群速度 平面波在界面上的反射与折射 0、第一章知识点测试 请写出被动声纳方程 SL-TL-（NL-DI）=DT 请写出目标强度定义式 请画出回声级、混响隐蔽级、噪声隐蔽级曲线 已知辐射声功率，求指向性声源的SL 0、第一章知识点 声纳参数的定义、物理意义 SL、TL、TS、NL、DI、DT、RL、DIT 组合声纳参数的物理意义 SL-2TL+TS NL-DI+DT RL+DT (SL-2TL+TS)-(NL-DI+DT) 主动声纳方程的选择问题（如何判断干扰） 声纳方程的两个重要的基本用途 0、第一章思考题 1、取下列声压作为参考级，1微帕声压的大小为： （10-5达因/厘米2 =1微帕） 取参考声压为1微帕时，其大小为 ； 取参考声压为0.0002达因/厘米2 时，其大小为 ； 取参考声压为1达因/厘米2 时，其大小为 ； 0、第一章思考题 2、给定水下声压 为 ，那么声强 是多大，与参考声强 比较，以分贝表示的声强级是多少？（取声速C=1500m/s，密度为1000kg/m3） 解：声强： W/m2 0、第一章思考题 2、给定水下声压 为 ，那么声强 是多大，与参考声强 比较，以分贝表示的声强级是多少？（取声速C=1500m/s，密度为1000kg/m3） 解：声强级： dB 0、第一章思考题 3、发射换能器发射40kW的声功率，且方向性指数为15dB，其声源级SL为多少？ 解：声源级定义： 无指向性声源的声强： 设指向性声源的轴向声强为： 0、第一章思考题 3、发射换能器发射40kW的声功率，且方向性指数为15dB，其声源级SL为多少？ 解：又： ， 指向性声源的轴向声强： 声源级： 一、声学基础知识 声波：机械振动状态在介质中传播形成的一种波动形式 分类： 20Hz以下的振动称为次声 高于20kHz的振动称为超声 20Hz至20kHz的声振称为音频声 流体介质中，声波表现为压缩波 （Compressional Wave），即纵波 在固体中既有纵波也有横波 （切变波-Shear Wave） 一、声学基础知识 声速：振动在介质中传播有时间滞后，即声波在介质中传播有一定速度，称为声速 声场：声波所及的区域 声压：由于声波扰动引起介质质点压强的变化，这种变化量称为声压： 质点振速：由于声波扰动引起的介质质点运动速度的变化量： 二、波动方程导出 假设条件： 介质静止、均匀、连续的； 介质是理想流体介质； 小振幅波。 三个基本方程： 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 二、波动方程导出 三个基本方程： 连续性方程 根据前面的假设： 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 二、波动方程导出 三个基本方程： 运动方程——牛顿第二定律 二、波动方程导出 拉普拉斯算符—— 直角坐标系： 球坐标系： 柱坐标系： 速度势——介质单位质量具有的声扰动冲量 声压、质点振速与速度势的关系： 声压： 振速： 声能：由于声波传播而引起的介质能量的增量称为声能；显然声能是介质运动的机械能。 声场总能量：动能+位能 瞬时声能密度——单位体积内的声能 平均声能密度 ：理想平面波的平均声能密度处处相等； 平面声波声能量具有无损耗、无扩展的传递特性。 能流密度——单位时间内通过垂直声传播方向单位面积的声能 ：正负表示能流流出或流入体元。 平均声能流密度或声波强度：通过垂直声传播方向单位面积的平均声能流 ：此处的 和 为声压和振速的实部。 四、介质特性阻抗和声阻抗