现代声学理论基础 1415
公共基础知识声学基础知识概述
《声学基础知识概述》一、引言声学是一门研究声波的产生、传播、接收和效应的科学。
从我们日常的言语交流到音乐演奏，从医学超声诊断到建筑声学设计，从水下声呐探测到航空航天领域的噪声控制，声学无处不在。
它不仅在科学研究中具有重要地位，也在工程技术、医学、艺术等领域发挥着关键作用。
本文将对声学基础知识进行全面的概述，包括基本概念、核心理论、发展历程、重要实践以及未来趋势。
二、声学的基本概念1. 声波的定义与性质声波是一种机械波，是由物体的振动产生的。
它通过介质（如空气、水、固体等）传播，引起介质分子的振动。
声波具有以下主要性质：（1）频率：指声波每秒振动的次数，单位为赫兹（Hz）。
人耳能够听到的声音频率范围大约在 20Hz 到 20kHz 之间。
（2）波长：指声波在一个周期内传播的距离。
波长与频率和波速之间的关系为：波长=波速/频率。
（3）波速：声波在不同介质中的传播速度不同。
在空气中，声速约为 343 米/秒；在水中，声速约为 1480 米/秒；在固体中，声速则更高。
（4）振幅：表示声波的强度，即介质分子振动的幅度。
振幅越大，声音越响亮。
2. 声音的三要素声音的三要素是音调、响度和音色。
（1）音调：由声音的频率决定，频率越高，音调越高。
例如，女高音的音调比男低音高。
（2）响度：与声音的振幅和距离有关，振幅越大、距离越近，响度越大。
通常用分贝（dB）来表示声音的响度。
（3）音色：也称为音品，是由声音的波形决定的。
不同的发声体发出的声音具有不同的音色，这使得我们能够区分不同的乐器和人的声音。
3. 噪声与乐音噪声是指那些杂乱无章、令人厌烦的声音。
噪声的来源广泛，如交通噪声、工业噪声、建筑施工噪声等。
噪声对人的身心健康会产生不良影响，如引起听力损伤、心理压力等。
乐音则是有规律、悦耳动听的声音，如音乐演奏中的声音。
三、声学的核心理论1. 波动方程波动方程是描述声波传播的基本方程。
对于一维情况，波动方程可以表示为：$\frac{\partial^{2}u}{\partialt^{2}}=c^{2}\frac{\partial^{2}u}{\partial x^{2}}$ 其中，$u$表示介质的位移，$t$表示时间，$x$表示空间坐标，$c$表示波速。
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麦克风与扩音设备
麦克风
麦克风是指能够将声音转化为电信号的设备，包括动圈麦克 风、电容麦克风等。麦克风在演讲、演唱、会议等领域广泛 应用，可以将声音放大并传输到扩音设备中。
扩音设备
扩音设备是指能够将声音放大并传输到远距离的设备，包括 扬声器、功率放大器等。扩音设备在演讲、演唱、会议等领 域广泛应用，可以将麦克风接收的声音放大并传输到远距离 ，使更多人能够听到声音。
高效的数学模型和算法。
03
声学与工程学的交叉
声学在工程领域有着广泛的应用，如建筑、汽车、航空航天等。未来
的声学研究将更加注重与工程学的交叉，开发出更先进的声学技术和
解决方案。
声学在新技术领域的应用前景
智能家居和物联网
随着智能家居和物联网技术的发展，声学将在智能家居和物联网中发挥重要作用，如语音 识别、智能音箱、智能家居控制等。
06
声学研究展望
声学的未来发展方向
深入探究声音传播的物理机制
随着科学技术的发展，声学研究将更加深入，对声音传播的物理机制进行更深入的探究和 理解。
开发新型声学材料和器件
未来声学研究将注重开发新型声学材料和器件，提高声音的传播效率、降低噪声、改善音 质等。
声学与人工智能的结合
随着人工智能的快速发展，声学研究将更加注重与人工智能的结合，开发出更智能的语音 识别、语音合成、语言理解等人工智能系统。
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xx年xx月xx日
目录
• 声学概述 • 声音的特性 • 声音的测量与评估 • 声学材料与设备 • 声学在生活中的应用 • 声学研究展望
01
声学概述
声学的定义与分类
声学定义
声学是研究声音的产生、传播、接收和效应的科学。
声学基础知识.docx
声学基础知识添加时间:2008-11-28 9:32:07文章来源：中国吸音隔声降噪网声音听觉理论由于人耳听觉系统非常复杂，迄今为止人类对它的生理结构和听觉特性还不能从生理解剖角度完全解释清楚。
所以，对人耳听觉特性的研究H前仅限于在心理声学和语言声学。
人耳对不同强度、不同频率声咅的听觉范围称为声域。
在人耳的声域范围内，声音听觉心理的主观感受主要有响度、音高、音色等特征和掩蔽效应、高频定位等特性。
其中响度、音高、音色可以在主观上用来描述具有振幅、频率和相位三个物理量的任何复杂的声音，故又称为声音〃三耍素〃；而在多种音源场合，人耳掩蔽效应等特性更重要，它是心理声学的基础。
下面简单介绍一下以上问题。
一、声音三要素1.响度响度，乂称声强或音量，它表示的是声音能量的强弱程度，主要取决丁•声波振幅的人小。
声音的响度一般用声压（达因/平方厘米）或声强（瓦特/平方厘米）来计量，声压的单位为帕（Pa）,它与基准声压比值的对数值称为声压级，单位是分贝（dB）o对于响度的心理感受，一般用单位宋（Sone）来度量，并定义1kHz、40dB的纯音的响度为1宋。
响度的相对量称为响度级，它表示的是某响度与基准响度比值的对数值，单位为I I方（phon）,即当人耳感到某声音与1kHz单一频率的纯音同样响时，该声音声压级的分贝数即为其响度级。
可见，无论在客观和主观上，这两个单位的概念是完全不同的，除1kHz纯音外，声压级的值-般不等于响度级的值，使用屮要注意。
响度是听觉的基础。
正常人听觉的强度范围为0dB-140dB（也有人认为是-5dB-130d B）o 固然，超出人耳的可听频率范I韦1（即频域）的声音，即使响度再人，人耳也听不出来（即响度为零）。
但在人耳的对听频域内，若声音弱到或强到一定程度，人耳同样是听不到的。
当声音减弱到人耳刚刚可以听见吋，此吋的声音强度称为〃听阈〃。
一般以lkllz纯音为准进行测量，人耳刚能听到的声压为OdB（通常人于0. 3dB即有感受）、声强为10-16W/cm2时的响度级定为0 口方。
声学专业基本知识
声学专业基本知识的简单描述1．人耳能听到的频率范围是20Hz—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
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。
声学理论和相关知识
声学理论：1，声音。
声音是一种能量的传播。
这种能量来自物体的振动，在介质中的传播方式为声波。
具像化一点，就是类似于水纹波式的传播。
最初产生振动的物体称之为声源，声音在传播的过程中，能量有一个消耗的过程，这种消耗也以振动的方式完成。
比如，当声音反射到某个物体上时，物体会有共振，它的振动就消耗了一部分的能量。
就像水波冲击到船只的时候，船只会晃动，这种晃动消耗了水波的能量，阻止了水波的部分传送。
2，声反射声音在传播过程中，遇到了某个物体，在冲击这个物体表面的时候，相应波长的声波会会被这个物体反射回来，类似于水波冲击到岸的时候，会引起回浪。
声波的每一次反射，都会消耗掉一部分的能量，当反射量比较大，也就是在撞击某个物体时，被消耗的能量不够多的时候，就会引起一系列的反射，使用声波的消耗时间变长，这就是我们说的残响，也就是我们所说的回音。
（残响是由反声射造成的）。
过长的残响时间会使声音混浊不清，如何有效的消灭声反射？那就是使用声音在撞击物体时，尽量使这个声音在在这个物体上消耗足够多的能量，这个过程就叫吸音。
3，频率声音以声波的方式在介质中传播，必然有它的波长特性，就像水波有密纹的波，有宽纹的波，从时间上来计算波的传送，越密的波，在单位时间内出现的次数越高，在单位时间内，波的传送次数，这就是频率。
我们来看这两种波，在同样的时间内，传送的速度是完全不同的，也就是他们的频率是不同的。
（波长越长，频率越低，反之，频率越高）我们以秒为单位，在每一秒时间内，声波传送的次数，即为频率，单位是HZ（赫兹）。
声音的频率决定于声源，即最初产生振动物体的振动频率。
物体受到外力或者某体能量冲击时，振动的距离叫冲程，所以我们可以这样理解，振体越大，冲程越长，反之则越短，冲程越长，单位时间内，完成一个振动周期的时间就越长，即频率就越低，反之则越高，所以我们发现：振体越大，声音的频率越低。
这样我们就不难理解，为什么一只音箱内，大口径的为低音，小口径为高音了。
声学基础知识
一、声学基础:1、名词解释（1）波长一一声波在一个周期内的行程。
它在数值上等于声速（344米/秒）乘以周期，即入=CT（2）频率一一每秒钟振动的次数，以赫兹为单位（3）周期一一完成一次振动所需要的时间（4）声压一一表示声音强弱的物理量，通常以Pa为单位（5）声压级一一声功率或声强与声压的平方成正比，以分贝为单位（6）灵敏度一一给音箱施加IW的噪声信号，在距声轴1米处测得的声压（7）阻抗特性曲线一一扬声器音圈的电阻抗值随频率而变化的曲线（8）额定阻抗一一在阻抗曲线上最大值后最初出现的极小值，单位欧姆（9）额定功率一一一个扬声器能保证长期连续工作而不产生异常声时的输入功（10）音乐功率一一以声音信号瞬间能达到的峰值电压来计算的输出功率（PMPO）（11）音染一一声音染上了节目本身没有的一些特性，即重放的信号中多了或少了某些成份（12）频率响应一一即频响，有效频响范围为频响曲线最高峰附近取一个倍频程频带内的平均声压级下降10分贝划一条直线，其相交两点间的范围2、问答（1）声音是如何产生的？答：世界上的一切声音都是由物体在媒质中振动而产生的。
扬声器是通过振膜在空中振动，使前方和后方的空气形成疏密变化，这种波动的现象叫声波，声波使耳膜同样产生疏密变化，传级大脑，于是便听到了声音。
（2）什么叫共振？共振声对扬魂器音质有影响吗？答：如果物体在受迫振动的振动频率与它本身的固有频率相等时，称为共振当物体产生共振时，不需要很大的外加振动能量就能是使用权物体产生大幅度的振动，甚至产生破坏性的振动。
当扬声器振膜振动时，由于单元是固定在箱体上的，振动通过盆架传递到箱体上。
部分被吸收，转化成热能散发掉；部分惟波的形式再辐射，由于共振声不是声源所发出的声音，将会影响扬声器的重放，使音质变坏，尤其是低频部分（3）什么是吸声系数与吸声量？它们之间的关系是什么？答：吸声性能拭目以待好坏通常用吸声系级“a”表示，即a=1-K；吸声量是用吸声系数与材料的面积大小来表示。
声学基础_声学原理绪论
声学基础声学基础1绪论2声波的基本性质3管道声学4声波的辐射5声波的接收与散射6室内声学声学基础第1章绪论1.1 声与噪声的概念1.2 声学发展历史131.3 声学研究范畴1.4 课程内容1.5 参考书目第1章绪论1.1 声与噪声的概念声：声音的世界：自然界中的声音, 音乐，语言，噪声波动现象，曾发生过波动说和粒子说的争论声波：在弹性媒质中传播的扰动声音：人耳可听声声源——媒质——受者物体振动——媒质传播——听觉器官或传感器产生反应一种物质波，需要媒质（光波，无线电波为电磁波）噪声的定义：生理学：不需要的声音。
（与时、人、环境、目的有关）物理学：不协调音为噪声，协调音为乐音。
噪声：频率、声强不同声波的无规则组合。
噪声：对人起作用的不愉快声。
人——声噪声对人起作用的不愉快声第1章绪论 1.1 声与噪声的概念声学（Acoustic）研究声波的产生、传播、接收和效应的科学, 关于声音的学问应用声学科学原理改造人类的物质环境1.2声学发展历史第1章绪论1.2 声学发展历史灿烂的古代声学最早的声音研究：自然声音、人类声音、语言、音乐、乐器，房间声学特性声波和水波的类比，共振、天坛古代乐器，编钟，调音乐律：三分损益法第1章绪论 1.2 声学发展历史经典声学发展史人们常将18，19世纪欧洲的声学发展称之为经典声学这里主要从经典声学对声音的产生，传播和接收三方面的研究分别来介绍18，19世纪这近200方面的研究分别来介绍世纪这近多年的历史中，这些伟大的科学家们对声音的探索和认识第1章绪论 1.2 声学发展历史声音的产生通常认为最早研究乐器声音起源的人是希腊哲学家彼得y g格拉斯Pythagoras他发现当把两根拉直的弦底部扎牢时，高音是从短的那根弦发出的第1章绪论 1.2 声学发展历史声音的产生意大利的伽利略(Galileo Galilei) 在17世纪初作了单摆及弦的研究，得到单摆的周期及弦的振动发声特性。
发现钟摆的周期与振幅无关，而只依赖于决定振动频率的悬线长度，强调了频率的重要性。
声学基础知识
声学基础知识声学是物理学分支学科之一，是研究媒质中机械波的产生、传播、接收和效应的科学。
媒质包括物质各态(固体、液体和气体等)，可以是弹性媒质也可以是非弹性媒质。
以下是由店铺整理关于声学知识的内容，希望大家喜欢!声学的领域介绍与光学相似，在不同的情况，依据其特点，运用不同的声学方法。
波动也称物理声学，是用波动理论研究声场的方法。
在声波波长与空间或物体的尺度数量级相近时，必须用波动声学分析。
主要是研究反射、折射、干涉、衍射、驻波、散射等现象。
在关闭空间(例如室内，周围有表面)或半关闭空间(例如在水下或大气中，有上、下界面)，反射波的互相干涉要形成一系列的固有振动(称为简正振动方式或简正波)。
简正方式理论是引用量子力学中本征值的概念并加以发展而形成的(注意到声波波长较大和速度小等特性)。
射线或称几何声学，它与几何光学相似。
主要是研究波长非常小(与空间或物体尺度比较)时，能量沿直线的传播，即忽略衍射现象，只考虑声线的反射、折射等问题。
这是在许多情况下都很有效的方法。
例如在研究室内反射面、在固体中作无损检测以及在液体中探测等时，都用声线概念。
统计主要研究波长非常小(与空间或物体比较)，在某一频率范围内简正振动方式很多，频率分布很密时，忽略相位关系，只考虑各简正方式的能量相加关系的问题。
赛宾公式就可用统计声学方法推导。
统计声学方法不限于在关闭或半关闭空间中使用。
在声波传输中，统计能量技术解决很多问题，就是一例。
分支可以归纳为如下几个方面：从频率上看，最早被人认识的自然是人耳能听到的“可听声”，即频率在20Hz～20000Hz的声波，它们涉及语言、音乐、房间音质、噪声等，分别对应于语言声学、音乐声学、房间声学以及噪声控制;另外还涉及人的听觉和生物发声，对应有生理声学、心理声学和生物声学;还有人耳听不到的声音，一是频率高于可听声上限的，即频率超过20000Hz的声音，有“超声学”，频率超过500MHz的超声称为“特超声”，当它的波长约为10-8m量级时，已可与分子的大小相比拟，因而对应的“特超声学”也称为“微波声学”或“分子声学”。
声学必考知识点归纳总结
声学必考知识点归纳总结声学是物理学的一个重要分支，主要研究声波的产生、传播、接收以及与物质的相互作用。
以下是声学必考知识点的归纳总结：1. 声波的基本概念：- 声波是一种机械波，需要介质传播。
- 声波的频率决定了音调的高低，人耳可以听到的频率范围大约在20Hz到20kHz之间。
2. 声速：- 声速是指声波在介质中传播的速度，与介质的密度和弹性模量有关。
- 在标准大气压下，声速在空气中约为340m/s。
3. 声波的反射、折射、衍射和干涉：- 反射是声波遇到障碍物时返回的现象。
- 折射是声波从一种介质进入另一种介质时速度改变，导致传播方向改变的现象。
- 衍射是声波绕过障碍物或通过小孔时发生的波前弯曲现象。
- 干涉是两个或多个声波相遇时，波峰和波谷相互叠加或抵消的现象。
4. 共振和共鸣：- 共振是指当外部激励的频率与系统的自然频率相匹配时，系统振动幅度达到最大。
- 共鸣是指在特定频率下，腔体或结构的振动增强的现象。
5. 声波的衰减：- 声波在传播过程中会因为介质的吸收、散射等原因逐渐减弱。
6. 声源和声场：- 声源是产生声波的物体或现象。
- 声场是指声波在空间中的分布情况。
7. 声级和分贝：- 声级是衡量声音强度的单位，常用分贝（dB）表示。
- 分贝是一个相对单位，用于描述声压或声强的相对变化。
8. 声学测量：- 包括声压、声强、声速、频率等的测量。
9. 声学材料：- 吸音材料、隔音材料、反射材料等，用于控制声波的传播。
10. 声学在建筑中的应用：- 建筑声学研究如何通过设计来控制室内的声学效果，包括声音的传播、吸收和反射。
11. 噪声控制：- 包括噪声的测量、评价和控制方法。
12. 超声波和次声波：- 超声波是频率高于人类听觉范围的声波，常用于医学成像和工业检测。
- 次声波是频率低于人类听觉范围的声波，可能由自然现象如地震或人为活动产生。
13. 声学在通信中的应用：- 包括声学在电话、无线电通信和声纳技术中的应用。
声学基础
得到的通常是有效声压, 人们习惯上讲的声压实际上也
是有效声压. 声压的国际单位是“Pa”（帕）, 1 Pa＝1 N/m2, １大气压＝105 Pa. 声压与大气压相比是极其微弱
的. 正常人能听到的最弱声音约为2×10-5 Pa, 称为参考
声压, 用符号Pr表示.
第2章 声学基础
2. 声压级 人耳有一个很奇怪的特点, 主观感受的响度并不是 正比于声压的绝对值, 而是大体上正比于声压的对数值. 为此, 在声学中还用声压级来描述声波的强弱, 用符号 SPL表示, 单位为dB(分贝). 声压级定义如下:
义为1美.
第2章 声学基础
音调与声音强度的非线性关系可由图2 - 4所示的曲 线来描述. 可以看出, 在低频段, 音调受声音强度变化的 影响较大.
第2章 声学基础
图 2 - 4 音调变化与响度级的关系
第2章 声学基础
3. 音色
音色是指人耳对声音特色的主观感受. 音色主要决 定于声音的频谱结构, 还与声音的响度, 音调, 持续时间, 建立过程及衰变过程等因素有关. 因而音色比响度, 音 调更复杂.
响度级
对于强度相同而频率不同的声音, 人们会
有不同的响度感觉. 例如频率为100 Hz和1 000 Hz的两 个纯音, 声压均为0.002 Pa, 听起来却不一样响, 感觉到 后者比前者响得多.
第2章 声学基础
等响曲线 如上所述, 利用与基准音比较的实验方法, 测得一组一般人对不同频率的纯音感觉一样响的响度 级与频率及声压级之间的关系曲线, 称为等响曲线. 如 图2 - 3所示是国际标准化组织(ISO)推荐的等响曲线, 它 是对大量具有正常听力的年青人进行测量的统计结果,
2l
sin
声学理论基础-
二、声波的描述及传播
声场 声音传播的空间形成 声场 近场与远场
– 近场 :在丌足两倍机器尺寸或所収声波最低频率的一个波长距离之内（二 者中叏大者）；大亍此距离，称为 远场
1 、声学现象及机理
声场
自由场 ：只有直达声，无反射声的声场 混响场：声音多次反射后形成的均匀声场，声能量均匀分布 压力场 ：声波波长比所处腔体大的时候
三、人耳听觉特征
倍频程
三、人耳听觉特征
倍频程
三、人耳听觉特征
响度
➢响度是判断声音强弱的一种属性，主要叏决亍声音的强度，也和频率有关（人 耳的拾振、传递等系统都和频率有关） ➢正常的听觉强度范围为： -5dB~130dB
三、人耳听觉特征
响度
等响曲线、响度级、响度 ➢人耳对 100Hz 一下的低频声丌敏感，对 2000~5000Hz 敏感，最敏感的 3000Hz 左右（和耳道共振有关） ➢响度级（方）： 1000Hz 的纯音为基准音，它的声压级和响度级数值相等 ➢声压级较小，频率低，声压级和响度级差别径大；
( L 40)/10
➢和 A计权关系径密切
计权声压
等响曲线
三、人耳听觉特征
响度
频率
(Hz)
10 12.5 16 20 25 31.5 40 50 63 80 100 125 160 200 250 315 400
A 计权
-70.4 -63.4 -56.7 -50.5 -44.7 -39.4 -34.6 -30.2 -26.2 -22.5 -19.1 -16.1 -13.4 -10.9 -8.6 -6.6 -4.8
dB
dB
不是 “算数平均”
是“能量平均”
t
t
声学基础讲义
1 声学基础声学基础讲义讲义讲义 贺志坚 教学内容教学内容：： 声音的概念和特性；声音的构成与作用；声音的传播规律以及人耳的听觉特征。
通过本章节的学习使学生掌握声音现象的物理性质以及人耳听觉的主观感觉等方面的规律特点。
教学重点、难点： 声音的构成声音的构成、、传播过程和方式以及人耳听觉的主观感受传播过程和方式以及人耳听觉的主观感受。
声音的物理学知识与应用声音的物理学知识与应用。
教学准备：声音的基础知识声学是一门具有广泛应用性的学科，涉及到人类生产、生活及社会活动的各个方面；同时声学又是一门具有很强交叉渗透性的学科，与各种新学科、新技术相互作用，相互促进，我从科学、技术与艺术等几个方面，介绍一些声学的基础知识和最新进展。
一、声学的基本概念 声和音 讲到声学，当然首先就要讲什么是声音。
所谓声，实际上有双重的含义，我们一般地理解，人的耳朵能够感觉到的声波的作用就称之为声，这么说大家都懂；但是从物理上讲，声是指在任何的弹性介质中传播的扰动，是一种机械波，从这个概念上来讲，声的范畴就很广。
什么叫扰动呢？扰动是说在空气、固体或液体中的一个密度的、或者是压力的、或者是速度的一个小的变化，这个变化在这种弹性体里面就会传播出去，是能量传播出去，弹性物质本身并不传播，这么一个传递的能量就是声。
在这么一个声的概念上，只要在弹性介质中有一个不稳定，就会产生声，所以声学研究的范畴相当的宽。
经常和声相连的一个字叫音，我们中国人讲声音声音，什么是音呢？音的定义是能够引起有声调的感觉的这么一种声，讲通俗一点，就是有意义的声。
我在讲话时发出的这个声，你的耳朵听到以后，能够体会到有某一种含义在里面，或者是感觉到了某种意思，这个就是音。
我国古代对声和音的关系已经有很好的认识和定义，老子就经常讲到声和音的关系，如“音声相和，前后相随”，“大音希声，大象无形，大器晚成”等等，这几句连着讲，意思就比较清楚了，所谓“大音希声”讲的通俗一点就是说有理不在言高，只要你道理能够说清，并不在于你的声波能量大小，这里的声就是物理的声了，而音就是说话里面的含义。
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
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理论声学(1) 绪论
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Pneumatic loudspeaker
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理论声学(1) 绪论
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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,
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理论声学(1) 绪论
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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
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声音的频谱
A4=440Hz
2018/10/10 理论声学(1) 绪论 13
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理论声学(1) 绪论
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声波的定性描述
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理论声学(1) 绪论
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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
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声学基础原理
语言的动态范围
名称 动态范围 一般讲话 25~35 艺术语言 40~50 歌唱 45~55
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人耳的听觉特性
响度与等响度曲线
响度是人耳对声音强弱的主观尺度，相对应的物理量是 振幅。 人耳对强弱相同但频率不同的声音有不同的响度感觉， 对低频不敏感，对中频最灵敏，对高频次之。 由于这种变化是一种非线性的，所以右边列出正常人 耳的听觉曲线，即等响曲线。
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动圈式扬声器的主要参数
一、额定阻抗
额定阻抗是指阻抗曲线上紧跟在第一个极大值后面的 极小值。在额定频率范围内，阻抗模值的最低值一般不应 小额定阻抗的80%（一般取±20%公差，例8±20%Ω ）。
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动圈式扬声器的主要参数
额定阻抗的测试方法： 用替代法进行，馈给扬声器的电流通常选用 50mA±10%，测量原理图如下
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人耳的听觉特性 等响曲线
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人耳的听觉特性
哈斯效应与掩蔽效应
1、哈斯效应
是指当两个声音发生时间超过50ms时，听觉上感到有回声， 也叫优先效应。
2、掩蔽效应
是指当同时听到两个或以上声音时，对其中一个声音的感觉 会因其他声音的存在而受到干扰，使听阀提高。
3、声像定位问题
与声压级、时间差（优先效应决定）有关。
普通电话用受话器，大口径38MM左右的
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受话器与整机的配合关系 手柄前侧的腔体设计原则：应该是尽量使受 话器装在手柄内测试和不放在手柄内测试两者一 致或差别愈小愈好，要起到这目的：
1、前腔台阶+EVA垫圈后，总高度H不超过1~1.5mm 2、手柄前侧孔径宜大而少，不要小而少
3、前腔内径φ K，应小于受话器前盖直径。
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声学基础资料
声学基础资料波长声波振动一次所传播的距离，用声波的速度除以声波的频率就可以计算出该频率声波的波长，声波的波长范围为17米至1．7厘米，在室内声学中，波长的计算对于声场的分析有着十分重要的意义，要充分重视波长的作用。
例如只有障碍物在尺寸大于一个声波波长的情况下，声波才会正常反射，否则绕射、散射等现象加重，声影区域变小，声学特性截然不同；再比如大于2倍波长的声场称为远场，小于2倍波长的声场称为近场，远场和近场的声场分布和声音传播规律存在很大的差异;此外在较小尺寸的房间内(与波长相比)，低音无法良好再现，这是因为低音的波长较长的缘故，故在一般家庭中，如果听音室容积不足够大，低音效果很难达到理想状态。
很多现场调音师都没有理会到音频与波长的关系，其实这是很重要的：音频及波长与声音的速度是有直接的关系。
在海拔空气压力下，21摄氏温度时，声音速度为344m／s，而我接触国内的调音师，他们常用的声音速度是34Om／s，这个是在15摄氏度的温度时声音的速度，但大家最主要记得就是声音的速度会随着空气温度及空气压力而改变的，温度越低，空气里的分子密度就会增高，所以声音的速度就会下降，而如果在高海拔的地方做现场音响，因为空气压力减少，空气内的分子变得稀少，声音速度就会增加。
音频及波长与声音的关系是：波长=声音速度／频率；λ=v／f，如果假定音速是344 m／s时，100Hz的音频的波长就是3．44 m，1000hz(即lkHz)的波长就是34．4 cm，而一个20kHz的音频波长为1．7cm。
动态范围音响设备的最大声压级与可辨最小声压级之差。
设备的最大声压级受信号失真、过热或损坏等因素限制，故为系统所能发出的最大不失真声音。
声压级的下限取决于环境噪声、热噪声、电噪声等背景条件，故为可以听到的最小声音。
动态范围越大，强声音信号就越不会发生过荷失真，就可以保证强声音有足够的震撼力，表现雷电交加等大幅度强烈变化的声音效果时能益发逼真，与此同时，弱信号声音也不会被各种噪声淹没，使纤弱的细节表现得淋漓尽致。
声学基础知识
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的"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，大约在数十赫兹左右；人的语音频率范围主要在200hz到4000hz之间；锣声、铃声的频率大约在2000hz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，在实际选配中，你可以经常用来测试病人戴助听器前后对声音频率的反应。
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大振幅声的三种基本效应
《现代声学理论基础》第14-15章读书报告在声学应用中大振幅声的三种基本效应，它们是辐射压力、声流和空化。
这些效应虽然都是二阶量，但是产生的效果往往是惊人的。
比如辐射压力的存在，虽然辐射压力和声压比较时，显得微不足道，但是可以在比较大的声压级的作用下，利用声压在平面上产生的力，而完成从声能到动能的转化。
在1939年，伍德（R.W.Wood）就在他的书《supersonics》中演示，在一油槽底的石英片做超声振动时，可在油面上激起喷泉，如载以重物，可托起150g的法码，可见在声压高时，辐射压力的可观。
声压级在174dB（p=10000Pa），辐射压力可达1000Pa，即1000kg/m2，可以把重物拖起来。
由于大振幅声的这种特性，可以把一些噪声或者是机械产生的声音，有效地利用起来，并尽可能的将其转化为机械能，达到多余声音或者噪声的回收利用。
同样，比质点速度小得多的声流（也称为声风、石英风，总是旋转性的），对破坏附面层，加速传质传热，以及清除表面污垢、杂物都是非常有效地。
气体或液体媒质中有强声波传播时，往往会引起一种非周期性的运动，这种现象称为声流。
声流包括体声流(bulk streaming)和微声流(microstreaming)；根据产生方式，体声流又可分为两大类：一类起源于自由空间中声波的衰减，此种声波通常与高雷诺数相关：另一类则因媒质与其接触的固体之间的摩擦引起，包括媒质中存在振动体或障碍物、声波沿波导传播、容器中存在驻波场等情况。
体声流常简称为声流．微声流是指媒质中与微小空化泡相
联系的局部流动。
声流可加速热交换，超声清洗是最常见的一一种，超声清洗时，声流的法向速度分量阻止了清洗下来的脏物重新附到器壁上。
在器壁上所产生的高速微射流能够除去或削弱边界污层，增加搅拌作用，加速可溶性污物溶解。
声流可有效驱动微型超声马达及超声泵，可用来制冷。
声流现象为媒质的粘滞系数测量提供了一种简捷的方法，通过测量粘滞系数，可无损的检测封闭容器内液体的性质及罐装食品的质量。
在生物医学方面，声流效应也有重要作用。
肾结石粉碎中，声流是传递能量的重要途径。
声流遇到硬界面时，高的速度梯度会产生很大的作用力。
超声诊断或治疗中，尿液、胃液、血液、胆汁、羊水、水肿等体液中可能出现声流，声流产生的切应力可用于粉碎胆结石及杀死肿瘤细胞。
在液体中，高声强可产生空化气泡，而空化产生的气泡不断发展和溃灭。
液体中空泡溃灭时产生的空蚀、噪声、振动和发光等现象。
空化噪声是一种很强的水动力噪声，在有关工程中通常应尽量避免。
比如在高速运转的核潜艇推进叶片上，由于高速的运转，会出现流体力学中的打空现象，气泡会附着在叶片表面，随着潜艇的不断前行，气泡会逐渐破裂，由此产生了声，这对潜艇等水中战斗设备的隐藏和保密是不利的。
但是声空化在其他领域的使用也有其不可比拟的优点，比如，声空化强化传热；生物学上，在超声外科、超声牙科及体外超声
波碎石技术中，声空化都是重要的作用机制之一；声化学(sonochemistry)，主要是指利用声空化能量加速和控制化学反应，提高反应产率和引发新的化学反应的一门新的边缘交叉学科；超声清洗，由于超声的空化作用，使浸在液体中的零部件表面的污物迅速被除去；超声乳化在饮料、制药、化妆品工业及油水乳化改善燃料等方面已得到应用；超声悬浮是物体的重力在驻波声场中受辐射力的平衡而稳定悬浮在声场中或在空中移动的技术等等。
其中声空化强化传热是第三代有源强化传热技术，也是声空化技术在传热领域新的应用。
在电站锅炉中，水冷壁内气液两相流的流动有时候会出现过快和过慢的问题，会引起水冷壁由于传热缓慢或者不均匀而引起水冷壁过热，造成破坏。
既然，在声空化现象的应用中，可以强化传热，那么，我们可以将其原理移植至水冷壁上，利用声空化现象强化水冷壁传热，并且可以利用空化效果来清除水冷壁管内的污垢，防止堵塞，而达到保护水冷壁和提高传热效果的目的。
当然，在怎样的高声强下才能更好地强化锅炉的水冷壁传热，需要具体的实验研究。
同样在核电站中，原子核的反应堆外也是液体环境，是不是可以使用这样的声空化来强化原子反应堆外重水与反应堆的强化？
研105班沈忠良
2010年11月26日。