噪声控制中的声学基础EN.ppt

声波在传播过程中，如遇到障碍物(或孔、洞)时，当波长比障碍物尺寸大得多时，声波会绕过障碍物而使传播方向改变，这种现象称为声波的衍射。声波波长与障碍物尺寸相比的比值越大，衍射也越大。如果障碍物的尺寸远大于入射声波波长，虽然还有衍射，但在障碍物后面边缘的附近将形成一个没有声波的声影区。由此可见，障碍物对低频声波的作用较小，但对高频声波具有较大的屏蔽作用。衍射现象在噪声控制中是很有用处的。隔声屏障可以用来隔住大量的高频噪声，它常被用来减弱高频噪声的影响。例如可以在辐射噪声的机器和工作人员之间，放置一道用金属板或胶合板制成的声屏障，就可减弱高频噪声。屏障的高度愈高、面积愈大效果就愈好，如果在屏障上再覆盖一层吸声材料则效果更好。2.声波的衍射2.5.2声波的干涉和衍射（3）2.6.1声级的定义（1）2.6声级及其运算由于声音的强度变化范围相当宽，直接用声功率和声压的数值来表示很不方便，并且人耳对声音强度的感觉并不正比于强度的绝对值，而更接近正比于其对数值。因此，在声学中普遍使用对数标度。声压级（soundpressurelevel）为有效声压与基准声压之比的常用对数的20倍，即：其中：Lp为声压级(dB)，p为有效声压(Pa)，p0参考声压为2×10-5(Pa)。人耳对频率为1kHz声音的可听闻为0dB；微风轻轻吹动树叶的声音约14dB；在房间中高声谈话声(相距1m处)约68dB～74dB；交响乐队演奏声(相距5m处)约64dB；飞机强力发动机的声音(相距5m处)约140dB；一声音比另一声音声压大一倍时大6dB；人耳对声音强弱的分辨能力约为0.5dB。2.6.1声级的定义（2）声强级（soundintensitylevel）为有效声强与基准声强之比的常用对数的10倍，即：其中：LI为声强级(dB)，I为有效声强(Wm-2)，I0参考声压为10-12(Wm-2)。同样，声功率级为有效声功率与基准声功率之比的常用对数的10倍，即：类型波阵面声线声源类型平面声波垂直于传播方向的平面相互平行的直线平面声源球面声波以任何值为半径的球面由声源发出的半径线点声源柱面声波同轴圆柱面线声源发出的半径线线声源式中，k为波数，k=ω/c0。在稳定的简谐声源作用下产生的稳态声场。设方程的解为：将解代入波动方程有：其中，ω为声源简谐振动的圆频率。对一般情况，上式中还应引入一个初相角，但它对稳态声传播性质的影响不大，这里为简单起见就将它忽略了。式中，A,B为两任意常数，由边界条件确定。P(x)的解为：2.3.1波动方程的解（1）2.3.1波动方程的解（2）式中，04根据声压可求得质点速度为：05考虑到时间变量有：01当t=0，x=0时，pA=A。所以有03上式右边第一项为沿x正向行进的波，右边第二项为沿x负向行进的波。声场中无障碍时，无反射波，即B=0，此时有：022.3.2平面声场的特性（1）根据平面波动方程的解讨论平面声场的特性：解代表沿x正向行进的波。在某时刻、某位置(t0、x0)，声场的声压为：经过Δt时刻位置移动了Δx，此时t=t0+Δt，x=x0+Δx=x0+c0Δt=x0+(ω/k)Δt。此时声压为：123654同样可以证明代表沿x负向行进的波。两处声压相等，即波形没有变化，经过某一时刻Δt≥0，而Δx=(ω/k)Δt=c0Δt≥0，说明整个波形向前移动了一段距离。所以，有：2.3.2平面声场的特性（2）(2)平面声波的波阵面是平面。在某时刻t0，相位φ0相同的各媒质点的轨迹，按波动方程的解，可知此时刻x的值为：所以：表明声波传播过程中,等相位面是平面，故称为平面波。(3)声波以c0速度传播，质点在平衡位置附近往复振动。c0=Δx/Δt，代表单位时间波阵面传播的距离，即声速。对于理想气体中的小振幅声波，可求得其声速为:对于理想气体克拉怕龙公式为：可知因此声速公式为：2.3.2平面声场的特性（3）其中P、V、T为M千克气体的压强、体积和绝对温度，μ为气体摩尔量，对于空气μ=29×10-3kg/mol=8.31J/K·mol为气体常数。空气中摄氏温度下的声速计算公式为：声波以c0传播,并不意味质点也以该速度传播。质点位移ξ：在x=x0处质点位移为而ξA、α为常数，因而x0只是在平衡位置来回