211声学理论基础高志鹰
一种便于编程的窄带噪声谱计权计算方法
! 0p .e M u [ R \ O N R ? ip d e t v h v E r d EqE p d 3 k3 n p d r E Ew e i k t 3 n xE e l d p E ki E p x3 r w t* ;0 Ih i kCxE e l d p t E t p h F $ 1A 4 e t d E kF h t E k3 ip d Et p g k f3 n p d E e r n r E y g E i m fr E t v 3 i t En g i m p e 3 i t d r E ExE e l d p e i ln g i m p e 3 iE z v r E t t e 3 i t 1A h r Ek E r e s E k d Ev r h m p e m h 4 h v v 4 e m h p e 3 i tt d 3 xp d h p p d E t ExE e l d p e i ln g i m p e 3 i td h s En E h p g r E t3 n d e l dm h 4 $ 0 m g 4 h p e i lv r E m e t e 3 ih i km 3 i s E i e E i pv r 3 l r h qqe i l h i kp d En r E y g E i m fxE e l d p e i lv r 3 F 4 E qe ip d Ei h r r 3 x$ 1 F h i ki 3 e t Et v E m p r g qh i h 4 f t e tm h iF Et 3 4 s E k ! (n (v {W ^_ T \ Y [ i 3 e t Et v E m p r g qh i h 4 f t e t r E y g E i m fxE e l d p r 3 l r h qqe i ln 3 r qg 4 h 在 对 噪 声 的 测 量 与 评 定 中 0 常 根 据 等 响 曲 线 的 特 点 把 高 H 中 H 低 不 同 响 度 的 声 音 分 别 施 加 不 同 的 频 率 计 权 0 使 测 量 得 到 的 分 贝 值 与 人 们 主 观 上 感 受 的 响 度 有 一 定 的 相 关 性 J 在 模 拟 式 声 级 计 或 模 拟 式 测 量 系 统 中 0 频 率 计 权 通 过 预 先 设 计 的 适 当 的 滤 波 器 来 实 现 0 但 在 数 字 式 窄 带 频 谱 分 析 装 置 中 却 并 非 易 事 J 目 前 在 数 字 式 窄 带 声 级 频 谱 分 析 装 置 中 0 常 用 ,种 方 式 来 实 现 窄 带 频 谱 计 权 功 能 J 一 种 是 借 助 于 模 拟 滤 波 器 将 白 噪 声 滤 波 后 得 到 某 一 频 段 的 计 权 曲 线 值 并 存 入 内 存 中 0 然 后 再 把 采 样 并 经 谱 分 析 后 的 噪 声 频 谱 与 之 相 乘 得 到 窄 带 计 权 噪 声 频 谱 J 这 种 方 法 的 最 大 缺 点 是 每 当 采 样 频 率 发 生 改 变 时 0 必 须 重 新 进 行 一 次 白 噪 声 滤 波 并 存 入 一 个 相 应 频 率 段 的 计 权 曲 线 值 0 因 此 0 这 种 方 法
大管声学原理及音色在实际演奏中的运用与研究
046《名家名作》·研究［摘 要］ 乐器音色是乐器生产、演奏和欣赏过程中主要考虑的因素。
各种乐器的音色也各有不同，因而不同的乐器组合起来便形成了美妙、丰富多彩的音响效果。
以大管发音原理、管体声学研究为基础，阐述声学对大管音色的影响，从而探讨如何发挥高质量音色在大管演奏中的实际运用。
剖析哨片震动对声音的影响、干预音色的物理参数以及声学指标，从而在声学科学理论指导下解决大管演奏中音色的相关技术问题。
［关 键 词］ 大管；声学原理；音色要素；演奏运用大管声学原理及音色在实际演奏中的运用与研究张玉哲一、大管的哨片（簧）振动与发声原理大管在乐器分类中属于气鸣乐器，是以气流激发声源体振动而发音的乐器。
从声源体的结构差别来看，大管是簧振动方式的吹奏乐器。
大管所用的簧片也就是哨片，为芦苇内部的薄片。
当哨片受到气流冲击后，在一定的压差作用下哨片会产生震动，当簧的弹性恢复力高过气压时，簧短时间内会返回并越过平衡位置，接着在气流作用下簧再向着相反方向运动，这样就会震动而产生声音。
哨片的密度以及尺寸直接决定了振动的频率，一般情况下其三维尺寸越大，密度越低，则对应的频率越低，相反情况下则越高。
因此，为调节发音的高低，可对这些参数进行调节。
大管的结构组成包括哨片、乐器管体、音孔和按键等几部分。
哨片在发声后可激活鸣管体的振动。
当吹奏大管哨片时，哨片会同步振动，此后整个自由端也会产生震动。
哨片振动的频率不同，自由端的振动区域也存在差异。
一般情况下，吹奏低音时，哨片振动范围大；而吹奏中、高音时，哨片分别是前段和顶端振动。
大量的演奏经验表明，哨片上需要设置哨骨，这样才可以控制簧片，有劲力，发音集中，从而产生更好的音效。
哨片的劲度和厚度存在正相关关系。
不过在哨片过硬过厚的情况下，哨片拉动需要消耗大量的气体能量，转变为声振动的能量较少，增加了演奏的难度，同时也导致哨片杂音增多，音量不能很好地调节。
在哨片过软过薄的情况下，音色缺乏光泽，难以很好地强奏。
学科专业代码及名称
研究方向代码及名称
指导
教师
招生人数
考试科目
备注
003航海学院
160
联系人：任老师
88493770
070206声学
6
01环境声学
02物理声学
03水声学
04声信息处理
杨士莪院 士
陈克安教 授
王英民教 授
陈 航教 授
盛美萍教 授
王敏庆教 授
侯 宏教 授
李钢虎教 授
曾向阳教 授
张群飞教 授
917水声工程综合测试（一）
918水声工程综合测试（二）
任选一门
085229环境工程
3
陈克安教 授
侯 宏教 授
盛美萍教 授
曾向阳教 授
徐 颖副教授
杨宏晖副教授
杨有粮副教授
①101思想政治理论
②204英语（二）
③302数学（二）
④831噪声与振动控制
复试科目：
922环境学综合考试
03机电控制与自动化
04仿生机电及智能机器人
05现代应用电子技术与系统
宋保维教 授
王海燕教 授
王敏庆教 授
张效民教 授
党建军教 授
罗 建副教授
王晓娟副教授
张 歆副教授
季小尹副教授
韩 鹏副教授
①101思想政治理论
②201英语(一)
③301数学(一)
④858信号检测与估计
或875流体力学
复试科目：
903机械与力学专业综合
王育才教 授
康凤举教 授
张效民教 授
严卫生教 授
陈 航教 授
陈建峰教 授
冯西安教 授
贺昱曜教 授
理论声学 Theoretical Acoustics
音频声学实验室
• 主体建筑建成 于1964、1985 年,国内外少有 • 大量的声场实 验和标准测量 •仪器设备改造 投资逾400万元
2018/10/10
理论声学(1) 绪论
30
Pneumatic loudspeaker
2018/10/10
理论声学(1) 绪论
31
Equipment Made in China
2018/10/10 理论声学(1) 绪论 1
主要参考书
马大猷，现代声学理论基础，科学出版社 (2004)。 杜功焕、朱哲民、龚秀芬著，声学基础(第2版)， 南京大学出版社(2001年)。 Allan D. Pierce, Acoustics, McGraw-Hill Book Company P.M.莫尔斯、K.U.英格特著，理论声学(上、下 两册)，科学出版社(1984、1986年)。 Dan Russell /~drussell/Demos.html,
2018/10/10
理论声学(1) 绪论
11
振动
• 频率 单位时间里波动的次数 单位 Hz次/秒 赫兹 • 周期 波动一次的时间 • 波长 波动一次传播的距离 • 声速 声速等于波长乘以频率 • 振幅
2018/10/10 理论声学(1) 绪论 12
声音的频谱
A4=440Hz
2018/10/10 理论声学(1) 绪论 13
2018/10/10
理论声学(1) 绪论
8
声波的定性描述
2018/10/10
理论声学(1) 绪论
9
声是弹性介质中传播的机械波
• 弹性介质: 空气 • 真空中没有声波 水 (流体) 固体
2018/10/10
基于轴翻转教学模式的研究生批判性思维培育路径初探——以声纳阵列信号处理课程为例
［收稿时间］2021-08-29［基金项目］海军工程大学教育科研资助项目。
［作者简介］孔晓鹏（1987—），男，山东人，博士，副教授，研究方向为声纳阵列信号处理。
［摘要］为培育研究生批判性思维，可将通识教育与专业教育有效融合，这是军校研究生理技融合培养目标实现的有效途径之一。
针对研究生批判性思维严重缺乏的问题，海军工程大学水声工程专业的声纳阵列信号处理课程采用轴翻转教学模式，以“能力—知识—应用—思维”为导向，以声纳装备技战术需求和现实不符为牵引，以高分辨、强稳健空时先进处理技术为主线，通过兴趣激发、使命学习等环节，进行渐进式教学内容规划、思维训练和面批考核，实现思维构建知识体系、智慧批判工程问题。
教学效果的调查问卷结果表明：轴翻转教学模式充分激发了研究生的学习兴趣和主动性，86%的研究生对声纳使用暴露出的问题进行了有效批判。
［关键词］轴翻转教学模式；批判性思维；使命学习［中图分类号］G643［文献标识码］A ［文章编号］2095-3437（2023）04-0037-04February ，2023University Education随着大数据技术在各领域中的广泛应用，使用数据分析提供知识表达成为常态，这为传统的高等教育带来了严峻挑战。
一方面，传统学科之间深度融合、交叉汇聚，多领域知识需求增加；另一方面，知识获取方式更加广泛，学生自行获取的知识具有碎片化等特点。
斯坦福大学认为，在信息化社会中，学生对知识的掌握程度不再被认为最重要，重要的是对知识的运用能力。
为此，该大学在未来规划中以学生对信息的解释、探寻、综合能力为培养目标，创造性地提出了轴翻转（Axis Flip ）教学模式，以实现知识与能力的翻转[1-2]。
教育的价值不是多记知识，而是训练大脑的思维[3]。
轴翻转教学模式的实现关键在于批判性思维的塑造，这也是中国高等教育，特别是研究生教育中常常被忽视的教学目标。
耶鲁大学校长曾指出，中国高校教育在跨学科的广度和批判性思维的培养方面与世界著名学校存在较大差距[4-5]。
2-1-1声学理论基础-高志鹰
本章内容
波动方程与声的基本性质 声传播及结构声辐射 声阻抗、声强及声功率
噪声及其控制技术
波动方程与声的基本性质
• 声波及声波的产生
• 理想媒质中的声波波动方程
• 典型声波及典型声源
何为声【声波】？
狭义：
1、声音是由声源的机械振动产生的，声源的振动 状态，通过周围介质向四周传播形成声波。 2、媒质质点的机械振动由近及远的传播称为声振 动的传播或称为声波。
声学理论基础
主讲：高志鹰
噪声：
狭义噪声：振幅和频率杂乱、断续，或统计上无规 律的声音都可以称为噪声。比如工地的施工机械声 音，电钻钻墙的声音。 广义噪声：凡是不悦耳的，人们所讨厌的、给人以 烦恼感觉的，或有害于身心健康的声音都属于噪声。
一种人们不愿意听到的声音。事实上，在深夜影响 人们正常休息的音乐也是噪声。
米 秒
在空气中，1帕的声压对应的振速约为 2.3 103 米 声场中介质质点位移振幅是很小的。 水中1帕的声音，相应的振速约为 7 107 米 秒
秒 相应于频率1000Hz声音的质点位移约为 3.7105 厘米
相应于1000Hz声音的位移仅为 108 厘米，
水中质点位移比空气中质点位移更小
0 l
U U0 u
小振幅波的含义是指：小振幅波的声学量和声学量的 各阶时间或空间导数为一阶小量。
均匀的含义是指：
静止的含义是指：
ρ0 常数
U0 0
由连续性方程： 得：
[ U ] t
2、连续性方程 [ U ] 0 l t
u 0 p t
声学 声压法测定噪声源声功率级和声能量级 反射面上方近似自由场的工程法
声学声压法测定噪声源声功率级和声能量级反射面上方近似自由场的工程法目录1. 引言1.1 背景和意义1.2 结构概述1.3 目的2. 声学基础2.1 声波的特性2.2 音频测量指标2.3 噪声源的声压级与声功率级关系3. 声压法测定噪声源声功率级和声能量级原理与方法3.1 测量原理3.2 测量步骤与仪器设备3.3 数据处理与结果分析4. 反射面上方近似自由场的工程法应用及优势研究4.1 研究背景和现状介绍4.2 方法及实验设计4.3 结果与讨论5. 结论5.1 主要发现总结5.2 展望未来研究方向和应用前景1. 引言1.1 背景和意义声学是研究声波传播、产生和控制的科学，对于人们的日常生活、工作环境和健康都有着重要影响。
噪声作为一种常见的声音不良效应，已经成为了现代社会中一个严重的环境问题。
噪声污染不仅危害人类身体健康，还影响了人们对环境的舒适感受和工作效率。
为了控制噪声污染并保护人们的健康，需要准确地测量噪声源的强度。
而测量噪声源强度的基本参数之一就是声功率级和声能量级。
这两个指标可以帮助我们评估噪音产生源的强度，并指导我们采取相应措施降低其影响。
因此，准确测定噪声源的声功率级和声能量级具有重要意义，并且可以为我们提供科学依据来设计合适的隔音材料、降噪设备以及优化工作场所布局。
1.2 结构概述本文主要介绍了使用声压法测定噪声源声功率级和声能量级的原理与方法，并探讨了在反射面上方近似自由场的工程法应用及优势研究。
首先，我们会对声学基础知识进行概述，包括声波的特性以及常用的音频测量指标。
然后，我们将详细介绍声压法测定噪声源声功率级和声能量级的原理与方法，包括测量步骤与仪器设备、数据处理与结果分析等内容。
随后，我们将通过研究背景和现状介绍来说明反射面上方近似自由场的工程法在噪音测量中的重要性。
同时，我们会介绍相关的方法和实验设计，并对实验结果进行讨论。
最后，在结论部分，我们将总结本文的主要发现，并展望未来在该领域的研究方向和应用前景。
中图分类号目录参考
中图分类号目录参考《噪声与振动控制杂志》常用的中图分类号O 数理科学O1 数学O241．82 偏微分方程的数值解法(有限元法入此)(包含模态分析) O242．21 有限元法(宜入O241．82)O3 力学O32 振动理论（总论入此，流体振动入O353．1；机械振动入TH113．1）O321 线性振动（简谐、阻尼、受迫及共振等问题入此）O322 非线性振动O323 自激振动、参数振动O324 随机振动O325 有限自由度体系的振动O326 弹性体的振动O327 结构振动（总论入此，建筑结构振动入TU311．3）O328 减振、隔振理论O329 振动测量技术O347．1 动载荷(冲击载荷入此)O353 流体振动与波浪O353．1流体振动理论O38 爆炸力学O381 爆震理论O383 爆炸波与物体的相互作用O4 物理学O42 声学（总论入此，声学工程入TB5；地声学入P315．3）O42 1声学原理O42 1+．1 基本理论O42 1+．2 振动体（声源）O42 1+．3 振动的发生方法O42 1+．4 机电类比O42 1+．5 固体中振动的传播O421+．6 声与物质的相互作用O42 2声的传播O42 2．1 声速O42 2．2 声场O42 2．3 声的反射与折射O422．4 声的吸收与衰减O422．5 声的干涉、衍射和散射O42 2．6 声的共振与声的辐射O42 2．7 大振幅声波、非线性效应O42 2．8 噪音（参见TB53）O42 3声的合成与分析O42 4物理声学O42 5次声学O42 6超声学O42 7水声学（海洋声学入P733．2；声纳入U666．7）O42 7．1 水声传播O42 7．2 水中声波的散射和混响O42 7．3 水中声起伏O42 7．4 气泡、空化、湍流、尾流的声源特性O42 7．5 水下噪声（海水噪声入P733．22）O42 7．9 水声的应用（宜入TB56）O429 应用声学（总论入此。
风力机叶片在不同载荷作用下的应力特性分析
风力机叶片在不同载荷作用下的应力特性分析赵元星;白叶飞;汪建文;黄新宇;云萌;冀文举;高志鹰【摘要】针对额定功率为100 W的水平轴风力机叶片为研究对象构建实体模型,利用ANSYS有限元方法,模拟分析叶片在气动力、离心力及重力作用下的应力特征,最后由实验数据和模拟计算做对比分析.额定工况单独载荷作用研究,得出叶片应力主要受气动力与离心力的作用,重力影响不大;施加复合载荷,同一截面相对位置,叶片迎风面应力值大于背风面应力值,且随风速增加应力值逐渐增大,最大应力值处始终保持最大.【期刊名称】《可再生能源》【年(卷),期】2015(033)005【总页数】7页(P693-699)【关键词】水平轴风力机;数值模拟;应力分布;相对翼展【作者】赵元星;白叶飞;汪建文;黄新宇;云萌;冀文举;高志鹰【作者单位】内蒙古工业大学,内蒙古呼和浩特010051;内蒙古工业大学,内蒙古呼和浩特010051;内蒙古工业大学,内蒙古呼和浩特010051;风能太阳能利用技术教育部省部共建重点实验室,内蒙古呼和浩特010051;内蒙古工业大学,内蒙古呼和浩特010051;内蒙古工业大学,内蒙古呼和浩特010051;内蒙古工业大学,内蒙古呼和浩特010051;内蒙古工业大学,内蒙古呼和浩特010051【正文语种】中文【中图分类】TK83风力发电机组长期于野外运行，其工作的安全性、可靠性、稳定性是近些年来人们关注的重点。
叶片作为风力机的重要部件，承受着十分复杂恶劣的交变载荷，容易受力产生变形，严重地甚至导致叶片断裂、风机倒塌等事故，因此探究风力机叶片应力分布显得尤为重要，普遍受到国内外学者的关注。
针对叶片结构，国内学者基于ANSYS软件利用有限元方法分析了其在终极负载及不同平均风速作用下的叶片应力应变、叶片挠度及振动模态[1]，[2]；湖南长沙理工大学使用有限元方法分析了复合风力机叶片的应力特点[3]；内蒙古科技大学通过分析其应力-应变，确认了风力机最优停止模式[4]。
声学漫谈(绪论)
技术的发展
1842年焦耳发现磁致伸缩 1880年居里兄弟发现压电效应，石英 20世纪初电子管，随后的半导体、集 成电路、计算机
4. 现代声学的研究内容
海洋学
电工和 化工
声学基础
5.本课程内容安排
第一部分 绪论 第二部分 声学基本原理 第三部分 声学各分支概述
第三部分包括： 海洋声学、大气声学、地声学、超声学、建 筑声学等
“许多人看了瑞利的<<声学原理>>
以后觉得声学的所有问题都已经研究 过了，以后也许只有工程技术问题了， 但实际上完全不是这样。20世纪，特 别是20世纪下半叶，声学有了突飞猛 进的发展，面貌一新。”
关定华<<奇妙的声音世界>>
现代声学：20世纪大发展
理论的发展及交叉学科的形成
非线性声学、混沌(Chaos) 海洋、大气和地球的声学 超声检测、处理、超声电子学 建筑声学，噪声控制，语言声学 生理声学和心理声学
声学技术
噪声控制技术 采用工程技术措施控制噪声源的声输出，控制噪声的传播和 接收，以得到人们所要求的声学环境 有源噪声与振动控制技术: 当前最热门的研究方向， 用声波来抵消声波
声学技术
电声技术 把电信号转变为声信号，或者把声信号转变为电信号的技术 都是电声的研究与应用范畴．(现在到处使用的话筒、喇叭、 音响、电声系统等等) 研究前沿: 新概念扬声器, 如强指向性声源和平板扬声器等 微型传声器, 如毫米以下的话筒, 植入耳朵中的电 子耳蜗等
实际生活中的比喻: 水中的波浪 田里的麦浪 体育馆的人浪 （Audience wave）
描述声波的基本概念
连续介质 无限多连续分布的物质点 包含 大量分子的小体积元 声场 存在声音的空间 声压 声场中声音产生的压力扰动 单位：Pa(帕) N/m2 bar(巴) = 100kPa
太赫兹SAR高频振动误差补偿方法
B 是 雷 达 带 宽 ，sinc(×) 是 辛 格 函 数 ，λ 是 波 长 ，
R(u; Rs) 为 目 标 到 雷 达 的 瞬 时 斜 距 ，可 表 示 为
R(u; Rs) = r(u; Rs) + rv(u; Rs) = r(u; Rs) +
rv0(u; Rs)cos θ(u)
(2)
式 中 ，r(u; Rs) 是 理 想 斜 距 ，rv(u; Rs) 是 由 于 振 动
带 来 的 振 动 斜 距 ，rv0(u; Rs) 表 示 孔 径 中 心 处 的 平
收稿 日 期 ：2021-04-05 基金 项 目 ：湖南省自然科 学 基 金 项 目 (2020JJ5661)； 国 家 自 然 科 学 基 金 项 目 (61571447) 作者 简 介 ：陈经纬 (1997-)，男， 硕 士 生， 主 要 从 事 合 成 孔 径 雷 达 成 像 研 究 ． 通信 作 者 ：安道祥 (1982-)，男， 副 教 授， 主 要 从 事 先 进 SAR 成 像 技 术 研 究 ． E-mail：daoxiangan@
某一距离处 小波多 信号相位 去除低 振动
信号相位 层滤波 低频部分 频部分 误差
图 3 小波滤波法构造振动误差流程
1.2.2 小 波 补 偿 方 法 性 能 分 析
根 据 式 (3) ，可 以 得 到 多 普 勒 频 率 fa 随 慢 时
间的线性变化关系：
fa
(u)
=
(2π)-1
dφ du
=
2V
2
慢 时 间 呈 线 性 关 系 ；当 存 在 振 动 误 差 即 Ai ¹ 0
时，多 普 勒 频 率 随 慢 时 间 变 化 呈 非 线 性 关系 ．
施加一阶挥舞振型后的风轮气动特性研究
施加一阶挥舞振型后的风轮气动特性研究王志光;高志鹰;汪建文;陈天阁;孙晓颖【摘要】文章采用Fluent软件,对半径为0.7 m的水平轴风力机进行了三维非定常气动特性数值模拟,应用动网格技术,为风轮模型施加了一阶挥舞振动.对比分析有无振动情况下的计算结果,得到了振动叶片表面动压、转矩及轴向推力的周期变化规律,并发现:当叶片振动后,动压变化频率约为振动频率的2倍;转矩和推力较振动出现相位差,且推力与振动相位差0.3π.通过为风轮叶片施加一阶振动,实现了对振动状态下风力机气动特性的初步探索,为更加准确地模拟风力机气动特性提供了方法参考.%The Fluent is used to simulate 3D unsteady aerodynamic characteristics of a horizontal axis wind turbine of R=0.7 m.A one order waving vibration is applied to the wind turbine model using the dynamic mesh method.After comparative analysis of the simulation results between vibrating and novibrating conditions,change law of blade surface's dynamic pressures,torque and axial thrust are obtained,and it is found out that while the blades are vibrating,the frequency of dynamic pressure change is approximately two times higher than that of vibration change,phase difference exists between vibration and torque or thrust,the phase difference between vibration and thrust is about 0.3π.A preliminary exploration of wind turbine aerodynamics characteristics under vibration condition is obtained after one order vibration is applied to wind turbine,and a method for more accurate simulation of wind turbine is provided also in this article.【期刊名称】《可再生能源》【年(卷),期】2014(032)006【总页数】5页(P787-791)【关键词】水平轴风力机;风轮;气动特性;一阶振型;动网格【作者】王志光;高志鹰;汪建文;陈天阁;孙晓颖【作者单位】内蒙古工业大学能源与动力工程学院,内蒙古呼和浩特010051;内蒙古工业大学能源与动力工程学院,内蒙古呼和浩特010051;风能太阳能利用技术省部共建教育部重点实验室,内蒙古呼和浩特010051;内蒙古工业大学能源与动力工程学院,内蒙古呼和浩特010051;风能太阳能利用技术省部共建教育部重点实验室,内蒙古呼和浩特010051;内蒙古工业大学能源与动力工程学院,内蒙古呼和浩特010051;辽宁省能源研究所,辽宁营口 115003【正文语种】中文【中图分类】TK830 引言风轮在运转的过程中，由于受到外界风载荷的作用，叶片会产生振动。
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可用压强、密度和介质的运动速度表示。
❖压强： ❖介质运动速度
Px, y, z,t
U x, y, z,t
❖密度
x, y, z,t
如何认知声波特性？
在声波的作用下，介质质点围绕其平衡位置
作往复运动，其瞬时位置及振动位移和瞬时速
度随时间变化，可用质点位移或速度描述声场。
设没有声波扰动时，介质的静态流速为
声音传播的规律
声波方程
描述声场时间、空间变化规律和相互联系的方程。
1、运动方程
依据牛顿第二定律, 建立 p ~关u系。
取一体积元，在 x方向的位置从 x 到 x ，d横x 截面积为 。 S
体积元左侧受力： F1 (P0 p)S
1、运动方程
体积元右侧受力： F2 [P0 p (p / x)dx]S
研究噪声的目的是：降噪。
本章内容
波动方程与声的基本性质 声传播及结构声辐射 声阻抗、声强及声功率 噪声及其控制技术
波动方程与声的基本性质
• 声波及声波的产生 • 理想媒质中的声波波动方程 • 典型声波及典型声源
何为声【声波】？
狭义：
1、声音是由声源的机械振动产生的，声源的振动 状态，通过周围介质向四周传播形成声波。 2、媒质质点的机械振动由近及远的传播称为声振 动的传播或称为声波。
仅讨论声波的宏观 性质，不涉及介质 的微观特性
声音的分类：
重点总结！
1、声音的实质－声音是媒质中的机械波 2、声波产生的两个基本条件
（1）声源 （2）传声介质
何为声压？
设体积元受到扰动后，压强从 P0 改变为 P，1 则压强的变化量称为 声压（sound pressure），有：
p P1 P0
基本概念
声场（sound field）：存在声压的空间或声 波所到达的空间。
瞬时声压：声场中某一瞬时的声压值。声压是时 间及空间的函数。某一点的声压称为该点的瞬 时声压。 p(x, y, z,t)
峰值声压：一定时间间隔内最大的 瞬时声压值。
声压是随时间变化的，每秒钟内波动的次数 往往较大，当传到人耳时， 由于耳膜的惯性 作用，辨别不出瞬时压力的变化，只能感受 到一个稳定的有效声压。
一般使用时，声压为有效声压的简称！
有效声压：一定时间间隔内，瞬时声压
对时间取均方根值。
pe
1 T p 2 dt T0
时间 T 应为周期的整数倍或长到
不影响计算结果的程度。
波动方程与声的基本性质
• 声波及声波的产生 • 理想媒质中的声波波动方程 • 典型声波及典型声源
如何认知声波特性？
连续介质中，任意一点附近的运动状态
定义：声[波] sound [wave]
弹性媒质中传播的压力、应力、质点位移、质点 速度等的变化或几种变化的综合。
从物理学来说，声波就是介质中的机械波。
声的产生
产生声波的两个必要条件：
声源（sound source）：机械振动的物体（物质） 一个向周围媒质辐射声波的振动系统叫“声源” ， 固体，液体，气体都可以发声，都可以当作声源。
体积元受到的合力为： F
F1
F2
S
p x
dx
dp：声压从 x 变化到 x+dx 时声压的变化量
1、运动方程
根据牛顿第二定律
S p dx Sdx du
x
dt
即：
du p
dt x
数学知识
哈密顿算符： 梯度：
标量函数 p的梯度
i
x grad
j
y
p
k p
z
i
p
j
p
k
p
散度：
声场中介质质点位移振幅是很小的。
水中1帕的声音，相应的振速约为
7 10
7
米 秒
相应于1000Hz声音的位移仅为108 厘米，
水中质点位移比空气中质点位移更小
如何认知声波特性？
设没有扰动时，介质的静态密度为0 x, y, z
在声波的作用下变为 x, y, z,t
定义： l x, y, z,t x, y, z,t 0x, y, z
在声波的作用下流速变为
U x,
y,
z,t
U0
x,
y,
z,
t
流速u的x改, 变y,量z,
t
U
x,
y,
z,
t
U0
x,
y,
z,
t
即为介质质点的振动速度
如何认知声波特性？
振动速度的单位是
米 秒
在空气中，1帕的声压对应的振速约为 2.3103 米秒
相应于频率1000Hz声音的质点位移约为3.7 105厘米
为介质中声场的密度逾量。MKS制中，基本单位：kg/m
定义：sx,
y,
z,t
Hale Waihona Puke x,y, z,t 0 x, 0x, y, z
y,
z
为介质压缩量,也称介质密度的相对变化 量s（无量纲）
注意：
声场中的质点振速和声波的传播速度 是两个概念。
基本假设 前提条件
推导线性声波波动方程的假设：
①媒质是理想流体，即媒质中不存在粘滞性，声波在 这种理想媒质中传播时没有能量的耗损；作为流体，媒 质中任一面元受力方向总是垂直于面元；流体中质团连 续分布，且同时具有质量和弹性，这样才能形成波-振 动的传播；
②没有声扰动时，媒质在宏观上是均匀的、静止的， 即媒质初速度为零，且媒质中静态压强、静态密度都是 常数；
③声波在媒质中的传播为绝热过程；
④声波为小振幅声波-线性波动方程。
基本定律
三个基本物理定律 三个基本方程 波动方程
质量守恒定律 热力学关系（能量守恒定律）
牛顿第二定律(动量守恒定律)
连续性方程 状态方程 运动方程
声学理论基础
主讲：高志鹰
噪声：
狭义噪声：振幅和频率杂乱、断续，或统计上无规 律的声音都可以称为噪声。比如工地的施工机械声 音，电钻钻墙的声音。 广义噪声：凡是不悦耳的，人们所讨厌的、给人以 烦恼感觉的，或有害于身心健康的声音都属于噪声。 一种人们不愿意听到的声音。事实上，在深夜影响 人们正常休息的音乐也是噪声。 噪声的本质还是声音，具有声音的一切物理特性。
x y z
矢量场
A i Ax jA的y 散 k度Az
div
A
A
Ax
Ay
Az
x y z
(u) u u
ab b a
1、运动 方程
du 是质点 M x, y的, z加速度。
dt
根据，多元函数微分公式，有：
媒质（medium ）：机械振动赖以传播的介质。
声音可以在一切弹性介质中传播。
空气声、水声、固体（结构）声 纵波：声波的传播方向与质点振动方向一致。 横波：声波的传播方向与质点振动方向垂直。
空气中和水中的声波的传播方向与 质点振动方向是一致的，属于纵波。
固体中由于有切应力，除有纵波外， 还同时存在横波。