声学原理-01讲声波基本性质.pptx

1声学原理李晓东高军辉北京航空航天大学能动学院流体与声学工程实验室

2第一章声波的基本性质§1.1绪论§1.2声波及声学量的基本定义§1.3齐次声学波动方程§1.4声波的传播§1.5声源基本发声机理与理论

3§1.1绪论§1.1.1背景§1.1.2声学的研究范畴及分类§1.1.3声学发展简史§1.1.4基本教学内容及要求§1.1.5教学参考书及相关杂志

4§1.1.1背景噪声污染与水污染、空气污染被并称为自然界的三大污染。与工业生产及人们的日常生活密切相关：汽车、风机、空调、冰箱、洗衣机等。水下目标的声隐身与探测。航空宇航领域噪声问题非常突出：火箭、飞机及其动力装置发出功率强大的噪声；国际及各国民航组织均颁布了日益苛刻的噪声适航条例。

5§1.1.2声学的研究范畴及分类基本定义：它是研究声音产生、传播、接收、作用和处理重现的一门学科。基本分类：按声音所处介质下分类：空气声学、水声学、固体声学和量子声学；按声波本身的特性分类：线性声学、非线性声学、次声学和超声学；

6§1.1.2声学的研究范畴及分类

7§1.1.2声学的研究范畴及分类其外延按不同应用领域分类：地球科学——地球和大气物理、海洋学-水声学-地震学-大气声学声学研究的基础：物理声学、理论声学、分子声学、微波声学（研究声与物质内部结构的关系）、各种物质中振动和机械能辐射理论（研究各种声源和声波收、发器件原理的理论基础）

8工程学——电工程和化工、机械工程、建筑工程-电声学、声和超声工程-振动冲击噪声-室内声学生命科学——心理学、生理学、医学-生物声学-听觉-心理声学§1.1.2声学的研究范畴及分类（续）

9艺术——语言、音乐、表演艺术-心理声学-通讯-乐器、乐律-室内声学§1.1.2声学的研究范畴及分类（续）声学应用在我们身边无处不在，渗透到几乎所有重要的自然科学和工程技术领域，形成了一个又一个崭新的学科分支；声学研究古老而又迅速发展着。

10§1.1.3声学发展简史音乐声学：公元前475－前221年，我国已采用十二音程系1638年，Galileo（1564－1642）深入研究了单弦的振动和发声关系，并提出了频率的概念；他研究了同样协调谐的弦间共振现象；还得到了音调与弦长有关的结论；法国科学家JosephSauveur（1653－1716）对音调和频率的关系做了彻底的研究，还发现了拍音，并提出了“Acoustics”的名词1759年，意大利科学家J.L.Lagrange研究了风琴管和其它管乐器的发声。

11§1.1.3声学发展简史（续）语言和生理声学17世纪初，W.Balington(1629)作了观测声带运动的实验；G.S.Ohm（1787－1854）提出音乐的声音是由许多频率的简谐振动合成的概念，认为人耳能把任何一个复杂的声音分解为一组简谐音调。Helmholtz发展了Ohm的概念，并采用Helmholtz谐振腔对语言进行频率分析，奠定了语言声学的基础。100年后，匈牙利生理学家、诺贝尔奖获得者GeorgvonBekesy用生理学方法完全验证了Helmholtz的主要工作，也指出了有些不准确的地方

12建筑声学§1.1.3声学发展简史（续）与古代宫殿、教堂及剧院的建筑有关；天坛“回音壁”、人民大会堂、卡内基音乐厅、悉尼歌剧院等；1853年，美国波士顿物理学家J.B.Upham就发表了几篇关于对混响认识的文章；1856年，美国著名物理学家JosephHenry对混响做了些研究，给出了一些定性的建议；直到19世纪末，W.C.Sabine给出了混响公式，才彻底解决了混响问题

13古典声学——振动学§1.1.3声学发展简史（续）Galileo弦振动、虎克(1635-1703)定律的发现；1713年Taylor第一次将牛顿定律应用于连续介质微元运动获得了弦振动基频模的动力学解；D.Bernoulli(1700-1782)、J.L.R.D’Alembert(1717-1783)和L.Euler(1707-1783)等引入偏微分方程，获得了振动弦的近代严格解；J.L.