声学基础知识
声学基础
噪声测试讲义第一章声学基础知识第一节声音的产生与传播一、声音的产生首先我们看几个例子：敲鼓时听到了鼓声，同时能摸到鼓面的振动；人能讲话是由于喉咙声带的振动；汽笛声、喷气飞机的轰鸣声，是因为排气时气体振动而产生的。
通过观察实践人们发现一切发声的物体都在振动，振动停止发声也停止。
因此，人们得出声音是由于物体的振动产生的结论。
二、声源及噪声源发声的物体叫声源，包括一切固体、液体和气体。
产生噪声的发声体叫噪声源。
三、声音的传播声音的传播需要借助物体的，传声的物体也叫介质，因此，声音靠介质传播，没有介质声音是无法传播的，真空不能传声，在真空中我们听不到声音。
声音的传播形式（以大气为例）是以疏密相间的波的形式向远处传播的，因此也叫声波。
当声振动在空气中传播时空气质点并不被带走，它只是在原来位置附近来回振动，所以声音的传播是指振动的传递。
四、声速声音的传播是需要一定时间的，传播的快慢我们用声速来表示。
声速定义：每秒声音传播的距离，单位：M/s。
在空气中声速是340 m/s，水中声速为 1450m/s ，而在铜中则为 5000m/s。
可见，声音在液体和固体中的传播速度一般要比在空气中快得多，另外，声速还和温度有关。
第二节人是怎样听到声音的一、人耳的构造人耳是由外耳、中耳和内耳三部分组成，各部分具有不同的作用共同来完成人的听觉。
耳朵三部分组成结构见彩图。
外耳，包括耳壳和外耳道，它只起着收集声音的作用。
中耳，包括鼓膜、鼓室、咽鼓管等部分。
由耳壳经过外耳道可通到鼓膜，这里便进人中耳了。
鼓膜俗称耳膜，呈椭圆形，只有它才是接受声音信号的，它能随着外界空气的振动而振动，再把这振动传给后面的器官。
鼓室位于鼓膜的后面，是一个不规则的气腔。
有一个管道使鼓室和口腔相通，这个管道叫咽鼓管。
咽鼓管的作用是让空气从口腔进人中耳的鼓室，使鼓膜内外两侧的空气压力相等，这样鼓膜才能自由振动。
鼓室里最重要的器官是听小骨。
听小骨由锤骨、砧骨和镫骨组成，锤骨直接与鼓膜相依附，砧骨居中，镫骨在最里面，它们的构造和分布就象一具极尽天工的杠杆，杠杆的前头连着鼓膜，后头连着内耳。
声学基础知识
声学基础知识声学基础知识⼀、声学基础1、⼈⽿能听到的频率范围是20—20KHZ。
2、把声能转换成电能的设备是传声器。
3、把电能转换成声能的设备是扬声器。
4、声频系统出现声反馈啸叫，通常调节均衡器。
5、房间混响时间过长，会出现声⾳混浊。
6、房间混响时间过短，会出现声⾳发⼲。
7、唱歌感觉声⾳太⼲，当调节混响器。
8、讲话时出现声⾳混浊，可能原因是加了混响效果。
9、声⾳三要素是指⾳强、⾳⾼、⾳⾊。
10、⾳强对应的客观评价尺度是振幅。
11、⾳⾼对应的客观评价尺度是频率。
12、⾳⾊对应的客观评价尺度是频谱。
13、⼈⽿感受到声剌激的响度与声振动的频率有关。
14、⼈⽿对⾼声压级声⾳感觉的响度与频率的关系不⼤。
15、⼈⽿对中频段的声⾳最为灵敏。
16、⼈⽿对⾼频和低频段的声⾳感觉较迟钝。
17、⼈⽿对低声压级声⾳感觉的响度与频率的关系很⼤。
18、等响曲线中每条曲线显⽰不同频率的声压级不相同,但⼈⽿感觉的响度相同。
19、等响曲线中，每条曲线上标注的数字是表⽰响度级。
20、⽤分贝表⽰放⼤器的电压增益公式是20lg（输出电压/输⼊电压）。
21、响度级的单位为phon。
22、声级计测出的dB值，表⽰计权声压级。
23、⾳⾊是由所发声⾳的波形所确定的。
24、声⾳信号由稳态下降60dB所需的时间，称为混响时间。
25、乐⾳的基本要素是指旋律、节奏、和声。
26、声波的最⼤瞬时值称为振幅。
27、⼀秒内振动的次数称为频率。
28、如某⼀声⾳与已选定的1KHz纯⾳听起来同样响，这个1KHz纯⾳的声压级值就定义为待测声⾳的响度。
29、⼈⽿对1~3KHZ的声⾳最为灵敏。
30、⼈⽿对100Hz以下，8K以上的声⾳感觉较迟钝。
31、舞台两侧的早期反射声对原发声起加重和加厚作⽤，属有益反射声作⽤。
32、观众席后侧的反射声对原发声起回声作⽤，属有害反射作⽤。
33、声⾳在空⽓中传播速度约为340m/s。
34、要使体育场距离主⾳箱约34m的观众听不出两个声⾳，应当对观众附近的补声⾳箱加0.1s延时。
声学基础知识
在背景噪声较强的情况下，利用一定的手段提高信号的信 噪比，可以使语言清晰度得以提高。
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房间的特殊声学现象
声聚焦：由于室内存在的凹面，使部分区域的声音汇集在 某一个焦点上，从而造成室内声场分布不均匀的现象。
死点：由于声音的聚焦或干涉形成某点（或某区域）声音 严重不足的情况。 声影区：由于建筑物或折射的原因，造成声音不能辐射到 的区域。 声染色：由于房间频率相应的问题，原始声音在传播过程 中被赋予了额外的声音特征。
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大家有疑问的，可以询问和交流
可以互相讨论下，但要小声点
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声音的三要素
响度
响度又称声强或音量，它表示的是声音能量的强弱程度，主要取决 于声波振幅的大小。响度是听觉的基础。正常人听觉的强度范围 为0dB—140dB。
音高
音高也称音调，表示人耳对声音调子高低的主观感受。客观上 音高大小主要取决于声波基频的高低，频率高则音调高，反之 则低，单位用赫兹(Hz)表示。
声音的中频主要包括中高频和中低频，中频成分多时， 声音表现有力、活跃清晰、透亮；中频成分过多，声音动态 出不来、浑浊有号角声，鸣声（500～800Hz）、电话声 （2～4kHz）、刺耳声（4～7kHz）、金属声（3～5kHz）； 中频成分适中，声音自然、中性、圆滑、悦耳，但声音可能 无活力、平淡；中频成分过少，声音圆润柔和，但是显得松 散。
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频谱与音质的关系
在评价乐器或声音时，频谱结构在很大程度上决定声音的 音质。了解声音频谱与音质的内在关系，有助于声音的调 整和修饰。这对声音的前期处理喝后期加工都是十分必要 的。
频谱划分
高频段：7kHz以上
中低频段：500Hz~2kHz
中高频段：2kHz~7kHz
声学基础知识
声学基础知识声学是研究声音的产生、传播和接收的学科，它是物理学的一个重要分支，也与工程学、心理学等学科密切相关。
声音是一种机械波，是由介质中分子的振动引起的。
在日常生活中，我们所接触的声音与我们的情绪、心理状态有很大关联，而在工业、医学、通信等领域，声学也扮演着重要的角色。
本文将从声音的产生、传播和接收三个方面介绍声学的基础知识。
一、声音的产生声音是由物体振动引起的，当物体振动产生的机械波传播到我们的耳朵时，我们才能感知到声音。
声音的产生主要有以下几种方式：1. 自由振动：当一个物体自由地振动时，会在周围介质中产生声音。
例如，乐器弦线振动时产生的声音。
2. 强迫振动：当一个物体被外力作用迫使振动时，也会产生声音。
例如，乐器的音箱被演奏者的手和腮帮振动时产生的声音。
3. 空气振动：当空气被物体振动时，会通过空气分子的碰撞传播声音。
例如，人的嗓子发出的声音就是通过空气的振动传播出去的。
二、声音的传播声音是通过介质传播的，常见的传播介质有空气、水和固体。
声音传播的速度与介质的性质相关，例如，在空气中，声音传播的速度约为每秒343米。
声音传播的基本过程可以分为以下几个步骤：1. 振动：声音是由物体的振动引起的，当物体振动时，会在介质中产生声波。
2. 压缩与稀疏：振动的物体使介质中的分子产生交替的压缩和稀疏，形成纵波传播。
3. 传播：声波以纵波的形式沿介质传播，当声波到达物体后，物体的分子也会被振动，进而再次产生声波。
4. 接收：当声波达到接收器（如耳朵），通过耳膜、骨骼、耳腔等组织，被转化为神经信号，我们才能感知到声音。
三、声音的接收声音的接收是指我们如何感知和理解传播过程中产生的声音信号。
人类具有复杂而精细的听觉系统，能够感知各种不同频率和振幅的声音。
1. 听觉器官：人类的听觉器官包括外耳、中耳和内耳。
外耳通过外耳道将声音引入中耳，中耳通过鼓膜和听小骨（听骨链）将声波传递给内耳。
内耳中的耳蜗含有感音神经，能够将声波转化为神经信号。
声学基础知识
声学基础知识声音，作为我们日常生活中最常接触到的感知，是一种形式的机械波，它通过物质的震动传播而产生。
声学是研究声音产生、传播和听觉效应等相关现象的学科。
本文将介绍声学的基础知识，包括声音的特性、声波的传播与衰减、和人类的听觉系统。
一、声音的特性声音有几个重要的特性，包括音调、音量和音色。
音调是指声音的高低，由声源的频率决定。
频率越高，音调越高；频率越低，音调越低。
音量是指声音的强弱，由声源振幅的大小决定。
振幅越大，音量越大；振幅越小，音量越小。
音色是指具有独特质感的声音特征，由声音的谐波成分和声源的包络形状决定。
不同的乐器演奏同一个音高，因为其谐波成分和包络形状不同，所以会有不同的音色。
二、声波的传播与衰减声波是指由声源振动产生的压力波。
声波传播时，需要介质作为传播介质，常见的介质包括空气、水、固体等。
在传播过程中，声波会经历衍射、反射、折射等现象。
衍射是指声波遇到障碍物时沿着障碍物的边缘传播，使声音能够绕过障碍物。
反射是指声波遇到障碍物后从障碍物上反弹回来，产生回声。
折射是指声波在介质之间传播时由于介质密度不同而改变传播方向。
声波在传播过程中会逐渐衰减，衰减的程度取决于声音传播的距离、传播介质的特性以及环境条件等。
一般来说，声音传播的距离越远，声波能量的衰减越大；传播介质的特性也会影响声波的衰减，固体传播声波的衰减相对较小，而空气和水传播声波的衰减相对较大。
环境条件如温度和湿度也会对声波的衰减产生一定影响。
三、人类的听觉系统人类的听觉系统是感知声音的重要器官。
它由外耳、中耳、内耳和大脑皮层等部分组成。
外耳包括耳廓和外耳道，它们的主要功能是接收和传导声音。
中耳包括鼓膜和听小骨（锤骨、砧骨和镫骨），它们的主要功能是将声音的机械能转换为神经信号。
内耳包括耳蜗和前庭，耳蜗负责感知声音，前庭负责维持平衡。
大脑皮层负责处理和解读声音信号。
人类听觉系统对不同频率的声音有不同的感知范围。
一般来说，人类可以听到频率范围在20Hz到20kHz之间的声音。
声学基本知识和专业名词
声学基本知识和专业名词作为一个操作音响的人员连最基本的声学知识都不了解，他将无法真正操作好音响设备，连一些专业名词无法理解，他不是一个合格的音响操作人员。
一、声音的物理特性（一）声音的直线传播特性1、声音的产生：声音是由物体振动引起空气的波动，传到耳膜，经过听觉神经听到声音。
声源：发生声音的振动源叫作声源。
声波：由声源引起媒质的振动形成声波。
声场：声波传播的空间叫作声场。
声音在空气中是以一疏一密的纵波传播的。
为什么叫“纵波”，因为它进行方向和传播方向一致2、声速与波长声波在单位时间内传播的距离称为声速，常用符号“C”表示，单位是米/秒（M/S）。
一般来说声速只和传播媒质及其状态有关，在标准大气压下和温度为20°C时，空气中的声速为344米/秒；15°C 时为340米/秒，工程计算一般取344米/秒（因为温度和湿度对声速影响比较大，温度每增加1°C，声速增加2英尺）。
如果声波在水中传播，声速约为1485米/秒，在海水中1500米/秒，在木材中为3320米/秒，在钢材中则为5000米/秒。
声速在室内声学设计和扩声技术中应用很多，一般以毫秒计算，即千分之一秒，1S/1000，简写MS。
声波振动一周所传播的距离为波长，常用符号“λ”表示，单位是米（M）。
声波的波长与声速和频率的关早期反射声都控制在50MS以内，在常温下50MS 所传播的距离为340M 0.05=17M，要记牢这个数值，它是一个界限，50MS以内的早期反射声，有助于加强直达声。
超过50MS的反射声会影响清晰度。
系如下：λ=C/f f为频率由此可见，相同条件下，频率越高，波长越短。
例如，常温空气中，频率为20HZ声波的波长为17.20米，频率为5千赫的声波波长为0.0688米。
3、反射、折射和透射声音在传播过程中，遇到墙壁等障碍物时，一部分声波在分界面处将改变传播方向返回到原来的媒质中去，而另一部分声波则以新的传播方向进入到新的媒质中去，并在新的媒质中继续向前传播。
声学基础知识
声学基础知识一、声音声音是空气分子的振动。
物体的振动（我们称之为"声源"）引起空气分子相应的振动，传入人耳导致鼓膜振动，通过中耳、内耳等一系列听觉器官的共同作用使人听到了声音。
二、声波把石头扔进平静的水面，会形成一组向四周扩散的水波，这是我们所能见到的比较直观"波"，空气分子振动形成的声波要复杂一点，它是从声源向四周立体扩散的一组疏密波，空气分子并不是从声源一直跑到您的耳朵，而是在它本来的位置振动，从而引起与它相邻的空气分子随之振动，声音就是这样从声源很快地向外传播的，声音在空气中的传播速度是331米/秒。
举一个简单的例子，麦浪的运动跟声波很相似，粒子的振动方向与波的运动方向是平行的。
波需要通过介质来传播，麦浪的运动到田埂边就自然停止了，声波的传播介质是空气分子，所以，真空里声音是不能传播的。
三、声音的频率声波每秒的振动次数称为频率，频率在20Hz~20KHz之间称为声波；频率大于20khz称为超声波；频率小于20hz称为次声波。
超声波和次声波人耳是听不到的，地震波和海啸都是次声波。
有些动物的耳朵比人类要灵敏得多，比如蝙蝠就能"听到"超声波。
世界上很少存在单一频率的"纯音"，我们所听到的声音大都是各种频率的复合音，如乐器发出的单音就是周期性的复合音，语音则是非周期性的复合音。
让我们对声音的频率有一个比较直观的概念：大鼓的"蓬蓬"声频率很低，大约在35Hz-7kHz；人的语音频率范围主要在200 Hz到40 00 Hz之间；锣声、铃声的频率大约在2000 Hz到3000 Hz左右；在人类语音中，女声比男声频率要高一点；童声要比成人频率高一点；"啊啊"声频率较低，"咿咿"声频率稍高，"嗤嗤、嘶嘶"声频率最高。
知道这一点很有用，在实际中，可以经常用来测试病人戴助听器前后对声音频率的反应。
声学基础知识
1.声信号及其特征
速度、波长与频率
λ ＝ν /f
式中 ν ——声音速度，单位m/s； ｆ——频率，单位Hz； λ ——波长，单位m。
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声信号及其特征 声音传播理论 建筑声学 听觉生理学 心理声学 音质评价
声音传播理论
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自由声场中的声音传播 声压级的叠加 混响时间 室内声场的结构 指向性扬声器的直达声场和混响声场 声波的干涉 几种典型的声学缺陷
1.声信号及其特征
音乐信号
乐器频率范围：基音16－4000Hz，包括全部泛音16－ 16000Hz。 声压级：15－18件乐器的乐队演出时，离声源10米处的 平均声压级约为95dB。 动态范围：一般乐队的动态范围为40－60dB，大型交响 乐队的动态范围可达到100dB。 高质量的音响系统（音乐重放）的频率响应范围应不小 于40－16000Hz，信号动态范围应不小于50－55dB。
听觉生理学
听觉生理学：研究声音响度与声压级关系的科学。 等响曲线：
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声信号及其特征 声音传播理论 建筑声学 听觉生理学 心理声学 音质评价
心理声学
心理声学：研究耳朵与人脑结合对听觉激励的反应。 声音的掩蔽和哈斯效应： ——大的声音掩蔽柔和的声音，频率较低的声音掩蔽频率 较高的声音； ——如果两个声压级相同的声音不同时到达耳朵，那么先 到达的声音可掩蔽后到达的声音。
2.声音传播理论
自由声场中的声音传播
平方反比定律：位于自由声场中的一个点声源产生的声 压级在离开声源的距离每增加一倍就减小6dB。 大气吸收对声音传播的影响：高频衰减。 体育馆、体育场、艺术广场等大型扩声场所。 湿度对声音传播的影响：干燥空气中的衰减比潮湿空气 中的衰减要大。 室内游泳池和室外扩声系统。
声学基础知识
三、音色 音色是人们区别具有同样响度和音调的两个声音的主观感觉，音色也称音 品，由声音波形的谐波频谱和包络决定。 声音波形的基频所产生的听得最清楚的音称为基音，各次谐波的微小振动 所产生的声音称泛音。单一频率的音称为纯音，具有谐波的音称为复音。
拨弦古钢琴C\523.2Hz\1 拨弦古钢琴 电子大钢琴C\523.2Hz\1 电子大钢琴 音高\频率 唱名 音高 频率\唱名 键盘位置关系 频率 唱名\键盘位置关系
痛阀
听阀
频率听觉范围实验:频率发生器 频率发生器
第四节 声音的三要素
声音的听觉心理主观感受主要有：音高、响度、音色等特性， 音高、响度、音色 音高 又称为声音“三要素”。 一、音调：音调也称音高，表示人耳对声音调子高低的主观感受，客观上 音调： 音高大小主要取决于声波基频的高低，频率高则音调高，反之则低，单位 用赫兹(Hz)表示。 音调的变化与频率的关系是对数关系，频率每高一倍 一个倍频程）、音调 频率每高一倍(一个倍频程）、 频率每高一倍 一个倍频程）、音调 就高一个八度 八度。 就高一个八度。音调的单位是“美”，通常定义响度为40方的1kHz纯音的 音高为1000美，赫兹与“美”同样是表示音高的两个不同概念的单位。
拨弦古钢琴C\523.2Hz\1 拨弦古钢琴 电子大钢琴C\523.2Hz\1 电子大钢琴 原音钢C\523.2Hz\1 原音钢 盛大钢琴C\523.2Hz\1 盛大钢琴
声音的三要素小结 声音的三要素小结
另外，表征声音的其它物理特性还有：音值，又称音长， 另外，表征声音的其它物理特性还有：音值，又称音长， 是由振动持续时间的长短决定的。持续的时间长，音则长； 是由振动持续时间的长短决定的。持续的时间长，音则长；反 之则短。 之则短。 从以上主观描述声音的三个主要特征看， 从以上主观描述声音的三个主要特征看，人耳的听觉特性 并非完全线性。声音传到人的耳内经处理后，除了基音外， 并非完全线性。声音传到人的耳内经处理后，除了基音外，还 会产生各种谐音及它们的和音和差音 和音和差音， 会产生各种谐音及它们的和音和差音，并不是所有这些成分都 能被人感觉。 能被人感觉。 人耳对声音具有接收、选择、分析、判断响度、 人耳对声音具有接收、选择、分析、判断响度、音高和音 品的功能，例如， 品的功能，例如，人耳对高频声音信号只能感受到对声音定位 有决定性影响的时域波形的包络(特别是变化快的包络在内耳 有决定性影响的时域波形的包络 特别是变化快的包络在内耳 的延时)， 的延时 ，而感觉不出单个周期的波形和判断不出频率非常接 近的高频信号的方向；以及对声音幅度分辨率低， 近的高频信号的方向；以及对声音幅度分辨率低，对相位失真 不敏感等。这些涉及到心理声学和生理声学方面的复杂问题。 心理声学和生理声学方面的复杂问题 不敏感等。这些涉及到心理声学和生理声学方面的复杂问题。
声学基础知识点总结
声学基础知识点总结1. 声波的产生声波是由振动的物体产生的，当物体振动时，会产生压缩和稀疏的波动，这些波动以一定速度在介质中传播，就形成了声波。
声波的产生需要具备两个条件：振动源和传播介质。
一般来说，声波的振动源可以是任何物体，包括人类的声带、乐器的琴弦、机器的发动机等，而传播介质主要是固体、液体和气体。
声波在不同的介质中传播速度不同，气体中的声速最慢，固体中的声速最快。
2. 声波的传播声波的传播包括两种方式：纵波和横波。
纵波是指波动方向与传播方向相同的波动，即介质中的分子以与波动方向相同的方式振动。
在气体和液体中，声波主要是纵波。
横波是指波动方向与传播方向垂直的波动，即介质中的分子以与波动方向垂直的方式振动。
在固体中，声波主要是横波。
3. 声波的特性声波具有一些特性，包括频率、振幅和波长。
频率是指单位时间内声波振动的次数，单位是赫兹（Hz），通常用来表示声音的高低音调。
振幅是指声波振动的幅度，通常用来表示声音的大小。
波长是指声波在介质中传播一个完整周期所需要的距离，与频率和传播速度有关。
4. 声音的产生声音是由声波在空气中传播而形成的，但在声音产生的过程中，还需要经过声带的振动、共鸣腔的放大和嘴唇、舌头等器官的调节。
声带位于声音道中部分，当呼吸进入声音道时，声带会振动产生声波，不同的振动频率会形成不同的音调。
共鸣腔是指声音道中的空腔部分，不同的共鸣腔大小和形状会影响声音的音色。
嘴唇、舌头等器官的调节会改变声音的音调和音色，从而产生不同的语音。
5. 声波的接受人类的听觉系统能够接受声波并将其转化为神经信号传递给大脑，从而形成对声音的感知。
耳朵是人类的听觉器官，主要包括外耳、中耳和内耳。
外耳是声音的接收器，能够接受来自外界的声波并将其传递给中耳。
中耳是声音的传导器，能够将声波转化为机械波并传递给内耳。
内耳是声音的感受器，能够将机械波转化为神经信号，并传递给大脑进行处理。
6. 声波的用途声波在日常生活中有着广泛的应用，包括声音通讯、声波测量、声波成像等方面。
声学基础知识
科学家已经通过录像证明，海豚是靠声波来攻击并找 到它们的捕获物，他们发现海豚在靠近捕获物时发出 低沉的轰声，其频率足以破坏捕获物的听觉器官。海 生哺乳动物受到惊吓会快速由海下深处上浮。一般来 说，潜艇在水下潜航时，需要借助声呐系统来发现目 标。而声呐产生的水底噪音会惊吓鲸豚类哺乳动物， 使它们异常加速浮上水面，进而导致它们搁浅死亡。
1.1 声波、声音与声学的概念
当声源（机械振动源）振动时，振动体对周 围相邻媒质（气体、液体、固体等）产生扰 动，而被扰动的媒质又会对它周围的相邻媒 质产生扰动，这种扰动的不断传递就是声波 产生与传播的基本原理。 声源：通过机械振动发出声波的物体。 声波：声源的振动所引起周围媒质质点由近 及远的波动。
蜜蜂和蚊子翅膀的振动频率在人 的听觉范围内，而蝴蝶翅膀振动频率 不在人的听觉范围内。 提示：蝴蝶翅膀的振动频率小于10Hz，
而蚊子的翅膀振动频率为500—600Hz。
动物发出声音和听觉的频率范围
大象的耳朵之大可谓诸多动物之最。大象可以发出和收 听到次声波，对于大象之间相互传递信号大有裨益：次 声波衰减较慢，因此可以传递到更远的地方。
蝙蝠利用 超声波导航 人们受到 （回声定位） 启示
声 呐
探测海深、 海底暗礁等
探测鱼群、 潜艇位臵等
绘水下数千米 地形图
仿生学
海豚利用声波识别食物、敌人和它们周围的环境。
核潜艇利用海豚仿生制造了声纳系统，使自己知道 与海岸的距离、猎物的行踪、深度。
美国海军曾认为是他们的核潜艇声纳系统干扰了海滩，在 他们的演习范围海域内也出现了大规模海豚自杀现象。
动物发出声音和听觉的频率范围
海豚可谓超声波歌唱家， 发出的“海豚音”名副 其实。 人类听到的所谓“海豚 音”只不过是对于“音 调极高”的歌声的形容 而已。
声学基础知识介绍
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二 聲音的特性參數
倍频程定义为两个声音的频率或音调 之比的对数（以2为底）， 其公式为: n=㏒2 f2/f2 f1为基准频率； f2为欲求其倍频程数的信号频率； n为倍频程数。
聲功率:聲源在單位時間內輻射出來的總能量 声功率级 Lw = 10*log(W/W0 ) W0為基準音功率, 10-12 W 聲功率級不能直接測量,是由測的的聲壓級換 算的出
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二 聲音的特性參數
聲功率級與聲壓級的關係
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二 聲音的特性參數
5.频谱 频谱是把时间函数 的分量按幅值或相 位表示为频率函数 的分布图形。
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四 聲場(音場)
自由音場-音源輻射區域內,每距離音源1倍 距離,其聲壓級衰減6dB. 迴響音場-封閉與半封閉空間,聲波重複並連 續自壁面反射,音壓位準受到反射干擾而產生 顯著變動.
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噪音測試設備
半無響室(半消聲室) (Semi-Anechoic Chamber) 背景噪音: < 15 dBA 截止頻率: 100 Hz 隔音量: > 50 dB 振動自然頻率: < 10 Hz B&K 振動噪音量測系統 多功能振動噪音分析系統 實時頻譜分析儀 ½” 麥克風組 x 10 音位校正器 低重量加速規
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二 聲音的特性參數
频率与倍频程 1 频率与声音的对应关系是：频率低。 相应的音调就低，声音就越低沉；频 率高，相应的音调就高，声音就越尖 锐。 人耳可以听到的声音频率范围通常是 20Hz—20kHz，其频率称为声频或音 频。频率低于20Hz的叫次声，高于 20kHz的叫超声
声学基本知识
声学基本知识一、声音的基本性质声音来源于振动的物体。
辐射声音的振动物体称为“声源”。
声源要在弹性介质中发声并向外传播。
声波是纵波。
(1)人耳所能听到的声波的频率范围为20~20000Hz，称为可听声。
低于20Hz的声音称为次声;高于20000Hz的声音称为超声。
次声与超声不能使人产生声音的感觉。
(2)室温下空气中的声速为340m/s.声速c，波长λ和频率f有如下关系：频率为100～10000Hz的声音的波长为3.4～0.034m.这个波长范围与建筑物室内构件的尺度相当，在室内声学中，对这一频段的声波尤为重视。
-f2.每一频带以其中心频率fc标度，.建筑声学设计和测量中常用的有倍频带和1/3倍频带;在倍频带分析中，上限频率是下限频率的两倍，即fl=2f2;在1/3倍频带分析中，在可听声范围内，倍频带及1/3倍频带的划分及其中心频率如表3—l所示。
表中第一行为1/3倍频带中心频率，第二行为倍频带中心频率。
(4)波阵面与声线声波从声源出发，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。
声线表示声波的传播方向和途径。
在各向同性的介质中，声线是直线且与波阵面垂直。
依据波阵面形状的不同，将声波划分为：1)平面波——波阵面为平面，由面声源发出;2)柱面波——波阵面为同轴柱面，由线声源发出;3)球面波——波阵面为球面，由点声源发出。
一个声源是否可以被看成是点声源，取决于声源的尺度与所讨论声波波长的相对尺度。
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。
所以往往一个尺度较大的声源在低频时可按点声源考虑，而在中高频则不可以。
(5)声绕射声波在传播过程中，遇到小孔或障板时，不再沿直线传播，而是在小孔处产生新的波形或绕到障板背后而改变原来的传播方向，在障板背后继续传播。
这种现象称为绕射，或衍射。
(6)声反射声波在传播过程中，当介质的特性阻抗发生变化时，会发生反射。
从几何声学角度，可更直观地解释为，声波在传播过程中遇到尺寸比声波波长大得多的障板时，声波将被反射。
第二章 声学基本知识
自由声场（Free Sound Field）
消声室
2. 声场的分类
扩散声场（混响声场） : 如果室内各处的声压级几乎相等，声能密度也 处处相等，那么这样的声场就叫做扩散声场 （混响声场）。 半自由声场(半扩散声场):
2. 声场的分类
半自由声场(半扩散声场):
2.3.2声波的反射、透射、折射
1c1
对于远场简谐柱面声波而言：
p P0
2 cos(rt kr)
kr
特点：振幅随径向距离的增加而减少，与距离的平
方根成反比关系。
3.柱面声波：
b.声线：是由线声源发出的径向线。
2.2.2声波的类型
声波的类型
类型 平面声波 球面声波
柱面声波
波阵面
垂直于传播方 向的平面
以任何值为 半径的球面
声线
噪声级的合成
6、计算例题
例1 强度为80dB的噪声，其相应的声压为多少？ 解：Lp＝20lg（p/p0），则，p＝p010 Lp/20 所以，p＝2×10－5×10 80/20＝0.2Pa
例2 声强为10－6 W/m2时的声强级是多少？ 解：L＝10lg（I/I0）＝10lg（ 10－6 /10－12 ） 所以，L＝60dB
pr
2c2
pt
a
r
t
θ
i
pi
1.声波的反射定律与折射定律
入射声波、反射声波与折射声波的传播方 向应该满足Snell定律：
2.2 声波的描述
2.2.1 描述声波的基本物理量 2.2.2 声音的物理量度 2.2.3 声波的类型
2.2.1 描述声波的基本物理量
2.2.1 描述声波的基本物理量
x sin( 2ft )
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距离增加一倍，声压减少6dB(自由声场的情况下)
在电声领域中，分贝这个量的变化关系恰恰和人耳 的听觉强弱感受非常吻合，这也给声学计算打下了一个良 好的基础。
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常见声源的声压级-分贝
窃窃私语：20dB~35dB 人声语言：30dB~80dB 女高音：35dB~105dB 男高音：40dB~95dB 小提琴：40dB~100dB 打击乐：55dB~105dB 交响乐：20dB~120dB
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声学基础知识
声音是如何产生的
振动的物体能使邻近的空气分子振动，这些分 子又引起它们邻近的空气分子振动，从而产生声音，声 音以声波的形式传递，这种传递过程叫声辐射。由于分 子振动产生的声波的方向与波传递的方向相同，所以是 一种纵波。
声音必须在介质中传播，无论是固体、液体还 是气体，都可以作为介质。
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声音的基本性质
“声”由声源发出，“音”在传播介质中向外传播。 声音在固体中的传播速度最快，其次是液体，声音 在气体中传播的速度最慢。
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声波的基本量
f：频率，每秒钟振动的次数，单位Hz(赫兹）频率高的声音称为高音，
频率低的声音称为低音。 声音是声波作用于人耳引起的主观感受，人耳对声波频率的主
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本底噪声
在厅堂声学设计中，本底噪声是指房间内部自身振动或外 来干扰而形成固有的噪声，大小仍以声压级dB的方式表示。
厅堂的本底噪声是建筑声学设计以及专业音响工程需要涉 及和控制的一个基本物理量，它的大小、处理方式对厅堂 的声学环境有着重要意义。
由于本底噪声主要来自于外界环境噪声和振动、设备噪声 和振动两个方面。在音响工程中，这两方面的内容都会不 同程度上的涉及：一是在建筑上进行隔声，二是在设备上 降低噪声。
声学基础知识
噪声产生原因空气动力噪声由气体振动而产生。
气体压力产生突变，会产生涡流扰动，从而引起噪声。
如空气压缩机、电风扇噪声。
机械噪声由固体振动产生。
金属板、齿轮、轴承等，在设备运行时受到撞击、摩擦及各种突变机械力作用，会产生振动，再通过空气传播，形成噪声。
液体流动噪声液体流动过程中，由于液体内部摩擦、液体及管壁摩擦、或者流体冲击，会引起流体和管壁振动，并引起噪声。
电磁噪声各种电器设备，由于交变电磁力作用，引起铁芯和绕组线圈振动，引起噪声通常叫做交流声。
燃烧噪声燃料燃烧时，向周围空气介质传递了热量，使它温度和压力产生变化，形成湍流和振动，产生噪声。
声波和声速声波质点或物体在弹性媒质中振动，产生机械波向四周传播，就形成声波（声波是纵波）。
可听声波频率为20～20000,高于20属超声波，低于20属次声波。
点声源附近声波为球面波，离声源足够远处声波视为平面波，特殊情况（线声源）可形成柱面波。
声频( f )声速( c )和波长( λ )λ= c / f声速及媒质材料和环境有关：空气中，c =331.6+0.6t 或t c +=27305.20 ()在水中声速约为1500 t —摄氏温度传播方向上单位长度波长数，等于波长倒数，即1/λ。
有时也规定2π/λ为波数，用符号K 表示。
质点速度质点因声音通过而引起相对于整个媒质振动速度。
声波传播不是把质点传走而是把它振动能量传走。
声场有声波存在区域称为声场。
声场大致可以分为自由场、扩散场（混响场）、半扩散场（半自由场）。
自由场在均匀各向同性媒质中，边界影响可忽略不计声场称为自由场。
在自由场中任何一点，只有直达声，没有反射声。
消声室是人为自由场，是由吸声材料和吸声结构做成密闭空间，静谧无风高空或旷野可近似为自由场。
扩散场声能量均匀分布，并在各个传播方向作无规则传播声场，称为扩散场，或混响场。
声波在扩散场内呈全反射。
人为设计混响室是典型扩散场。
无论声源处于混响室内任何位置，室内各处声压接近相等，声能密度处处均匀。
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4 介质声阻抗和声阻抗率
•柱面波
Z i 0 c
2 kr H0
•特点
H12 kr
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?
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5 相速度和群速度
•相速度
振动状态在介质中传播的速度
3. 小振幅波：各声学量是一阶小量。
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5
2 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度变化引起的体元内 质量的增加： U t
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 ：
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。
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3 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 pu
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
3 声场中能量
声能：声波传播引起的介质能量增量称为声能 声能密度
2 1 p 2 V0 E Ek E p 0 u 2 2 2 c 0
2 1 p 2 i 0 u 2 2 2 0c
1 T i dt T 0
i arcsin nd
i 1，， 2
方向锐角或主瓣束宽（全开角）： 主极大值两旁第一个极小值之间的夹角
2 c2
t
pt
法向声阻抗率
Z1n 1c1 cos i
Z 2n 2 c2 cos t
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6 平面波在两种不同均匀介质界面上反射和折射
•斜入射
n c1 c 2 m 2 1
R
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pt
pr
1c1
o
2 c2
x
声压透射系数 D Pt
16
6 平面波在两种不同均匀介质界面上反射和折射
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17
6 平面波在两种不同均匀介质界面上反射和折射
m cos i n 2 sin 2 i m cos i n 2 sin 2 i
D
2m cos i m cos i n 2 sin 2 i
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6 平面波在两种不同均匀介质界面上反射和折射
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24
7 等间距均匀点源离散直线阵的声辐射
辐射声压
在远场，总声压为：
r x , y , 0
jk0cQ0 j t kr n1 jkdisin pr , , t e e 4r i 0
当 0 时，各点源同相叠加，合成声压最大：
jk 0 cnQ0 j t kr pr , 0 , t e 4r
College of Underwater Acoustic Engineering 25
7 等间距均匀点源离散直线阵的声辐射
声场的方向性函数
p r , , t 1 D pr , 0 , t n
i 0
n 1
e jkdi sin
d sin n sin d n sin sin
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7 等间距均匀点源离散直线阵的声辐射
（1）当 d sin i 时，声压振幅出现极大值1，对应 极大值的方向：
cp
k
介质的相速度与频率无关，非频散介质；反之为 频散介质。
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5 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）
d cg dk
非频散介质 c g c p 频散介质 c g c p k
sin 2 i n 2 m cos i
发生全内反射现象时，声波反射时发生 角的相 位跳跃。
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6 平面波在两种不同均匀介质界面上反射和折射
•非均匀平面波
波阵面（等相位面）上振
幅随离分界面的距离增大作指
7 等间距均匀点源离散直线阵的声辐射
（2）当 nd sin
2i 1 时，声压振幅出现次极大值 2
3 arcsin 2nd
（旁瓣），对应次极大值的方向：
i 1，， 2
1 各次极大声压与主极大声压比值为： 2i 1 n sin 2n
法向质点振速连续 u1 x , t x0 u2 x , t x0 声压反射系数 R
Pr 2 c 2 1c1 Z 2 Z1 Pi 2 c 2 1c1 Z 2 Z1 Pi 2 2 c2 2Z 2 2 c2 1c1 Z 2 Z1
1 T I pudt T 0
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4 介质声阻抗和声阻抗率
介质特性阻抗
0c
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）
Zp u
Байду номын сангаас
平面波 Z 0 c 特点
平面波声压和振速处处同相（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。
2
1 声波描述
声压（标量）：声波扰动引起介质压强的变化量
p P P0
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
u U U0 u d dt
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dc p dk
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6 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。
pi
•边界条件
声压连续 p1 x , t x0 p2 x , t x0
2
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2 波动方程
速度势
介质单位质量具有的声扰动冲量 ：
p
0
dt
声压、质点振速与速度势关系
u
p 0 t
1 2 2 c t
2 2
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1 声波描述
密度改变量：
1 0
压缩量：介质密度的相对变化量
s 0 0 1 0
描述声场，通常采用上述各物理量的时空 分布函数？
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2 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。
i arcsin d
d i
i 0,1,
i=0对应的方向为主极大值方向（主瓣）；
i=1对应的方向为第一副极大值方向（栅瓣），依 此类推。
注意：不出现副极大值的条件 d
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•斜入射
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6 平面波在两种不同均匀介质界面上反射和折射
•全内反射
R m cos i i sin 2 i n 2 m cos i i sin i n
2 2
Re
i
2arctg
2
2 1 p 2 p 2 2 c t
2 1 1 1 2 2 r 2 2 sin 2 2 r sin 2 r r r r sin
1 1 2 2 2 r 2 2 r r r r z
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 Compressional Wave） 固体介质：纵波、横波（切变波 Shear Wave）