物理学第四章

p v
y
t
声压方程
物理学第四章
pdp dy
二.声特性阻抗
介质质点振动速度幅值： m A
声特性阻抗： 声压幅值Pm与速度幅值 m 之比。
Z Pm uA u
m
ห้องสมุดไป่ตู้
A
Z u 单位：kgm2s1 或 Pasm1
或 1瑞利 10kgm2s1
是表征介质声学特性的一个物理量。
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几种介质的声速和声阻抗
一、声强级
声强每增加10倍，人耳听觉才改变1倍左右； (采用对数来表示声强的等级)
标准参考声强：I0=10-12W/m2
声强级：
定义P67
L lg I I0
单位：贝尔（B）
L 10lg I I0
单位：分贝（dB）
1000HZ的听觉区域： L = 0 ~ 12 B L = 0 ~ 物理学第四章 120 dB
声阻抗ρu (kg/m2s) 4.28×102 4.16×102 1.48×106 1.36×106 1.63×106 6.12×106 39.4×106
人体组织可分为：低声物阻理学抗第四、章中等声阻抗、高声阻抗
三.声强（声波的强度）
声强：单位时间内通过垂直于声波传播方向的 单位面积的声波能量.
I
熟悉 听阈和听阈曲线 痛阈和痛阈曲线 听觉区域
了解 超声波的特性及其生物效应，脉冲超声波
的产生与探测；超声波成像的基本原理；超声在
医学中的应用。
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声波：频率在20Ｈz—20000Ｈz之间
的机械波(纵波），能引起人的听觉。
超声波 (Ultrasonic wave)：频率高于20000Ｈz 次声波 (Infrasonic wave)：频率低于20Ｈz
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次声波 特点：频率低、能量损失少、穿透能力强。
如火山爆发、地震、大气湍流等都有次声波产生. 某些动物的信息交流也采用次声波. 军事上有次声弹.
超声波在医学的治疗与物理诊学第断四章当中有重要的应用.
一、声压
P x
声压：在某一时刻，介质中某一点的压强与无声波 通过时的压强之差: ppi p0
解：①∵ I1= I = 10-7 W/m2 ，I0= 10-12 W/m2 ∴ L110lgII0 10lg110 017250（dB）
②∵ I2=2 I ∴ L 21l0 g 2 I0 I1l0 g 21l0 gII035（0dB）
声强具有可加性，而声强级不能直接相加
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同声强级但人耳的听觉不同,为此引入一个新概念---
听阈：能引起听觉的最低声强（最低可闻声强）.
如：1000Hz的听阈为10-12 W/m2
痛阈：人耳能忍受的最高声强.
如：1000Hz的听阈为1 W/m2
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听阈曲线和痛阈曲线
痛阈
声
声
强
强
级
听觉域
（W/m2）
（dB）
听阈
频率（HZ）
1000HZ的听觉域：物理I学=第四1章0-12 ~ 100 W/m2
1B=10dB
L 10lg I I0
听域： I 1012W/2m;
I
1012
L10lg I0
10lg101210lg10(dB)
痛域: I 1W/2m L10lg1101210lg101212(0dB)
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几种声音的声强和声强级
声源种类
几乎不能察觉的声音 树叶的沙沙声
耳语 医院 闹市 地铁或汽车 喷气飞机 火箭发射场
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二、响度级：人耳主观感觉到的声音的响亮程度。
等响曲线：
在听觉域中把不同 频率、不同声强， 但响度相同的点连 成一条曲线.
声 强 120 级 (dB)100
80
60
40
响度级(单位：方） 20
0
痛阈 听阈
120方 100方 80方 60方 40方 20方 0方
声强（W/m2） 1 10-2 10-4 10-6 10-8 10-10 10-12
L10lg I 80 I0
I0=10-12w/m2
I=10-4w/m2
E=I. t .s
L10lg2I 83dB I0
第四章 声波 (Sound wave)
第一节:声波基本性质 第二节:声强级与响度级 第三节:多普勒效应 第四节:超声波及其医学上的应用
作业：1、2、4、5、6、 8 、9 、10、11、12、14
物理学第四章
教学大纲
掌握: 概念：声波、声压、声特性阻抗、声强、 声强级、响度级
公式：多普勒效应及公式的应用
简谐声波的声压表达式: PuAcos(t [x)]
u2
声压幅值： PmuA 单位：N·m-2
有效声压：
Pe
pm 2
(实际中测量值)
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声波在空气中以 纵波的形式传播:
yAcos(tx)
u
p
F i ma
F i dp s
ps ( p dp ) s sdy dv dt
dp dy dv dt
20 100
1K 2K 5K 10K
响度相同的声音具有相同的响度级。
①1000HZ纯音响度级与声强级(dB)数值相同 ②同一等响曲线具有相物同理学的第四响章度级
例题 面积为1平方米的窗户开向街道，街中有频率为
1000Hz的声源在窗口 的声强级为80 dB，则每秒钟 传入窗口声波的能量为（ ）J，若街中有两个频率 为1000Hz的声源在窗口 的声强级各为80 dB，则这 两个声源同时传到窗口的响度 级 为 （ ）方。
1 u2A2
2
1 2
Zm2
Pm2 2Z
单位：J﹒s-1 ﹒ m-2 = W ﹒ m-2
描写声场 的物理量
Pm uA
Z u I 1 u2A2
2 物理学第四章
第二节 声强级与响度级
引起人耳听觉的声波: 与频率有关（声调）（20--20 kHz）
与声强有关（响度）（10-12--1 W/m2） 听觉区域：
声强（ W/m2） 10-12 10-11 10-10 10-8
10-6~ 10-5 10-3 103 106
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声强（dB）
0 10 20 30 60~70 90 140 170
例题1、某马达开动时产生的噪声声强为10-7 W/m2，求
①开动一台马达，其噪声声强级为多少dB？
②
同时开动两台马达，其噪声声强级为多少dB？
介质
空气(0 ℃) 空气(20℃) 水(20 ℃)
脂肪 肌肉 密质骨
钢
声速 u (m/s) 3.32×102 3.44×102 14.8×102 14.0×102 15.7×102 36.0×102 50.5×102
密度ρ (kg/m3)
1.29 1.21 988.2 970 1040 1700 7800