第七章 介质对声波的吸收和吸声材料及吸声结构.

第七章 介质对声波的吸收和吸声材料及吸声结构

7-1 概述

（1）声衰减是指声波在介质中传播的过程中声强逐渐减少的现象。产生声衰减的原因：

1）波阵面扩张 (几何衰减）； 2）介质的声吸收 (物理衰减）； 3）不均匀介质中声波的散射；

（2）介质对声波的吸收，是声波在非理想介质中传播的过程中，声波的机械能量转化为热能或其它形式能量的现象。

（3）本章第一部分内容：介质对声波的吸收, 要点: 1）描述介质声吸收的方法； 2）介质声吸收的机理； 3）海水中声吸收的一般规律；

（4）本章第二部分内容：吸声材料及吸声结构,要点: 1）描述界面吸声性能的参数:界面吸声系数； 2）不同吸声材料的吸声机理和吸声系数的计算； 3）水声工程常用的吸声结构；

7-2 描述介质声吸收的方法

自然对数值。

距离，幅度相对变化的中传播单位度；是平面声波在介质了介质对声波的吸收程介质的声吸收系数反映米）。（单位：奈培称作介质的声吸收系数单位：处的幅值；则：

和分别是声波在是沿传播方向的两点，介质中传播，定义，谐合平面声波在 /)/)()

()(ln(1

)(),(, 2112212121m Nepere x x x x x x x x x x ξξαξξ-=

）

（波长）（单位：分贝’或波长声吸收：

）

（单位：’水声学中一般定义）

（波长）

（单位：奈培：

表示介质的声吸收程度波长声吸收’有时也用‘3-7 /)

)

()

(lg(

102-7 )/())

()(lg(101

:

1-7 /))()

(ln(11211211λλααλξξλα+=-=

+=x I x I m dB x I x I x x x x

吸收系数。

波数，虚部为介质的声的实部为介质中声波的可表示介质的声吸收。

可见，介质中的复波数波数。称为声波在介质中的复其中，）

（：

则介质中声场可表示为声压幅值是处波传播；且的介质中有谐合平面声系数为分析：如果，在声吸收***)(0))((0)(0)(00!

!),(4-7 ),(;0*

k j c

k j k k e p e p e p e e p t x p p x x k t j x j k t j x j kx t j kx t j x αωααωαωαωωα-=-======---+---

。

也可表示介质的声吸收可见，介质中的复波速称为介质的复波速。又，)1(!!);1(;

**

**

*k

j

c c k

j

c j k k c c j k k c k k α

α

α

ω

ω

ω

αωα

+=+−−→−-=

=⇒=-=⇒

=>>

7-3 介质声吸收的机理（原因）

收系数；结果为：

收的声吸滞和热传导引起的声吸以推出，由于介质的粘利用经典物理学理论可）介质的热传导；

）介质的粘滞；质声吸收的原因是：古典声吸收理论认为介质声吸收系数）古典声吸收理论的介（2 1 1介质的等压比热；

介质的等容比热；介质的热传导系数；式中：）

（数：介质的热传导声吸收系介质的体粘滞系数介质的切变粘滞系数；式中：）

（（：介质的粘滞声吸收系数,C ,,6-7 )1

1(

2)(,'','5-7 )'''3

4

2)(32

3

2

p v p

v h C C C c

b c a χχρω

αμμμμρω

αμ-=+=差别，如下：

计算值与实际测量值的理论为例，分析古典声吸收水、淡水的声吸收系数以常见介质：空气、海同数量级；

与）；

）；

）结果：

一般介质的声吸收系数由古典声吸收理论计算）（（收系数

古典声吸收理论的声吸)(321)(

7-7 )}1

1()'''34{2)(232

e f d C C c c h h p

v h αααααχμμρω

αααμμμ>∝-++=+=∴

图7.1空气吸收系数曲线

m

dB kHz f m dB kHz f /7.3,

100/108,207.11==⨯==-αα：可得空气声吸收系数值由图

图7.2海水和淡水吸收系数曲线

m

dB kHz f m dB kHz f /107.3,

100/103,2023--⨯==⨯==αα：可得海水声吸收系数值

算值的那部分声吸收。

超出古典声吸收理论计是指实际介质的声吸收超吸收’‘的概念：

超吸收’义了‘为了描述这个差别，定成比例。质的声吸收值不与）在某些频段上实际介。大于古典声吸收计算值）实际介质的声吸收值要表现在：

计算值有较大差别；主吸收结果与古典声吸收实验测量实际介质的声）超吸收

（)( 22a f ii i 。理论的介质模型不完善起的；表明古典声吸收是介质的弛豫声吸收引超吸收’‘弛豫声吸收。

—另一类吸声机制；因而不会预计还会有运动’‘分子的—考虑到介质微观结构介质模型的简化；没有正是古典声吸收理论对；

质团’；即，大量分子构成‘实际介质是由分子构成运动引起的；质团’虑的声吸收是介质‘）古典声吸收理论所考的原因：

超吸收’‘ ))(ii i b 结构能等等。

分子的化学能；分子的分子的动能；有许多表现形式：如：是一个宽泛的概念，它能态’注意，这里的‘。

时间；记之间转移的时间为弛豫转移。完成两个平衡态向新的统计平衡态的分子数目随之变化，能态’各个‘状态声波作用下改变了介质到统计平衡态；的分子数目是一定，达能态’分子的各个‘介质在每一个状态下，）驰豫声吸收

（i a τ,)(3引起的声吸收。

下介质分子的弛豫过程弛豫声吸收是声波作用声波能量。

一个周期内介质吸收的该面积就是的闭曲线面积图上表现为包围一块波过程在变化之间存时间差；声的与体积一定质量的介质中压强响表现为对介质宏观物理量的影弛豫时间 ;'':,)(V P V P b i -τ:

')'( )3 )2 )1:'')(吸收系数引起的介质声吸收的声种驰豫过程第化学驰豫分子结构驰豫分子热驰豫的种类驰豫过程能引起介质声吸收的i d c

;

,;,;,8-7}1{22

232

声波角频率种弛豫过程有关的常数与第种弛豫过程的弛豫时间第式中：）

（ωηττωηρωαi i c i i i

i i +=的变化规律：随角频率ωτωηρωα};1{22

232i

i

i c += m

dB kHz f m dB kHz f /106,

100/104,2034--⨯==⨯==αα：

可得淡水声吸收系数值