(完整版)医用物理学声波

第四章 声 波
频率在20~20000Hz的机械纵波可以引起人的听觉，称 为声波。频率高于20000Hz的机械波称为超声波。频率 低于20Hz的机械波称为次声波。
习题：3，6，8，9，11，12，14
§4-1声波的基本性质
一、声压 当声波在介质中传播时，介质的密度作周期性变化，
稠密时压强大，稀疏时压强小。介质中某一点的压强与无 声波通过时的压强之差，称为该点的瞬时声压，单位是
y
'
u

y
vS
uVST
uTS VSTS
VST '

u
u VS

S
(3)
u t时刻的波阵面
t+1秒时刻 接收频率 的波阵面 增高了！
B）波源远离观察者以速度V运S 动
y
y
VS
' u VST
u uTS VSTS
VST
'

u
u VS

S
…….(4)
P Z v
介质质点振动速度的幅值有vm=A
Pm uA u Z vm A
Z称为介质的声阻抗，单位是kg.m-2.s-1。 医学上常用瑞利。 1瑞利= kg.m-2.s-1
表4-1中列出了人体正常组织的声速、密度和声阻抗
三、声强 单位时间内通过垂直声波传播方向的单位面积的声
波能量，称为声强。
N.m-2 根据理论计算，平面波的声压方程为：
p uAcos[(t x ) ]
u
2
声压幅值：
pm uA uvm
声压在一个周期的方均根幅值称为有效声压，用Pe表示
pe
P2
1 T
T P2dt
0
pm 2

0.707 pm
Pe为可测值。
二、声特征阻抗
引言：
VS
Su 波源
VO
观察者
O '
一、何谓多普勒效应
多普勒效应---因波源或观察者相对波传播 的介质运动，致使观察者接收的波的 频率发生变化的现象。
二、多普勒效应的定量研究
VS
Su 波源
VO
观察者
O '
设波相对介质的速度为u，
波源的速度为VS
观察者速度：VO
周期频率分别为 TS . S 接收者接收到的频率 '
B）波源与接收者相互远离

VS
'

Vo

VSTS
' u Vo VSTS
u Vo uTS VSTS

u (u
Vo VS

)
S
Vo
t时刻的波阵面 u
…….(6) t+1秒时刻 接收频率 的波阵面 降低了！
公式归一：

'
u (u
Vo VS

)
S
其中：波源静止 VS
声强为：I

1 u 2 A2
2

1 2
Zvm2

pm2 2Z

Pe2 Z
声波在传播过程中，遇到两种声阻抗不同的介质
界面时，发生反射和折射。反射波的强度与入射波的
强度之比称为强度反射系数，用 ir表示。透射波的强 度与入射波的强度之比称为强度透射系数，用 it表示。
理论证明在垂直入射的条件下，有
L lg I (B) 10 lg I (dB)
I0
I0
由听阈线、痛阈线、20Hz和20000Hz线所为成的区域，称为 听觉域。
人耳的平均听觉范围
（每根红线为等响度线）
I/W/m2 L/db 100 120
10-2 100 10-4 80 10-6 60
10-8 40 10-10 20 10-12 0

Vo u
)
S
VO u
t时刻的波阵面
(1)
t+1秒时刻 的波阵面
接收频率 提高！
B）观察者远离波源运动
u
VO
t时刻的波阵面
' u vo

u vo
uTS

(1

vo u
)
S
(2)
接收频率
t+1秒时刻 降低了！
的波阵面
3）观察者静止，波源以速率 VS 运动
A）波源朝向观察者以速度VS运动
20
痛阈
语言区域 听阈
100 500 1000 5000
HZ
10000
二、响度级 为了区分各种不同声音响度的大小，选用1000Hz声音的响度作为 标准，将其他频率声音的响度与此标准相比较，只要它们的响度 相同，它们就有相同的响度级。它的强度在数值上等于响度级， 响度级的单位是方(phon)。
§15---6多普勒效应（Doppler Effect）
2
Vo

'
u (u
Vo VS
cos2 cos 1 )
S
第十一节 超声波及其医学应用
一、超声波的特性
1、机械作用 2、空化作用 3、热作用 此外，还有化学作用、生物作用等。超声与物质的作 用被广泛应用于超声技术，如清洗、杀菌、制药和治疗等 方面。
二、超声波的产生与探测
压电式换能器，也叫探头
4、超声多普勒血流仪
设作为静止声源的探头发射超声波的频率为 ,血管中 随血流以速度v运动着的红细胞接收到的频率为‘
0
' ('1uVV(uS1ou))VSS SVO
观察者静止VO 0
(3)
二者相互靠近 VS .VO取正值代入
二者相互远离 VS .VO 取负值代入。
注意：默认的前题：VS u,Vo u
波源与观察者的运动不在一条直线上，则 必须将速度向连线方向投影。
Vo
2
1）波源与观察者均相对媒质静止
'
u

u uTS
S
波源振动的频率
观察者
启示：
接收的频率就是 接收者单位时间内 u 接收到的波的个数
t时刻的波阵面 t+1秒时刻的波阵面
2）波源不动，观察者以速度 VO 相对媒质运动
A）观察者朝向波源运动 ' u Vo

u Vo
uTS

(1
irLeabharlann Ir Ii ( Z2 Z1 )2 Z2 Z1
it

It Ii

4Z 2 Z1 (Z2 Z1)2
由此可知，当两种介质的声阻抗相差较大时，反射强，透射 弱；声阻抗相近时，透射强，反射弱。
第二节 声强级和响度级 一、声强级
在声学中通常采用对数标度来量度声强，称为声强级，单位为贝 尔（ B ），分贝（ dB=1/10B）.通常取1000Hz声音的听阈值I 0 =10-12W.m-2作为标准参考声强，任一声波的声强I与标准参考声 强I0的比值的对数，即为该声波的声强级，用L表示。
u
t时刻的波阵面
接收频率
t+1秒时刻 的波阵面
降低了！
4）波源及观察者同时运动
A）波源与接收者相互靠近
'
u Vo
VSTS
' VSTS u Vo
VS
uTS VSTS

u (u
Vo VS

)
S
…….(5)
VS u
t时刻的波阵面
t+1秒时刻 接收频率 的波阵面 增高了！