聲波的基礎(chǔ)知識解析課件

第二節(jié)

聲波的基礎(chǔ)知識第二節(jié)聲波的基礎(chǔ)知識2.1聲波的產(chǎn)生當聲源振動時，就會引起聲源周圍彈性媒質(zhì)——空氣分子振動，這些振動的分子又使周圍的空氣分子產(chǎn)生振動，這樣聲源產(chǎn)生的振動就以聲波的形式向外傳播。2.1聲波的產(chǎn)生當聲源振動時，就會引起聲源周圍彈性媒質(zhì)——以鼓面振動為例

鼓面波長λ以鼓面振動為例鼓面波長λ聲源彈性媒質(zhì)聲波形成的必要條件聲源聲波形成的必要條件縱波：媒質(zhì)質(zhì)點的振動方向與聲波的傳播方向相一致?？諝庵械穆暡礊榭v波，又稱疏密波。橫波：媒質(zhì)質(zhì)點的振動方向與聲波的傳播方向垂直。固體和液體中可能有橫波，也可能有縱波?？v波：媒質(zhì)質(zhì)點的振動方向與聲波的傳播方向相一致。波動聲波在空氣中傳播時，空氣質(zhì)點本身并不隨聲波一起傳播出去，空氣質(zhì)點只是在它的平衡位置附近前后做縱向振動。也就是說：聲音的傳播實質(zhì)是物體振動的傳播，即傳播出去的是物質(zhì)運動的能量，而不是物質(zhì)本身。波動聲波在空氣中傳播時，空氣質(zhì)點本身并不隨聲波一起傳播出去，波動聲音是物質(zhì)的一種運動形式，這種運動形式叫波動。波動聲音是物質(zhì)的一種運動形式，這種運動形式叫波動。聲波的類型波陣面：空間中同一時刻波到達的各點可以連接成一個面，稱為波陣面。聲波的類型波陣面：空間中同一時刻波到達的各點可以連接成一個面聲波的類型：平面聲波當聲波的波陣面是垂直于傳播方向的一系列平面時，就稱其為平面聲波。面聲源聲波的類型：平面聲波當聲波的波陣面是垂直于傳播方向的一系列平聲波的類型：球面聲波點聲源聲波的類型：球面聲波點聲源聲波的類型：柱面聲波線聲源聲波的類型：柱面聲波線聲源平面聲波、球面聲波、柱面聲波都是理想的傳播類型。在具體應(yīng)用時可根據(jù)實際條件進行合理近似。平面聲波、球面聲波、柱面聲波都是理想的傳播類型。2.2聲波的描述波長周期頻率聲速

2.2聲波的描述波長波長λ相鄰相位相同的質(zhì)點之間的距離。鼓面波長λ波長λ相鄰相位相同的質(zhì)點之間的距離。鼓面波長λ

質(zhì)點往復振動一次所需要的時間，稱為周期。單位為秒（s）。也就是波走過一個波長所需的時間。周期T質(zhì)點往復振動一次所需要的時間，稱為周期。單位為秒（s）頻率f單位時間（1s）媒質(zhì)質(zhì)點振動的次數(shù)，單位為赫茲（Hz）。f

=1/T每秒鐘聲源振動的次數(shù)越多，說明頻率越高，人耳主觀感覺到的音調(diào)就越高，反之越低。頻率f單位時間（1s）媒質(zhì)質(zhì)點振動的次數(shù)，單位為赫茲（Hz可聽聲頻率范圍：20~20000Hz超聲次聲可聽聲頻率范圍：20~20000Hz聲速c單位時間內(nèi)波走過的路程。

(m/s)C

=

λf=λ/T聲速c單位時間內(nèi)波走過的路程。(m/s)C=λf=聲速是媒質(zhì)特性的函數(shù)，在不同的媒質(zhì)中，聲速是不相同的。媒質(zhì)名稱空氣水混凝土玻璃聲速(m/s)344137230483658媒質(zhì)名稱鐵鉛硬木軟木聲速(m/s)518212194267335321.1℃時聲速近似值聲速是媒質(zhì)特性的函數(shù)，在不同的媒質(zhì)中，聲速是不相同的。媒質(zhì)名空氣中的聲速C=331.45+0.61t（t為溫度，℃）一般計算時，空氣中的聲速可取340m/s（15℃值）空氣中的聲速C=331.45+0.61t（t為溫度，℃）2.3頻程和頻譜噪聲是復音，一個聲源發(fā)出的聲音往往是由很多不同頻率、不同強度的成分合成的。那么，如果我們要描述一個聲音，就必須把它的這些頻率組份及其對應(yīng)強度全部表示出來。可聽聲頻率范圍：20~20000Hz實測發(fā)現(xiàn)：兩個不同頻率的聲音做相對比較時，有決定意義的是它們頻率的比值。

2.3頻程和頻譜噪聲是復音，一個聲源發(fā)出的聲音往往是由很多1.頻程為了研究和實用上的需要，在聲學學科中，把寬廣的可聽聲頻率范圍劃分成若干小區(qū)間，稱其為頻程、頻段或頻帶。1.頻程為了研究和實用上的需要，在聲學學科中，把寬廣的可聽聲倍頻程把20~20000Hz的聲頻范圍，按頻率倍比關(guān)系劃分為11個段落。每個頻帶的上限頻率和下限頻率相差一倍。即頻率比為21的頻程，稱它為倍頻程。倍頻程把20~20000Hz的聲頻范圍，按頻率倍比關(guān)系劃分為倍頻程上限頻率2244881773557101420284056801136022720中心頻率1631.563125250500100020004000800016000下限頻率1122448817735571014202840568011360倍頻程上限頻率22448817735571014202840倍頻程推而廣之：若頻率比為，則稱為2倍頻程；若頻率比為，則稱為3倍頻程；若頻率比為，則稱為n倍頻程。22232n倍頻程推而廣之：22232n倍頻程若頻率比為21/3，則稱為1/3倍頻程。倍頻程和1/3倍頻程是最常用的。倍頻程若頻率比為21/3，則稱為1/3倍頻程。倍頻程的表示某一倍頻程常常由其中心頻率f中表示.中心頻率是上、下頻率的幾何平均值，簡寫成f。倍頻帶的寬度倍頻程的表示某一倍頻程常常由其中心頻率f中表示.中心頻率是上對含有多個頻率成分的聲音，我們只要關(guān)注它的各個頻率及其對應(yīng)的強度就可以了。一般以頻率為橫坐標，聲壓級為縱坐標，繪出的線條來表示聲音，這就是聲音的頻譜，也稱頻譜圖。2.頻譜對含有多個頻率成分的聲音，我們只要關(guān)注它的各個頻率及其對應(yīng)的頻譜圖線狀譜（樂音）連續(xù)譜（噪聲）復合譜（有調(diào)噪聲）頻譜圖線狀譜（樂音）線狀譜（樂音）聲壓級，dBf，Hz線狀譜（樂音）聲壓級，dBf，Hz連續(xù)譜（噪聲）聲壓級，dBf，Hz連續(xù)譜（噪聲）聲壓級，dBf，Hz復合譜（有調(diào)噪聲）聲壓級，dBf，Hz復合譜（有調(diào)噪聲）聲壓級，dBf，Hz頻譜分析在噪聲控制中，要了解噪聲的特性，往往需要詳細分析它的各個頻率成分和相應(yīng)的強度，這也稱作頻譜分析。一般以倍頻程或?倍頻程中心頻率值為橫坐標，聲壓級為縱坐標，繪出的折線來表示聲音的頻譜。頻譜分析在噪聲控制中，要了解噪聲的特性，往往需要詳細分析它的頻譜分析、頻譜圖1252505001k2k4k8k中心頻率f，Hz聲壓級，dB90

807060頻譜分析、頻譜圖1252502.5聲音的物理量度聲功率聲壓聲強2.5聲音的物理量度聲功率1.聲功率W聲功率是表示聲源特性的物理量，是單位時間內(nèi)聲源輻射出來的總聲能量，用W表示，單位是瓦，記為w。1.聲功率W聲功率是表示聲源特性的物理量，是單位時間內(nèi)聲源輻聲源聲功率僅是聲源總功率中以聲波形式輻射出來的一小部分功率。

500kw鼓風機，一般聲功率只有100w；900萬人同時說話，所發(fā)出的聲能也只相當于一只450w的電燈在相同時間內(nèi)所消耗的電能。聲源聲功率僅是聲源總功率中以聲波形式輻射出來的一小部分功率。不同聲源輻射的聲功率有很大的不同一些聲源的聲功率和聲功率級噪聲源宇宙火箭噴氣飛機大型鼓風機氣錘聲功率（w）聲功率級(dB)196160140120噪聲源織布機汽車（72km/h)輕聲耳語聲功率（w）聲功率級(dB)110110304×107104102110-110-110-9不同聲源輻射的聲功率有很大的不同一些聲源的聲功率和聲功率級噪

聲源工作情況一定時，輻射的聲功率是一恒量聲源工作情況一定時，輻射的聲功率是一恒量2.聲壓以鼓面振動為例。聲波在傳播過程中，引起空氣質(zhì)點振動，致使空氣密度發(fā)生變化，密集時壓強超過大氣壓強，稀疏時則低于大氣壓強。鼓面波長λ2.聲壓以鼓面振動為例。聲波在傳播過程中，引起空氣質(zhì)點振動，瞬時聲壓p：我們把聲場中某點在某一瞬時，由靜壓P0改變到壓強時，所產(chǎn)生的壓強增量稱為該點的瞬時聲壓p，即p’瞬時聲壓是時間的函數(shù)。瞬時聲壓p：我們把聲場中某點在某一瞬時，由靜壓P0改變到壓有效聲壓pe

：瞬時聲壓傳入人耳，由于耳膜的慣性作用，分辨不出聲壓隨時間的變化，而是一個穩(wěn)定的有效值，稱為有效聲壓。有效聲壓pe：瞬時聲壓傳入人耳，由于耳膜的慣性作用，分辨不有效聲壓p

是瞬時聲壓對時間t取均方根值，即e有效聲壓p是瞬時聲壓對時間t取均方根值，即e對于符合正弦運動的聲波，有效聲壓p

等于聲壓的最大值除以，即e對于符合正弦運動的聲波，有效聲壓p等于聲壓的最大值除以實際應(yīng)用中一般所指聲壓，如未加說明，就是指有效聲壓。實際應(yīng)用中一般所指聲壓，如未加說明，就是指有效聲壓。聲壓單位1大氣壓＝＝

＝1bar===10μbar105Pa105N/m2106μbar1Pa1N/m2聲壓單位1大氣壓＝＝3.聲強I聲強I：單位時間內(nèi)通過垂直于聲波傳播方向單位面積的平均聲能量，稱為聲強。一般用I表示，單位為。W/m23.聲強I聲強I：單位時間內(nèi)通過垂直于聲波傳播方向單位面積平面聲波的聲強聲功率WS在理想媒質(zhì)中，平面聲波的聲強與離開聲源的距離無關(guān)平面聲波的聲強聲功率WS在理想媒質(zhì)中，平面聲波的聲強與離開聲柱面波的聲強rl在理想媒質(zhì)中，柱面聲波的聲強隨離開聲源中心的距離增加，按反比規(guī)律衰減。柱面波的聲強rl在理想媒質(zhì)中，柱面聲波的聲強隨離開聲源中心的球面聲波的聲強r自由空間在理想媒質(zhì)中，球面聲波聲強隨離開聲源距離的增加，按平方反比規(guī)律衰減。球面聲波的聲強r自由空間在理想媒質(zhì)中，球面聲波聲強隨離開聲源球面聲波的聲強r半自由空間球面聲波的聲強r半自由空間平均聲能密度平均聲能密度：為單位媒質(zhì)具有的平均動能和平均勢能之和，即：平均聲能密度平均聲能密度：為單位媒質(zhì)具有的平均動能和平聲波在不同彈性媒質(zhì)中傳播時，與之密切相關(guān)是媒質(zhì)密度及聲速。聲阻抗率或聲特性阻抗Zs，單位：Pa.s/m聲波在不同彈性媒質(zhì)中傳播時，與之密切相關(guān)是媒質(zhì)密度及聲速。聲強與聲能密度的關(guān)系SSx1x2Vx媒質(zhì)體積為V聲波從x1運動到x2，經(jīng)過時間?t。垂直于x方向的截面為S，厚度為?x，聲強與聲能密度的關(guān)系SSx1x2Vx媒質(zhì)體積為V聲強與聲能密度的關(guān)系?t時間內(nèi)通過截面S的聲能量＝。SSx1x2Vx聲強與聲能密度的關(guān)系?t時間內(nèi)通過截面S的聲能量＝。聲強與聲能密度的關(guān)系由聲強的定義有：聲強與聲能密度的關(guān)系由聲強的定義有：聲強與聲壓的關(guān)系聲強與聲壓的關(guān)系4.聲壓級、聲強級和聲功率級大量實測顯示：一定頻率的聲波，其強度存在上、下兩個限值。在下限以下，人耳聽不到聲音，一般稱下限值為聽閾值。在上限以上，人耳會有疼痛的感覺，上限值為痛閾值。頻率不同，上、下限值不同。4.聲壓級、聲強級和聲功率級大量實測顯示：一定頻率的聲波，其聲波的基礎(chǔ)知識解析ppt課件空氣中傳播的聲波，在1000Hz時，正常人耳的聽閾聲壓為，痛閾聲壓是20Pa。對應(yīng)的聽閾聲強，痛閾聲強為。2×10-5Pa10-12w/m21w/m2空氣中傳播的聲波，在1000Hz時，正常人耳的聽閾聲壓為對人的聽覺來說，從聽閾到痛閾所感覺到的聲音的強弱變化范圍非常寬。若用聲壓和聲強的絕對值來衡量聲音的強弱是很不方便的，而且要實現(xiàn)一定精確的測量也很難，因此引進“級”的概念，用它來衡量聲音的相對強弱。級在聲學中的單位為分貝，記作dB。對人的聽覺來說，從聽閾到痛閾所感覺到的聲音的強弱變化范圍非常聲壓級1000Hz對應(yīng)的聽閾聲壓聲壓級1000Hz對應(yīng)的聽閾聲壓聲壓級例2-1：當聲壓級增大20dB時，問聲壓是原來的多少倍？答：是原來的10倍。聲壓級例2-1：當聲壓級增大20dB時，問聲壓是原來的多少倍一些噪聲源或噪聲環(huán)境的聲壓和聲壓級噪聲源或噪聲環(huán)境聲壓（Pa）聲壓級（dBA）導彈發(fā)射場2000160鍋爐排空放氣，離噴口1m200140汽車喇叭，距離1m20120織布機車間，織機間走道3.17104大型卡車，車廂內(nèi)0.6390大聲講話，距離1m0.280輕聲耳語，距離0.3m0.00063