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1、第二章声波的基本性质及其传播规律第一节声波的产生及其描述一.声波的产生1.声源2.声波的形成声源的振动引起其周围弹性媒质的振动而产生声波.声波可以在空气.液体和固体中传播.在空气中,声波是纵波.在固体和液体中既可能存在声波的纵波，也可能存在横波.注意:纵波和横波都是通过相邻质点间的动量传递来传播能量的，而不是由物质的迁移来传播能量的。二.描述声波的基本物理量1.波长2.周期3.频率4.声速第二节声波的基本类型一般常用声压来描述声波,根据声波传播时波阵面的形状不同可以将声波分成:(1)平面声波(2)球面声波(3)柱面声波一.平面声波当声
2、波的波阵面是垂直于传播方向的一系列平面时,就称其为平面声波.波阵面是指空间同一时刻相位相同的各点的轨迹曲线.通常可以将各种远离声源的声波近似的看成平面声波.二.球面声波声源的几何尺寸远小于声波波长时,或者测量点离声源相当远时,可以将声源看成一个点,称为点声源.在各相同性的均匀媒质中，从一个表面同步胀缩的点声源发出的声波是球面声波,也就是在以声源为球心,以任何R值为半径的球面上声波的相位相同.球面声波的一个重要特点:振幅随传播距离R的增加而减少，二者成反比关系.三.柱面声波波阵面是同轴圆柱面的声波称为柱面声波,其声源可看作”线声源”.柱
3、面声波的振幅随径向距离的增加而减少，与距离的平方根成反比.四.声线声线也叫声射线,是自声源发出的代表能量传播方向的直线.在各向同性的媒质中，声线就是代表波的传播方向且处处与波阵面垂直的直线.当声频率较高,传播途径中遇到的物体的几何尺寸比声波波长大很多时,可以不计声波的波动特性,直接用声线来处理.五.声能量.声强.声功率1.声能量声波使媒质质点在平衡位置附近往复运动,产生动能;其又使媒质产生了压缩和膨胀的疏密过程,使媒质具有变形的势能,这两部分能量之和就是由于声扰动使媒质得到的声能量.声场中单位体积媒质所含有的声能量称为声能密度.2.声
4、强声场中某点处与质点速度方向垂直的单位面积上在单位时间内通过的声能称为瞬时声强,对于稳态声场,声强是指瞬时声强在一定时间T内的平均值.3.声功率将单位时间内通过某一面积的声能称为声功率或者声能通量.声源在单位时间内发射的总能量称为声源功率.第三节.声波的叠加一.相干波当有两个以上的声源同时存在，其声波频率相同，振动方向相同且存在恒定的相位差,则其合成的声波的在空间某些位置振动始终加强,在另一些位置振动始终减弱，此现象称为干涉现象.这种具有相同频率相同振动方向和恒定相位差的声波称为相干波.二.驻波当几个声源合成的声波的声压值随空间不同位
5、置有极大值和极小值分布的周期波为驻波,其声场称为驻波声场.驻波的极大值和极小值分别称为波腹和波节.三.不相干波几个声源产生的声波在频率上不同,或者不存在固定的相位差,则称为不相干波.不相干波叠加后的合成声场不会出现驻波现象.四.声音的频谱实际生活中的声音都不会是单个频率的纯音,一般是由不同频率组合而成的复合声.以频率为横轴,以声压为纵轴,可以绘出声音的频谱图.对于周期振动的声源，其产生的声音是线状谱,对于线状谱声音可以确定单个频率处的声压.第四节.声波的传播声波在空间传播的过程中会遇到各种障碍物或者不同媒质的界面,这就会产生声波的反射
6、.透射.折射和衍射现象.声波的这些特性与光波十分相近.一.垂直入射声波的发射和透射当声波入射到两种媒质的界面时,一部分会经界面反射返回到原来的媒质中，称为反射波,一部分将进入另一种媒质中称为投射波.示例见图2-6二.斜入射声波的入射.反射和折射当声波倾斜入射于两媒质的界面时,会产生声波的反射和折射.反射波与法向成Qr角,在第二个媒质中,透射声波与法向成Qt角,投射声波与入射声波不再保持同一传播方向，形成声波的折射。入射声波.反射声波与折射声波的传播方向满足Snell定律反射定律:Qi=Qr折射定律:sinQi/sinQr=c1/c2三
7、.声波的散射与衍射如果障碍物的表面很粗糙或者其大小与波长差不多,入射声波就会想各个方向散射.总声场是由入射声波与散射声波叠加而成的.对于低频情况,在障碍物背面散射波很弱,总声场基本等于入射声波产生的声场，即入射声波能够绕过障碍物传到其背面形成声波的衍射.波长越大,衍射现象越明显.四.声像当声波频率较高,传播途径中遇到的障碍物的几何尺寸相对于声波波长大很多时,可以不考虑声波的波动特性,直接用直线来讨论声传播问题.入射波遇到障碍物表面而产生反射，反射波可看成从一个虚声源发出的，此虚声源称为该声源的声像.第五节级的概念日常生活中人们遇到的声
8、音的强度变化范围非常宽,对于这么广阔范围的能量变化，直接使用声功率和声压的数值来表示很不方便;另外人耳对声音强度的感觉并不正比于其强度的绝对值,而是更接近于正比于其对数值.因此要使用对数标度(级的概念).一.分贝的定义用
