2第二章噪声基础知识课件
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波谷
固体和液体中，既可能是纵波，也可能是横波。
二 声波的基本物理量
频率 f
波长
声速 c
频率 f
描述声音特性的主要物理量！
❖频率（f ）：每秒质点振动的次数,Hz；
媒质每秒钟振动的次数越多，其频率就越高。
❖周期（T ）：质点振动往复一次所需时间,s。 ❖频率和周期互为倒数，即 f 1
T
❖ 频率与振动圆频率的关系为 2f
音频声
>20000 超
声
c
波长
横波
c
❖波长:是两相邻波对应相同点之间的距
离，即振动经过一个周期声波传播的距
离，m。
λ
纵波
声速 c
对于声频声： 最小波长（20Hz）约为：28.6m； 低频声（100Hz）约为：3.44m； 中频声（1000hz）约为：0.344m； 高频声（10kHz）约为：0.034m。
第二章 声学基础
一 声波的形成
二 声波的基本物理量 三 声音的频谱 四 声音的波动方程 五 平面声波 六 球面波 七 声压级计算 八 声波的传播特性
一 声波的形成
❖ 声源：振动而发出声音的物体。
❖ 声源可以是固体、液体或气体。
❖ 媒质：传播声音的介质。 ❖ 介质可以是 空气、水、固体。 ❖ 声音不能在真空中传播！！！
n
2 2 fc
❖ 在噪声测量中，常用的有倍频程和1/3倍频程。
❖ 倍频程和1/3倍频程的中心频率
（二）频谱分析 ❖ 频谱：组成声音的各种频率的分布图。 ❖ 频谱分析：研究声音强度(声压级、声强级、
声功率级)随频率分布的规律。 ❖ 频谱的形状：（图2-1）
线状谱
连续谱
复合谱
线状谱 图2-1（a）
❖ 是由一些频率离散的单音形成的谱，在频谱图上 是一系列竖直线段。
❖ 波阵面为同轴柱面的波，称为柱面波。它是由线 声源发出的。如果把许多靠得很近的单个点声源 沿一直线排列，就形成了线声源。如交通噪声。 有限长线声源：如火车；无限长线声源：如公路 。
❖ 波阵面为与传播方向垂直的平行平面的波称为平 面波。它是由面声源发出的。在靠近一个大的振 动表面处，声波接近于平面波。如果把许多距离 很近的声源放置在一平面上，也类似于平面声源 。
对n倍频带作如下定义：
f2 2n f1
（一）频程及频谱
n=1
倍频带
f2/f1=2
n=1/2 1/2倍频带
f2/f1=21/2
n=1/3 1/3倍频带
f2/f1=21/3
频带的高低截止频率f2和f1与中心频率有如下关系：
从上式可得：
fc f1 f2 n
f2 2n fc 22 fc
f1
fc 2n
❖ 声速:声波在媒质中传播的速度， m/s。
❖ 波长、频率和声速之间的关系为
c 或f
c T
因为在一定媒质中，c 不变，所以，f↑=λ↓，f↓=λ↑
声速 c 声速是媒质特性函数
❖ 气体中声速为 c P 0 0
式中： 0 ——媒质处于平衡态时的密度，kg／m3 ； P0
— —媒质处于平衡态时的压强，Pa；
玻璃
3658
钢
5182
水
1372
铁
5182
硬木
4267
混凝土 3048
铅
1219
软木
3353
ห้องสมุดไป่ตู้
三 声音的频谱 （一）频程及频谱 （二）频谱分析
（一）频程及频谱
❖ 频程（频带、带宽）：将可听声的频率范围（
20Hz～20kHz）按倍数变化，划分为若干较小的频 段，通常称为频程。
把某一频带的低于截止频率f1和高于截止频率f2以 上的讯号滤掉，只让f1-f2之间的讯号通过，这一中 间区域称为通频带。△f=f2-f1为频带宽度，简称带 宽。
声音传播的过程：
声源（振源）—媒介（介质）—听觉系统—声音信号
声
音
一 声波的形成
❖ 声源：
❖ 声线：表示声波传播的途径。在各向同性的介质 中，声线是直线且与波阵面相垂直.
❖ 声波从声源出发，在同一介质中按一定方向传播 。声波在同一时刻所到达的各点的包络面称为波 阵面。
❖ 波阵面为同心球面的波称为球面波。它是由点声 源所发出的。当声源的尺度比它所辐射的声波波 长小得多时，可看成是点声源。
❖ 固体中声速为: 纵波声速
c
E 1 0 1 2
横波声速
c E 1
20 1
式中： — 0 —材料的密度，kg／m3； —E —材料的弹性模量，N／m2 ；
— —材料的泊松比，
声速 c
❖ 液体和固体中声速
常用媒质在室温下的声速近似值
媒质
声速/m·s-1
媒质
声速/m·s1
媒质 声速/m·s-1
空气
344
❖ 线状频谱可以确定单个频率处的声压。 ❖ 一些乐器发出的声音和周期或间断振动的声源产
生的声音的频谱是线状谱。 ❖ 与振动相同的声波频率称为基频 ❖ 频率等于基频整数倍的称为谐波频率。
连续谱 图2-1（b）
❖ 频率在频谱范围内是连续的。其声能也连 续地分布在所有频率范围内，形成一条连 续的曲线。
❖ 大部分噪声属于连续谱。
超声： 20kHz ~ 10 6Hz：水声学、生物声学、仿生学。 10 6Hz ~ 10 8Hz：超声应用：检测、加工、诊疗等。
特超声： 10 8 ~10 12 Hz：物质结构研究。
频率范围(Hz) <20
声音
次
定义
声
人耳的听觉范围:20-20000 <500 500-2000 >2000 低频声 中频声 高频
一 声波的形成
一 声波的形成
❖ 声波：声源振动带动相邻的介质质点
，使之交替进行压缩和膨胀运动，由近 及远向前推进的介质振动。
❖ 纵波：质点振动方向与声波传播方向平行的波，具
有交替出现的密部和疏部。
气体媒质只能传播纵波,空气中声波是一种纵波。
❖ 横波：质点振动方向与声波传播方向相互 垂直的波。具有交替出现的波峰和
— —比热比(＝定压比热／定容比热)。
❖ 空气c=201..045，则T式(2-4c )有3 如3 下1 .形4 5 式0 .6 1 t
或
一般空气中的声速近似取340m／s。
声速 c 声速是媒质特性函数
❖ 液体中声速为
c B 0
式中： — 0 —媒质处于平衡态时的密度，kg／m3；
—B —体积弹性模量，N／m2 ；
人耳可闻的声波频率约为： 20~20kHz，亦称为“声频声”。相对于 “ 声频声”有“次声”和“超声”的概念。
不同声学研究领域的声波频率范围：
次声： 10-4~ 20Hz；台风、地震、核爆炸、天体运动；
声频声： 20~20kHz；语言声学、音乐声学、电声学、环境声 学、生 理声学、心理声学、振动声学。
固体和液体中，既可能是纵波，也可能是横波。
二 声波的基本物理量
频率 f
波长
声速 c
频率 f
描述声音特性的主要物理量！
❖频率（f ）：每秒质点振动的次数,Hz；
媒质每秒钟振动的次数越多，其频率就越高。
❖周期（T ）：质点振动往复一次所需时间,s。 ❖频率和周期互为倒数，即 f 1
T
❖ 频率与振动圆频率的关系为 2f
音频声
>20000 超
声
c
波长
横波
c
❖波长:是两相邻波对应相同点之间的距
离，即振动经过一个周期声波传播的距
离，m。
λ
纵波
声速 c
对于声频声： 最小波长（20Hz）约为：28.6m； 低频声（100Hz）约为：3.44m； 中频声（1000hz）约为：0.344m； 高频声（10kHz）约为：0.034m。
第二章 声学基础
一 声波的形成
二 声波的基本物理量 三 声音的频谱 四 声音的波动方程 五 平面声波 六 球面波 七 声压级计算 八 声波的传播特性
一 声波的形成
❖ 声源：振动而发出声音的物体。
❖ 声源可以是固体、液体或气体。
❖ 媒质：传播声音的介质。 ❖ 介质可以是 空气、水、固体。 ❖ 声音不能在真空中传播！！！
n
2 2 fc
❖ 在噪声测量中，常用的有倍频程和1/3倍频程。
❖ 倍频程和1/3倍频程的中心频率
（二）频谱分析 ❖ 频谱：组成声音的各种频率的分布图。 ❖ 频谱分析：研究声音强度(声压级、声强级、
声功率级)随频率分布的规律。 ❖ 频谱的形状：（图2-1）
线状谱
连续谱
复合谱
线状谱 图2-1（a）
❖ 是由一些频率离散的单音形成的谱，在频谱图上 是一系列竖直线段。
❖ 波阵面为同轴柱面的波，称为柱面波。它是由线 声源发出的。如果把许多靠得很近的单个点声源 沿一直线排列，就形成了线声源。如交通噪声。 有限长线声源：如火车；无限长线声源：如公路 。
❖ 波阵面为与传播方向垂直的平行平面的波称为平 面波。它是由面声源发出的。在靠近一个大的振 动表面处，声波接近于平面波。如果把许多距离 很近的声源放置在一平面上，也类似于平面声源 。
对n倍频带作如下定义：
f2 2n f1
（一）频程及频谱
n=1
倍频带
f2/f1=2
n=1/2 1/2倍频带
f2/f1=21/2
n=1/3 1/3倍频带
f2/f1=21/3
频带的高低截止频率f2和f1与中心频率有如下关系：
从上式可得：
fc f1 f2 n
f2 2n fc 22 fc
f1
fc 2n
❖ 声速:声波在媒质中传播的速度， m/s。
❖ 波长、频率和声速之间的关系为
c 或f
c T
因为在一定媒质中，c 不变，所以，f↑=λ↓，f↓=λ↑
声速 c 声速是媒质特性函数
❖ 气体中声速为 c P 0 0
式中： 0 ——媒质处于平衡态时的密度，kg／m3 ； P0
— —媒质处于平衡态时的压强，Pa；
玻璃
3658
钢
5182
水
1372
铁
5182
硬木
4267
混凝土 3048
铅
1219
软木
3353
ห้องสมุดไป่ตู้
三 声音的频谱 （一）频程及频谱 （二）频谱分析
（一）频程及频谱
❖ 频程（频带、带宽）：将可听声的频率范围（
20Hz～20kHz）按倍数变化，划分为若干较小的频 段，通常称为频程。
把某一频带的低于截止频率f1和高于截止频率f2以 上的讯号滤掉，只让f1-f2之间的讯号通过，这一中 间区域称为通频带。△f=f2-f1为频带宽度，简称带 宽。
声音传播的过程：
声源（振源）—媒介（介质）—听觉系统—声音信号
声
音
一 声波的形成
❖ 声源：
❖ 声线：表示声波传播的途径。在各向同性的介质 中，声线是直线且与波阵面相垂直.
❖ 声波从声源出发，在同一介质中按一定方向传播 。声波在同一时刻所到达的各点的包络面称为波 阵面。
❖ 波阵面为同心球面的波称为球面波。它是由点声 源所发出的。当声源的尺度比它所辐射的声波波 长小得多时，可看成是点声源。
❖ 固体中声速为: 纵波声速
c
E 1 0 1 2
横波声速
c E 1
20 1
式中： — 0 —材料的密度，kg／m3； —E —材料的弹性模量，N／m2 ；
— —材料的泊松比，
声速 c
❖ 液体和固体中声速
常用媒质在室温下的声速近似值
媒质
声速/m·s-1
媒质
声速/m·s1
媒质 声速/m·s-1
空气
344
❖ 线状频谱可以确定单个频率处的声压。 ❖ 一些乐器发出的声音和周期或间断振动的声源产
生的声音的频谱是线状谱。 ❖ 与振动相同的声波频率称为基频 ❖ 频率等于基频整数倍的称为谐波频率。
连续谱 图2-1（b）
❖ 频率在频谱范围内是连续的。其声能也连 续地分布在所有频率范围内，形成一条连 续的曲线。
❖ 大部分噪声属于连续谱。
超声： 20kHz ~ 10 6Hz：水声学、生物声学、仿生学。 10 6Hz ~ 10 8Hz：超声应用：检测、加工、诊疗等。
特超声： 10 8 ~10 12 Hz：物质结构研究。
频率范围(Hz) <20
声音
次
定义
声
人耳的听觉范围:20-20000 <500 500-2000 >2000 低频声 中频声 高频
一 声波的形成
一 声波的形成
❖ 声波：声源振动带动相邻的介质质点
，使之交替进行压缩和膨胀运动，由近 及远向前推进的介质振动。
❖ 纵波：质点振动方向与声波传播方向平行的波，具
有交替出现的密部和疏部。
气体媒质只能传播纵波,空气中声波是一种纵波。
❖ 横波：质点振动方向与声波传播方向相互 垂直的波。具有交替出现的波峰和
— —比热比(＝定压比热／定容比热)。
❖ 空气c=201..045，则T式(2-4c )有3 如3 下1 .形4 5 式0 .6 1 t
或
一般空气中的声速近似取340m／s。
声速 c 声速是媒质特性函数
❖ 液体中声速为
c B 0
式中： — 0 —媒质处于平衡态时的密度，kg／m3；
—B —体积弹性模量，N／m2 ；
人耳可闻的声波频率约为： 20~20kHz，亦称为“声频声”。相对于 “ 声频声”有“次声”和“超声”的概念。
不同声学研究领域的声波频率范围：
次声： 10-4~ 20Hz；台风、地震、核爆炸、天体运动；
声频声： 20~20kHz；语言声学、音乐声学、电声学、环境声 学、生 理声学、心理声学、振动声学。