电声学基础知识

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1、-电声学基础知识§１声波的概念所谓声波，实质上就是振动在介质（如空气、水等）中的传播。我们研究在一根无限长均匀管的一端，安装一个平面活塞，此活塞在一个周期力的作用下来回运动的情况。（图１－１）当活塞来回运动时，将带动管中紧贴活塞的空气层质点产生运动。当活塞向右运动时，使空气层质点产生压缩，空气层的密度增加，压强增大，使空气层处于“稠密”状态；活塞向左运动时，则空气层质点膨胀，空气层的密度将减小，压强亦将减小，使空气层处于“稀疏”状态。活塞不断地来回运动，将使空气层交替地产生疏密的变化。由于空气分子之间的相互作用，这种交替的疏密状态，将由近

2、及远地沿管子向右传播。这种疏密状态的传播，就形成了声波。§２描述声波的物理量一、声压大气静止时的压强即为大气压强。当有声波存在时，局部空气产生稠密或稀疏。在稠密的地方，压强将增加，在稀疏的地方压强将减小；这样，就在原有的大气压上又附加了一个压强的起伏。这个压强的起伏是由于声波的作用而引起的，所以称它为声压；用表示。声压的大小与物体（如前述的活塞）的振动状态有关；物体振动的振幅愈大、则压强的起伏也愈大，声压也就愈大。然而，声压与大气压强相比，是及其微弱的。存在声压的空间，称为声场。声场中某一瞬时的声压值，称为瞬时声压。在一定的时间间隔中最大

3、的瞬时声压值，称为峰值声压。如果，声压随时间的变化是按简谐规律的，则峰值声压就是声压的振幅。瞬时声压对时间取方均根值，即〔１〕称为声压的有效值或有效声压。T为取平均的时间间隔。它可以是一个周期或比周期大得多的时间间隔。一般我们用电子仪器所测得的声压值，就是声压的有效值；而人们习惯上所指的声压值，也是声压的有效值。声压的大小，表示了声波的强弱。目前国际上采用帕（）作为声压的单位。以往也用微巴作为单位，它们的换算关系为；１帕＝１牛顿/米²（制）１微巴＝１达因/厘米²制）１微巴＝０．１帕１大气压＝（常温下）为了对声压的大小数

4、值，有一个感性的了解，在表一中列出了几种声源所发出的声音的声压的大小。表一声源名称声压（）声压级（ｄB）正常人耳能听到的最弱声音０郊区静夜２０耳语４０相隔１米处讲话６０高声讲话０．２８０织布车间２１００--柴油机２０１２０喷气机起飞２００１４０导弹发射２０００１６０核爆炸２００００１８０由表１可知，自然界可能出现的各种声源中，其声压的大小是十分悬殊的，大小之间可以相差上亿倍。二、频率声源（如上述的活塞）每秒振动的次数称为声波的频率，并用字母ｆ表示，其单位为赫兹（Hｚ）１/秒。虽然在自然界中能产生单频率的声源很少，大多数声源的振动是一个很复

5、杂的过程，产生的大多为复合音。但是，我们可以用频谱分析的方法，把一个复合音分解为一系列幅值不同的单频声的组合。因此研究单频声具有基础性的意义，而频率则是描述单频声的一个重要物理量。频率的倒数则称为周期。单位为秒。人耳能听得见的声波的频率范围为20～20000Hｚ，称为可闻声或音频声。低于２０Hｚ的声波，称为次声。虽然人耳听不到，但可用仪器接收到，它在研究热带风暴、地震及核爆炸等方面有广泛的应用。高于20000Hｚ的声波称为超声，它在无损探伤、切割、诊断、水下探测等方面，均有广泛的应用。当频率再提高至波长可与物质结构的线度相比较时，就可以用

6、声波来研究物质结构，这样频率的声波则称为特超声。在音响和通信中所涉及的声波，就是人耳能感知的音频声。而研究音频声的拾取、重放、传播及传播过程中的各种物理现象的科学，就称为音频声学。三、声速声波在介质中传播的速度称为声速，单位为米/秒。声速的大小，与声波藉以传播的介质有关。不同的介质声速不同。固体介质、液体介质和气体介质三者之中，固体介质中的声速最大，液体次之，气体最小。即使在空气介质中，声速还与空气的压强和温度有关。在理论上，有〔２〕式中；为声波在空气中的传播速度；为空气的比热比，且；为大气静压强，且（０℃）；为空气密度，且（０℃）；因此

7、，可算得ｍ/ｓ上式表示的是温度为０℃，空气中的声速。如果温度改变了，则声速的值也就不同。对于空气，可按下式算得不同温度下的声速：ｍ/ｓ〔３〕由上式即可算得常温（20℃）下空气中的声速为ｍ/ｓ〔４〕这是一个值得牢记的数值，因为不少计算，需用到这个数据。四、波长声波在传播过程中相邻的同相位的两点之间（如相邻的两稠密或两稀疏之间）的距离称为波长，用字母表示，单位为米。波长与频率ｆ及声速ｃ之间，有如下关系：ｃ＝·ｆ〔５〕在空气中，不同频率的声波，具有相同的传播速度；因此，〔５〕式的关系对于空气中传播的任何频率的声波，都是正确的。例如在常温常压下，

8、1000Hｚ的声波波长为0.344米；--100Hｚ的声波波长为3.44米等等。--五、声强前已指出，声波实质上是振动在介质中的传播。声振动包括两个方面；一方面使介质质点在平衡位置附近来回振