聲學(xué)原理及聲學(xué)測(cè)試

1、聲音的基本原理和聲音測(cè)量的概要、第一部分聲音的基本問題、第二部分聲音測(cè)量、第一部分聲音的基本問題、第一部分聲音的基本問題、第二部分聲音的基本問題、第一部分聲音的基本問題7、行波和駐波8、遠(yuǎn)場(chǎng)和近場(chǎng)9、傳播波和漸逝波， 波導(dǎo)和單純波10、瑞利波、樂福波、斯通利波11、亥姆霍茲諧振器、多普勒效應(yīng)、第一部分音響的基本問題1 .音響測(cè)定的分類、難點(diǎn)2、換能器、麥克風(fēng)、測(cè)定器3、混響室、消音室測(cè)定材料性能4、音響管測(cè)定材料性能5、應(yīng)用類和外場(chǎng)測(cè)定6、 作用的空氣振動(dòng)，振動(dòng)頻率為2020000Hz時(shí)，作用于人的耳鼓膜所產(chǎn)生的感覺稱為聲音。 低于次聲波，高于超聲波。 波動(dòng)源質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)通過彈性介質(zhì)中的彈力傳播

2、振動(dòng)，形成機(jī)械波。 波動(dòng)(wave ) (或行波)是振動(dòng)狀態(tài)的傳播，是能量的傳播，而不是質(zhì)點(diǎn)的傳播。 1、聲音和聲音和振動(dòng)，在不同距離的壓力變化，中央水平線表示空氣處于正常大氣壓，起伏曲線表示聲波通過時(shí)壓力的增加和減少，即增加或減少的大氣壓。 在中等大小的聲音中，這種壓力變化只是普通大氣壓的1%。 超聲波、*超聲波：頻率高，波長(zhǎng)短，取向傳播性好，透射性好，在液體、固體中傳播時(shí)，衰減小，能量高。 隨著定位、測(cè)距、探傷、顯影、激光全息的發(fā)展，聲全息也日益發(fā)展，在地質(zhì)、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域具有重大意義的能量集中，可用于切削、焊接、鉆頭、清洗機(jī)零件，也可用于處理種子和催化劑。 特征、用途、超聲波的傳播速度對(duì)介質(zhì)

3、的密度、濃度、成分、溫度、壓力的變化敏感。 用這些可以間接地測(cè)量其他物理量。 這種非音量的音響測(cè)量法具有測(cè)量精度高、速度快的優(yōu)點(diǎn)，頻率在10-420 Hz之間的機(jī)械波聽不到。 大氣湍流、火山爆發(fā)、地震、隕石著陸、雷擊、磁暴等大規(guī)模自然活動(dòng)會(huì)產(chǎn)生次聲波，是研究地球、海洋、大氣等大規(guī)模運(yùn)動(dòng)的有力工具。 特征1、用途、衰減極小，因此具有遠(yuǎn)距離傳播的特征。特征2、二次聲波：，音響基礎(chǔ)，海洋學(xué)，電工和化學(xué)工業(yè)，機(jī)械，工學(xué)，建筑，工學(xué)，地球和大氣物理，醫(yī)學(xué)，生理學(xué)，心理學(xué)，語音音樂，性能，藝術(shù)，室內(nèi)，音響，劇場(chǎng)，音質(zhì)，音樂律，樂器，聽覺，振動(dòng)，沖擊，噪音，地震學(xué)，地震學(xué)生物、音響、心理、音響、通信水音、學(xué)

4、、電氣音響、聲音和超、音響工學(xué)、藝術(shù)、工學(xué)、地學(xué)、生命科學(xué)、2、音響分類和研究?jī)?nèi)容、音響研究范圍廣，大致分為大氣音響、水音、電氣音響、超音響、建筑音響、音樂音響、語言音響、心理音響、生理音響等的物理音響和理論音響研究各種機(jī)械振動(dòng)的原理和聲波的收發(fā)、變送器。 近年來，非線性音響也備受關(guān)注。 音樂音響為研究各種樂器制作過程中定音、音和音色機(jī)制的人們提供各種舒適的樂器提供理論指導(dǎo)。 水聲是現(xiàn)代音響設(shè)計(jì)和海洋開發(fā)的技術(shù)基礎(chǔ)。 軍事上使用的音響設(shè)備和海洋開發(fā)中使用的地震探測(cè)設(shè)備、斷面器等是利用水聲技術(shù)開發(fā)的。 語言音響和生理音響研究人對(duì)發(fā)音和聲音的感覺。 隨著現(xiàn)代信息科學(xué)的發(fā)展，語言合成是語言認(rèn)識(shí)的理論

5、迅速發(fā)展。 人機(jī)對(duì)話系統(tǒng)已成為研究的熱點(diǎn)。 生理音響的研究和心理音響為環(huán)境噪聲的評(píng)價(jià)和噪聲控制標(biāo)準(zhǔn)提供了基礎(chǔ)。 建筑音響也為現(xiàn)代大型劇場(chǎng)和大會(huì)堂的設(shè)計(jì)提供音響指導(dǎo)的城市噪音控制提供了標(biāo)準(zhǔn)。 噪音和振動(dòng)的研究還是與防衛(wèi)密切相關(guān)的課題。 火箭、導(dǎo)彈飛行時(shí)的振動(dòng)及其控制一直是測(cè)量它們整體性能的重要指標(biāo)。 電聲的發(fā)展與現(xiàn)代通信技術(shù)密切相關(guān)。 收音機(jī)和日常生活中使用的各種高音質(zhì)音響設(shè)備對(duì)豐富人們的文化生活起著越來越大的作用。 超聲波及其應(yīng)用是近代音響發(fā)展最快的新興分支。 超聲波無損檢測(cè)、超聲波診斷、超聲波醫(yī)療在工業(yè)和生活方面已經(jīng)起到了作用。 1 .頻率聲源在一秒鐘內(nèi)振動(dòng)的次數(shù)稱為頻率，單位記為Hz。 2

6、 .波長(zhǎng)沿著聲波的傳播方向，振動(dòng)的一個(gè)周期傳播的距離，或者在波形上相位相同的相鄰的兩個(gè)點(diǎn)間的距離稱為波長(zhǎng)，用表示，單位為m。 3 .聲速在一秒鐘內(nèi)傳播聲波的距離稱為聲波速度，簡(jiǎn)稱為音速，標(biāo)記為c，單位為m/s。 3、聲波的物理特性和測(cè)量3 .聲功率(w )聲功率是指單位時(shí)間內(nèi)聲波通過垂直于傳播方向的某特定面積的聲能量。 在噪音監(jiān)測(cè)中，聲音功率是音源的總聲音功率，單位是w。 4 .聲音強(qiáng)度(I )聲音強(qiáng)度是指單位時(shí)間內(nèi)聲波通過與聲波的傳播方向垂直的單位面積的聲音能量，單位為W/s2。 5 .聲壓(p )聲壓是聲波的存在引起的壓力附加價(jià)值。 聲波是空氣分子指向、有節(jié)奏的運(yùn)動(dòng)。 聲壓的單位是PS。

7、3、聲波的物理特性和測(cè)量，6 .分貝是指兩個(gè)相同的物理量(例如A1和A0 )的比取以10為底的對(duì)數(shù)，并乘以10 (或20 )。 分貝符號(hào)是“dB”，這是無量綱的，是噪聲測(cè)量中的重要參數(shù)。 上式中的A0是基準(zhǔn)量(或參考量)，A1是被測(cè)量量。 被測(cè)量量和基準(zhǔn)量的比取對(duì)數(shù)，該對(duì)數(shù)值被稱為被測(cè)量量的“級(jí)”，即在對(duì)數(shù)標(biāo)度的情況下，得到表示被測(cè)量量比基準(zhǔn)量高多少的比。3、聲波的物理特性和測(cè)量值、聲音功率等級(jí)用LW表示，式中： LW聲音功率等級(jí)，dB； W聲音功率，w；7 .語音功率水平、語音功率水平中經(jīng)常使用的LI，公式中： LI語音功率水平，dB； I聲音強(qiáng)烈，W/m2； I0基準(zhǔn)音很強(qiáng)。8 .聲壓級(jí)，

8、9 .聲壓級(jí)，聲壓級(jí)一般用Lp表示，公式中： Lp聲壓級(jí)，dB； p聲壓、Pa； p0基準(zhǔn)聲壓。 空氣中p0規(guī)定為210-5Pa，這個(gè)值是正常青年耳朵聽到的1000Hz純音的聲壓值。用水?dāng)z取110-6Pa。 將、頻譜分成幾個(gè)頻帶，將各個(gè)頻帶作為一個(gè)頻帶，用直方圖來表示。 N=1:個(gè)八度，八度N=1/3:的三分之一八度N=1/12:的十二分之一八度。 中心頻率：帶寬：10 .八度，八度，最常用的中心頻率值(fm )，和上下截止頻率。平面、凸曲面和凹曲面形成的反射聲線和波面的比較。 與平坦的反射面相比凸曲面反射音的強(qiáng)度弱，凹曲面反射音的強(qiáng)度強(qiáng)。 4、聲波的反射、吸收、折射、散射、衍射、聲波在傳播過

9、程中，遇到不同介質(zhì)的界面時(shí)，也會(huì)發(fā)生折射，改變聲波的傳播方向。 即使在空氣中傳播，根據(jù)距離地面的高度存在的氣溫的變化，聲波的傳播方向也發(fā)生變化。 衍射是聲波繞過屏障彎曲的能力。 聲波進(jìn)入影響區(qū)的程度與波長(zhǎng)和勢(shì)壘的相對(duì)尺度有關(guān)。 兩種情況下聲波的頻率都相同，根據(jù)反射板的寬度從反射波分離的衍射波能量也不同。 相對(duì)于規(guī)定頻率的聲音，小比例的反射板的反射能力小。(a )頻率為100Hz聲音的定向反射，聲音的波長(zhǎng)(3.4m )遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于表面不規(guī)則性(b )頻率為1kHz的聲音的漫反射，聲音的波長(zhǎng)(0.34m )相當(dāng)于表面不規(guī)則的尺度(c )頻率為10kHz的聲音的定向反射，聲音的波長(zhǎng)(0.00 ) 聲波傳

10、播的過程中，遇到表面有凹凸變化的反射面時(shí)，被分解成較小的比較弱的反射聲波的現(xiàn)象稱為擴(kuò)散反射。 聲波在空氣中傳播時(shí)，由于振動(dòng)的空氣質(zhì)點(diǎn)之間的摩擦，聲音能的一部分變成熱能，通常被稱為空氣吸收聲音能。 高頻吸收多，低頻吸收少。 聲波的吸收，聲波投射到材料和部件上而產(chǎn)生的聲音的吸收取決于材料和其表面的狀況、結(jié)構(gòu)等。 材料的吸音效率是用對(duì)某頻率的吸音系數(shù)來測(cè)定的。 材料吸音效率是用對(duì)某一頻率的吸音系數(shù)測(cè)定的。 聲波一入射到建筑材料和建筑部件上，除了反射、吸收的能量之外，一部分聲學(xué)能量還會(huì)透過建筑部件傳播到相反的空間。 聲波的透過，波面和音線，音源向所有方向放射音響能量，在某個(gè)時(shí)刻波動(dòng)到達(dá)的各點(diǎn)的軌跡面。

11、 稱為波面。 波振面的形狀：點(diǎn)音源球面波線音源圓柱波面音源平面波、5、平面波、圓柱波和球面波、穩(wěn)態(tài)平面波、穩(wěn)態(tài)球面波、噪聲的重疊聲音能量可以代數(shù)地相加，如果將兩個(gè)音源的聲音功率分別設(shè)為W1和W2，則總聲功率另一方面，設(shè)2個(gè)音源的某點(diǎn)的聲音強(qiáng)度為I1和I2時(shí)，重疊的總聲音的強(qiáng)度I合計(jì)=I1 I2。 聲壓不能直接相加。 6、噪音和噪音的尺度，人們生活和工作不需要的聲音稱為噪音。 1、響度和響度級(jí)別的響度是人的耳朵從聲音的輕到影響的強(qiáng)度級(jí)別的概念，響度的單位是“宋”，1宋的定義是聲壓級(jí)別40dB，頻率1000Hz，從聽眾之前的平面波形的強(qiáng)度。 另一個(gè)聲音聽起來比這個(gè)大n倍，聲音的音量就變成n宋。 另

12、外，定義1000Hz純音的聲壓級(jí)的分貝值是響度級(jí)的數(shù)值，當(dāng)將1000Hz純音的強(qiáng)度與該聲音同樣地調(diào)整時(shí)，其他頻率的聲音被設(shè)定為1000Hz純音的聲壓級(jí)分貝值。 響度級(jí)的單位被稱為“方”。 響度曲線(也稱為ISO等響度曲線)，響度級(jí)別和響度級(jí)別的關(guān)系根據(jù)大量的實(shí)驗(yàn)得到，響度級(jí)別每改變10平方，響度就變成2倍或一半。 或者，和響度級(jí)別的合成不能直接相加，響度可以相加。 計(jì)權(quán)音級(jí)、a計(jì)權(quán)音級(jí)是模擬人耳對(duì)55dB以下的低強(qiáng)度噪聲的頻率特性。 b計(jì)量權(quán)水平是模擬5585dB的中強(qiáng)度噪音的頻率特性。 c計(jì)數(shù)權(quán)電平是模擬高強(qiáng)度噪聲的頻率特性。d計(jì)量權(quán)水平是噪聲參數(shù)的模擬，專用于飛機(jī)噪聲的測(cè)量。圖a、b、c、

13、d的計(jì)權(quán)特性曲線、3、等效連續(xù)音級(jí)、等效連續(xù)音級(jí)是用噪聲能量、時(shí)間平均方法來評(píng)價(jià)噪聲對(duì)人的影響的問題，即等效連續(xù)音級(jí)、符號(hào)“Leq”或“LAeq，t”。 式中： LpA某時(shí)刻t的瞬時(shí)a音級(jí)、dB； T 中規(guī)定的測(cè)量時(shí)間，s。 數(shù)據(jù)符合正態(tài)分布時(shí)，可以用以下的近似式計(jì)算：L10，L50， L90是累積百分音水平，在L10測(cè)定時(shí)間內(nèi)，超過10%的時(shí)間的噪音水平被定義為相當(dāng)于噪音的平均峰值.在L50測(cè)定時(shí)間內(nèi)，超過50%的時(shí)間的噪音水平在相當(dāng)于噪音的平均值的L90測(cè)定時(shí)間內(nèi)，90%的時(shí)間36、駐波的形成、7、行波和駐波、二駐波方程式、正方向、負(fù)方向、駐波方程式、(1)振幅因x而異，無論時(shí)間如何，相鄰

14、的腹(節(jié))間隔、相鄰的腹和節(jié)間隔、x、y、邊界面上出現(xiàn)節(jié)還是出現(xiàn)腹，取決于介質(zhì)的性質(zhì)波疏介質(zhì)，波密介質(zhì)，介質(zhì)分類，41，聲壓振幅為：8，近場(chǎng)和遠(yuǎn)場(chǎng)，42，當(dāng)時(shí)，聲壓有一些極大值和極小值。 其原因是，音源表面上的各點(diǎn)源向軸線上的某點(diǎn)放射的聲壓，由于波程差(相位差)不同，所以相同的相位有時(shí)重疊而增強(qiáng)，相反有時(shí)相互抵消而減弱，因此在靠近音源的地方出現(xiàn)幾個(gè)最大值和最小值。 從最后聲壓的最大值到音源的距離是近場(chǎng)區(qū)。 取決于音源的大小和聲波的波長(zhǎng)。 當(dāng)時(shí)，聲壓隨著距離的增加單調(diào)衰減，這個(gè)范圍是遠(yuǎn)視野區(qū)。 (a )近場(chǎng)區(qū)、聲壓具有最小值聲壓具有最大值，此時(shí)，從近場(chǎng)區(qū)的聲源到近場(chǎng)區(qū)的聲壓分布非常復(fù)雜，極大值和

15、極小值多次出現(xiàn)。 因此，當(dāng)近場(chǎng)存在缺陷時(shí)，其反射波非常不規(guī)則，缺陷的辨認(rèn)非常困難。 當(dāng)時(shí)，b )遠(yuǎn)視野區(qū)處于聲場(chǎng)，時(shí)的區(qū)域?yàn)檫h(yuǎn)視野區(qū)。 在遠(yuǎn)視野區(qū)，聲壓隨著距離的增加而減少。 音源軸上的距離為()，聲壓的最大值為：研究波導(dǎo)在有限空間的波動(dòng)傳播，一個(gè)或兩個(gè)方向的尺度大，其中聲波在管路上傳播的音響問題例：管狀樂器、聽診器、喇叭、管路噪音和消音海洋、井孔、9、波導(dǎo)和單純波、傳播波、漸逝波， 最簡(jiǎn)單的聲波導(dǎo)的兩個(gè)平行剛性界面波動(dòng)方程式的邊界條件、平面波、音速為c高階模，頻率色散關(guān)系，頻率km為實(shí)數(shù)，傳播模式km為虛數(shù)，衰減模式為頻率，矩形聲波導(dǎo)，直角坐標(biāo)系、和截止頻率，其簡(jiǎn)單頻率的計(jì)算公式如下：瑞利波

16、： 1887 這種面波分布在自由界面上，或者成為表層稀疏的被復(fù)層。 如果表面完全是“自由”，瑞利波的速度與頻率無關(guān)，即不存在頻率分散現(xiàn)象。 如果介質(zhì)表面存在非彈性稀疏的層，則考慮到層的要素，求出的瑞利波是分散的。 計(jì)算顯示，瑞利分為p波成分和SV波成分，無SH波成分。 10、瑞利波、樂福波、斯通利波、52、樂福波：介質(zhì)表面發(fā)生低速霸層，及其與下介質(zhì)的界面。 這是SH波，有頻散現(xiàn)象。 斯通利波：發(fā)生在兩個(gè)不同的彈性媒體邊界附近。 其性質(zhì)接近瑞雷面波，但有頻散現(xiàn)象。 二、瑞利波的形成和傳播特征1、瑞利波的形成、瑞利波存在的物理模型為半無限彈性空間，上部為空氣，下部為彈性系數(shù)的介質(zhì)，使xoy平面與自由面重疊，z軸與自由面垂直向下。 只研究xoz平面內(nèi)的二維問題。引用位移矢量的兩個(gè)比特函數(shù)(標(biāo)量比特和向量比特)表達(dá)式。 當(dāng)將上式代入波動(dòng)方程式：常微分方程式中的上式的解很明顯，因?yàn)槊娌ㄖ淮嬖谟诮缑娓浇?，不能隨著z的增大而增大，所以第一項(xiàng)的正指數(shù)不成立，因此得到比特函數(shù)方程式：從比特函數(shù)方程式得到彈性位移的x，z方向的位移可以求出w :根據(jù)邊界條件，自由表面上部區(qū)域沒有介質(zhì)(空氣)，該面兩側(cè)的介質(zhì)放松接觸，應(yīng)該不使用位移連續(xù)條件，考慮應(yīng)力邊界條件，如果自由面上的應(yīng)力為零，則自由面的應(yīng)力邊界條件可以將位移函數(shù)代入應(yīng)力