最新[工程科技]声学基础教学讲义PPT.ppt

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1、[工程科技]声学基础第一节声学基本概念与参数一、振动1.简谐振动振动是声音产生的原因，最基本的振动形式是“简谐振动”mk力学特征：2.简谐振动函数：3.振动与力学参数的关系：或一、振动（2）横波：介质的振动方向与波的传播方向垂直力学原理：靠介质中的剪切应力传播振动。存在介质:固体注：空气中只存在纵波。振动方向传播方向三、声波种类2.按波振面分类（1）概念波振面：所有振动相位相同的点构成的面（客观存在）声线：沿传播方向与波振面垂直或正交的一系列直线（假想线）声源波振面声线三、声波种类（2）声波按波振面分类球面波：波振面为球面，点声源

2、产生；柱面波：波振面为柱面，线声源产生；平面波：波振面为平面，平面声源产生；注：当距离声源足够远时，所有声波均可视为平面波。三、声波种类四、声音的频率、波长、振幅1.频率f：单位Hz(1/秒)人耳可听频率范围：20～20000Hz次声波：低于20Hz超声波：高于2000Hz2.波长λ：人耳可听波长范围：0.17mm~17m3.振幅ξ0：介质质点振动时离开平衡位置的最大距离痛阈振幅：1.7×10-3cm听阈振幅：1.7×10-9cm分子直径：10-8cm人耳能分辨小于分子直径的振动，及其灵敏。五、声速c1.波动函数的力学解法a.对微

3、小介质单元进行受力分析，并根据介质力学特性参数（弹性模量、质量密度）列出微分方程；b.解微分方程，并由介质边界条件和初始条件确定波动函数；c.由波动函数确定声波的各个参数：声波的频率构成、波长、振幅、声速等。2.声速c决定声速的因素是什么？频率f？波长λ？由波动函数力学解法，可得：其中：E——压伸（杨氏）弹性模量G——切变弹性模量B——体变弹性模量ρ——介质质量密度五、声速c？问题高空中空气密度与地面明显不同，那么，高空与地面声速会有明显不同吗？碳钢拉压弹性模量：E=2×1011帕(N/m2)密度：7800kg/m3钢材理论声速：

4、5063m/s空气的体变弹性模量：B＝1.42×105Pa空气密度：1.29kg/m3空气理论声速：332m/s声速说明：（1）声速c由传播介质的力学参数决定，与频率和波长无直接关系。同一种介质中，波长与频率乘积λf＝c是一个常数。各种介质声速介质空气水松木砖钢材声速c(m/s)34015002500～350036005000（2）温度会影响介质的力学参数，所以温度会影响声速。空气声速一般取：340m/s五、声速c六、声压(*)1.声压定义p：声波扰动引起介质压强的变化量。p=p声－p静其中：p声——声音存在时介质压强p静——无声

5、音时介质压强声压单位：帕（Pa）说明：声压易于测量，人耳感受的也是声压，所以声学中一般用声压p替代振幅ξ来描述声音的强弱。六、声压(*)2.用声压表示的波动函数3.有效声压pe人耳不能感觉声压的瞬时起伏，只能感受声压的有效值，即声压对时间的均方值。说明：声学所谈声压一般是指有效声压。4.人耳对声压的感受范围听阈声压：2×10-5Pa痛阈声压：20Pa说明：（1）人耳感受声压范围很大：最大最小相差106（百万）倍；（2）大气压为105Pa，可听声压为大气压的1/50亿~1/5000，说明声音引起的气压变化非常小。六、声压(*)六、声

6、压(*)5.声压p与振幅ξ之间关系（了解）其中：B——空气绝热体变模量：1.42×105Paρ——空气密度：1.29kg/m31000Hz声压声压与振幅关系声压（Pa）振幅（cm）听阈2×10-51.7×10-9痛阈201.7×10-3七、声能密度1.声能密度定义声场中单位体积介质中声能，用D表示，单位为J/m3。2.平均声能密度声场中每一位置的声能密度随时间变化，取一个周期内的平均值为平均声能密度。3.声能密度计算公式八、声强(*)1.声强定义单位时间通过垂直于声波传播方向的单位面积的声能在一个振动周期内的平均值,用I表示。单位

7、面积声能传播方向声强I声强是矢量，单位为W/m2。八、声强(*)2.声强与声能密度及声压关系声强与有效声压的平方成正比人耳所能感受到的最小声强为：10-12W/m2.九、声功率单位时间穿过某一平面或曲面总声能量。九、声功率穿过波振面的声功率可直接用面积乘以声强。指向均匀点声源功率：声强均匀的平面波功率：第二节声音的传播本节讨论问题：1。声源：种类、指向性2。声场：自由、扩散、半自由声场3。声音的反射、透射4。声音的衍射5。声音的叠加一、声源1.声源分类（1）点声源满足下列条件之一可看作是点声源：a.声源的几何尺寸远远小于声音波长；

8、b.与声源距离远大于声源几何尺寸。（2）线声源一系列在一条直线上的发声点构成的声源，有两种：a.相干线声源：各发声点相位相同；b.不相干线声源：各发声点相位无关系，如一串汽车。（3）面声源平面发声。2.声源的指向性声源发出声音声强或声压在各个方向上