第三章 声波的基本性质综述

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声音的传播和特性

声音的传播和特性

声音的传播和特性

声音是一种由物体振动产生的机械波,是人类交流和感知世界的重要方式之一。声音传播的过程中,经历了振动、传导和扩散等多个环节,同时也具备频率、振幅、声速和音色等特性。本文将探讨声音的传播原理和特性,并介绍声音在不同媒质中的传播速度差异。

一、声音传播的原理

声音传播是通过物体的振动引起周围介质的连锁反应,从而使声音以波的形式在介质中传播的过程。具体而言,声音的传播可以分为以下几个步骤:

1. 振动:声音的传播源通常是振动的物体,当物体振动时,会造成周围分子的震动。这些分子受到激发后,会向周围传递能量,形成声波。

2. 传导:声波在物体中的传播是通过物质分子之间的相互碰撞传递能量完成的。当声波作用在固体或液体中时,声波能量会引起分子的振动,进而使振动能够沿着物体传导。

3. 扩散:一旦声波传导到气体中或进入空气,声波会引起气体分子的压缩和稀薄,形成密度波。

4. 传播:声波在媒质中的传播方式取决于媒质的特性。主要有空气传导和物体传导两种形式。

二、声音特性

声音的特性包括频率、振幅、声速和音色等。

1. 频率:频率是声音中最基本的特性之一,指的是声波振动的频率。它的单位是赫兹(Hz),通常用来表示每秒钟内振动完整的波形次数。频率越高,所产生的声音越尖锐。

2. 振幅:振幅是声音波中振动的幅度大小,决定了声音的响度。振

幅越大,声音越响亮。

3. 声速:声速是指声音在某个介质中传播的速度,通常以米每秒

(m/s)表示。在空气中,声速大约为343米/秒。声速在不同的介质中会

有所变化。

4. 音色:音色是声音的质量和独特的特征,是由声波的频率和波形

声波的基本性质

声波的基本性质
t
p c02 '
整理得三维波动方程:
2 p
1 c02
2 p 2t
四、速度势
根据运动方程,即可由声压得到质点振动速
度。
v
1
0
pdt
定义标量函数
p
0
,dt 称其为速度势函数。
v grad ()
2
1 c02
2 2t
第三节 特殊形式的声波方程 一、状态方程
设波阵面为任意形状的声波在空间传播,波 阵面的法线方向即为声波传播方向。
不产生能量损耗。 2)、媒质为均匀介质。没有声扰动
时,媒质处于静止状态。 3)、声波传播过程为绝热过程。 4)、媒质中传播的是小振幅声波。
2、运动方程(声压与质点振动速度的关系)
1)、体积元的受力分析
体积元的左端面所受力 体积元的右端面所受力
F1 ( p0 p)S
F2 ( p0 p dp)S
三、三维声波方程 当声波在介质中传播时,描述声场性质的场
量一般都是质点位置及时间的函数。 三维运动方程、连续性方程、物态方程分别为:
d v grad ( p)
dt
div(v)
t
dp c02d
小振幅下的三维运动方程、连续性方程
物态方程分别为:
0
v t
grad (
p)
div(0 v)

水声学原理第三章1综述

水声学原理第三章1综述

College of Underwater Acoustic Engineering
6

乌德公式
c 1450 4.21T 0.037T 2 1.14S 35 0.175P
式中,压力P单位是大气压
1atm 1.013 10 N / m
5
2
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College of Underwater Acoustic Engineering 19
声速分布分类
右图为表面声道声速分布, 特点: •在某一深度处有一声 速极大值。 形成原因: •在秋冬季节,水面温 度较低,加上风浪搅拌, 海表面层温度均匀分布, 第二类 在层内形成正声速梯度 表面声道声速分布 分布
College of Underwater Acoustic Engineering 14

温度的季节变化、日变化和纬度变化
季节变化 近百慕大海区温度随月份的变化情况
College of Underwater Acoustic Engineering 15
温度日变化和纬度变化
说明:温度的季节变化和日变化主要发生在海洋上层
7
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声速测量



声速剖面仪SVP—— Sound Velocity Profile 温盐深测量仪CTD— Conductivity, Temperature, Depth 抛弃式温度测量仪 XBT —— eXpendable BathyThermograph

第七章超声波成像

第七章超声波成像

三、医学超声设备的发展趋势
• 90年代,医学超声影像设备一方面是价格低廉的便携 式超声诊断仪大量进入市场,另一方面是向综合化、 自动化、定量化和多功能等方向发展。介入超声、全 数字化电脑超声成像、三维成像及超声组织定性不断 取得进展。
• 在探头方面,新型材料、新式换能器不断推出,如高 频探头、腔体探头、高密度探头相继问世,进一步提 高了超声诊断设备的档次与水平。
二、超声波的物理量
• (三)波长
超声在一个周期内(或一次全振动)所传播的距离。
c f 用λ表示。各物理量之间的关系:
• 1、超声在轴向上所能检出的病灶必须大于半个波长,故波长 越短其轴向分辨力越强。
• 2、波长越短,频率越高。 • 3、超声频率越高所探测的组织深度就越浅。 • 结论:超声的频率越高其轴向分辨力越强,但其穿透力越弱
超声在传播时,遇到与超声波波长近似或小于波 长(小界面)的介质时,产生散射与绕射。 绕射是超声绕过障碍物的边缘,继续向前传播。
三、超声波在介质中的传播特性
(五)超声波的散射

超声散射示意图
1、概念:超声波遇 到界面尺寸小于波长 的微粒时,能使微粒 振动而向四周辐射声 能的现象称为散射。
2、产生条件:界面 尺寸小于超声波长。 3、超声散射是形成 人体内部组织结构图 像的另一个声学基础 。它能获得人体内微 细结构的信息,用于 医学诊断。

声波的基本特性与声速

声波的基本特性与声速

声波的基本特性与声速

声波是由物体振动产生的机械波,可以在气体、液体和固体中

传播。声波在我们日常生活中起着重要作用,它具有一些基本特性,并且传播速度也是一个重要参数。

一、声波的基本特性

声波具有以下几个基本特性:

1. 频率:声波振动的频率决定了声音的音调,单位为赫兹(Hz)。频率越高,音调越高;频率越低,音调越低。人类可以听到的频

率范围约为20 Hz到20,000 Hz。

2. 波长:声波的波长表示声波一个完整振动的空间长度,通常

用λ表示,单位为米(m)。声波的波长与频率成反比关系,即频率

越高,波长越短;频率越低,波长越长。

3. 振幅:声波振动的振幅表示了声音的强度或音量,通常用声

压表示,单位为帕斯卡(Pa)。振幅越大,声音越响亮;振幅越小,

声音越轻柔。

4. 声速:声速是声波在介质中传播的速度,通常用v表示,单

位为米每秒(m/s)。声速与介质的性质有关,例如在空气中的声速

约为343 m/s,而在水中的声速约为1500 m/s。

二、声速的影响因素

声速的大小受以下几个因素的影响:

1. 温度:声速与温度呈正相关关系,温度越高,声速越大。这

是因为在高温下,分子的热运动加剧,导致声波传播的速度增加。

2. 介质的类型:不同的介质具有不同的声速。一般而言,固体

的声速最高,液体次之,气体最低。这是因为固体分子之间的相

互作用力较大,导致声波传播速度较快。

3. 介质的密度和弹性系数:介质的密度越大,声速越小;弹性

系数越大,声速越大。这是因为密度和弹性系数反映了介质中分

子的紧密程度和分子之间相互作用的强度。

4. 湿度:湿度对声速的影响较小,一般可以忽略。但在特定情况下,比如高湿度和高温下的空气中,湿度的增加会略微降低声速。

声波的基础特性与应用

声波的基础特性与应用

声波的基础特性与应用

声波是一种机械波,是由物质的震动传播而产生的波动现象。声

波在空气、水、固体等介质中传播,是人类日常生活中不可或缺的一

部分。本文将介绍声波的基础特性以及其在各个领域中的应用。

### 声波的基础特性

声波是一种纵波,其传播方向与振动方向一致。声波的传播速度

取决于介质的性质,一般在空气中的传播速度约为343米/秒。声波的

频率决定了声音的音调,频率越高,音调越高。而声波的振幅则决定

了声音的大小,振幅越大,声音越响亮。

声波的传播遵循波动方程,可以用以下公式表示:

$$v = f \times \lambda$$

其中,$v$表示声波的传播速度,$f$表示声波的频率,

$\lambda$表示声波的波长。声波的波长与频率成反比关系,频率越高,波长越短。

### 声波在医学领域的应用

在医学领域,声波被广泛应用于超声波检查和超声波治疗。超声

波检查利用声波在人体组织中的传播特性,通过探头发射声波并接收

回波来获取人体内部器官的影像,用于诊断疾病。超声波治疗则利用

声波的机械作用,对人体组织进行治疗,如碎石治疗、肿瘤消融等。

### 声波在通信领域的应用

在通信领域,声波被应用于声纹识别技术。声纹识别是一种生物特征识别技术,通过分析个体的声音特征来进行身份识别。声波在此过程中起到传输和识别信息的作用,具有较高的安全性和准确性。 ### 声波在工业领域的应用

在工业领域,声波被应用于无损检测技术。超声波无损检测是利用声波在材料中传播的特性,通过检测声波的传播时间和回波强度来判断材料内部是否存在缺陷,如裂纹、气孔等。这种技术可以帮助工程师及时发现材料缺陷,确保产品质量。

声波科学教案

声波科学教案

声波科学教案

教案标题:声波科学教案

教案目标:

1. 了解声波的基本概念和特性;

2. 探索声波在日常生活和科学领域中的应用;

3. 发展学生的观察、实验和科学推理能力;

4. 培养学生对声波科学的兴趣和探索欲望。

教学重点:

1. 声波的定义和特性;

2. 声音的产生和传播;

3. 声波的频率、振幅和波长;

4. 声波在不同媒介中的传播速度。

教学准备:

1. 电脑、投影仪和音频设备;

2. 实验材料:弹簧、铃铛、音叉等;

3. 学生实验记录表和活动指导。

教学过程:

引入活动:

1. 利用投影仪展示一段声波传播的视频,引发学生对声波的兴趣,并提出问题:声波是如何产生和传播的?

知识探索:

2. 通过讲解和示范,介绍声波的定义、特性和产生方式。

3. 利用实验材料进行示范实验,让学生观察和记录声音的产生和传播过程。

实验活动:

4. 将学生分成小组,每个小组选择一个实验项目,例如利用弹簧模拟声波传播、使用音叉产生不同频率的声音等。

5. 学生按照实验指导进行实验,并记录实验过程和结果。

讨论与总结:

6. 学生小组展示实验结果,并进行讨论:不同频率和振幅的声音有何区别?声

波在不同媒介中的传播速度是否一样?

7. 教师引导学生总结声波的特性和应用,并与实际生活和科学领域中的例子进

行联系。

拓展活动:

8. 鼓励学生进行更多声波相关的实验和观察,例如探索声波在水中的传播、声

波在不同材料中的反射等。

9. 学生根据自己的兴趣和探索结果,设计并进行小型科学项目,展示声波科学

的应用和实际意义。

评估与反馈:

10. 提供学生实验记录和活动表的评估,评价学生对声波科学的理解和实验能力。

声音的基本性质(声场属性)综述

声音的基本性质(声场属性)综述
声场、声场媒质定义
存在着声波的空间称为声场。
(传播声波介质存在的空间)
声场中能够传递扰动的媒质称为声场媒质。
传播声音的介质
A, 空气传声,约(340米/秒) 声波的波长:

B, 固体传声,约(3500米/秒) C, 液体传声,约 (1700米/秒)

室内声场
声音在封闭的室内空间传播时形成的声
d、使用的耐久性
e、厚度和重量(厚度影响房间体积) f、性能价格比
C,混响半径:以直达声与混响声相等的位置到声源 中心的连线之距离。
近似公式为:
r 0.14 QR
单位为米
式中R为房间常数,Q为方向系数,当声源为点声
源时,Q为1。
当听音位置到声源的距离小于混响半径r时,直 达声大于混响声,清晰度较高,但声音发干;相反, 当听音位置到声源的距离大于混响半径时,可以提 高混响感,但清晰度会下降。 通常要求扬声器到听众席的最佳距离应小于三倍 混响半径,而大于二倍响半径为宜。
式中,S为房间的总面积,a 为房间的平均吸声系数,
消声室:a 近于一,故房间常数近于无限大,由于声音
几乎全部吸收,没有反射,故混响时间近于零。
a 近于零,由于声音几乎全部反射,,没有吸 混响室:
收,故混响时间近于无限长。
声吸收方式
其一:用吸声材料铺敷在墙体表面,吸收入射波的部

沪科版八年级物理全册教学设计 第三章:声的世界

沪科版八年级物理全册教学设计 第三章:声的世界

沪科版八年级物理全册教学设计第三章:声的世界

一、教学目标

1.理解声音的产生、传播和接收的基本过程。

2.掌握声音传播的速度和影响因素。

3.了解声音的利用和保护。

二、教学内容

1.声音的产生:弹性体的振动和声带的振动。

2.声音的传播:声音是机械波,需要介质传播。介质的密度、弹性等因素影响声音传播的速度。

3.声音的接收:耳朵的结构和原理、声音的音量和音调。

4.声音的利用和保护:利用音响设备传播声音、保护听力的方式和方法。

三、教学过程

3.1 声音的产生

3.1.1 弹性体的振动

•弹性体的特性:柔软、有弹性。

•弹性体的振动产生声音的条件:振动频率适宜、振动幅度适当。

3.1.2 声带的振动

•声带的位置和结构。

•声带的振动与声音的音调有关。

3.2 声音的传播

3.2.1 介质的传播

•介质的密度:密度越大,声音传播的速度越快。•介质的弹性:弹性越大,声音传播的速度越快。

3.2.2 声音传播的速度

•公式:声音传播的速度 = 频率× 波长。

•声音在空气中的传播速度约为343米/秒。

3.3 声音的接收

3.3.1 耳朵的结构和原理

•外耳、中耳、内耳的结构和功能。

•声音信号经过耳朵的传递过程。

3.3.2 声音的音量和音调

•声音的音量与振动的幅度有关。

•声音的音调与频率有关。

3.4 声音的利用和保护

3.4.1 利用音响设备传播声音

•音响设备的组成和工作原理。

•不同场合使用不同音响设备。

3.4.2 保护听力的方式和方法

•避免长时间暴露在高音量环境中。

•减小音量、使用耳塞等保护听力的方法。

四、教学方法

1.导入法:通过引发学生对声音的兴趣,激发探究的欲望。

有关声波的概念和特点

有关声波的概念和特点

有关声波的概念和特点

声波是一种传播在介质中的机械波,它是由物体振动产生的。声波的传播是通过介质中的分子振动传递能量而实现的。声波具有一些独特的特点,下面将对声波的概念和特点进行详细的阐述。

首先,声波是一种机械波,它不同于电磁波,需要介质的存在才能传播。声波的产生是由物体的振动所引起的,当物体振动时,会使周围的介质中的分子也跟随振动,从而形成了声波。这种振动的传递方式就类似于弹簧振动,当一个弹簧的一端受到外力而振动时,整个弹簧上的弹簧片也会发生振动,最后使得弹簧的另一端产生类似的振动。

其次,声波是横波和纵波的混合波。横波是指波动的方向与波的传播方向垂直的波,例如水波就是一种横波。而纵波是指波动的方向与波的传播方向平行的波,例如声波就是一种纵波。声波在传播过程中,既有分子的横向位移,又有分子的纵向位移,因此声波既具有横波的特点,又具有纵波的特点。

第三,声波具有机械波的共性特点,包括反射、折射、干涉和衍射等。声波在传播过程中会遇到障碍物或者介质的边界,这时会发生反射和折射现象。当声波从一个介质传播到另一个介质时,由于两种介质的物理性质不同,波速也会发生变化,从而导致声波的传播方向发生偏折。此外,声波也会发生干涉和衍射现象。当声波经过一个缝隙或者穿过一个孔洞时,波的干涉现象就会出现。同时,当声波遇到一个大物体时,会产生衍射现象,声波会沿物体表面传播,进而改变传播

的方向和形状。

第四,声波的传播速度与介质的性质有关。声波在不同介质中传播时的速度是不同的。在空气中,声波的传播速度约为343米每秒;而在水中,声波的传播速度约为1482米每秒。声波的传播速度受到介质的密度和弹性系数等因素的影响。一般来说,介质的密度越大,声波的传播速度也就越大;介质的弹性系数越大,声波的传播速度也越大。

声波的特性与表达方式

声波的特性与表达方式

声波的特性与表达方式

声波是一种由物体振动引起的机械波,通过媒质传递的能量。声波

的特性和表达方式十分多样,本文将从频率、振幅和波长三个方面来

探讨声波的特性,并介绍声波的表达方式。

频率是声波特性的重要参数之一。频率指的是声波振动的周期性,

单位为赫兹(Hz)。频率越高,声波的震动就越快,音调也就越高。

人类能听到的声音频率范围约为20 Hz到20,000 Hz,而低于20 Hz的

声波称为次声波,高于20,000 Hz的声波则称为超声波。

振幅是声波特性的另一个重要参数。振幅代表了声波的能量大小,

也可以理解为声音的响度。振幅越大,声音就越大,振幅越小,声音

就越小。振幅的单位是帕斯卡(Pa),在声波中通常用分贝(dB)来

表示不同响度的差异。

波长是声波特性的第三个重要参数。波长是指声波在媒质中传播一

个完整波形所需的距离。波长与频率成反比关系,即频率越高,波长

越短。声波的传播速度与媒质有关,例如在空气中,声速约为343 m/s,因此可以通过声速和频率之间的关系来计算波长。

声波的表达方式可以分为声音和语音两个方面。

声音是由声源产生的声波振动所引起的听觉体验。声音可以通过波

形图来表示,波形图展示了声波的震动情况。波形图的横轴表示时间,纵轴表示声波的振幅。不同的声音会呈现出不同的波形特征,例如正

弦波、方波等。

语音是一种由声音组成的人类语言形式,是人类交流的重要方式之一。语音通过声音的组合和变化来表达意思和信息。人类语音的特点是具有语法结构和语义含义,能够传递更加复杂和抽象的信息。语音通过声带、口腔和鼻腔等器官的协同工作来产生,不同的发音方式和语调都会影响语音的表达方式。

声波的基本特性资料讲解

声波的基本特性资料讲解

声音的录制
用Windows的录音机录制声音
从“开始/程序/附件/娱乐”中打开录音机 设置“音量控制器”的录音属性 最大录音时间:1分钟 录音文件的格式:WAV 保存文件
用录音机对声音进行简单的编辑加工 把录音带上的声音采集到计算机里 在PowerPoint中录制旁白 用超级解霸从CD唱片上抓取音乐
声波的基本特性
声波和声音
一定频率的机械振动在弹性媒质中的传播 就形成声音,这种机械波就称为声波
声源
形成声波的振动源称为声源
媒质
能够传递声波的弹性物质,气体、液体或 固体都可以是传播声音的媒质
声波的波长、频率和声速
vf
声波的反射、衍射和干涉
声音的三个要素
音调:
音调的高低取决于振动的频率,频率高的声 波音调高 人耳能感觉到的频率为20Hz~20kHz 频率高于20kHz的声波称为超声波 频率低于20Hz的声波称为次声波
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
音色
不同的声源发出同一音调的声音时,声音 的品质不同
这是由于两列声波的频率相同,但波形不 同,从而音色就不同
最单纯的声音的波形是正弦波 复杂声音可看作一个基音和若干频率是基 音频率整数倍的泛音迭加而成 基音的频率决定音调,泛音的构成(频谱) 决定音色
0123456
声音的数字化
声音的波形是连续的,通过话筒,把声音 (声压)转化为电压,所得到的表示声音 的电压波形也是连续的(模拟信号)

第2章 声波的基本性质

第2章 声波的基本性质

波在传播过程中遇到障碍物时其传播方向要 发生改 变,波能绕过障碍物的边缘继续前进即衍 射现象。衍射的多少决定于障碍物的尺寸与波长的 比例。 l 入射波基本上全绕过物体前进 5 l 10部分绕射 l 10全部遮挡无绕射
2.声能密度 3.平均声能密度
小体元的能量:(小体元的体积V0)
动能 势能
负号表示压强和体积变化方向相反. 上式请查杜功焕<声学基础>P19
E e V0
(J /m )
3
2 1 p e 0v 2 2 2P0
P0 p c 0c 0 v
2
p e 2 2 2 0c 2 0c 0c 2

1.声 压
2.媒质的密度
3.媒质质点振动的速度 4.波速(声速)
静态密度ρ0(20ºC时、无声波扰动时) p 1 由 RT 有:
0
0
P
RT 5 3 1.013 10 29 10 1.29kg / m 2 8.31 293 0 0媒质被压缩时 0 0媒质被疏张时
p
2
p
2Βιβλιοθήκη Baidu
2
平均声能密度: e
1 edt T 0
T 2 m
T
e
1 T
p 2 cos (t kx) dt 2 0 c0 0

声波学基础

声波学基础

声波学基础

声波学基础是研究声波的产生、传播、接收和效应的学科。以下是声波学基础的一些基本概念:

1. 声波的产生和传播:声波是由物体的振动产生的,当物体振动时,会使得周围的介质(如空气、水、固体等)产生周期性的压缩和膨胀,从而形成声波的传播。声波的传播速度与介质的性质有关,如介质的密度、弹性模量、温度等。

2. 声波的接收:声波可以通过不同的介质传播,当声波遇到障碍物或接收器时,会发生反射、折射、吸收等现象,声波的能量会因此而减弱或消失。接收器可以根据声波的传播特性来检测、测量或记录声波。

3. 声波的效应:声波在传播过程中会对介质产生作用力,这种力可以改变介质的运动状态或形状。例如,声波可以引起物体的振动,从而产生声音。此外,声波还可以用于清洗、破碎、混合等物理过程。

4. 声波的参数:描述声波的参数有频率、振幅、相位、波长等。频率是声波单位时间内振动的次数,单位为赫兹(Hz);振幅是声波振动幅度的最大值,表示声波的强度;相位是描述声波波形变化的参数;波长是声波在一个周期内传播的距离。

5. 声波的应用:声波在许多领域都有广泛的应用。例如,超声波可以用于清洗、切割、医学成像等方面;次声波可以用于通信、地震勘探、环境监测等方面;声音可以用于语音通信、音乐、音响等领域。

总之,声波学基础是研究声波的基本规律和应用的学科,它在通信、医学、物理、工程等领域中都有广泛的应用。

声波的概念

声波的概念

声波的概念

声波是一种机械波,由物体振动产生,通过介质传播,最终被听觉器官接收,从而产生听觉体验。声波是我们日常生活中不可或缺的一部分,它们可以传递语言、音乐和其他声音,使我们能够听到我们周围的世界。本文将探讨声波的概念、性质和应用。

声波的概念

声波是一种机械波,由物体振动产生,通过介质传播,最终被听觉器官接收,从而产生听觉体验。声波的速度取决于介质的密度和弹性模量,因此不同介质中的声波速度也不同。在空气中,声波的速度约为343米/秒。

声波的性质

声波有许多独特的性质,这些性质使声波在我们的生活中发挥着重要的作用。以下是一些常见的声波性质:

1. 频率:声波的频率是指声波振动的次数。频率越高,声音越高。

2. 振幅:声波的振幅是指声波的能量大小。振幅越大,声音越响亮。

3. 波长:声波的波长是指声波在介质中传播的距离。波长越短,声音越高。

4. 速度:声波的速度取决于介质的密度和弹性模量,因此不同介质中的声波速度也不同。

5. 反射:声波可以反射,就像光线一样。这意味着声波可以被

反射回原来的方向,或者被反射到其他方向。

6. 折射:声波可以被介质折射,就像光线一样。这意味着声波可以改变方向,从而产生声音的回音。

7. 干扰:声波可以互相干扰,就像光线一样。这意味着当两个声波相遇时,它们可以相互增强或相互抵消。

应用

声波在我们的生活中有许多应用。以下是一些常见的声波应用: 1. 通讯:声波是一种重要的通讯媒介。电话、无线电和电视等设备都使用声波来传递信息。

2. 医学:声波在医学上有广泛的应用。超声波可以用于诊断和治疗,如超声波检查和超声波治疗。

声波基本的基本性质及其传播规律

声波基本的基本性质及其传播规律

1平面声波:
a.波动方程:
2 p 1 2 p 2 2 2 x c t 对于简谐振动而言:
p x, t P0 cos(t kx )
0,
p x, t P0 cos(t kx)
2.2.1 平面声波:
b.质点振动速度: 对于简谐振动而言:
u x U 0 cos(t kx) U 0 P0 / 0c
400 LI L p 10 lg c
2.1.3 声压级、声强级和声功率级
声功率与声强的关系
W I S
球面辐射时: I W 2
4r
波阵面面积
2.4.2 声压级、声强级和声功率级
声压级、声强级、声功率级之间的关系 (W=IS)
W 1 W W0 1 LP LI 10 lg 10 lg LW 10 lg S S I0 W0 I 0 S LW 20 lg r 11或 LW 20 lg r 8

0.1L p1
10
0.1L p2


可得:
L pT 10 lg 10

0.1L p1
10
0.1 L p1 L p


b.级的叠加(查表、图法):
L pT 10 lg 10

0.1L p1
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声学基础
第三章 声波的基本概念和性质
② 声波波动方程

物态方程
P=P(ρ )
dP ( dP )s d d
dp c2 d
声学基础
第三章 声波的基本概念和性质
② 声波波动方程
理想流体媒质中的三个 基本方程
运动方程 (p 与v的关系) 连续性方程 ( ' 与v的关系) 物态方程 (p与 '的关系)
② 声波波动方程

连续性方程
(媒质中单位时间内流入体积元的质量与流出该体积元的质 量之差应等于该体积元内质量的增加或减少)
( v) x S ( v) x dx S [( v) x ( v) x Sdx Sdx x t ( v) x t ( v) x dx]S x
声学基础
第三章 声波的基本概念和性质
② 声波波动方程


声场的特征可以通过媒质中的声压p,质点 速度v,密度的变化量ρ ’来表征。 根据声波过程的物理性质,建立声压随空 间位置的变化和随时间的变化两者之间的 联系——声波波动方程
声学基础
第三章 声波的基本概念和性质
② 声波波动方程
为了使问题简化,必须对媒质及声波过程作出假设: 弹性媒质 连续媒质 理想流体 传播过程绝热 小振幅声波
声波的基本概念

敲打音叉之后,音叉产生振动,振动中的音叉会 来回推撞周围的空气,使得空气的压力时高时低, 而使得空气分子产生密部和疏部的变化。
声学基础
第三章 声波的基本概念和性质
然后音叉向内 缩,密部继续 往外传送,但 音叉外侧形成 疏部
声波的基本概念
向外振动的音 叉,使相邻的 空气形成密部
接着音叉向内 到平衡位置, 密部继续往外 传送

W / S
声学基础
第三章 声波的基本概念和性质
③ 声功率与声强

对于平面波,在无反射的自由声场中,由于声波在传播过程 中,波阵面的大小相同,因此,声强与离声源的距离无关。 即平面波的声强保持不变。
S S S S


对于球面波,波阵面随传播距离的增加而扩大,在离声源距离r处,
其波阵面为以r为半径的球面,面积 S=4 r 2 ,则该处的声强为 W / 4 r 2
S 4S 9S
r
r
r
声学基础
第三章 声波的基本概念和性质
④ 声压级与声强级

人们主观听觉机构对声压大小的感受不是与声压 或声强成线性关系,而是与其对数成近似线性关 系。因此通常选用对数量来表示声学量
dv p dt x
v x t
dP c 2 d
c2 1
s

Ks
绝热体积弹性系数

绝热体积压缩系数
假设条件:媒质为理想流体;没有声扰动时媒质的初速度为零,且是均匀的; 声波传播是绝热过程;传播的是小振幅声波
声学基础
第三章 声波的基本概念和性质
声音的强弱只与瞬时声压的某种时间平均值有关,这种声 压的平均值称为有效声压 对简谐波有
1 T 2 p dt 从能量上考虑 pe 0 T
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第三章 声波的基本概念和性质
① 声压


声压和大气压相比是很小的,例如20Pa的声压差不多是 人耳听觉的最高极限。声压再高将使人耳疼痛难受,这一 极限称为痛阈。 如果声压很低人耳便听不见了。具有正常听力的人耳所能 听到的最低声压为2*10-5Pa,这个最低极限称为可听阈。
10 0.1
0.02
9
10 8 10
10
9
5
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第三章 声波的基本概念和性质
③ 声功率与声强

声强 sound intensity ,sound energy flux density
声强是衡量声波在传播过程中声音强弱的物理量。声场中 某一点的声强即在单位时间内,在垂直于声波传播方向的 单位面积上所通过的声能,符号为I,单位为瓦/米2 (W/m2)。
② 声波波动方程
小振幅声波一维波动方程 简化的方程: 1)运动方程:
v p 0 t x v 0 x t
2 0
2)连续性方程:
3)物态方程: p c
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第三章 声波的基本概念和性质
② 声波波动方程
均匀的理想流体媒质中小振幅声波的 波动方程(线性声波方程):
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第三章 声波的基本概念和性质
② 声波波动方程

运动方程
F1 ( P0 p ) S F2 ( P0 p dp ) S p F F1 F2 S dx x dv p Sdx S dx dt x dv p dt x
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第三章 声波的基本概念和性质
音叉振动时,周围的空气分子受到扰动,形成疏密波。
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第三章 声波的基本概念和性质
① 声压
p0:没有声波时,空气处于平衡状态时的静压强, 一般等于大气压强。 P1:有声波时的压强。空气会产生稠密和稀疏相间 的变化,稠密层的压强大于静压强,稀疏层的 压强小于静压强。
pP 1 P 0
单位为牛顿/米2(N/m2)或帕(Pa)或微巴(μ bar) 声压p一般是空间和时间的函数,即p=p(x,y,z,t)
交变的压强差即为声压,符号为p,
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第三章 声波的基本概念和性质
① 声压

瞬时声压 instantaneous sound pressure
某点的瞬时声压等于在该点的瞬时总压力减去静压力. 在一定时间间隔中最大的瞬时声压称为峰值声压。

有效声压 effective sound pressure
p 1 p 2 2 2 x c0 t
2 2
三维波动方程:
1 p p 2 2 c0 t
2 2
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第三章 声波的基本概念和性质
③ 声功率与声强

声功率 sound power
是表示声源单位时间内向外发射的声能 用W表示,单位为瓦
一些典型声源的声功率 声源名称 强力火箭 汽车 钢琴 声功率/W 声源名称 对话 小电钟 轻声耳语 声功率/W
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第三章 声波的基本概念和性质
第三章
声波的基本概念和性质
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第三章 声波的基本概念和性质
主要内容


声波的基本概念 声音的传播速度及有关现象 声波的反射与折射定理 声波的绕射和其他波动现象 运动声源的多普勒效应 声级 电-力-声类比
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第三章 声波的基本概念和性质
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