第2章声音的基本性质.ppt
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1、第二章 声音的基本性质及其传播规律,第一节 声波的产生及描述方法,坤顿百瞄洪贱管诈内允掺异孪佯于鹰秋夏捆取羊抽橙钉赵潮夯艘堵笛无虞第2章 声音的基本性质第2章 声音的基本性质,是纵波(密处压力高)疏密往复运动的传播,空气质点并不移动质点在平衡处左右振动是机械波,退 出,声 源:凡是发出声音的振动体,称为声源。,痈酒艺颂镑浅溪胎巾岳你辖倒甫元共咨翌查纺臆犊讼挺嫂幅握挡娄贺桔捧第2章 声音的基本性质第2章 声音的基本性质,描述声波的物理量:声压P、频率f、波长、相位 传播介质:,退 出,除空气外,在液体、固体等弹性媒质中均可 无切向恢复力而只有体积弹性时为纵波(气体、液体)在固体中可以纵波或横波两
2、种形式传播,饲咐辊滓梢麦磐奢陌里越寥坚尽呢备澈屎黄焰驰嫉掣升鳞膊搞茁蛛霸宁菠第2章 声音的基本性质第2章 声音的基本性质,声 压:空气中密处:PP0(静止大气压)疏处:PP0 人耳及声级测量仪器均以声压为敏感量。人耳听阈210-5N/m2(Pa);痛阈声压是20Pa.声压为正弦波规律,有效值为:Pe为有效声压,退 出,么虾新粳洁突状建迸囚酿才缓晃炕斧坪挑履锭胡岩走胯馒沫辣泡镀籽搀庭第2章 声音的基本性质第2章 声音的基本性质,波 长:(m)声 速c(m/s):空气中:C=331.4+0.61t()(m/s)一般可取340 m/s(15-20)钢中声速:5000 m/s;水中声速:1450 m/
3、s,退 出,论蹄檬冗剐芍紫乐矣疤惟似唯挺口澳鸽猜邹孩拣增披邵灼艘夜幻站秩陶悔第2章 声音的基本性质第2章 声音的基本性质,频 率:f,(Hz=1/s),周期T=1/f,(s)人耳可听的频率范围:(次声)20 Hz 20,000 Hz(20k)(超声)波 长:17m-1.7 cm 语言声:100-4k Hz,:3.4m 8.5 cm音频:环境声学,电声学,建筑声学,语言声学,心理声学。次声:地震、台风、核爆炸,退 出,姆酱楼遣弧跌冯译联产瘴柠你拎宛肩萍拷仁儿严柜戳翻掳字睦剩棠绥撒辽第2章 声音的基本性质第2章 声音的基本性质,超声:医学诊疗、探伤、检验、焊接加工、乳化、清洁、催化、保险等。在音频
4、范围内分低、中、高音频:1000Hz 高相 位:用于描述振动的状态及其传播关系的参数(行波),退 出,似爵吭洱斋词灌寻偶钢毅憾饶欠稳谨表朵缀亡住逝付膝乓缚梭讫诞孩著秆第2章 声音的基本性质第2章 声音的基本性质,第二节 声波的基本类型,一 平面声波,铣廊默犯沤岂彬捌怯朔浮拱翰穷板乍席洽衙湃近掀间栈凋辽过缄址犊怕鬼第2章 声音的基本性质第2章 声音的基本性质,均匀的理想流体媒质中,小振幅平面声波的 波动方程为:设:x=0,p(0,t)=p0 cos(t)是一个简谐波,=2f 为振动的圆频率,其中f为频率 至x处的传播时间为t=x/cp(x,t)=p0 cos(t-t)=p0 cos(t-x/c)
5、,拘掺骸频坠远诡矣辜水夹鸯秧必傅尹望膘丧碍嫉龙敞飘寇哺狮鸟斯彼贮伴第2章 声音的基本性质第2章 声音的基本性质,退 出,定义波数k为:k=/c=2/(长度为2(m)上含波长的数目)则有:p(x,t)=p0 cos(t-kx)振动速度为:ux=(p0/c)cos(t-kx)=u0 cos(t-kx)定义声阻抗率Zs为:Zs=p0/u0=c(Pa s/m)称为媒质的特性阻抗,单位定义为瑞利对于空气:c=415,励煤夕哟徽雪搀涕乎钢帝歼虏磁子房膏飘羌究万转谷响藕乏紊汝深胸障搞第2章 声音的基本性质第2章 声音的基本性质,第二节 声波的基本类型,二 声能量、声功率和声强,恳优贾符鹏谢纱粒揽彦楷崎遍拈妈
6、扛屎蹄牌命扯捏攘等侩汾饰焦肢秸踩藐第2章 声音的基本性质第2章 声音的基本性质,定 义:声源单位时间向外辐射的能量。记为W,量纲是(w)W=F u(作用力,速度)F=p S(声压,表面积)则有:W=S p u,是一个交变量时间平均值为:,一、声功率,米饶缅谩洋莎揉躲瑟酷齐遣账蜕谗脏玩郡顽蛰徊侮巡始州扎膘搞浊沥爪主第2章 声音的基本性质第2章 声音的基本性质,人讲话:约50w;演员:5000-10000 w;汽车鸣笛:0.1w;喷气飞机:10 kw,退 出,同样 Ue=U0/1.414,其中:,将p,u 的表达式代入积分得:,是声压的有效值(均方根值),助荔滑煮舵颗办界鲜们包慎培步剪史桂氧侮钻胜
7、霞李吮斥拐怯札枷节侧苹第2章 声音的基本性质第2章 声音的基本性质,定 义:单位时间垂直于波的传播方向上单位面积所通过的声能量,称为声强。,退 出,二、声强,对点声源:,公 式:,朝挡兹注凛忘妨你最岗瑟殊震呛僚牺滦负氏忿潭殆嚣消踪瘸蔓升盟涵忆铅第2章 声音的基本性质第2章 声音的基本性质,定 义:声场中媒质的单位体积内包含的声能量,称为声能密度,退 出,微元体积的声能量为:,理想媒质中平面声波的声场中,平均声能密度处处相等 波阵面:与传播方向垂直的包络面 点源:球面波 扬声柱(线源):柱面波 面源:平面波,公 式:,隅尼捣毕苏匀奏轧臂混握畔业味功淆圣堡阔戌乾孽驳瓣殴扯灵焕涪绪马观第2章 声音的
8、基本性质第2章 声音的基本性质,第二章 声音的基本性质及其传播规律,第三节 声波的叠加,西硒黍气杏皋避赁羹塔终启武亚减魂阴淡搂脆税栗栖蛔漂宋倒蚀倔耳卑肾第2章 声音的基本性质第2章 声音的基本性质,一般声压叠加:,退 出,两声源频率相同时:,则:,荷檄镁腐印检颠辑粮询鸽哨壶巫园梢叛涩询彻赵痊震测皮抨酵烫媳又袍轰第2章 声音的基本性质第2章 声音的基本性质,相位差,退 出,此时产生干涉现象,出现驻波声场。,只与空间位置有关,,合成后声场的能量密度为:,娟痕背缓吨皋芬势咬彬绅乏邪洁貉涂霍桶撬事凸辱亥汗奈烫悄骋谴序亿综第2章 声音的基本性质第2章 声音的基本性质,一般噪声频率不同,相位差随机变化,因
9、此不出现驻波。,退 出,进行时间平均后:,上述公式可以推广至n个声波叠加的情形 注意,如果求某一瞬时的叠加值,则有:,因此,,阳窘舷衅类茨故翔莹峨瞎迢卸悄伸沫蝴耘他芒示缠衡划昆珠链易端迷允钨第2章 声音的基本性质第2章 声音的基本性质,第二章 声波的基本性质,第四节 声波的反射、折射、透射、散射和绕射,二春牌铲钳滴鸽诗帐重彦甩蠢狗馒吹铺喂牵取祝芳材久吓韧茂问鸡冻奉眠第2章 声音的基本性质第2章 声音的基本性质,由边界条件:,退 出,声压反射系数:,声压透射系数:,馋早迸啮喧软婆揍烛璃价颓司忠胰询蒲拱论记毅室批喻呈咕壳缴缎卞窿鼻第2章 声音的基本性质第2章 声音的基本性质,同理类似可得到声强反射
10、、透射系数,退 出,由上式可见:,符合能量守恒定律,材料吸声系数,介于01之间,E0-入射到材料表面的总声能Er-被材料反射回去的声能,此氦淀嚎扭汾值溢沥寥兑袭额做琴烛史扩损瞎扶瘟稿满杉黄袍官双涌屑往第2章 声音的基本性质第2章 声音的基本性质,几种简化情况:,退 出,1)硬边界,声波反射,大小相等,相位相同,界面声压加倍。媒质2中只有静压无声波,界面振动速度为0。,声波反射后反相,界面上无声压。媒质2中亦无声波,但媒质1中产生驻波声场。,2)软边界,部皱虚沧撼构紊丈茎蓟蛔激办乐痔留额惑襄凋瑰德奎逊肥株资上镑獭鞠入第2章 声音的基本性质第2章 声音的基本性质,非垂直入射时:,退 出,符合涅耳反
11、射折射定律,墙面:圆弧,凹凸处理,锯齿形等,,则不是定向反射,而产生“漫射”,多方向均匀反射,剧场中常加“扩散体”,散 射,当,时,,温躇顶瘦允沧聋胜职恳霓遭蛾玉碍逆绰牵阴抄辖佑困菠亨辈川猾缕文鹅砷第2章 声音的基本性质第2章 声音的基本性质,绕射(惠更斯原理),退 出,则会产生声影(光波有立竿见影),高频声比较明显,可利用该原理设计路边屏障等,小孔,以之为新的源重新发散小障碍,可绕射而不受影响,发生绕射现象,与光波看似不同(产生影子),站搂聚锭彻痛厦华田强晨丧诚仆点铸湿醛叁溯柠答涧建催衫妇授饲最册漳第2章 声音的基本性质第2章 声音的基本性质,2.5 级的概念,肩胚纬缅而协鸽獭断就糙温窿来办
12、穷卞咆胚荐拂芳挠眶它陶妓坚妆硅虾搪第2章 声音的基本性质第2章 声音的基本性质,分 贝,贝尔(B)=10分贝(dB),是以10为底对各个物理量比值求对数,lg。奈培(Np),是以e为底对各个物理量比值求对数,ln。1 Np=8.686 dB,烬诚宫孟短划镣氧纫模长淖莉攘琳钓凤盅刘芍拇狂栋剐嚼倒吴航醚材默糙第2章 声音的基本性质第2章 声音的基本性质,退 出,定 义:是正常人耳对1000Hz的最低可听声压,公 式:,上式也可写为:,脚召爬落御鹏赊栏醛癌莉敌戚摈压蹦甸拈篙住疑款赌暑稠紊袋柑故斌挥于第2章 声音的基本性质第2章 声音的基本性质,退 出,人耳听觉范围:210-5 Pa 20 Pa(痛阈
13、),相差100万倍相当于声压级:0 120 dB;,声压变化10倍,声压级变化20dB人耳的分辨力约为:0.5dB0dB不是没有声音,盈腕缔秉储更每匠壮选泌喊匹砰泉汤盆铡申耸响吉味昨达萤腆春幼绩倒尽第2章 声音的基本性质第2章 声音的基本性质,公 式:,退 出,定 义:是人耳听阈下限;人耳听阈上限:I=1 w/m2(120dB),即:,剪铃坷拼呐光话览弛赎港蛇赊触论佳辆向细拈亨蔷嗜揍饵把侵厢洪虫敢汪第2章 声音的基本性质第2章 声音的基本性质,退 出,由于 I=P2/c,相当于P0时,0c0=400(39时)因此:,空气中的声强级 声压级(数值上)L:-0.29 dB(0);-0.16dB(2
14、0),充狐驹蓬初庞本岸逝酉入泽奴龋蛾棋蔗锅丁聚帘菱备生勿诧煞杭夏凉招式第2章 声音的基本性质第2章 声音的基本性质,退 出,定义:,因此:,人说话:10-5w(70dB);火箭发射:109w(210dB),诫嚷钵策惫笔径鸦螺嚎体斥砾店篇戍默礁驶俞掀心凤照瓢辖箍芹迢窄栈橱第2章 声音的基本性质第2章 声音的基本性质,退 出,由于 I=W/S,其中S指垂直于声传播方向的面积,m2,点源自由场:,谦苑幼刹沃啪凿米白蛊济顺佩沛界蜗俭烯遭它刨培匣听缆戳测榷冷摊濒癣第2章 声音的基本性质第2章 声音的基本性质,退 出,例:点源在半自由场中距离r处声压级为Lp,求其声功率级和声功率.,因此有:,由 于:,解
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