声和超声
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400Hz的声音 同时以5m/s的速度沿垂 400Hz的声音,同时以5m/s的速度沿垂 的声音, 直于墙C的方向运动,A为静止观察者 直于墙C的方向运动,A为静止观察者, 为静止观察者, 声速为340m/s,求 声速为340m/s,求:
A B C
1）墙反射的频率
2）A接收到的拍频 3）B上接收器接收到墙反射的声频
pm P= e 2
有效值
2、声阻（acoustical impedance） 声阻（ impedance）
（1） 定义： 定义： Pm = ρc Vm ( V = I R ) Z=ρ Z=ρc，单位：瑞利（N·S·m-3） 单位：瑞利（ （2） 强度反射系数
αir
Z2 − Z1 2 =( ) Z2 + Z1
2. B 型超声诊断仪
属于辉度调制型
显示屏 深度（时间） 一维 深度（时间） 一维 宽度
诊断一维平面图像
3. M 型超声诊断仪
属于辉度调制型
显示屏 一维 深度 一维 时间
诊断一直线各组织界面 随时间变化曲线
4、多普勒超声诊断仪（D型) 多普勒超声诊断仪（
原 理 图
c + v0 cosθ f ′= f c
20 HZ < f < 20000 HZ 10-12 w/m2 < I < 1 w/m2
2. 等响曲线
将不同频率相 同响度感觉的各点 连接起来,形成一响 度曲线 ( loudness contours)。 曲线上各点不同 频率的声强的声音 在人耳中可引起相 同响度的感觉。
50Hz
78db
同响
1000Hz
二、超声波的特性
1、方向性好； 方向性好； 2、穿透性强； 穿透性强； 3、反射显著； 反射显著； 4、功率较大。 功率较大。
三、超声波对物质的作用
1、机械作用； 机械作用； 2、热作用； 热作用； 3、空化作用。 空化作用。
四、超声波在医学上的应用
诊断原理： 诊断原理：
超声波→声阻不同的界面→ 超声波→声阻不同的界面→回波 （echo）→幅度（辉度） echo） 幅度（辉度）
第三章 声和超声
Sound and ultrasonic sound
第三章 声和超声
掌握：声压、声强、声强级、声压级、 掌握：声压、声强、声强级、声压级、 多普勒效应 熟悉：声阻、响度级、 熟悉：声阻、响度级、超声诊断物理原理 了解：听力曲线、 了解：听力曲线、超声波的特性与作用
第一节 声波
一、声波的物理特性
声音在空气中传播为纵波，是疏密波， 声音在空气中传播为纵波，是疏密波， 引起压强的局部变化。 引起压强的局部变化。
声压定义：媒质中有声波传播时的压强和 声压定义： 无声波传播时的原始压强之差 x π 瞬时值 P = ρ cAω cos[ω(t − ) + ]
c 2
幅值
P = ρ cAω = ρ cVm m
1、传播形式：在气体和液体中，纵波； 传播形式：在气体和液体中，纵波； 在 固体中，纵波和横波。 固体中，纵波和横波。 2. 传播速度：与媒质的性质和温度有关， 传播速度：与媒质的性质和温度有关， 与频率无关； 与频率无关； 3. V固>V液>V气 V固>V液>V气
二、描述声波的物理量
1、声压（sound pressure) 声压（ pressure)
信号显示方式： 信号显示方式：幅度调制和辉度调制
几种不同功能的超声诊断仪： 几种不同功能的超声诊断仪：
1、A 型超声诊断仪
2、B 型超声诊断仪 3、M 型超声诊断仪
4、多普勒超声诊断仪（D型) 多普勒超声诊断仪（
几种不同功能的超声诊断仪： 几种不同功能的超声诊断仪：
1. A 型超声诊断仪 幅度调制型 显示屏 深度（时间） 一维 深度（时间） 一维 反射波强度 诊断一维图像
例
某声压为10 某声压为 -4 Pa的声波在空气 的
中传播，若使其声压级增大 中传播，若使其声压级增大40 db,则 则 增大后的声波的声压 为多少 增大后的声波的声压P为多少。声强是 声波的声压 为多少。 原来的多少倍，声强级增加多少？ 原来的多少倍，声强级增加多少？
−4 p2 p2 10 40 = 20 log 10 − 20 log 10 = 20 log 10 −4 po po 10 p2 = 10−2 ( pa)
340 −15 λ′ = = 0.5m 650
c 340 f′= = = 680Hz λ′ 0.5
2)离开观察者时 离开观察者时
c + vs λ′ = cT + vsT = f
340 + 15 λ′ = = 0.55m 650
c 340 f′= = = 618.2Hz λ′ 0.55
例5：如图, B为声源, 发出频率为 如图, B为声源 为声源,
S靠近O运动 波长变短 靠近O
f '=
C λ'
=
C C−Vs
f
S远离O运动，波长变长 远离O运动，
f '=
C λ'
=
C C+Vs
f
4、 VO≠0
VS≠O
C ± V0 f '= f C m Vs
1）波源、观察者相向运动 VO为正 VS为负 波源、观察者背向运动 VO为负 VS为正 2） 两者靠近 f↑；两者远离 f↓。
10-12 w/m2 < I < 1 w/m2
第二节 声强级、声压级 、响度级 声强级、
人耳对声音强弱的反应由二个因素： 人耳对声音强弱的反应由二个因素： 声波强度，它取决于声音的强度 声波强度， 声波频率， 声波频率，它取决于声调的高低
一、声强级 (Sound Intensity level，SIL) level，
B远离 而去 s=5m/s 远离A而去 远离 而去,v
= 394Hz
因为A与墙C 因为A与墙C都静止 A接收到墙C反射的频率为406Hz 接收到墙C反射的频率为406Hz 所以A接收到的拍频 所以 接收到的拍频
∆f A = 406 − 394 = 12Hz
3) 此时 为观察者，以V0=5m/s的速度向静止 此时B为观察者 为观察者， 的速度向静止 的墙C运动， 的墙 运动，此时墙反射的频率为 f A 运动
I2 p2 2 10−2 2 = ( ) = ( −4 ) = 10000 I1 p1 10
声强级增加40分贝 声强级增加40分贝 40
三、响度级 ( Loudness level )
1.听觉 听觉 声音的响度不仅与声强有关， 声音的响度不仅与声强有关， 而且与声音的频率有关。 而且与声音的频率有关。
60 db
3. 响度级
在同一等响曲线 上，它们表示同一响 度等级。响度级单位 度等级。响度级单位: 方(phon) 响度级大小是以频率 的声音声 为1000Hz的声音声 的声音 强级分贝数为该响度 0 方曲线为听阈曲线 级的方数。 级的方数。 120 方曲线为痛阈曲线
据《武汉晚报》4月27日报道，一种噪音听来声 音不大，对人伤害却不小。武汉市环保局有关人土 提醒市民，低频噪音污染也要小心提防。 汉口杨汊湖小区—栋楼里的10多户居民，近来睡 不安神，可检查噪音，分贝又未超标，大家百思不 得其解。经环保人士多方勘查，谜底才解开：原来 ，—居民把喂鱼的供氧器悬挂在墙上，其震动发出 的低频噪声，搅得四邻不安。 斫口一家人搬入一套环境幽雅的新房后，竟然精 神恍惚，头疼欲裂。后来查清，是楼底变电房持续 不断的低频噪音在“捣鬼”。 人耳可闻的声音范围在20-20000赫兹之间，其 中500赫兹以下的噪音被称作低频噪音。低频噪音 形式很多，包括“的士’发动引擎时的突突声、迪 厅传出的跳舞者的脚步声、打桩机发出的机器声、 蜜蜂发出的“嗡嗡”声等。由于低频噪音在空气中 蜜蜂发出的“嗡嗡”声等。 由于低频噪音在空气中 传播速度较慢，对入耳的刺激不大，难被人发现。 其实，低频噪音多由震动发音，与人的生理频率 接近，若长期接触，入易与之共振，引起神经、心 脏不适最严重的甚至导致内出血。
c − v0 O远离S运动时 f ′ = ( 远离S )f c
λ
C + V0 C + V0 = = f CT C
2、 VS≠O
波长变化 S静止 S→O运动 S→O运动
VO=0
λ
VST
λ‘
λ' = λ − VS T = CT −VST = (C −VS )T
S远离O运动 远离O
λ' = λ + VS T = CT +VST = (C +VS )T
只喇叭同时发音，那么声强级是多少分贝？ 只喇叭同时发音，那么声强级是多少分贝？
解：
I 60 = 10 log10 I0
2I I x = 10 lg = 10 lg +10 lg 2 I0 I0
x = 60 + 3 = 63db
二、声压级 (Sound Pressure level，SPL) level，
∆Z↑ → αir↑
3、声 强（sound intensity） intensity） 1 2 2 定义: I = ρcA ω 定义: 2
能流密度 单位：瓦／米2 单位：
P 1 2 2 声压的关系： 声 强、声压的关系： I = ρcA ω = 2 ρc
同一媒质中
2 e
I1 P 2 1 =( ) I2 P 2
例4：一火车汽笛的频率为650Hz，火车的 一火车汽笛的频率为650Hz， 速度为15m/s,（c=340m/s)问 速度为15m/s,（c=340m/s)问： 1）驶向静止观察者 2）离开静止的观
察者时所接收到的波长和频率是多少？ 察者时所接收到的波长和频率是多少？
解：1）驶向观察者 ）
c − vs λ′ = cT − vsT = f
第三节 多普勒效应 (Doppler effect)
1. 普勒效应： 波源或观察者或两者相对媒质运 动时，观察者接收到的频率与波源 发出的频率不同的现象。
研究对象
研究波源频率 f 和观察者接收到的频 率 f′间关系。 间关系。 f 为单位时间内波源所发出的波数 c 。
λ
f′为单位时间内观察者接收到波数。 f′为单位时间内观察者接收到波数。 为单位时间内观察者接收到波数
1、定义
I P 2 SIL = 10 lg = 10 lg ( ) I0 P 0 P SPL = 20 lg P 0 (db)
纯音听阈的声压有效值P 空气中 1KHz 纯音听阈的声压有效值 0=2x10-5 pa 2、待测声波和参考声波相对于同一媒质时， 待测声波和参考声波相对于同一媒质时， 声强级(SIL)与声压级 声强级(SIL)与声压级(SPL)相同。 与声压级(SPL)相同 相同。
3.分类讨论 3.分类讨论
波源的运动速度为V 观察者的运动速度为V 波源的运动速度为Vs ，观察者的运动速度为Vo
1、VS＝0，VO = 0
ห้องสมุดไป่ตู้
c f′= = =f λ cT
c
2、VS＝0 VO≠0
Vo
c
O→S运动： O→S运动：这时 运动 是波数增加 s
f ′ = f + ∆f
f '= C + V0
解:1) 墙C反射的频率就等于墙C接收到的频率 反射的频率就等于 等于墙 B向墙C运动,vs=5m/s 向墙C运动,v
c 340 f c′ = f = × 400 c − vs 340 − 5
= 406Hz
2) A接收到 发出的频率为 接收到B发出的频率为 接收到 发出的频率为:
c 340 ′ fA = f = × 400 c + vs 340 + 5
1、定义
SIL = 10 log 10
2、引起听觉的最小声强 I0＝10-12w/m2 3、引起痛觉的声强 I＝1 w/m2
I (db) I0
SIL= 0 db
SIL= 12 0 db
听阈与痛阈是以 1000 Hz 的纯音为标准
例1：一只喇叭的声强级为60db，则这样的两 一只喇叭的声强级为60db，
′
c + v0 ′ 340 + 5 ′ fA = × 406 fB = c 340
= 412Hz
第四节 超声波 Wave） （Ultrasonic Wave）
一、超声波的发生与接收（自学） 超声波的发生与接收（自学） 二、超声波的特性 三、超声波对物质的作用 四、超声波在医学上的应用 （超声诊断仪） 超声诊断仪）
四、听力曲线(audiogram) 听力曲线(audiogram)
电子听力计发出不同音调(20Hz~20000Hz)和不同声强 和不同声强 电子听力计发出不同音调 (-10db~100db)的纯音，测量病人的听力曲线。 的纯音，测量病人的听力曲线。 的纯音
分贝并不是都以I 作为标准。 听力曲线的 0 分贝并不是都以 0作为标准。而 是以正常人的不同频率的听阈值作为标准
A B C
1）墙反射的频率
2）A接收到的拍频 3）B上接收器接收到墙反射的声频
pm P= e 2
有效值
2、声阻（acoustical impedance） 声阻（ impedance）
（1） 定义： 定义： Pm = ρc Vm ( V = I R ) Z=ρ Z=ρc，单位：瑞利（N·S·m-3） 单位：瑞利（ （2） 强度反射系数
αir
Z2 − Z1 2 =( ) Z2 + Z1
2. B 型超声诊断仪
属于辉度调制型
显示屏 深度（时间） 一维 深度（时间） 一维 宽度
诊断一维平面图像
3. M 型超声诊断仪
属于辉度调制型
显示屏 一维 深度 一维 时间
诊断一直线各组织界面 随时间变化曲线
4、多普勒超声诊断仪（D型) 多普勒超声诊断仪（
原 理 图
c + v0 cosθ f ′= f c
20 HZ < f < 20000 HZ 10-12 w/m2 < I < 1 w/m2
2. 等响曲线
将不同频率相 同响度感觉的各点 连接起来,形成一响 度曲线 ( loudness contours)。 曲线上各点不同 频率的声强的声音 在人耳中可引起相 同响度的感觉。
50Hz
78db
同响
1000Hz
二、超声波的特性
1、方向性好； 方向性好； 2、穿透性强； 穿透性强； 3、反射显著； 反射显著； 4、功率较大。 功率较大。
三、超声波对物质的作用
1、机械作用； 机械作用； 2、热作用； 热作用； 3、空化作用。 空化作用。
四、超声波在医学上的应用
诊断原理： 诊断原理：
超声波→声阻不同的界面→ 超声波→声阻不同的界面→回波 （echo）→幅度（辉度） echo） 幅度（辉度）
第三章 声和超声
Sound and ultrasonic sound
第三章 声和超声
掌握：声压、声强、声强级、声压级、 掌握：声压、声强、声强级、声压级、 多普勒效应 熟悉：声阻、响度级、 熟悉：声阻、响度级、超声诊断物理原理 了解：听力曲线、 了解：听力曲线、超声波的特性与作用
第一节 声波
一、声波的物理特性
声音在空气中传播为纵波，是疏密波， 声音在空气中传播为纵波，是疏密波， 引起压强的局部变化。 引起压强的局部变化。
声压定义：媒质中有声波传播时的压强和 声压定义： 无声波传播时的原始压强之差 x π 瞬时值 P = ρ cAω cos[ω(t − ) + ]
c 2
幅值
P = ρ cAω = ρ cVm m
1、传播形式：在气体和液体中，纵波； 传播形式：在气体和液体中，纵波； 在 固体中，纵波和横波。 固体中，纵波和横波。 2. 传播速度：与媒质的性质和温度有关， 传播速度：与媒质的性质和温度有关， 与频率无关； 与频率无关； 3. V固>V液>V气 V固>V液>V气
二、描述声波的物理量
1、声压（sound pressure) 声压（ pressure)
信号显示方式： 信号显示方式：幅度调制和辉度调制
几种不同功能的超声诊断仪： 几种不同功能的超声诊断仪：
1、A 型超声诊断仪
2、B 型超声诊断仪 3、M 型超声诊断仪
4、多普勒超声诊断仪（D型) 多普勒超声诊断仪（
几种不同功能的超声诊断仪： 几种不同功能的超声诊断仪：
1. A 型超声诊断仪 幅度调制型 显示屏 深度（时间） 一维 深度（时间） 一维 反射波强度 诊断一维图像
例
某声压为10 某声压为 -4 Pa的声波在空气 的
中传播，若使其声压级增大 中传播，若使其声压级增大40 db,则 则 增大后的声波的声压 为多少 增大后的声波的声压P为多少。声强是 声波的声压 为多少。 原来的多少倍，声强级增加多少？ 原来的多少倍，声强级增加多少？
−4 p2 p2 10 40 = 20 log 10 − 20 log 10 = 20 log 10 −4 po po 10 p2 = 10−2 ( pa)
340 −15 λ′ = = 0.5m 650
c 340 f′= = = 680Hz λ′ 0.5
2)离开观察者时 离开观察者时
c + vs λ′ = cT + vsT = f
340 + 15 λ′ = = 0.55m 650
c 340 f′= = = 618.2Hz λ′ 0.55
例5：如图, B为声源, 发出频率为 如图, B为声源 为声源,
S靠近O运动 波长变短 靠近O
f '=
C λ'
=
C C−Vs
f
S远离O运动，波长变长 远离O运动，
f '=
C λ'
=
C C+Vs
f
4、 VO≠0
VS≠O
C ± V0 f '= f C m Vs
1）波源、观察者相向运动 VO为正 VS为负 波源、观察者背向运动 VO为负 VS为正 2） 两者靠近 f↑；两者远离 f↓。
10-12 w/m2 < I < 1 w/m2
第二节 声强级、声压级 、响度级 声强级、
人耳对声音强弱的反应由二个因素： 人耳对声音强弱的反应由二个因素： 声波强度，它取决于声音的强度 声波强度， 声波频率， 声波频率，它取决于声调的高低
一、声强级 (Sound Intensity level，SIL) level，
B远离 而去 s=5m/s 远离A而去 远离 而去,v
= 394Hz
因为A与墙C 因为A与墙C都静止 A接收到墙C反射的频率为406Hz 接收到墙C反射的频率为406Hz 所以A接收到的拍频 所以 接收到的拍频
∆f A = 406 − 394 = 12Hz
3) 此时 为观察者，以V0=5m/s的速度向静止 此时B为观察者 为观察者， 的速度向静止 的墙C运动， 的墙 运动，此时墙反射的频率为 f A 运动
I2 p2 2 10−2 2 = ( ) = ( −4 ) = 10000 I1 p1 10
声强级增加40分贝 声强级增加40分贝 40
三、响度级 ( Loudness level )
1.听觉 听觉 声音的响度不仅与声强有关， 声音的响度不仅与声强有关， 而且与声音的频率有关。 而且与声音的频率有关。
60 db
3. 响度级
在同一等响曲线 上，它们表示同一响 度等级。响度级单位 度等级。响度级单位: 方(phon) 响度级大小是以频率 的声音声 为1000Hz的声音声 的声音 强级分贝数为该响度 0 方曲线为听阈曲线 级的方数。 级的方数。 120 方曲线为痛阈曲线
据《武汉晚报》4月27日报道，一种噪音听来声 音不大，对人伤害却不小。武汉市环保局有关人土 提醒市民，低频噪音污染也要小心提防。 汉口杨汊湖小区—栋楼里的10多户居民，近来睡 不安神，可检查噪音，分贝又未超标，大家百思不 得其解。经环保人士多方勘查，谜底才解开：原来 ，—居民把喂鱼的供氧器悬挂在墙上，其震动发出 的低频噪声，搅得四邻不安。 斫口一家人搬入一套环境幽雅的新房后，竟然精 神恍惚，头疼欲裂。后来查清，是楼底变电房持续 不断的低频噪音在“捣鬼”。 人耳可闻的声音范围在20-20000赫兹之间，其 中500赫兹以下的噪音被称作低频噪音。低频噪音 形式很多，包括“的士’发动引擎时的突突声、迪 厅传出的跳舞者的脚步声、打桩机发出的机器声、 蜜蜂发出的“嗡嗡”声等。由于低频噪音在空气中 蜜蜂发出的“嗡嗡”声等。 由于低频噪音在空气中 传播速度较慢，对入耳的刺激不大，难被人发现。 其实，低频噪音多由震动发音，与人的生理频率 接近，若长期接触，入易与之共振，引起神经、心 脏不适最严重的甚至导致内出血。
c − v0 O远离S运动时 f ′ = ( 远离S )f c
λ
C + V0 C + V0 = = f CT C
2、 VS≠O
波长变化 S静止 S→O运动 S→O运动
VO=0
λ
VST
λ‘
λ' = λ − VS T = CT −VST = (C −VS )T
S远离O运动 远离O
λ' = λ + VS T = CT +VST = (C +VS )T
只喇叭同时发音，那么声强级是多少分贝？ 只喇叭同时发音，那么声强级是多少分贝？
解：
I 60 = 10 log10 I0
2I I x = 10 lg = 10 lg +10 lg 2 I0 I0
x = 60 + 3 = 63db
二、声压级 (Sound Pressure level，SPL) level，
∆Z↑ → αir↑
3、声 强（sound intensity） intensity） 1 2 2 定义: I = ρcA ω 定义: 2
能流密度 单位：瓦／米2 单位：
P 1 2 2 声压的关系： 声 强、声压的关系： I = ρcA ω = 2 ρc
同一媒质中
2 e
I1 P 2 1 =( ) I2 P 2
例4：一火车汽笛的频率为650Hz，火车的 一火车汽笛的频率为650Hz， 速度为15m/s,（c=340m/s)问 速度为15m/s,（c=340m/s)问： 1）驶向静止观察者 2）离开静止的观
察者时所接收到的波长和频率是多少？ 察者时所接收到的波长和频率是多少？
解：1）驶向观察者 ）
c − vs λ′ = cT − vsT = f
第三节 多普勒效应 (Doppler effect)
1. 普勒效应： 波源或观察者或两者相对媒质运 动时，观察者接收到的频率与波源 发出的频率不同的现象。
研究对象
研究波源频率 f 和观察者接收到的频 率 f′间关系。 间关系。 f 为单位时间内波源所发出的波数 c 。
λ
f′为单位时间内观察者接收到波数。 f′为单位时间内观察者接收到波数。 为单位时间内观察者接收到波数
1、定义
I P 2 SIL = 10 lg = 10 lg ( ) I0 P 0 P SPL = 20 lg P 0 (db)
纯音听阈的声压有效值P 空气中 1KHz 纯音听阈的声压有效值 0=2x10-5 pa 2、待测声波和参考声波相对于同一媒质时， 待测声波和参考声波相对于同一媒质时， 声强级(SIL)与声压级 声强级(SIL)与声压级(SPL)相同。 与声压级(SPL)相同 相同。
3.分类讨论 3.分类讨论
波源的运动速度为V 观察者的运动速度为V 波源的运动速度为Vs ，观察者的运动速度为Vo
1、VS＝0，VO = 0
ห้องสมุดไป่ตู้
c f′= = =f λ cT
c
2、VS＝0 VO≠0
Vo
c
O→S运动： O→S运动：这时 运动 是波数增加 s
f ′ = f + ∆f
f '= C + V0
解:1) 墙C反射的频率就等于墙C接收到的频率 反射的频率就等于 等于墙 B向墙C运动,vs=5m/s 向墙C运动,v
c 340 f c′ = f = × 400 c − vs 340 − 5
= 406Hz
2) A接收到 发出的频率为 接收到B发出的频率为 接收到 发出的频率为:
c 340 ′ fA = f = × 400 c + vs 340 + 5
1、定义
SIL = 10 log 10
2、引起听觉的最小声强 I0＝10-12w/m2 3、引起痛觉的声强 I＝1 w/m2
I (db) I0
SIL= 0 db
SIL= 12 0 db
听阈与痛阈是以 1000 Hz 的纯音为标准
例1：一只喇叭的声强级为60db，则这样的两 一只喇叭的声强级为60db，
′
c + v0 ′ 340 + 5 ′ fA = × 406 fB = c 340
= 412Hz
第四节 超声波 Wave） （Ultrasonic Wave）
一、超声波的发生与接收（自学） 超声波的发生与接收（自学） 二、超声波的特性 三、超声波对物质的作用 四、超声波在医学上的应用 （超声诊断仪） 超声诊断仪）
四、听力曲线(audiogram) 听力曲线(audiogram)
电子听力计发出不同音调(20Hz~20000Hz)和不同声强 和不同声强 电子听力计发出不同音调 (-10db~100db)的纯音，测量病人的听力曲线。 的纯音，测量病人的听力曲线。 的纯音
分贝并不是都以I 作为标准。 听力曲线的 0 分贝并不是都以 0作为标准。而 是以正常人的不同频率的听阈值作为标准