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《声学基础知识》课件
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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。
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。
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声音的干涉与衍射
声音的干涉
当两个或多个声波叠加时，它们会产生加强或抵消的效果，形成干涉。在音乐中 ，通过调整不同声波的相位和幅度，可以产生和谐或嘈杂的音效。
声音的衍射
当声波遇到障碍物的边缘时，它会绕过障碍物继续传播，这就是声音的衍射。在 音乐中，通过使用不同的障碍物和空间，可以创造出不同的音场和音效。
04
声音的传播特性
声音的反射与折射
声音的反射
声波遇到障碍物时，一部分声波会反弹回原来的介质，这就是声音的反射。 在封闭的空间里，声音会多次反射，形成混响。
声音的折射
当声波从一个介质进入另一个介质时，它会改变传播方向，这就是声音的折 射。在空气中，声音的传播速度比在水中慢，所以当声音从水中进入空气时 ，它会向上折射。
传递出去。声波的传播速度与介质的性质和温度有关。
声波的反射、折射和干涉
03
当声波遇到障碍物或不同介质时，会产生反射、折射和干涉等
现象，这些现象在音乐和建筑声学中具有重要意义。
声音的分类与特征
声音的分类
根据声音的产生方式和特征，可以将其分为乐音和噪音两大 类。乐音是指和谐、有节奏的声音，如音乐；噪音是指不和 谐、无规律的声音，如机械噪音、环境噪音等。
回声与混响
回声
当声音遇到障碍物并反弹回来时，我们称之为回声。在音乐 中，通过使用回声效果器，可以创造出一种远离现实、空旷 或神秘的音乐氛围。
混响
当声音在封闭空间内多次反射时，会形成混响。在音乐中， 通过使用混响效果器，可以增加音乐的深度和广度，使音乐 更加丰富和悦耳。
05
声音的污染与防护
噪声的来源与危害
声学基本知识ppt
xx年xx月xx日
目 录
《声学基础概述》PPT课件
28
2.2.1 脉动球源、点声源和多极子声源
• 脉动球源是进行着均匀舒展和收缩的球面 声源，球源表面各点沿径向作同振幅、同 相位的振动。假设脉动球源的半径为 ，表 面振动位移为 ，随着表面位移的和谐变化， 球面向外辐射声波为球面波,无限介质中的 声压为，
29
• 介质中的质点振速则为， 在球源的表面处，介质的质点振速与球源表 面的振动速度一致，假设球源的振动速度 为 ，代入上式得，
3
• 人耳能够感觉到的声波的频率范围从 到 ，一般称为 音频 。频率低于 的声 音称为 次声波 ，而频率高于 的声音则 称为 超声波 。
• 声压 p就是介质受到扰动后所产生的压强 P 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 。
4
• 在一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 ，
(2.2.12) 声场的总声压为两个点源的声压之迭加，即
虽然 和 在数值上相差很小，但这种差异 反映到相位上却是影响很大的。
35
• 将 (2.2.12) 式代入 (2.2.13) 式，即可得到，
• 偶极子之间的距离很近，在频率不是很高 的情况下， ，因此上式简化为，
• 上式表明：偶极子的辐射声压不但与距离 有关，而且还和 角有关，这意味着在声场 中同一距离但不同方向的声压不同。
平面声波在无限、均匀介质分界面上的 反射，是声反射现象中最简单的一种。
26
• 声波的 反射与折射定律
27
2.2 典型声源及其声辐射
• 物体在弹性介质中振动会引起周围介质的 振动，从而激发声波。本节将介绍声波与 声源之间的关系。
• 声源的形式是多种多样的，实际声源的结 构形式往往是十分复杂的，要想从数学上 严格求解几乎是不可能的。理论分析中常 用的处理方法就是将实际复杂的声源简化 处理成各种典型声源，比如球声源、点声 源、活塞式声源等等。
2.2.1 脉动球源、点声源和多极子声源
• 脉动球源是进行着均匀舒展和收缩的球面 声源，球源表面各点沿径向作同振幅、同 相位的振动。假设脉动球源的半径为 ，表 面振动位移为 ，随着表面位移的和谐变化， 球面向外辐射声波为球面波,无限介质中的 声压为，
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• 介质中的质点振速则为， 在球源的表面处，介质的质点振速与球源表 面的振动速度一致，假设球源的振动速度 为 ，代入上式得，
3
• 人耳能够感觉到的声波的频率范围从 到 ，一般称为 音频 。频率低于 的声 音称为 次声波 ，而频率高于 的声音则 称为 超声波 。
• 声压 p就是介质受到扰动后所产生的压强 P 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 。
4
• 在一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 ，
(2.2.12) 声场的总声压为两个点源的声压之迭加，即
虽然 和 在数值上相差很小，但这种差异 反映到相位上却是影响很大的。
35
• 将 (2.2.12) 式代入 (2.2.13) 式，即可得到，
• 偶极子之间的距离很近，在频率不是很高 的情况下， ，因此上式简化为，
• 上式表明：偶极子的辐射声压不但与距离 有关，而且还和 角有关，这意味着在声场 中同一距离但不同方向的声压不同。
平面声波在无限、均匀介质分界面上的 反射，是声反射现象中最简单的一种。
26
• 声波的 反射与折射定律
27
2.2 典型声源及其声辐射
• 物体在弹性介质中振动会引起周围介质的 振动，从而激发声波。本节将介绍声波与 声源之间的关系。
• 声源的形式是多种多样的，实际声源的结 构形式往往是十分复杂的，要想从数学上 严格求解几乎是不可能的。理论分析中常 用的处理方法就是将实际复杂的声源简化 处理成各种典型声源，比如球声源、点声 源、活塞式声源等等。
声学基础知识96407ppt课件
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3
第一章 声学基础
教学内容： 声音的概念和特性；声音的构成与作用；
声音的传播规律以及人耳的听觉特征。 通过本章节的学习使学生掌握声音现象
的物理性质以及人耳听觉的主观感觉等 方面的规律特点。
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4
教学重点、难点：
声音的构成、传播过程和方式以及人耳 听觉的主观感受。声音的物理学知识与 应用。
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5
教学准备：
声音效果素材CD光盘
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6
教学过程：
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7
一、声音的基础知识
声音是世界上很重要的物理现象，与日 常生活、工作、学习关系密切，它的存 在又极其普遍。
自然：风声、雨、雷声、心跳、水流 工业：车、船、机、工厂 人文：语言、音乐、歌声
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8
1、定义：声音是粒子运动的结果，即物 体振动产生的声波，通过介质对人耳产 生的感觉叫声音。
声音从音源传入大脑有两个途径， 一是 音源→空间→ 人耳→大脑，另一途径是 音源→人体颅骨→大脑（小 实验：双手堵耳，发声，仍可听见）通过颅骨传导声 音的现象叫颅骨效应。
现象一：听自己的声音，有两个途径，频带宽，音色 好。
现象二：手表、钟摆声音仍可通过牙齿和颅骨传递到 人的大脑神经。
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例二：暖水瓶接水，听到的声音会由低频逐渐 变成高频率声音。水流击水产生的声音频宽很 宽，即有低频、又有高频。刚接时瓶的空间大 固有振动频率低，水流击水的低频音产生共振， 低频加强，快满时，水瓶的空间变小，共振腔 变小，共振频率提高，与水流击水产生的高频 音产生共振，高频加强，即听到高频音。
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电子声学：研究通过电子电路把声音进行各种特性的 加工处理
《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。
声学基本概念PPT课件
1Pa 1N / m2
1 bar= 100kPa
1标准大气压： 人耳可听阈 (1kHz)： 正常话音：
飞机发动机(5m)：
1.01325×105Pa 210-5Pa
0.05-0.1Pa 200Pa
2.2 声波动方程
2.2.1 一维声波的波动方程
设质点振动与声波传播在x方向，在与其垂直的y、z方向， 质点运动相同。
声学基本概念
2.1 声压
2.1.1 声与声波
声波是弹性介质中变化的压力、应力或质点运动等的传播， 是物质波。真空中没有声波。 在气体、液体中的声波为纵波。在固体中除了有纵波外 （P波），还有横波（S波），在固体表面上还有表面波（瑞 利波）。【本课主要涉及空气中的声波 】 连续介质模型：把流体看作是由大量连续质点组成的物体， 质点间没有间隙。质点在受力时可以移动，质点运动服从物 质守恒定律和牛顿运动定律。声波就是质点运动的传播。 质点包含大量分子，在尺度上比分子大得多，但比宏观物 体小得多。【这里的质点是有尺度的，不同于数学上的点 （尺度为零） 】。
Z p p0 exp( j) R jX
u u0
声阻率
声抗率
2.3.2 声阻抗
在一个通过声波的面积S上，可定义其声阻抗为
ZA
p vS
Z S
RA
jX A
声阻
声抗
2.3.3 特性阻抗
可以证明：在自由行波的情况下，为振速）同相，即
定义 其中
p 0c0v
Z0
p v
0c0
沿x方向传播的正弦波可写作： p p0 cos(t kx)
其中
k 2 c0
声学基本知识ppt
麦克风与扩音设备
麦克风
麦克风是指能够将声音转化为电信号的设备，包括动圈麦克 风、电容麦克风等。麦克风在演讲、演唱、会议等领域广泛 应用，可以将声音放大并传输到扩音设备中。
扩音设备
扩音设备是指能够将声音放大并传输到远距离的设备，包括 扬声器、功率放大器等。扩音设备在演讲、演唱、会议等领 域广泛应用，可以将麦克风接收的声音放大并传输到远距离 ，使更多人能够听到声音。
高效的数学模型和算法。
03
声学与工程学的交叉
声学在工程领域有着广泛的应用，如建筑、汽车、航空航天等。未来
的声学研究将更加注重与工程学的交叉，开发出更先进的声学技术和
解决方案。
声学在新技术领域的应用前景
智能家居和物联网
随着智能家居和物联网技术的发展，声学将在智能家居和物联网中发挥重要作用，如语音 识别、智能音箱、智能家居控制等。
06
声学研究展望
声学的未来发展方向
深入探究声音传播的物理机制
随着科学技术的发展，声学研究将更加深入，对声音传播的物理机制进行更深入的探究和 理解。
开发新型声学材料和器件
未来声学研究将注重开发新型声学材料和器件，提高声音的传播效率、降低噪声、改善音 质等。
声学与人工智能的结合
随着人工智能的快速发展，声学研究将更加注重与人工智能的结合，开发出更智能的语音 识别、语音合成、语言理解等人工智能系统。
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xx年xx月xx日
目录
• 声学概述 • 声音的特性 • 声音的测量与评估 • 声学材料与设备 • 声学在生活中的应用 • 声学研究展望
01
声学概述
声学的定义与分类
声学定义
声学是研究声音的产生、传播、接收和效应的科学。
声学知识普及ppt课件
声学基本术语
1、声的基本特性参数
1.1频率和周期
每秒声振动的次数称为声的频率，记作f，单位是赫兹(Hz)。人耳能听到的声， 其频率范围是20~20000Hz。低于20Hz的称为次声，高于20000Hz的称为超声。人 耳对于3000Hz左右的声感觉最灵敏；对低于63Hz和高于16000Hz的声，即使勉强 听得见，反应也很不灵敏。所以，在噪声控制领城内，主要对63~16000Hz的声有 兴趣。
声音 :来源于物体的振动。声音是一种物理现象，是描述 由于媒体质点振动运动引起的质点密度随时间变化的情况
声音传播
周期T是一次声振动所经历的时间。单位是s
波长：声波传播过程中两个相继的同相位点之间的空间距离 用符号λ表示，单位是m
频率：每秒声振动的次数，记作f，单位是赫兹(Hz)
不同声源的频率范围
信号类型
稳态信号
Байду номын сангаас
非稳态信号
确定性
时间
时间
随机
连续
时间
瞬态
时间
时间
时间
频率
频率
频率
频率
由于许多声学性质，如吸声、隔声、绕射、衰减、阻尼等等都与频率大小有关， 我们研究声学不能只研究声压、声强、声功率等等而忽略声的频率结构。所以噪 声控制工程中分析声的频率是一件十分重要的工作。常用的方法有两种，一种是 根据声压的时间历程记录进行快速Fourier变换(FFT)，另一种是将整个频率范围 划分成许多首尾相连的频带(频程)，对应于每一个频带设置一个带通滤波器，以 便测定每个频带的声压值。频谱分析因其带宽的划分方法不同而分成：
2.
2 dB + 2 dB = 5 dB
3.
3 dB + 3 dB = 6 dB
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精品资料
• 你怎么称呼老师？ • 如果老师最后没有总结一节课的重点的难点，你
是否会认为老师的教学方法需要改进？ • 你所经历的课堂，是讲座式还是讨论式？ • 教师的教鞭 • “不怕太阳晒，也不怕那风雨狂，只怕先生骂我笨，
没有学问无颜见爹娘 ……” • “太阳当空照，花儿对我笑，小鸟说早早早……”
声音三要素
响度：人耳对于声音强弱的感觉，称为响度。声音的响度主要与声压有关，声压越大，响度也就越大。但是，响度与 声压并不是成线性比例关系，而是大致与声压的指数成比例关系。响度的这一听觉特性被称为“史蒂文指数定律”。 响度是个主观量，是声压的主观量，1kHz时的声压级定义为响度级，单位是“方”。人耳对声音强弱的感觉不是一根 线的，当响度级每增加10方时，我们人耳听到的响度加倍。人耳听觉特性的研究表明，刺激量（声压）增加为指数方 式，感觉量（响度级）增加为差数方式。这是耳膜的自动保护机制。 声压级是一个物理量，并不完全能反映人对声音强弱的感受，而响度则是心理学中用于衡量衡量这种感受的心理量。 具体的定义可以参考维基百科：Loudness。响度级与声压级并非线性关系。响度级的计算模型请参考：ISO/WD 532-1。 在ISO-532中描述了两种响度计算方法，两种方法都需要分带计算（将声音的不同频率成分分别考虑），第一种方法是 Steven在1956年的论文The Mesurement of Loudness中提出的，是一种并不复杂的计算模型；第二种是Zwicker提出的， 大概方法是分频带的查表计算。
以一个57dB、2KHz的纯音测试响度级随着持续 时间的变化特性，可以得到响度级和持续时间的关 系，如右图所示。
当持续时间大于100ms的时候，响度级基本保 持在60方；当持续时间小于100ms时，响度级随着 持续时间以大约每10倍时间10方的斜率下降：当持 续时间从100ms下降到10ms的时候，响度级大约从 56方下降到46方。其他频率信号测试结果也类似。 所以，当人耳听到一个短促的脉冲声时，如果强度 不变，长度由1ms变为2ms，则听起来不是声音的 长度变了，而是更响了。因此，当人耳倾听频度超 过一定值的一系列脉冲声时，并不能感觉到响度的 不连续。这一现象类似于视觉的停留现象。
《声学基础》PPT课件
第一章 声学根底
1.3 人耳的构造及功能 外耳：自然谐振频率为3400Hz 中耳 内耳
人耳的听觉范围 频率范围：20Hz——20KHz 声压级范围：听阈0dB；痛阈120dB
第一章 声学根底
1.4 声音的三要素 响度〔sone〕：人耳对声音强弱的感觉，主要声波的振幅决 定 音调〔mel〕：人耳对声音上下的感觉，主要与频率有关 音色：区别具有同样响度和音调的两个声音的主观感受
3 杜比定向逻辑环绕声：定向逻辑
4 DSP技术〔数码声场处理〕数字信号处理技术
5 SRS环绕声 声音恢复系统，三维“3D〞声场
第一章 声学根底
6 THX系统〔Tomlinson Holman Experiment〕 美国卢卡斯公司?星球大战? 特点：后级处理系统；一种六声道的电影伴音系统，具
有正确的声场定位，频响宽，失真度小，对设备和播放环境 有严格的要求。
〔2〕混响时间的长短是进展音质评价的重要指标之一。
混响时间短，有利于听声的清晰度，过短声音干涩，响度 缺乏；混响时间长，有利于声音的饱满，过长声音分辨不清， 降低了听声的清晰度。
第一章 声学根底
3、吸声、吸声材料 〔1〕吸声系数 〔2〕吸声材料：
多孔型：吸声频率特性为低声频小，高声频大； 板〔膜〕振动型：吸声频率特性为在低声频段的共振 频率形成峰值，一般吸声系数不大 共鸣型：吸声频率特性为在共鸣频率吸声系数很大
第一章 声学根底
7 杜比AC-3数码环绕系统〔Dolby Audio Code-3〕 全数字化的六声道〔5.1声道〕系统，每一个声道都传送、
处理音频信号，通过数字编码技术，取得更宽的动态和频响范 围，信噪比高，使音响具有影院的气势，满足多媒体数字信息 交换的要求；
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
Zp u
平面波 Z 0c 特点
平面波声压和振速处处同相（正向波）或反向（反 向波），声强处处相等，其声阻抗率与频率无关。
PPT课件
11
4 介质声阻抗和声阻抗率
•球面波
•特点
Z 0ckr ei
1 kr2
tg 1
kr
近距离，声压和振速的相位差很大；远距离，声压
和振速的相位接近相等。
声学基础
PPT课件
1
1 声波描述
声波：机械振动状态在介质中传播形成的波动形式 分类：
<20Hz声波—次声 >20kHz声波—超声 20Hz～20kHz声波—音频声 流体介质：纵波（压缩波 Compressional Wave） 固体介质：纵波、横波（切变波 Shear Wave）
辐射声压
rx , y , 0
在远场，总声压为：
p r , , t
jk0cQ0
e jtkr
n1
e jkdisin
4r
i0
当 0 时，各点源同相叠加，合成声压最大：
pr , 0 , t jk0cnQ0 e jtkr
4r
PPT课件
25
r
dS
S
PPT课件
34
9 无限大障板上平面辐射器的声辐射
轴线上声压变化
注意：轴线声压随距离 起伏变化，呈现很强的 相干效应。
远场声压
pr
,
, t
j
k0cu a a 2
2r
2
J1 ka sin
kasin
e
j
t
kr
注意：活塞远场声压与球面波一样与距离成反比，声场具有方 向性。
平面波 Z 0c 特点
平面波声压和振速处处同相（正向波）或反向（反 向波），声强处处相等，其声阻抗率与频率无关。
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4 介质声阻抗和声阻抗率
•球面波
•特点
Z 0ckr ei
1 kr2
tg 1
kr
近距离，声压和振速的相位差很大；远距离，声压
和振速的相位接近相等。
声学基础
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1
1 声波描述
声波：机械振动状态在介质中传播形成的波动形式 分类：
<20Hz声波—次声 >20kHz声波—超声 20Hz～20kHz声波—音频声 流体介质：纵波（压缩波 Compressional Wave） 固体介质：纵波、横波（切变波 Shear Wave）
辐射声压
rx , y , 0
在远场，总声压为：
p r , , t
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n1
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当 0 时，各点源同相叠加，合成声压最大：
pr , 0 , t jk0cnQ0 e jtkr
4r
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dS
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9 无限大障板上平面辐射器的声辐射
轴线上声压变化
注意：轴线声压随距离 起伏变化，呈现很强的 相干效应。
远场声压
pr
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2r
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注意：活塞远场声压与球面波一样与距离成反比，声场具有方 向性。
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分贝
分贝（decibel）dB 分贝是以美国发明家亚历山大·格 雷厄姆·贝尔命名的，他因发明电话而闻名于世。因为贝尔 的单位太粗略而不能充分用来描述我们对声音的感觉，因此 前面加了“分”字，代表十分之一。一贝尔等于十分贝。声 学领域中，分贝的定义是声源功率与基准声功率比值的对数 乘以10的数值;其简单表达式lgA/B。而分贝，即dB＝10 lgA/B。单位为dB。根据公式计算以及工作中的经验，我们 得出以下结论。
声学基础知识
声学基础知识
声音是如何产生的
振动的物体能使邻近的空气分子振动，这些分 子又引起它们邻近的空气分子振动，从而产生声音，声 音以声波的形式传递，这种传递过程叫声辐射。由于分 子振动产生的声波的方向与波传递的方向相同，所以是 一种纵波。
声音必须在介质中传播，无论是固体、液体还 是气体，都可以作为介质。
音色
音色又称音品，由声音波形的谐波频谱和包络决定。声音波形 的基频所产生的听得最清楚的音称为基音，各次谐波的微小振 动所产生的声音称泛音。单一频率的音称为纯音，具有谐波的 音称为复音。
声音的叠加
单频率的正弦波称为纯音，声音是由基波和高次谐波组 成 当两上或多个具有相同频率和振幅的正弦波信号叠加在一起， 其合成的信号还具有同样的频率，其振幅由两原信号的相位 关系所决定。当相位相同，振幅则会增加。当两个信号完全 相反时，则全部抵消。
功率增加一倍，声压增加3dB。
距离增加一倍，声压减少6dB(自由声场的情况下) 在电声领域中，分贝这个量的变化关系恰恰和人耳 的听觉强弱感受非常吻合，这也给声学计算打下了一个良 好的基础。
常见声源的声压级-分贝
窃窃私语：20dB~35dB 人声语言：30dB~80dB 女高音：35dB~105dB 男高音：40dB~95dB 小提琴：40dB~100dB 打击乐：55dB~105dB 交响乐：20dB~120dB
声波的透射与吸收
声波具有能量，简称声能。
当声波碰到室内某一界面后（如天花、墙），一部分声能被反射，
一部分被吸收（主要是转化成热能），一部分穿透到另一空间。
Eo E E E
透射系数： Ei
Eo
反射系数：
Er
Eo
吸声系数： 1 r 1 Er Ea Ei
声波的基本量
声压
疏密波压力的大小称为声压。压力变化的幅度越大，听觉上声音越大， 振幅小的声音小。单位Pa。引起人耳听使人的耳膜感到疼痛时的声压为痛阈。
声强
单位面积，单位时间内通过声音的能量称为声强(能量密 度），单位w/m²。
声功率
声源在单位时间内所发出的声能称为声功率，单位W（瓦）。
本底噪声
在厅堂声学设计中，本底噪声是指房间内部自身振动或外 来干扰而形成固有的噪声，大小仍以声压级dB的方式表示。
厅堂的本底噪声是建筑声学设计以及专业音响工程需要涉 及和控制的一个基本物理量，它的大小、处理方式对厅堂 的声学环境有着重要意义。
由于本底噪声主要来自于外界环境噪声和振动、设备噪声 和振动两个方面。在音响工程中，这两方面的内容都会不 同程度上的涉及：一是在建筑上进行隔声，二是在设备上 降低噪声。
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。
反射的定律：
1）入射线、反射线法线在同一侧。 2）入射线和反射线分别在法线两侧。 3）入射角等于反射角。Li=L
声波的反射
室内声音反射的几种情况
声波的散射
当障碍物的尺寸与声波相当时，将不会形成定向 反射，而以障碍物为一子波源，形成扩散。
十一、各种场所的噪声级
分贝（dB） 120 110 100 90 80 70 60 50 40 30
场所 飞机起飞着路时，正下方 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
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。
声音的三要素
响度
响度又称声强或音量，它表示的是声音能量的强弱程度，主要取 决于声波振幅的大小。响度是听觉的基础。正常人听觉的强度范 围为0dB—140dB。
音高
音高也称音调，表示人耳对声音调子高低的主观感受。客观上 音高大小主要取决于声波基频的高低，频率高则音调高，反之 则低，单位用赫兹(Hz)表示。
早期反射声
早期反射声是指延迟直达声50毫秒以内到达听音点的反射次数 较少的声音，包括一次、二次或少数三次反射声。
混响声
混响声是指声源发出的声波经过室内界面多次反射，迟于早期反 射声到达听音点的声音。
混响时间
混响时间（Reverberation Time），表示声音混响程度的参量，声源 停止发声后，声压级减少60分贝所需要的时间，单位为秒。用T60或RT 表示 。
：波长，在传播途径上，两相邻同相位质点距离。单位m(米)。声波完
成一次振动所走的距离。
C：声速，声波在某一介质中1秒钟传播的距离。单位m/s。
声速受温度的影响，用下式表示为：C=331.5+0.6t (m/s)
波长公式
声波的基本量
波长＝声速/频率
=c/f
通过计算波长我们可知道最高可听声和最低可 听声的范围
声音的基本性质
“声”由声源发出，“音”在传播介质中向外传播。 声音在固体中的传播速度最快，其次是液体，声音 在气体中传播的速度最慢。
声波的基本量
f：频率，每秒钟振动的次数，单位Hz(赫兹）频率高的声音称为高音，
频率低的声音称为低音。
声音是声波作用于人耳引起的主观感受，人耳对声波频率的主 观感觉范围为20Hz~20kHz，通常称此范围为音频；低于20Hz为次 声波，高于20kHz为超声波。
Eo Eo
不同材料，不同的构造对声音具有不同的性能。在隔声中希望用 透射系数小的材料防止噪声。在音质设计中需要选择吸声材料， 控制室内声场。
声音在室内传播
当一个声源在室内发声，任一点听到的声音按照 先后顺序分为直达声、早期反射声和混响声。
声音在室内传播
直达声
直达声是室内任一点直接接收到声源发出的声音，是接收声音的 主体，不受空间界面的影响。