南京大学_声学基础课件_第3章_声波的基本性质

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南京大学_声学基础课件_第3章_声波的基本性质

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dv p
dt
11
连续性方程
质量守恒定律，即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
单位时间内通过左侧流入的质量:
(vx ) x dydz
单位时间内通过右侧流出的质量:
(vx ) xdx dydz
(vx)|x
dz dx
(vx)|x+dx
c0
2
p
0
分离变量解
p(x, y, z) X (x)Y ( y)Z(z)
34
d2X dx2
YZ
X
d 2Y dy2
Z
XY
d 2Z dz 2
c0
2
XYZ
0
1 X
d2X dx2
1 Y
d 2Y dy2
1 Z
d 2Z dz 2
c0
2
0
d2X dx2
kx2 X
0;
d 2Y dy2
k y2Y
dx
F1 (P0 p)S
F2
dy x
10
体积元右侧受力：
F2 (P0 p dp)S
体积元受到的合力为:
F F1 F2 dpS
F1
F2
dz
dx dy
x
体积元在x方向的运动方程：
Sdx dvx dpS
dt
dvx p
dt x
同理： dvy p dvz p
dt y dt z
——飞机发动机的声音 200Pa
声源振动：弦；笛；鼓…… 气动：流体噪声…… 压电效应、磁致伸缩效应……
8
9
3.2 线性化声波方程
理想流体的基本方程

《声学基础知识》课件

《声学基础知识》PPT课件
让我们一起探索声学的奥秘吧。从声学基础概述开始，深入了解声音的产生机制、声音的特性和参数，以及声学波动的基本概念。
声学基础概述
声学是研究声音在空气、固体和液体中的传播和变化的学科。它涵盖了声音的起源、传播和感知等方面的内容。
声音的产生机制
声音的产生涉及物体振动，从声源传递到介质中形成声波。声波通过空气、固体或液体的震动传递，最终被我们的耳朵接收。
声音的特性和参数
声音具有许多特性和参数，包括频率、振幅、声压级和声色。这些特性决定了声音的音调、响度和音质。
声学波动的本概念
声学波动是指声音在空气、固体或液体介质中传播的过程。了解波动的基本概念可以帮助我们理解声音的行为和传播规律。
声场的传播和测量
声场是声波在空间中的分布情况。了解声场的传播和测量方法有助于我们优化声音的传递和改善声学环境。
声学信号的处理和分析
声学信号的处理和分析可以帮助我们理解和改善声音的质量。通过采用数字信号处理等技术，我们可以对声音进行精确的控制和调整。
声学应用的案例研究
通过案例研究，我们可以了解声学在不同领域的应用，包括音乐演奏、建筑设计、噪声控制等。这些案例可以帮助我们更好地理解声学的实际应用。

声学基础声波的基本性质基本声学量

一、声波与声压
• 声波（声音）的产生应具备两个基本要素：物体的振动和传播振动的媒质。物体的振动
是产生声波的基本原因，而传声媒质则是传播声波的条件，两者缺一不可。 • 置于弹性媒质中的振动体，由于它的振动，使得振动体周围的媒质质点也随之作受迫振动。媒质质点的振动在媒质中的传播，就称为声波。--重要概念
• 对于我们最常见的媒质——空气而言，大气的压强是最容易测定的，因此，采用与压强有关的声学量来描述声过程就成为理所当然的事情。
• 在媒质（空气）中没有声扰动时，媒质的压强是 • 由于声波的存在，媒质的压强将发生变化。
P0表示原来（没有声波存在时）的压强 P 表示有声波存在时的压强
则由于声波的存在而引起的压强变化量
与活塞的振动方式完全相同。
• 同样地，t一旦确定，则位移仅仅是位置x的函数。
• 这表示，对于某一确定的时刻而言，不同质点振动的位移随空间位置也是按正弦的规律变化的。
• 波长定义为，在一周期T 的时间内声波传播的距离
cT
(2 48)
• 因为周期T 的倒数就是频率f，因此，(2-48)式也
• 声波的概念是最基本也是最简单，但非常重要。
• 我们在处理声音问题的时候，可能会用到很多工具，但是不要忘记声音的本质——波的特性。
媒质质点的运动和波的运动—注意
• 这里必须注意，在波动过程中存在着两种既有联系、又有区别的运动：媒质质点的运动和波的运动。-麦浪媒质中的质点仅在其平衡位置附近做往复运动，它们并没有随着“波”的运动传播开去，波则是能量传递的一种形式。也就是说，波传播的是物质的运动，而不是物质本身。因此，波动是物质运动的一种形式。
p(x,t) Ae j( tkx) Be j( tkx)

《声学基础》课件

声学与音乐学
声学研究为音乐学提供了科学基础，有助于理解声音在音乐中的产生、传播和感知。
声学与医学
声学应用于医学领域，如超声波成像、听力研究等，为医学诊断与治疗提供了重要工具。
结论
1 声音是什么？
声音是声波的感知，是人类与世界沟通的重要方式。
2 声学在生活中的应用
声学研究为我们提供了许多实用的应用，如语音识别、音乐欣赏、医学诊断等。
声波传播
1
声音的产生和传播方式
声音可以通过声源的振动产生，并在空气中以波的形式传播。了解声音传播的方式对声学研究至关重要。
2
空气中声波传播的特性
空气中声波的传播速度、衰减和传播路径都受到温度、湿度和空气密度等因素的影响。
3
物体表面反射和衍射
声波在物体表面上反射和衍射，这些现象会引起声音的反射、散射和聚焦。
《声学基础》PPT课件
# 声学基础 ## 概述 - 声波与声音的区别 - 声学基础概念 - 声学研究领域 ## 声波传播 - 声音的产生和传播方式 - 空气中声波传播的特性 - 物体表面反射和衍射 ## 声音特性 - 频率、波长及周期 - 振幅、声压和声强 - 速度和能量传播 ## 声学应用 - 声学与语音识别 - 声学与音乐学
3 声学的未来发展方向
随着科技的不断进步，声学研究将继续发展并为我们带来更多惊喜与可能。
声音特性
频率、波长及周期
声音的频率决定了它的音高；波长和周期是描述声音波动特征的声音的音量；声压和声强是描述声音强度的指标。
速度和能量传播
声音传播速度的了解有助于研究声音如何在空间中传递和传播能量。
声学应用
声学与语音识别
声学在语音识别技术中发挥着重要作用，帮助计算机理解和转换人类的声音信息。

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。

### 声波在生活中的应用除了以上领域，声波在生活中还有许多其他应用。

例如，声波在音响系统中的应用，使人们能够享受高品质的音乐和影视体验；声波在声纳系统中的应用，用于水下通信和探测；声波在声波清洗中的应用，可以去除物体表面的污垢等。

总的来说，声波作为一种重要的机械波，在各个领域都有着广泛的应用。

声波基本的基本性质及其传播规律

声线：常称为声射线，就是子声源发出的代表能量传播方向的射线，在各向同性的媒质中，声线就是代表波的传播方向且处处与波阵面垂直的直线。
声波的基本类型
1 平面声波：声波的波阵面是垂直于传播方向的一系列平面时，称其为平面声波。
2.2.1 平面声波：
1平面声波：
声线：相互平行的一系列直线。
c.声功率级
W LW 10 lg W0
W0 10
12
W
声功率级单位：分贝。
声压级和声强级的关系：
I LI 10 lg I0
P I c
2
P 2 c P 0c0 LI 10 lg 20 lg 2 P c P 10 lg c 0 0 0 0
（1）声能量
声能量：声能量＝动能＋势能体积元的总声能量：
P11
2 V0 p 2 E EK EP 0 (u 2 2 ) 2 0 c
（2）平均声能密度：声场中单位体积媒质所含有的声能量。对于在自由空间内传播的平面声波而言： pe2 w 0c 2 J∕m3
4、声强、声功率
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同轴圆柱面声线相互平行的直线由声源发出的半径线线声源发出的半径线声源类型平面声源点声源线声源
2.1.2 描述声波的基本物理量
2.1.2 描述声波的基本物理量
1、声波频率、波长和声速（1）声波频率：一秒钟内媒质质点振动的次数，单位为赫兹(Hz)。
c cT f
f 1 T
2.1.2 描述声波的基本物理量
（3 ）声速振动在媒质中传播的速度。媒质特性的函数，取决于该媒质的弹性和密度；声速会随环境的温度有一些变化。

大学声学知识点总结

大学声学知识点总结一、声波的基本特性1. 声波的定义和特点声波是由物体振动产生的机械波，可以在各种介质中传播。

声波的传播受介质的性质影响，可以是固体、液体或气体。

2. 声波的频率和波长声波的频率是指声波振动的次数，通常以赫兹（Hz）为单位。

声波的波长是声波在介质中传播一个完整波周期所需要的距离。

3. 声波的速度声波在不同介质中的传播速度不同，一般情况下在空气中的速度约为343米/秒。

声波的速度与介质的物理性质有关。

4. 声波的幅度和声压声波的幅度影响声音的大小，通常以分贝（dB）为单位来表示。

声波的声压是声波引起的气体压力变化，通常以帕斯卡（Pa）为单位。

二、声音的传播1. 声音的传播方式声音可以通过空气、水或固体传播，传播方式主要有远场传播和近场传播两种。

2. 声音的传播路径声音传播的路径包括直接传播、反射传播和绕射传播。

在不同环境中，声音的传播路径会发生改变。

3. 驻足波和行波声音传播时会形成驻足波和行波，行波是指声波的传播波动过程，而驻足波是指声波在固定位置上形成的波动。

三、声学原理1. 声源和声响声音产生的物体称为声源，声音在空间中的传播形成声响。

声源和声响的关系影响了声音的传播和接收。

2. 声音的特性声音具有频率、强度、音色和音高等特性，这些特性影响了声音的识别和分析。

3. 振动和声波声音是由物体的振动产生的声波，振动和声波的频率和幅度对声音的质量和响度有影响。

四、声音的接收和分析1. 声音接收器件常见的声音接收器件包括麦克风、声纳和耳朵等，它们可以将声音转换成电信号或神经信号。

2. 声学信号处理声学信号处理是将声音信号进行采集、分析和处理的过程，包括信号的滤波、压缩、识别和定位等操作。

3. 声学信息识别声音的频率、强度和音色等特性可以帮助人们识别声音的来源和含义，如语音识别和环境声音识别等。

五、声学应用1. 声学测量和监测声学可以用于测量和监测环境中的声音和振动，包括噪声、震动和声场等参数的检测。

声学基础知识介绍

2 倍频程倍频程是用於比较两个声频大小. 两个不同频率的声音作比较时，起决定意义的是两个频率的比值，而不是它们的差值。
5
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
11
二聲音的特性參數
聲功率級與聲壓級的關係
12
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。
19
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.
20
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
3
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

声学基础1_声波的基本性质

绝热体积弹性系数绝热体积压缩系数
• 线性化（小振幅波）
dP 1 c0 d s ,0 s 0
2
• 小振幅波媒质状态方程为
p c0
2
14
第1章声波的基本性质
1.2 波动方程
线性波动方程
• 一维线性声波动方程
u p 0 t x u ' 0 x t 2 p c0 '
18
u y
p u z dt 0 z 1
第1章声波的基本性质
1.2 波动方程
速度势的定义

速度势
, , uy x y
p
0
dt u x
uz z
u
速度势的性质
状态方程:
则称为速度势函数
p 2 c0 t t
连续性方程: div( 0u )
1 2 2 2 c0 t
各向均匀球面波：波阵面保持球面，传播方向为矢径
无限长圆柱面波：波阵面保持柱面，传播方向为矢径
2 ( rp ) 1 2 ( rp ) 2 2 c0 t 2 r
S 4r 2
1 p 1 2 p r 2 r r r c0 t 2
波阵面定义：声波传播某一时刻后声波的等相位面
17
第1章声波的基本性质
1.2 波动方程
速度势矢量场理论简介
一个矢量可以表示为标量的梯度和零散度矢量的旋度
divΗ 0 H z H y H x H z H y H x Η y z i z x j x y k

声学基础.PPT

第2章声学基础
声音的频谱结构用基频, 谐频数目, 幅度大小及相位关系来描述. 不同的频谱结构, 就有不同的音色. 即使基频相同, 音调相同, 但若谐频结构不同, 则音色也不同. 例如钢琴和黑管演奏同一音符时, 其音色是不同的, 因为它们的谐频结构不同, 如图2 - 5所示.
第2章声学基础
图 2 - 5 钢琴和黑管各奏出以100 Hz为基音的乐音频谱图
第2章声学基础
2.2.3 听觉灵敏度听觉灵敏度是指人耳对声压, 频率及方位的微小变
化的判断能力. 当声压发生变化时, 人们听到的响度会有变化. 例
如声压级在50 dB以上时, 人耳能分辨出的最小声压级差约为1 dB；而声压级小于40 dB时, 要变化1～3 dB才能觉察出来.
第2章声学基础
2.3.2 听觉定位机理人对声音方向的定位能力是由听觉的定位特性决
定的. 产生听觉定位的机理是复杂的, 其基本原因是声音到达左右耳的时间差, 声级差, 进而引起相位差, 音色差所造成的；也与优先效应, 耳壳效应等因素有关. 确定一个声源的方位, 需要从平面, 距离, 高度3个方面来定位.
Hz～20 kHz, 称为音频. 20 Hz以下称为次声, 20 kHz以上称为超声. 在音频范围内, 人耳对中频段1～4 kHz的声音最为灵敏, 对低频和高频段的声音则比较迟钝. 对于次声和超声, 即使强度再大, 人们也是听不到的.
第2章声学基础
2. 听阈和痛域可闻声必须达到一定的强度才能被听到, 正常人能听到的强度范围为0～140 dB. 使声音听得见的最低声压级称为听阈, 它和声音的频率有关. 使耳朵感到疼痛的声压级称为痛域, 它与声音的频率关系不大. 通常声压级达到120 dB时, 人耳感到不舒适；声压级大于140 dB时, 人耳感到疼痛；声压级超过150 dB时, 人耳会发生急性损伤. 正常人的听觉范围如图2 - 2所示. 语言和音乐只占整个听觉范围的很小一部分.

声学基础知识ppt课件

混响时间过短，声音发干，枯燥无味，不亲切自然。
混响时间过长，会使声音含混不清；合适时声音圆润动听。
精选ppt课件
23
参考混响时间
厅堂类型电影院会议厅音乐厅
电视演播室语言录音室录音控制室多轨录音棚
参考混响时间 1.0 ~ 1.2 Sec 1.0 ~ 1.4 Sec 1.5 ~ 1.8 Sec 0.8 ~ 1.0 Sec 0.3 ~ 0.4 Sec 0.3 ~ 0.4 Sec
33
人耳听觉特性和有关问题
声音是一种物理现象，人耳听到后的感受则是一种心理现象。人耳具有分辨声音的强度、音调及音色的能力，还能够分辨出声像的方向和深度，并感受到空间感及纵深感。
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34
人耳的结构
人耳的结构：外耳、中耳、内耳、骨传导
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35
听觉范围
▪ 最高最低频率可听极限
列车通过铁路桥时，正下方
地铁行车时，车厢内
公共汽车内
白天十字路口
普通讲话
安静的街头
安静的办公室
安静的住宅小区，白天
安静的住宅小区，夜晚
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13
声波的绕射
声波在传播过程中遇到障碍或孔洞时将发生绕射。绕射的情况与声波的波长和障碍物（或孔）的尺寸有关。
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14
声波的反射
当声波遇到一块尺寸比波长大得多的障碍时，声波将被反射。类似于光在镜子上的反射。
0.6 Sec
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24
回声
比听到直达声迟50毫秒以上，可以从直达声中分离出来的反射声叫做回声。
混响是来自于很多的反射声，听到的是连续的衰减声音。
回声是可以清晰的分离出来听到的反射声。

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。

南京大学_声学基础课件_第0章_绪论

?中国声学的现代进展一线性和非线性声学二水声学与水声信号处理三超声无损评价四超声电子学五功率超声及应用六生物医学超声七环境声学和建筑声学八语言声学通讯声学和声频工程?10000个挑战性问题的声学领域超声分子成像的高敏锐度检测技术声学斗篷的隐身机理和物理实现声逆散射问题超声制备纳米材料的声空化机理低频声波的定向发射问题低频声波的吸收和隔离问题声致发光的发光机制虚拟声场重建扬声器主观评价与客观测量的对应关系如何高强聚焦超声肿瘤治疗过程中的无损温度监测热声系统中的声传播问题声孔效应的物理模型噪声对人烦恼的作用机理和模型亚表面成像的扫描探针声显微术声空化的热核效应存在吗
横波
In a transverse wave the particle displacement is perpendicular to the direction of wave propagation. The animation below shows a one-dimensional transverse plane wave propagating from left to right. The particles do not move along with the wave; they simply oscillate up and down about their individual equilibrium positions as the wave passes by. Pick a single particle and watch its motion.
办公室起居室森林中
什么是声学？
研究声波的产生、传播、接收，以及效应的科学，是物理学的一个分支。
产生：振动产生声—各种声源与产生的声的关系（声源线度，波长，辐射的方向性，等等）