第二章声波的基本性质及传播规律
环境噪声控制工程期末复习知识点
立立立立立第一章绪论噪声：影响人们工作学习休息的声音都称为噪声。
环境噪声：指在工业生产，建筑施工，交通运输和社会生活中所产生的干扰周围生活环境的声音。
环境噪声污染：指所产生的环境噪声超过国家规定的环境噪声排放标准，并干扰他人正常生活、生活和学习的现象。
噪声的来源：生产生活建筑施工交通运输噪声的分类：①<400HZ 低频噪声②400-1000HZ 中频噪声③>1000HZ 高频噪声听觉疲劳：人从高强噪声环境回到安静场所停留一段时间，听力尚能恢复，这种现象称为听觉疲劳。
噪声的特点：局部性不积累无残留再利用少噪声的影响：（1）人体的生理(2)人体的心理（3）对孕妇和胎儿（4）对生产活动(5)对动物（6）对物质结构噪声控制技术的优先次序声学系统一般是由声源、传播途径和接收器三个环节组成。
因此，控制噪声污染必须从上述三个环节分别采取控制噪声的技术措施。
首先，应在声源处抑制噪声。
其次，在声传播途径中控制噪声。
最后，在接收器上加载保护设施隔离噪声。
第二章声波的基本性质及传播规律1.纵波：媒质质点的振动方向是与声波的传播方向相一致，（在空气中）。
2.横波：将质点振动方向与声波传播方向相互垂直的波(声音即是）。
在固体和液体中既可能存在纵波，也可能存在横波。
3.4.声源：声音是由物体的振动而产生的，因此凡能产生声音的振动物体统称为声源。
5.声场：有声波传播的空间（自由声场、半自由声场、扩散声场）自由声场：在各向同性的均匀媒质中，界面影响可以忽略的声场。
混响声场：在大的室内，由各壁面多次强反射所形成的声场。
扩散声场：声能密度分布均匀，由各方面（墙面等）反射而来的声音其传播方向为无规律分布的声场6.媒质：传播声音的介质7.声强：把单位时间内通过垂直于声波传播方向单位面积的平均声能量称为声强I。
8.平面声波：当声波的波阵面是垂直于传播方向的一系列平面时的声波。
波阵面：是指空间同一时刻相位相同的各点的轨迹曲线球面声波：也就是在以声源点为球心，以任何r 值为半径的球面上声波的相位相同柱面声波：波阵面是同轴圆柱面的声波称为柱面声波，9. 声波产生和传播的条件：一是声源的机械振动，而是声源周围存在弹性介质。
噪声控制考试复习资料
第一章绪论噪声的定义与分类第二章声波基本性质及传播规律概念声阻抗率:频率：一秒钟内媒质质点振动的次数，单位为赫兹(Hz)。
波长：声波两个相邻密部或两个相邻疏部之间的距离叫做波长，或者说声源每振动一次，声波的传播距离声速：振动在媒质中传播的速度。
瞬时声压：某一瞬间的声压。
有效声压（pe）：在一定时间间隔中将瞬时声压对时间求方均根值即得有效声压。
声强:在声传播方向上单位时间内垂直通过单位面积的声能量，称为声音的强度，简称为声强，单位是瓦每平方米。
声功率:声源在单位时间内辐射的总能量，单位是瓦。
声密度：声场中单位体积媒质所含有的声能量。
波阵面:是指空间同一时刻相位相同的各点的轨迹曲面。
根据波振面的形状可将声波分为不同的类型。
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直线，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。
波前：声波传播时处于最前沿的波阵面称为波前。
衍射：在声波传播过程中，遇到的障碍物或孔洞时，如果声波的波长比障碍物尺寸大得多，声波会绕过障碍物而使传播方向改变，这种现象称为声波的衍射。
散射：在声波传播过程中，遇到的障碍物表面较粗糙或者障碍物的大小与波长差不多，则当声波入射时，就产生各个方向的反射，这种现象称为散射。
简谐振动：（①物体在受到大小跟位移成正比，而方向恒相反的合外力作用下的运动，叫做简谐振动。
②物体的运动参量，随时间按正弦或余弦规律变化的振动，叫做简谐振动）简谐波：（简谐振动在空间传递时形成的波动即为简谐波，其波函数为正弦或余弦函数形式。
）声场：（声场是指传播声波的空间。
按声场的性质可以将声场分为：自由声场；扩散声场；半自由声场）自由声场：我们把可以忽略边界影响，由各向同性的均匀介质形成的声场称为自由声场，如消声室扩散声场（混响声场）：如果室内（某一块区域）各处的声压级几乎相等，声能密度也处处相等，那么这样的声场就叫做扩散声场（混响声场）。
半自由声场：在宽阔的广场上空，或者室内有一个面是全反射面，其余各面都是全吸声面，这样的空间称半自由声场声偶极子：幅值相同，相位相反，且靠近的两个点生源声源的指向性：声源发出的声波，在各个方向上的声压分布并不一定相同，这种随方向分布的不均匀性，称为声源的指向性。
物理污染控制习题
物理污染控制—环境声学部分习题第二章声波的基本性质及其传播规律习题4 试问在夏天40℃时空气中的声速比冬天0℃时快多少在这两种温度情况下1000Hz声波的波长分别是多少解：依据公式：c =+和公式λ=c/f0℃时c=, λ=1000=0.33145m40℃时c=+×40=, λ=0.35585m故夏天40℃时空气中的声速比冬天0℃时快24.4m/s,波长分别是0.35585m 和0.33145m6 在空气中离点声源2m距离处测得声压p=，求此处的声强I、质点振速U、声能密度D和声源的声功率W各是多少解：依据公式：I=pe 2/ρc=×10-4 (W/m2)D= pe2/ρc2=×10-6(J/m3)W=I×S=I×4piR2=×10-2WU=Pe/ρc=415(PaS/m)=×10-3m/s10. 噪声的声压分别为、、、×10-5Pa，问它们的声压级各为多少分贝解：依公式Lp=20lg(p/p)P=2×10-5Pa, 分贝值分别为, , ,11. 三个声音各自在空间某点的声压级为70dB、75dB和65dB，求该点的总声压级。
解：由分贝相加曲线有： 65分贝+70分贝=70+=+75分贝=75+=分贝,故该点的总声压级为。
12. 在车间内测量某机器的噪声,在机器运转时测得声压级为87dB，该机器停止运转时的背景噪声为79dB，求被测机器的噪声级。
解：由分贝相减曲线有,87分贝-79分贝==分贝,被测机器噪声级为分贝习题13频率为500Hz的声波,在空气中、水中和钢中的波长分别为多少（已知空气中的声速是340m/s;水中是1483m/s,钢中是6100m/s）解： 由公式C fl =则在空气中，λ=340/500= 在水中，λ=1483/500= 在钢中，λ=6100/500=第三章 噪声的评价和标准 习题1.某噪声各倍频谱如下表所示,请根据计算响度的斯蒂文斯法,计算此噪声的响度级.解:查表得对应的响度指数如下表:S ≈14sone, L N =40+10log 2N ≈802.某发电机房工人一个工作日暴露于A 声级92dB 噪声中4小时,98dB 噪声中24分钟,其余时间均在噪声为75dB 的环境中.试求该工人一个工作日所受噪声的等效连续A 声级.解:方法1,依公式)(1Sm Si F Sm S i -•+=∑=48010lg108021∑•+=-nnn eq T L各段中心声级和暴露时间,minn 为中心声级的段号数,Tn 为第n 段中心声级在一个工作日内所累积的暴露时间,min;92dB 噪声所对应的段号数为3, 98dB 噪声所对应段号为5, 75dB 的噪声可以不予考虑.故L eq =80+10×lg((10(3-1)/2×240 + 10(5-1)/2×24)/480)=90dB方法2, 依公式Leq=10lg{(4×60×+24×+216×/480}=75+10lg{(240×+24×+216×)/480}=75+=3.为考核某车间内8小时的等效A 声级.8小时中按等时间间隔测量车间内噪声的A 计权声级, 共测得96个数据.经统计,A 声级在85dB 段(包括83-87dB)的共12次,在90dB 段(包括88-92dB)的共12次,在95dB 段(包括93-97dB)的共48次,在100dB 段(包括98-102dB)的共24次.试求该车间的等效连续A 声级.解:依公式0.11110lg(10)AiNL eq i L N==åL eq =10lg(12÷96×+12÷96×+48÷96×+24÷96×=85+=4.某一工作人员环境于噪声93dB 计3小时,90dB 计4小时,85dB 计1小时, 试求其噪声暴露率,是否符合现有工厂企业噪声卫生标准)10/1lg(1011.0∑=•=ni Li eq N L )10/1lg(1011.0∑=•=ni Li eq N L解:依公式,暴露Li 声级的时数为Ci,Li 允许暴露时数为Ti.《工业企业噪声控制设计规范》车间内部容许噪声级(A 计权声级)D=3/4+4/8=>1答:其噪声暴露率为,不符合现有工厂企业噪声卫生标准. 5.交通噪声引起人们的烦恼,决定于噪声的哪些因素答:噪声污染级公式可以看出交通噪声引起人们的烦恼是哪些因素所决定的σ是规定时间内噪声瞬时声级的标准偏差; 第一项反映的是干扰噪声的能量,第二项取决于噪声事件的持续时间,起伏大的噪声K σ也大,也更引起人的烦恼。
声传播的基础知识
1
二、典型的声波传播形式
1. 平面波：波阵面为平面。 2. 波动方程为
2p 1 2p
3.
x2 c02 t2 0
4. 波动方程的指数解：
ppaej(tkx)
5. 平面波传播的特点：声压振幅与传播距离无 关。 （声场内声压值处处相等）
6.
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2
2、球面波：波阵面为球面。 波动方程为 ：
的，故声强沿传播方向也是不变的，处处相等。
•
对于球面波，其波阵面为球面，随传播半径
的增大而增大，故有：
I
w
4r 2
W——声源声功率。
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10
• （3）声压与声强的关系
在平面波和球面波的条件下，声强 与声压有如下关系：
I p2 0c0
0 ——空气的静态密度； c0——空气中的声速；
• 对于刚性壁面，半自由声场中任一
点的声压都是直达声和反射声的叠加。 当声源高度 h 远小于波长（低频声）， 或声程差（r1+r2）-r小于波长时，直达
声与反射声近似同相位，声波相干涉，
总声压是没有反射波时的两倍，声压级 增加6dB。
•
但在实际问题中满足理想声源以及
同相条件的声辐射很少，即实际声场中
• 描述指向性的参数有： • （1）指向性因数
Q
I ( )
I
I ( ) — 方向上的声强；
I —所有辐射方向上平均声强。
• （2）指向性指数 D()10 lgQ (dB)
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25
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26
• §1.2 户外声的传播 户外声传播的特点：在大气环境中发
散传播，受到气象、地形等条件的影响。 • 一、户外声传播的发散规律 • 1、点声源在自由场中的辐射
【学习】第2章声音的基本性质
p0 2
是声压的有效值(均方根值)
同样 Ue=U0/1.414
.
退出
定 义：
单位时间垂直于波的传播方向上单位面积所通过的
声能量, 称为声强 。
公 式： IW SP ec2 Ue2cPeUe
对点声源:
IW4r2(w/m2)
.
退出
三、声能密度 ε
定 义：
声场中媒质的单位体积内包含的声能量,称为声能密度
戴耳机, 中频段: 0.3 dB觉察变化 频率>40 dB, 且>1kHz, 觉察为0.3% <1kHz, 频率觉察为3Hz
.
退出
f>1400Hz时, 强度差起主要作用 f<1400Hz时, 时间差起主要作用
• 水平定位比垂直平面灵敏, 前后变化不太明显 • 双耳效应-两耳差别不大时不明显，无回声时易辨,
靠带通滤波器来实现
.
退出
ISO, IEC统一规范（测试仪器）
中心频率（Hz）：16，31.5, 63, 125, 250, 500, 1k, 2k, 4k, 8k, 16k
带 宽: (11.2~22.4)
(355~710)
1/3 Octave 中心频率: 12.5, 16, 20
带 宽:
(14.1~17.8)
公 式： I Pe2
c
c 2
微元体积的声能量为: EV
理想媒质中平面声波的声场中,平均声能密度处处相等 波阵面:与传播方向垂直的包络面 点源:球面波 扬声柱(线源):柱面波 面源:平面波
.
退出
第二章 声音的基本性质及 其传播规律
第三节 声波的叠加
.
一般声压叠加：
n
pp1p2 pn pi i1
声波的基本性质及传播规律
f1 T 2
ω—角频率
2011年4月25日9时58分
4
2.1 声波的产生及描述方法
2.1.2 描述声波的基本物理量
波 形 图
波长λ ：声波两个相邻同相位质点(两相邻密部或两个 相邻疏部)之间的距离叫做波长，或者说声源每振动 一次，声波的传播距离。单位：m。
声速c：声波在弹性媒质中的传播速度，单位：m/s。
播方向上单位面积的平均声能量。单位：W/m2 。
I
W S
wc0
式(2-17)
式2-15带入
I
pe2
0 c02
c0
pe2
0 c0
ue
pe 0c0
pe ue
0 c0ue2
声强是矢量，它的指向就是声传播的方向。 声压和声强都可以用来表示声音的大小。
2011年4月25日9时58分
12
2.1 声波的产生及描述方法
10lg
p12
p22 ... p02
pn2
10lg
n
100.1Lpi
i 1
式(2-23)
2011年4月25日9时58分
18
2.2 声波的叠加
上面的公式可以看出：某受声点在声源1和声源2的单 独影响下的声压级都是50dB ，则两个声源共同影响 的声压级不是100dB。
例1：某车间有5台机器，在车间中央点产生的声压级 分别为100dB、98dB、92dB、80dB、78dB，求车间 中央点的总声压级。
2.1.2 描述声波的基本物理量—声能量、声能密度
平面声波总能量
E平面
V0
pA2
0 c02
cos2 (t
kx)
式(2-13)
平面声场中任何位置上动能与位能的变化是同相位的；
声波的基本性质及传播规律
垂直于传播 相互平行 方向的平面 的直线 以任何值为 由声源发出 半径的球面 的半径线 同轴圆柱面 线声源发出 的半径线
球面声波
点声源
p r, t
p pA
pA cos(t kr ) r
柱面声波
线声源
2 cos(t kr ) kr
2.3 描述声波的基本物理量
声压：压强的改变量(p′- p0)(Pa)
DI是指向性指数，
DI 10 lg R
Lp LW 20lg r 11 DI
r2 L 20 lg r1
2.7.2 点声源在半自由空间中的辐射
某一方向θ上的声压级计算
上次课内容回顾
声压和声压级、声强和声强级、声功率和声功率级
声压级的叠加
Lp 10lg(10
i 1
n
0.1Lpi
)(dB)
3 2 1 0
81dB、 72dB 、 78dB、81dB
0
5
10
15
分贝相加曲线
上次课内容回顾
声压级的相减
熟悉倍频程的 概念和划分
0.1Lp 2
Lp1 10lg(10
2.声波的基本性质及传播规律
2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 声波的产生和传播 声波的类型 描述声波的基本物理量 声波的频率和噪声的频谱 声波的叠加（级的叠加） 声波的反射、折射和衍射 声源的辐射 声波在传播中的衰减
2.1 声波的产生和传播
声源振动
纵波和横波 声场
弹性媒介振动
Lp（dB）
f2 n 2 f1
Lp（dB） Lp（dB）
离散谱
f（Hz）
连续谱
第二章声波的基本性质及其传播规律
a.级的叠加（查表、图法）：
令： 则：
Lp Lp1 Lp2 Lp2 Lp1 Lp
代入下式中：
L pT 10 lg 10
0.1L p1
10
0.1L p2
可得：
L pT 10 lg 10
0.1L p1
10
0.1 L p1 L p
a.级的叠加（查表、图法）：
消声室
2. 声场的分类
扩散声场（混响声场） : 如果室内各处的声压级几乎相等，声能密度也 处处相等，那么这样的声场就叫做扩散声场 （混响声场）。 半自由声场(半扩散声场):
2. 声场的分类
半自由声场(半扩散声场):
2.3.2声波的反射、透射、折射
1c1
pr
a θ
2c2
ptrt来自ipi2 00.1L p2
2 p0
p (10
2 0
0.1L p1
10
0.1L p2
)
a.级的叠加：
表示为声压级：
L pT
2 pT 0.1L p1 0.1L p2 10 lg 2 10 lg 10 10 p0
当n个声源时，
n 0.1L pi L pT 10 lg 10 i 1
日常生活中声音的声压数据 (Pa)
声音种类 声压 声音种类 声压
正常人耳能 听到最弱声 普通说话声 （1m远处） 公共汽车内
2X10-5 2X10-2 0.2
织布车间 柴油发动机、球 磨机 喷气飞机起飞
2 20 200
1.声压和声压级：
c. 声压级: 该声音的声压的有效值与参考声压的比值取 以10为底的对数再乘20，即：
第二章-声波的基本性质及其传播规律
➢ 在声场中，单位体积中所具有的声能量称为声能密 度，一般取其时间平均值，用 D表示。假设有一单 位截面的圆柱，长度为L见图2.6。平面声波在t＝0 时从左端正向入射，一秒钟后声波到达右端，L＝c， 这时整个圆柱体内充满声能量
E D (L 1)
图2.6 声波的声能密度
➢ 这些能量是在一秒中内充满的，因此又应该为 E＝I·1·1
➢ 声压的测量比较容易实现，因此声压p已成为普遍用 来描述声波性质的物理量。
➢ 因为声传播过程中，在同一时刻，不同体积元内的
压强p都不同；对于同一体积元，其压强p又随时间 而变化，所以声压p一般是空间和时间的函数，即p ＝p(x，y，z，t)，则在均匀的理想流体媒质中的小
振幅声波的波动方程是：
2 p x 2
2.2.2 球面声波、柱面声波 1、球面声波 ➢ 当声源的几何尺寸比声波波长小得多时，或者测量点
离开声源相当远时，则可以将声源看成一个点，称为 点声源。 ➢ 在各向同性的均匀媒质中，从一个表面同步胀缩的点 声源发出的声波是球面声波，也就是在以声源点为球 心，以任何r值为半径的球面上声波的相位相同。
2 p y 2
2 p z 2
1 c2
2 p t 2
一、平面声波含义
➢ 当声波的波阵面是垂直于传播方向的一系列平面时， 就称其为平面声波。
➢ 定义声音传播方向为x，声场在空间的y、z两个方向 上是均匀的，即声压、质点振动速度等物理量在垂
直于x轴的同一平面上处处相等，不随y、z值而变化。
就是说在同一x的平面上各点相位相等。这时，三维 问题就只有一维了，可用一维坐标x来描述声场。
能量的传播速度，而不是空气质点的振动速度u。
2. 质点的振动速度
➢ 声源的振动是通过媒质质点的振动向外传播的。声 速c代表的是声振动在媒质中的传播速度，它与媒 质质点本身的振动速度u是完全不同的两个概念。 质点的振动速度u可由力学中的牛顿定律得出。
声波基本的基本性质及其传播规律
2.2.1 平面声波：
b.质点振动速度： 对于简谐振动而言：
ux U0 cos(t kx) U0 P0 / 0c
质点振动的速度振幅
px,t P0 cos(t kx)
结论：质点以振速进行振动，而这种振动过程 以声速c传播出去。
1平面声波：
c.声阻抗率：
4 、声强、声功率
（2）声强 在声传播方向上单位时间内垂直通过单位面
积的声能量，称为声音的强度，简称为声强，
单位是瓦每平方米 。
I W cS c pe2
SS
0c
2.1.3声压级、声强级和声功率级
（1）级的概念：在声学中，把被量度量 与基准量的比值取以对数，这个对数值称 为被测量度的“级”。 级是一个无量纲量。 1 Np=8.686 dB
b.声线：是由线声源发出的径向线。
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
声线
相互平行 的直线
由声源发出的 半径线
声源类型 平面声源
点声源
同轴圆柱面
线声源发出的 线声源 半径线
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)。
频率范围(Hz) <20
20-20000
>20000
声音次Βιβλιοθήκη <500 500-1000 >1000
超
低频声 中频声 高频
定义
声
音频声
声
（2）周期：
02第二章声波的基本性质及其传播规律
02第⼆章声波的基本性质及其传播规律第⼆章声波的基本性质及其传播规律在⽇常⽣活中存在各种各样的声⾳。
例如，⼈们的交谈声、汽车喇叭声、机器运转声、演奏乐器的乐声等等。
在所有各种声⾳中，凡是有⼈感到不需要的声⾳，对这些⼈来说，就是噪声。
简单地讲，噪声就是指不需要的声⾳。
为了对噪声进⾏测量、分析、研究和控制，需要了解声⾳的基本特性。
本章介绍声波的基本性质及其传播规律。
2. 1 声波的产⽣及描述⽅法2. 1. 1 声波的产⽣各种各样的声⾳都起始于物体的振动。
凡能产⽣声⾳的振动物体统称为声源。
从物体的形态来分，声源可分成固体声源、液体声源和⽓体声源等。
例如，锣⿎的敲击声、⼤海的波涛声和汽车的排⽓声都是常见的声源。
如果你⽤⼿指轻轻触及被敲击的⿎⾯，就能感觉到⿎膜的振动。
所谓声源的振动就是物体（或质点）在其平衡位置附近进⾏往复运动。
当声源振动时，就会引起声源周围空⽓分⼦的振动。
这些振动的分⼦⼜会使其周围的空⽓分⼦产⽣振动。
这样，声源产⽣的振动就以声波的形式向外传播。
声波不仅可以在空⽓中传播，也可以在液体和固体中传播。
但是，声波不能在真空中传播。
因为在真空中不存在能够产⽣振动的媒质。
根据传播媒质的不同，可以将声分成空⽓声、⽔声和固体（结构）声等类型。
在噪声控制⼯程中主要涉及空⽓媒质中的空⽓声。
在空⽓中，声波是⼀种纵波，这时媒质质点的振动⽅向是与声波的传播⽅向相⼀致。
与之对应，将质点振动⽅向与声波传播⽅向相互垂直的波称为横波。
在固体和液体中既可能存在纵波，也可能存在横波。
需要注意，声波是通过相邻质点间的动量传递来传播能量的。
⽽不是由物质的迁移来传播能量的。
例如，若向⽔池中投掷⼩⽯块，就会引起⽔⾯的起伏变化，⼀圈⼀圈地向外传播，但是⽔质点（或⽔中的飘浮物）只是在原位置处上下运动，并不向外移动。
2. 1. 2 描述声波的基本物理量当声源振动时，其邻近的空⽓分⼦受到交替的压缩和扩张，形成疏密相间的状态，空⽓分⼦时疏时密，依次向外传播（图2－1）。
第二章声波的基本性质及传播规律
• 声波的振幅很小
声压比介质的静压强小得多
线性声学理论
15
声波的基本类型
• 根据声波传播时波阵面的形状不同可以将声波分 成平面声波、球面声波和柱面声波等类型。
• 相位是指在某一时刻某一质点的振动状态，包括 质点振动的位移大小和运动方向。
• 波阵面是指空间中在同一时刻由相位相同的各点 构成的轨迹曲面，波阵面垂直于波传播的方向。 平面波 是波阵面为平面的波， 球面波 是波阵面 为同心球面的波，而 柱面波 是波阵面为同轴柱面 的波。
3
描述声波的基本物理量
• 声场 存在声音的空间 • 声压 声场中声音产生的压强扰动
p (x, y, z,t) = p′(r,t) − p0
即扰动后的压强减去平衡压强（静压强） • 声压的大小反映了声波的强弱，声压的
单位是：Pa(帕) N/m2
4
有效声压
• 声压 就是介质受到扰动后所产生的压强 的微 小增量。存在声压的空间称为 声场 ，声场中某 一瞬时的声压称为 瞬时声压 ，在一定时间间隔
∫ I = 1
T
pudt
T0
I
=
peue
=
pe2
ρ0c
30
声波的叠加
• 假定几个声源同时存在，在声场某点处的声压分
别为 p1, p2 , p3,L pn ，则合成声场的瞬时声压 p
为
n
∑ p = p1 + p2 + p3 + L + pn = pi i =1
• 式中 pi 为第 i 列声波的瞬时声压。
• 点声源：当声源的几何尺寸比
声波波长小得多时，或者测量
点离开声源相当远时。
• 球面声波的声压为
环境噪声控制考试重点汇总
第一章绪论1.1.噪声及其危害、来源、特征1.1.1.噪声的定义：凡是人们不需要的和对人体有害的声音噪声的污染：第三大公害，（客观）噪声指声波的频率和强弱变化无规律，杂乱无章的声音。
频率：3000～4000Hz强度：沃尔素斯基1.1.2.噪声的危害：环境噪声超过国家规定的环境噪声排放标准，并干扰他人正常生活、工作和学习的现象。
1.1.2.1.对听力的损伤：造成暂时性、永久性听阈偏移。
强噪声下暴露时间长：永久强噪声下暴露时间短：暂时1.1.2.1.1.听力阈级：指耳朵可以觉察到的纯音声压级。
与频率有关可用专用的听力计测定。
阈级越高，说明听力损失或部分耳聋的程度越大。
由噪声引起的阈级提高，称噪声性迁移。
1.1.2.1.2.慢性噪声性耳聋：听力损失是由于强噪声环境的影响日积月累缓慢发展形成的。
急性噪声性耳聋（爆震性耳聋）：暴露在极强噪声（>150dB）环境中，引起鼓膜破裂，内耳出血，使人即刻失聪。
一次刺激就可使人耳聋。
1.1.2.2.对人体的生理影响长期暴露在强噪声环境中，会使人体健康水平下降，诱发各种慢性疾病。
心率加快、血压增高、高血压、动脉硬化、冠心病——心血管系统80dB肠蠕动减少37%，胀气，胃肠紊乱——消化系统神经衰弱、失眠、头晕记忆力减退——神经系统噪声公害事件 1981美国。
1.1.2.3.对睡眠的干扰年纪越大，熟睡状态越少睡眠周期：朦胧——半睡——熟睡——沉睡 90min连续噪声加快熟睡到半睡的回转，使人熟睡时间变短。
1.1.2.4.对语言交流和通讯联络的干扰环境噪声掩蔽语言声：不易察觉危险信号，造成工伤，使语言清晰度降低。
语言清晰度被听懂的语言单位百分数。
噪声级<语言声级无影响噪声级=语言声级受到干扰噪声级>语言声级有影响>10dB 谈话声会被完全掩蔽<90dB大声叫喊也难以进行交流噪声↑10dB，交谈声级↑7dB1.1.2.5.对仪器设备和建筑物的危害噪声级>135dB，损坏电子仪器，发生的故障或失效，声频交变负载作用产生声疲劳。
声学基础 第二章 声波的基本性质
（2-2-3）
其中 表示绝热条件， 为绝热体积弹性系数（或模量）。
一般情况下， 是一个与压强、密度和温度有关的状态函数。由 ，对于小振幅声波， 或 ，将 在其平衡态 附近展开
“0”代表平衡态 ；忽略二阶以上微量，有
（2-2-4）
可见函数 近似为常数是有条件的。对上述两种流体，无论 是否为常数，由
尺寸大小，而是强调声波不受边界的反射、折射等的影响。对无限大介质中的声
波，其传播规律只需满足波动方程，而有限介质中的声传播规律，不仅需满足波
动方程，同时还需满足边界条件；均匀介质则强调除声扰动的影响外，介质的密度不随位置变化。
4理想介质假设
声波在介质中传播时无能量损耗。
5小振幅声波假设
线性声学范围内，介质中传播的是小振幅声波，各声学变量都是一级微量（不包括声能量和动量的描述），具体说①声压 远小于介质的静态压强 ，即 ；②声波中的质点振动速度 远小于声波在介质中的传播速度 ，即 ；③声波中的质点位移 远小于声波的波长 ，即 ；④声扰动引起的介质密度增量 远小于其静态密度 ，即 。理论上可以严格证明，上述小振幅声波的四个条件是等效的，其中任何一条满足，其余三条自然满足。（详细的讨论请见杜功焕等编写的《声学基础》P197,4.9节的讨论）。
3) 介质的热力学状态函数或方程，联系介质微元体质量、压力和温度三者关系。
1、运动方程的建立
在一维理想流体介质中截取一个微元体 ，如图2-2-1所示。考虑到流体的粘度很低，两端面除了正压力，不存在切应力。在微元体 端面受到的压力为：
在 端面受到的压力为：
；
微元体在 方向受到的合力为：图2-2-1
根据牛顿运动定律，微元体的运动方程为 。由 得
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f1 = f 0 / 21/ 2
• 1/3倍频程
f 2 = 21/ 2 f 0
f 0 = ( f1 f 2 )
1 2
f 2 / f1 = 21/ 3 = 1.260
f1 = f 0 / 21/ 6
f 2 = 21/ 6 f 0
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p L p = 20 log10 p e (dB) ref
p ref = 2 × 10 −5 Pa
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声压级计算实例
• 人耳可听阈 人耳 阈 (1kHz)
L p = 20 log10
2×10-5Pa
pe 2 × 10 −5 pref = 20 log10 2 × 10 −5 = 0(dB)
• 正常话音
f
1 f = T
c λ = cT = f
10
实例
• 100Hz的声波，其周期 的声波 其周期 T = 1 / f = 1 / 100 = 0.01s • 空气中波长 c 340
λ = cT =
f = 100 = 3.4m
• 水中波长
c 1500 λ = cT = = = 15m f 100
• 波长比
L p = 20 log10
0.05-0.1Pa
pe 0. 1 pref = 20 log10 2 × 10 −5 = 74(dB)
• 飞机发动机(5m)
140 = 20 log10
140dB
pe pe pref = 20 log10 2 × 10 −5 (dB)
140 20
pe = 2 × 10 −5 × 10
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有效声压
• 声 声压 就是介质受到扰动后所产生的压强 就是介质受到扰动后所产生的 强 的微 小增量。存在声压的空间称为 声场 ，声场中某 一瞬时的声压称为 瞬时的声压称为 瞬时声压 ，在一定时间间隔 在 定时间间隔 内最大的瞬时声压称为峰值声压，在一定时间间 隔内瞬时声压对时间取均方根称为有效声压
女性（500Hz)、男性(200Hz)、 狗（38000Hz） 老鼠（16Hz以下）
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倍频程
• 可听声的从 20 Hz 到 20kHz，频率范围较宽，为了测量和描 述声音频率特性，人们使用频谱。频率的表示方法常用倍 频程和1/3倍频程。 • 倍频程的中心频 率是31.5 31 5、63、125、250、500、1K、 2K、4K、8K、16KHz十个频率，后一个频率均为前一个 频率的两倍，因此被称为倍频程，而且后 一个频率的频率 带宽也是前一个频率的两倍。在有些更为精细的要求下， 将频率更细地划分，形成1/3倍频程，也就是把每个倍频 程再划分成三个频带，中心频率 是25、31.5 31 5、40、50、 63、80、100、125、160、200、250、315、400、500、 630、800、1K、1.25K、 1.6K、2K、2.5K、3.15K、4K、 5K、6.3K 6 3K、8K、10K、12.5K 12 5K、16K、20KHz 20KH 等三十个频 率，后一个频率均为前一个频率的 21/3倍。
15 = 4. 4 3 .4
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音频
• 适当频率和强弱的声波传到人的耳朵 适当频率和强弱的声波传到人的耳朵，人 人 们就感觉到了声音。人耳能够感觉到的声 波的频率范围从 20 Hz 到 20kHz ，一般称为 般称为 音 频 。频率低于 20Hz 的声音称为 次声波 ，而 频率高 20kHz 的声音则称为 超声波 。 频率高于
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倍频程中心频率和上 下限频率 倍频程中心频率和上、下限频率
• 每个频段可用一个中心频率 每个频段可用 个中心频率 f 0 来表示。每个频段还有 来表示。每个频段还有一 个下限频率 f1 和一个上限频率 f 2 。它们之间的关系为 1 • 倍频程 f 2 / f1 = 2 f 0 = ( f1 f 2 ) 2
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• 声波的形成和传播具有两个条件：声源和弹性 介质 • 在空气中，声波是一种纵波 纵波：介质质点的振动方向与声波传播方向 • 纵波：介质质点的振动方向与声波传播方向一 致 • 横波：介质质点的振动方向与声波传播方向相 横波 介质质点的振动方向与声波传播方向相 互垂直 • 在固体和液体中既可能存在声波的纵波，也可 在固体和液体中既可能存在声波的纵波 也可 能存在横波 • 声波是通过介质相邻质点间的动量传递来传播 能量的，而不是通过物质的迁移来传播能量的
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描述声波的基本物理量
• 声场 存在声音的空间 • 声压 声场中声音产生的压强扰动
p ( x, y , z , t ) = p′ ( r , t ) −
即扰动后的压强减去平衡压强 静压强 即扰动后的压强减去平衡压强（静压强） • 声压的大小反映了声波的强弱，声压的 单位是 Pa(帕) N/m2 单位是：
= 200Pa
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声波的定性描述
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• 频率
单位时间里波动的次数 单位 Hz次/秒 赫兹 • 周期 T 波动一次的时间 • 波长 λ 波动一次传播的距离 • 声速 c 声速等于波长乘以频率 空气中 c = 331.45 + 0.61t 空气中声速一般可取为340m/s，海水中一 般可取为1500m/s
1 pe = T
T 2 p ∫ dt 0
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例子： 大气压 100kPa 5Pa 人耳可听阈 (1kHz) (1kH ) 2×10-5 P 正常话音 0.05-0.1Pa 0.05 0.1Pa 飞机发动机(5m) 200Pa 可以看到，声音的强度变化范围 非常宽。 非常宽
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声压级
• 另外，人耳对声音的强度感觉并不是随着声压 成线性关系，而是接近于与声压的对数成正比， 因此声学中普遍采用 声压级 来度量声音的强度。 来度量声音的强度 • • • • 可听阈 0dB 微风 14dB 高声谈话 68-74dB 飞机发动机(5m) 140dB
第二章 声波的基本性质及 传播规律
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声波的产生
• 声音起源于物体的振动 • 凡能产生声音的振动物体统称为声源 • 当声源振动时，就会引起声源周围弹性 声 会 起声 围弹性 物质的的振动，这些振动的物质又会使 其周围的物质产生振动，这样，声源产 生的振动就以声波的形式向外传播 • 声是弹性介质中传播的机械波 • 弹性介质: 空气 水 (流体) 固体 • 真空中没有声波