声学基础知识.ppt

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1、声学基础1声波描述声波：机械振动状态在介质中传播形成的波动形式分类：<20Hz声波—次声>20kHz声波—超声20Hz～20kHz声波—音频声流体介质：纵波（压缩波CompressionalWave）固体介质：纵波、横波（切变波ShearWave）CollegeofUnderwaterAcousticEngineering21声波描述声压（标量）：声波扰动引起介质压强的变化量声场：声波所波及的空间位移（矢量）：介质质点离开其平衡位置的距离振速（矢量）：介质流速或介质质点运动速度的变化量CollegeofUnderw

2、aterAcousticEngineering31声波描述密度改变量：压缩量：介质密度的相对变化量描述声场，通常采用上述各物理量的时空分布函数？CollegeofUnderwaterAcousticEngineering42波动方程假设条件1.介质静止、均匀、连续的：在波长距离上，声学特性保持不变。2.介质是理想流体介质：忽略粘滞性和热传导性。3.小振幅波：各声学量是一阶小量。CollegeofUnderwaterAcousticEngineering52波动方程连续性方程（质量守恒定律）介质流入体元的净质量等于密

3、度变化引起的体元内质量的增加：状态方程（绝热压缩定律）介质的压缩和膨胀过程是绝热过程：绝热压缩系数：单位压强变化引起体积相对变化。CollegeofUnderwaterAcousticEngineering62波动方程运动方程（牛顿第二定律）波动方程CollegeofUnderwaterAcousticEngineering7速度势介质单位质量具有的声扰动冲量：声压、质点振速与速度势关系2波动方程CollegeofUnderwaterAcousticEngineering83声场中能量声能：声波传播引起的介质能量增

4、量称为声能声能密度理想平面波的平均声能密度处处相等，因此平面声波声能量具有无损耗、无扩展的传递特性。CollegeofUnderwaterAcousticEngineering93声场中能量能流密度单位时间内通过垂直声传播方向的单位面积的声能声波强度或平均声能流密度通过垂直声传播方向的单位面积的平均声能流CollegeofUnderwaterAcousticEngineering104介质声阻抗和声阻抗率介质特性阻抗声阻抗率声场中某点声压与振速之比，它为一个复数（声压与振速存在相位差）平面波特点平面波声压和振速处处

5、同相（正向波）或反向（反向波），声强处处相等，其声阻抗率与频率无关。CollegeofUnderwaterAcousticEngineering114介质声阻抗和声阻抗率球面波特点近距离，声压和振速的相位差很大；远距离，声压和振速的相位接近相等。什么叫声阻率和声抗率？CollegeofUnderwaterAcousticEngineering124介质声阻抗和声阻抗率柱面波特点具有与球面波相似的特点。球面波和柱面波在远场近似为平面波。Why?CollegeofUnderwaterAcousticEngineerin

6、g135相速度和群速度相速度振动状态在介质中传播的速度介质的相速度与频率无关，非频散介质；反之为频散介质。CollegeofUnderwaterAcousticEngineering145相速度和群速度群速度声能量传播的速度（波群和波包的相速）非频散介质频散介质CollegeofUnderwaterAcousticEngineering156平面波在两种不同均匀介质界面上反射和折射垂直入射在分界面上，由于两介质的特性阻抗不同，声波分界面上会发生反射和折射。边界条件声压连续法向质点振速连续声压反射系数声压透射系数Co

7、llegeofUnderwaterAcousticEngineering166平面波在两种不同均匀介质界面上反射和折射CollegeofUnderwaterAcousticEngineering176平面波在两种不同均匀介质界面上反射和折射透射损失TL：例：声波由空气入射到水中，透射损失约29.5dBCollegeofUnderwaterAcousticEngineering186平面波在两种不同均匀介质界面上反射和折射斜入射声压反射系数声压透射系数法向声阻抗率CollegeofUnderwaterAcoustic

8、Engineering196平面波在两种不同均匀介质界面上反射和折射斜入射CollegeofUnderwaterAcousticEngineering206平面波在两种不同均匀介质界面上反射和折射斜入射CollegeofUnderwaterAcousticEngineering216平面波在两种不同均匀介质界面上反射和折射全内反射发生全内反射现象时，声波反射