声学基础

噪声测试讲义

第一章声学基础知识

第一节声音的产生与传播

一、声音的产生

首先我们看几个例子：敲鼓时听到了鼓声，同时能摸到鼓面的振动；人能讲话是由于喉咙声带的振动；汽笛声、喷气飞机的轰鸣声，是因为排气时气体振动而产生的。通过观察实践人们发现一切发声的物体都在振动，振动停止发声也停止。因此，人们得出声音是由于物体的振动产生的结论。

二、声源及噪声源

发声的物体叫声源，包括一切固体、液体和气体。

产生噪声的发声体叫噪声源。

三、声音的传播

声音的传播需要借助物体的，传声的物体也叫介质，因此，声音靠介质传播，没有介质声音是无法传播的，真空不能传声，在真空中我们听不到声音。

声音的传播形式（以大气为例）是以疏密相间的波的形式向远处传播的，因此也叫声波。当声振动在空气中传播时空气质点并不被带走，它只是在原来位置附近来回振动，所以声音的传播是指振动的传递。

四、声速

声音的传播是需要一定时间的，传播的快慢我们用声速来表示。

声速定义：每秒声音传播的距离，单位：M/s。在空气中声速是340 m/s，水中声速为 1450m/s ，而在铜中则为 5000m/s。可见，声音在液体和固体中的传播速度一般要比在空气中快得多，另外，声速还和温度有关。

第二节人是怎样听到声音的

一、人耳的构造

人耳是由外耳、中耳和内耳三部分组成，各部分具有不同的作用共同来完成人的听觉。

耳朵三部分组成结构见彩图。

外耳，包括耳壳和外耳道，它只起着收集声音的作用。

中耳，包括鼓膜、鼓室、咽鼓管等部分。由耳壳经过外耳道可通到鼓膜，这里便进人中耳了。

鼓膜俗称耳膜，呈椭圆形，只有它才是接受声音信号的，它能随着外界空气的振动而振动，再把这振动传给后面的器官。

鼓室位于鼓膜的后面，是一个不规则的气腔。有一个管道使鼓室和口腔相通，这个管道叫咽鼓管。咽鼓管的作用是让空气从口腔进人中耳的鼓室，使鼓膜内外两侧的空气压力相等，这样鼓膜才能自由振动。

鼓室里最重要的器官是听小骨。听小骨由锤骨、砧骨和镫骨组成，锤骨直接与鼓膜相依附，砧骨居中，镫骨在最里面，它们的构造和分布就象一具极尽天工的杠杆，杠杆的前头连着鼓膜，后头连着内耳。它们能把鼓膜的振幅变小而压力扩大后传给内耳。

内耳的基本功用是感受由鼓膜送来的振动。内耳由不管听觉的三个半规管和专管听觉的螺旋状骨组织──耳蜗组成。半规管与听觉没有关系，是一种平衡器官。负责听觉的耳蜗，内部有一张薄膜，膜上布有听觉神经末梢──23500根神经纤维，它们通过听觉神经与脑髓膜相联系。耳蜗内部充满了胶质的液体，从鼓膜传来的振动由耳蜗内部的胶质液体传递给薄膜上的神经纤维，

引起听觉神经末梢的兴奋，并由听神经及大脑皮层的有关部位进行加工分析，这样就产生了听觉。

二、人听到声音的过程

上面我们讲了声音在空气中是以疏密相间的波的形式向远处传播的，实际上这种疏密相间的传播过程也是声压高低的传播过程，密部压强大，疏部压强小，这种变动的压力传人人耳，就会引起耳膜震动。因此，外界传来的声音能引起鼓膜振动，这种振动经听小骨及其他组织传给听觉神经，听觉神经把信号传给大脑，人就听到了声音。

三、耳聋

耳聋分两类，一是传导性耳聋，它是由于人耳的传导部分出现了障碍引起的，鼓膜损坏，听小骨损伤，这类耳聋可治疗。另一种是神经性耳聋，它是由于听觉神经系统受到损伤，这类耳聋不可治愈。

第三节声音的特征

一、音调和频率

1、音调：指声音的高低或粗细，与频率有关。

2、频率：物体每秒振动的次数叫做频率，它的单位是赫兹，符号Hz，频率是用来描述物体振动快慢的物理量。

3、音调与频率的关系：音调的高低是由发声体振动的频率决定的。振动频率越高，音调越高，人们听到的声音越尖细；振动频率越小，音调越低，人们听到的声音越粗钝。不同物体的振动频率不同，同一物体的振动频率也可以调节。

二、响度和振幅

1、响度：指声音的强弱或大小，由振幅决定。

2、振幅：物体振动的幅度，发声体振动时，偏离原来位置的最大距离叫振幅。

3、影响响度大小的因素

⑴响度与振幅有关：振幅越大，声音的响度就越大。

⑵响度还与距离发声体的远近有关。距发声体越近，响度越大；距发声体越远，声音越发散，人耳感觉到的声音响度越小。

（3）另外人听到声音响不响还和发声体的频率有关。

我们平时所说的声音“大小”是指响度，而声音“高低”一般是指音调。

三、音色

音色也叫音品：反映了声音的品质与特色，音色由发声体的材料、结构决定。不同发声体的材料不同、结构不同，发出的声音的音色也就不同。我们能分辨出不同的人，不同的乐器就是根据它们的音色而分辨出来的。

四、人的听觉范围

人能否听到声音和两个因素有关，一个是和发声体的频率有关，一个是和声波的强度有关。

1、频率范围

对于人耳，只有20—20000Hz的振动才能产生声音的感觉。低于20Hz或高于20000Hz的振动人耳是听不到的。如：蝴蝶飞行时翅膀震动发出的声音人耳听不到，因为蝴蝶每10s振翅30次低于20Hz.人能听到声音的频率范围为20—20000Hz。

2、压强范围

虽然人能听到声音的频率范围为20—20000Hz，但这一范围内任一频率的声波必须在它的声压超过最小值（听阈压）时才能引起人耳的听觉，不同频率的声波有不同的听阈压，医学上把1000 Hz纯音，人刚能听的声音的声压2X10-5Pa定义为听阈压。同样，当声压超过某一最大值（痛阈压）时就会引起人耳的痛觉，不同频率的声波的痛阈压却相差不大，医学上把1000 Hz纯音，引起人耳的痛觉声音的声压20Pa定义为痛阈压。

3、超声波与次声波

人们把频率低于20Hz的声音称为次声波，频率高于

20000Hz的声音为超声波。它们都超出了人类听觉的范围，所以人类听不见超声波和次声波。

能产生次声波的声源有：火山爆发、地震、风暴、核爆炸、导弹发射等。次声波有极大的破坏力，能使机械设备破裂、建筑物遭到破坏等。有些动物不但能听到部分次声波，还能听到超声