声波的反射、折射与透射
声波检测原理以及操作指南(3篇)
第1篇一、引言声波检测是一种广泛应用于无损检测、地质勘探、海洋工程、航空航天等领域的检测技术。
声波检测原理简单，操作方便，具有非接触、快速、高效等优点。
本文将详细介绍声波检测的原理及操作指南，以供相关人员参考。
二、声波检测原理1. 声波的产生声波是由物体振动产生的机械波。
在声波检测中，通常使用压电传感器将振动信号转换为电信号，再通过放大、滤波等处理，得到可供检测的声波信号。
2. 声波传播声波在介质中传播时，会根据介质的性质（如密度、弹性模量等）发生反射、折射、衍射等现象。
声波检测就是利用这些现象来获取被检测物体的内部信息。
3. 声波接收声波在传播过程中，会与被检测物体相互作用，产生反射波。
反射波携带了被检测物体的内部信息，通过接收传感器接收并转换为电信号，再经过放大、滤波等处理，即可得到被检测物体的内部结构。
4. 声波处理与分析声波处理与分析主要包括以下步骤：（1）信号放大：将接收到的微弱声波信号进行放大，以便后续处理。
（2）滤波：消除噪声，提高信号质量。
（3）信号处理：对声波信号进行傅里叶变换、小波变换等处理，提取声波信号的特征。
（4）数据分析：根据声波信号特征，分析被检测物体的内部结构，判断是否存在缺陷。
三、声波检测操作指南1. 检测前的准备工作（1）了解被检测物体的性质、尺寸、形状等信息。
（2）选择合适的声波检测设备，如超声波检测仪、声波发射器、接收器等。
（3）准备检测用的耦合剂，如水、油、耦合剂等。
（4）熟悉声波检测设备的操作方法。
2. 检测过程（1）将声波检测设备放置在待检测物体上，调整传感器位置，确保声波能够充分传播。
（2）涂抹耦合剂，提高声波在检测过程中的传播效率。
（3）启动声波检测设备，记录声波信号。
（4）根据声波信号特征，分析被检测物体的内部结构，判断是否存在缺陷。
3. 检测后的数据处理（1）对声波信号进行放大、滤波等处理，提高信号质量。
（2）对处理后的声波信号进行傅里叶变换、小波变换等处理，提取声波信号的特征。
声波的反射、折射、衍射、扩散、吸收和透射
声波的反射、折射、衍射、扩散、吸收和透射声波就像我们生活中的一个小伙伴，时不时在耳边响起。
它的反射、折射、衍射、扩散、吸收和透射，简直是一个迷人的世界。
想象一下，当你在湖边，投石入水，那涟漪就像声波在空气中的传播。
声波的反射，就是当声音遇到障碍物，比如墙壁，声音会弹回来，听起来就像是“嗡嗡”的回声。
说到折射，这可是声波的一个奇妙特性。
声音穿过不同密度的介质，比如从空气到水，速度会变化，就像你在海里游泳时，感觉自己变得慢了。
这种变化让声音的传播路径发生了变化，有时甚至让人觉得音色都变了。
再来说说衍射，这可是声音的一项绝技。
想象一下，当你在音乐会上，听到的声音并不是来自乐器，而是从角落传来的。
声音可以绕过障碍物，像水流一样，悄悄渗透到每一个角落。
衍射让声音无处不在，仿佛它是个魔法师。
扩散则是声波的另一个特点。
当声音在一个空间中传播时，会逐渐散开。
比如说，在一个大的房间里，音乐声不会集中在某一处，而是均匀分布。
这让我们能够享受到美妙的音律，而不是单调的噪音。
吸收也是声波的一部分。
某些材料，比如厚厚的地毯，能吸收声音，让房间变得安静。
这是因为它们能消耗声波的能量，减少反射声，让我们在家中享受宁静。
没错，安静的环境让人感到放松，像是给心灵披上了一层温暖的毯子。
透射则是声音在界面穿过另一介质的过程。
比如，当你在海边喊叫，声音进入水中时，虽然变得微弱，但依旧存在。
这种现象让我们意识到，声音的力量在于它的韧性，尽管经过了多重考验，它仍然能找到出路。
总的来说，声波的这些特性让我们的生活丰富多彩。
它们不仅是科学的产物，更是生活的一部分。
声音不仅传递信息，还是情感的载体，让我们能与他人分享快乐与悲伤。
可以说，声波就是生活的乐章，谱写着每一个动人的瞬间。
声学原理音波的反射折射和干涉
声学原理音波的反射折射和干涉声学原理：音波的反射、折射和干涉声学原理是研究声音传播和音波行为的学科。
在声学原理中，音波的反射、折射和干涉是重要的概念和现象。
本文将对这些内容进行详细解析。
一、音波的反射反射是指当音波遇到一个障碍物时，部分或全部的能量被反射回原来的介质。
比如，当声音从一面墙壁上反射时，我们能够听到回声。
音波的反射遵循两个重要的规律。
首先，入射角等于反射角，也就是说，入射角和反射角的角度是相等的；其次，反射波的方向与反射表面的法线方向一致。
反射现象不仅在我们周围的环境中普遍存在，而且在科学研究和技术应用中也有重要的应用。
例如，在音响系统中，为了提高音质和音效，会利用声音的反射来增加声音的扩散和延迟效果。
二、音波的折射折射是指当音波从一个介质传播到另一个介质时，由于介质的密度或声速变化而改变传播方向的现象。
当音波从一种介质传播到另一种介质时，由于两种介质的特性不同，导致折射角度发生改变。
根据斯涅尔定律，折射光的入射角和折射角之间满足下列关系：折射率1 ×入射角1 = 折射率2 ×折射角2。
在声学中，折射定律同样适用，但需要将光的折射率换成声速、入射角和折射角也是指相应的声音传播的角度。
折射现象在日常生活和工程中也有诸多应用。
例如，为了在地震勘测中探测地下结构或找到地下矿藏，利用声波在不同介质中的折射现象可以实现地下结构的成像和勘测。
三、音波的干涉干涉是指当两个或多个音波相遇时，它们的相位和振幅产生相互影响的现象。
干涉现象通过音波的叠加而产生，叠加时有可能增强或减弱声音的振幅。
干涉分为构造干涉和破坏干涉两种形式。
当两个或多个音波的波峰和波谷相重叠时，产生构造干涉，声音的振幅增大。
相反，当波峰和波谷错位时，产生破坏干涉，声音的振幅减小。
干涉现象也广泛应用于声学科学和工程领域。
例如在扬声器阵列系统中，通过控制不同扬声器之间声波的干涉，可以实现声音的定向传播和声场的控制。
综上所述，声学原理中的反射、折射和干涉是音波行为中的重要现象。
《医用物理学》 声波的基本性质
同一声压下，Z愈大，介质质元获得的振动速度愈小； 反之则反。
三、声强(intensity of sound)
定义：声波平均能流密度的大小 即声波的强度
I 1 u 2 A2 pm2 pe2 pe2
2
2u u Z
4.1 声波的基本性质
四、声的反射和折射
声强反射系数（ rI ）：反射波与入射波强度之比. 声强透射系数（ I ）：透射波与入射波强度之比
4.1 声波的基本性质
p
uA
cos t
y u u
2
声压幅值 pm uA
Vm A
有效声压
pe
pm 2
uA
2
uVm
2
4.1 声波的基本性质
二、声阻抗(acoustic impedance)
Z
p
pm uA u 单位：瑞利 m A
Pa s m1
声阻, 仅由介质的性质决定
i (incidence); i(reflect) r (transmission)
垂直入射时：
rI
Ii Ii
Z Z
2 2
Z1 Z1
2
Ii Ii
Z1
I
Ir Ii
4Z1Z 2 Z1 Z2 2
Z2
Ir
4.1 声波的基本性质
2
rI
Ii Ii
Z Z
2 2
Z1 Z1
I
Ir Ii
4Z1Z 2 Z1 Z 2 2
4.1 声波的基本性质
机械波
次声波：< 20Hz 声 波：20-20000Hz （sound wave） 超声波：> 20000Hz
4.1 声波的基本性质
一、声压(sound pressure)
声波的反射、折射、衍射、扩散、吸收和透射
声波的反射、折射、衍射、扩散、吸收和透射声波这个东西，大家肯定都不陌生吧。
它就像是一种无形的能量，可以在空气中传播。
咱们生活中的很多事情都跟声波有关，比如说打电话、听音乐、看电影等等。
今天咱们就来聊聊声波的一些神奇之处——反射、折射、衍射、扩散、吸收和透射。
咱们来说说声波的反射。
你有没有想过，为什么你在敲门的时候，如果里面没人回应，你就得多敲几下呢？这就是因为声音在门上反弹了几次，才传到了你的耳朵里。
所以说，声波遇到障碍物的时候，就会发生反射。
咱们来看看声波的折射。
你知道吗，有时候你站在大街上，突然听到一个人在你身后说话，感觉声音是从天上掉下来的。
这就是因为声音在空气和地面之间发生了折射，导致了方向的改变。
所以说，声波在不同介质之间传播的时候，也会发生折射。
再来说说声波的衍射。
你有没有看过月亮上的环形山？其实那就是声波在月球表面发生的衍射现象。
因为月球表面有很多凹凸不平的地方，所以声波在传播的过程中会发生偏折，形成了环形山的形状。
所以说，声波在传播过程中，也会发生衍射现象。
咱们来说说声波的扩散。
你有没有觉得，当你在家里唱歌的时候，整个房间都会响起来？这就是因为声音在空气中不断扩散，传到了周围的所有地方。
所以说，声波在空气中传播的时候，会发生扩散现象。
咱们来看看声波的吸收。
你有没有发现，有些地方的声音特别小？那是因为那些地方有很多吸收材料，把声音都吸收掉了。
所以说，声波在传播过程中，也会被吸收掉一部分能量。
咱们来说说声波的透射。
你有没有听说过回声定位？那就是因为声波在遇到障碍物之后，会发生透射现象，让科学家们能够探测到物体的位置。
所以说，声波在传播过程中，也会发生透射现象。
声波这个世界可真是神奇啊。
它既能传播信息，又能改变我们的生活环境。
所以说，咱们要好好珍惜这个神奇的世界哦！。
声波的反射、折射、衍射、扩散、吸收和透射
声波的反射、折射、衍射、扩散、吸收和透射波阵面与声线声波从声源出发，在同一介质中按一定方向传播。
声波在同一时刻所到达的各点的包络面称为波阵面。
波阵面为同心球面的波称为球面波。
它是由点声源所发出的。
当声源的尺度比它所辐射的声波波长小得多时，可以看成是点声源。
波阵面为同轴柱面的波，称为柱面波。
它是由线声源发出的。
如果把许多靠的很近的单个点声源沿一直线排列，就形成了线声源。
波阵面为与传播方向垂直的平行平面的波称为平面波。
它是由面声源发出的。
在靠近一个大的振动表面处，声波接近于平面波。
如果把许多距离很近的声源放置在一平面上，也类似于平面波声源。
声波的反射、折射、扩散、衍射、扩散、吸收和透射声波的反射：声波在传播过程中遇到介质密度变化时，会有声音的反射。
房间界面对在室内空气中传播的声波反射情况取决于其表面的性质。
平面的反射下图表示大而平的光滑表面对声音反射的情况，反射的声波都呈球状分布，它们的曲率中心是声源的“像”，即与平方反比定律一致。
因此，反射声强度取决于它们与“像”的距离以及反射表面对声音的吸收程度。
光滑平面对声波的反射反射的定律：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。
曲面的反射弯曲表面对声音的反射仍然用声线表示声波的传播方向，下图表示由平面反射的声线是来自“像”声源的射线，呈辐射状分布，入射线、反射线和反射面的法线在同一平面内，入射线和反射线分别在法线的两侧，入射角等于反射角。
投射到凸曲面上的声线都分别被反射，反射波的波阵面并不是圆的一部分，而是必须由画总长度相等的各条声线求得。
声波遇到平面和凸曲面反射的比较下图分别表示对由平面、凸曲面及凹曲面形成的反射声线及波阵面的比较。
从声源到反射面的距离都相等，所分析的入射声波立体角相同，所画的波阵面的时间间隔也相同。
可以看出，来自凸曲面的波阵面比来自平面的波阵面大得多，而来自凹曲面的波阵面则小得多，并且缩小了。
环境噪声控制工程3
p1 P cost kx 0
p2 P cost kx 0
试计算两个声波构成的平面驻波声场中的平均声能密 度。
第三章 噪声评价和标准
噪声评价方法
噪声标准
第一节 噪声评价方法
响度级与等响曲线
等响曲线：在一定条件下，听力正常者听起来 同样响的各相应声压级按频率连成，得到的一 组曲线，这样的曲线叫做等响曲线。 响度级LN ：将待定声音与频率为1000赫的纯 音进行试听比较，以主观听觉相同时1000赫纯 音的声压级为其响度级，单位是方（phon）。
第二章 噪声的传播和分贝的计算
声波的叠加 平面波的反射、透视和折射 声波的绕射 噪声在传播中的衰减 分贝的计算
第一节 声波的叠加
叠加原理：多列声波合成声场的瞬时声 压等于每列声波瞬时声压之和。
p p1 p2 pn pi
n
相干波
i 1
具有相同频率和固定相位差的声波称为 相干波。
ei
由声压级定义得到：
Lp
p p0 10 20 所以，总声压级为：
Lp 10 lg 10
T
n
0.1L pi
！ 同一声源发出的不同频率的声波也适用分贝叠加的公 式
i 1
上式还可以改写为：
L p L p 10 lg( 1 10
T 1
0.1L p
)
L p L
1
L 10 lg 1 10
垂直入射的反射和透射
I II ρ2 c2 pt
pi P cost k1 x i pr P cost k1 x r pt P cost k 2 x t k1
ρ1 c1
pi
声学基础4.10平面声波的反射 折射与透射
声波通过分界面时的能量关系 考虑到 透射损失为：
例如声波由水射向空气
空气对水来说如同自由 边界，声波透过分界面 进入空气中的能量只有 入射声能的千分之一。
4.10.3 平面声波斜入射时的反射与折射 任意方向传播的平面波声压 表达式 波阵面法线方向与x轴一致时:
可以看到:x是位置矢量r在波 阵面法线上的投影.
这时由
得
若
则T=1
这时也可产生全透射,称四分之一波长全透射.
例如,甘油—水之间,若要产生全透射,需选用中 间层介质的特征阻抗应为：
常把中间层介质称为中间匹配层.
甘油-水加中间匹配层结构的透声系数
l/2 0
T
1/20 1/10 3/20 1/5 1/4 0.977 0.987 0.998 1.00
② 层的反射系数和透射系数除了和层及层两侧介质
的特征阻抗有关外,还和层的厚度与波长之比 l/2
有关,即中间介质层的声学特性对调节声反射和透
射起很大作用.
为了了解层对声波透声性能,下面分三种情况讨论： (1)Z1=Z3,介质Ⅰ与Ⅲ相同时.
显然Z1≈Z2时,T趋于1,透声系数最大.
例如人造橡胶的特性阻抗和海水的特性比较接近, 工程上常用来做水声系统的透声罩或保护层.
这个结果的意义在于,如果遇到声波由一种介质 进入另一种介质,而它们的声阻抗不完全匹配时, 总会有一部分声能量反射回第一种介质.但如果 适当加入一片中间中间匹配层,而且正确选取匹 配层的厚度及特征阻抗,即有可能实现声能量的
全透射.这就是超声技术常用的 /4 波片匹配全
透射技术.
平面内,但与z轴有一定的夹角.
水声中也常采用掠射角来表示
入射角的方向.
掠射角
应用物理原理解析声波的反射与折射现象
反射系数
定义：声波在两种不同介质中传播时，反射回来的声能占总声能的比例 计算公式：R = (Z2 - Z1) / (Z2 + Z1)，其中Z1和Z2分别为两种介质的声阻抗 影响因素：声阻抗、声速、密度、温度等 应用：声波探测、声波成像、声波通信等领域
反射声波的特性
反射声波的方向与入射声波 的方向相反
声波的传播速度
声波在空气中的传播速度：340m/s 声波在水中的传播速度：1500m/s 声波在固体中的传播速度：5000m/s 声波在不同介质中的传播速度不同，与介质的密度、弹性和温度有关。
声波的振动方向
声波是一种机械波，其振动方向与传播方向垂直。
声波的振动方向可以是纵向的，也可以是横向的。
声波的反射与折射现 象的物理原理
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01
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04
声波的折射现 象
02
声波的基本特 性
05
声波在介质界 面上的行为
03
声波的反射现 象
06
声波的传播规 律与物理模型
01 添加章节标题
02 声波的基本特性
公式：n=c1/c2， 其中n为折射系数， c1和c2分别为两种 介质中的声速
影响因素：折射系 数与两种介质的声 速、密度、温度等 因素有关
应用：折射系数在 声波探测、声波通 信等领域有广泛应 用
折射声波的特性
声波在传播过 程中遇到不同 介质时，会发
生折射现象
折射声波的方 向与入射声波 的方向不同， 折射角与入射 角之间的关系 遵循斯涅尔定
声波在遇到障碍物时，会发 生反射现象
声波探测技术和地质雷达检测
2、声波的传播规律
二、声波的反射、透射和折射
斯奈尔定律： sin1sin2sirn 1sirn2
VP1 VP2 Vs1 Vs2
P0
γ1
θ
θ1
S1 P1
γ2 θ2 P2
S2
2、声波的传播规律
二、声波的反射、透射和折射
入射角和折射角的关系
sin VP1 sin 2 VP2
临界角
sin VP0 VP2
发射天线
接收天线
直达波
目标体 反射波
4.方法原理
• 超高频电磁波（10MHz－5000MHz） • 由于地下介质往往具有不同的物理特性，如介质的介电
性、导电性及导磁性差异，因而对电磁波具有不同的波 阻抗，进入地下的电磁波在穿过地下各地层或管线等目 标体时，由于界面两侧的波阻抗不同，电磁波在介质的 界面上会发生反射和折射，反射回地面的电磁波脉冲其 传播路径、电磁波场强度与波形将随所通过介质的电性 质及几何形态而变化，因此，从接收到的雷达反射回波 走时、幅度及波形资料，可以推断地下介质或管线的埋 深与类型。
3 结构工程： 3）混凝土裂缝检x1 cos d 2 a2 x22 2ax2 cos
5、声波探测技术应用的应用
3 结构工程： 3）混凝土裂缝检测 贯穿裂隙的探测
5、声波探测技术应用的应用 3 结构工程： 4）深孔法混凝土裂缝检测
37
地质雷达检测
1.什么是雷达
RAdio Detection And Ranging
（无线电探向和测距）
利用电磁波探测目标的电子设备。发射电磁波 对目标进行照射并接收其回波，由此获得目标至电 磁波发射点的距离、距离变化率（径向速度）、方 位、高度等信息。
雷达最初是用于军事目的， 探测空中目标体
声波的反射、折射与透射
1 20℃时空气和水的特性阻抗分别为m s Pa R ⋅=4151及m s Pa R ⋅⨯=621048.1，计算平面声波由空气垂直入射于水面上时反射声压大小及声强透射系数。
声压反射系数11212≈+-=R R R R r p ， 声强透射系数3221212211122221021.1)(422-⨯≈+====R R R R t R R c p c p I I r p ia ta i t I ρρ2声波由空气以 30=i θ斜入射于水中，试问折射角为多大？分界面上反射波声压于入射波声压之比为多少？平均声能量流透射系数为多少？ 21sin sin c c t i =θθ,查表知s m c /3441=，s m c /14832= 又116.230sin 3441483sin 12>≈= i c c θ，所以发生全反射现象 反射波声压于入射波声压之比为1==i rp P P r 平均声能量流透射系数为0cos cos ==it I w t t θθ 3试求空气中厚为1mm 的铁板对200Hz 及2000Hz 声波的声强透射系数t I (考虑垂直入射). 声强透射系数为Dk R R D k t I 222211222sin )(cos 44++=. (1) f ＝200Hz 时，2889.0435020022=⋅==πωc k ，4210889.2-⨯=D k . 由于12<<D k ，则0sin ,1cos 22≈≈D k D k ，1≈⇒I t .(2) f=2000Hz 时，分析过程同上，1≈I t .4试导出三层媒质的声强透射系数（4－10－43）式。
设一厚度为D ，特性阻抗为222R c ρ=的中间层媒质置于特性阻抗为111R c ρ=与333R c ρ=中，如图所示。
则11j()a j()a e e t k x i i t k x i i p p ωωυυ--⎧=⎨=⎩；11j()11a j()11a e e t k x r r t k x r r p p p ωωυ++⎧=⎨=⎩；22j()22a j()22a e et k x t t t k x t t p p p ωωυ--⎧=⎨=⎩； 22j()22a j()22a e e t k x rr t k x r r p p ωωυυ++⎧=⎨=⎩；33j[()]a j[()]a e et k x D t t t k x D t t p p ωωυυ----⎧=⎪⎨=⎪⎩ 其中a 1a 2a 2a a a 1a 2a 2a a 11223,,,,i r t r t i r t r t p p p p p R R R R R υυυυυ==-==-= 123123,,k k k c c c ωωω===当0x =时，a 1a 2a 2a a 1a 2a 2a i r t r i r t r p p p p υυυυ+=+⎧⎨+=+⎩即a 1a 2a 2a a 1a 2a 2a 1122i r t r i r t r p p p p p p p p R R R R +=+⎧⎪⎨-=-⎪⎩（1） 当x D =时，2222t r t t r t p p p υυυ+=⎧⎨+=⎩即2222-j j 2a 2a a -j j 2a 2a a 223e e e e k D k D t r t k D k D t r t p p p p p p R R R ⎧+=⎪⎨-=⎪⎩（2） 由（1）得2a 122a 122a 2()()i t r R p R R p R R p =+-- (3)由（2）得22j 322a a 3-j 322a a 3e 2e 2k D t t k Dr t R R p p R R R p p R +⎧=⎪⎪⎨-⎪=⎪⎩(4)把（4）代入（3）得22j -j 32322a 12a 12a 332()e ()e 22k D k D i t t R R R R R p R R p R R p R R +-=+-- 则2aa t i p p 22223j -j 123212324()()e ()()e k D k DR R R R R R R R R R =++--- [][]2231232123221232123224()()()()cos ()()()()sin R R R R R R R R R R k D j R R R R R R R R k D =++---++++--22322132213242()cos 2()sin R R R R R k D j R R R k D=+++ 2223222222213221324()cos ()sin R R R R R k D R R R k D =+++ 232222131322224()cos ()sin R R R R R k D R k D R =+++则2a 1312222213a 3132222||4||()cos ()sin t I i p R R R t R R p R R R k D R k D R =⋅=+++。
声波的反射、折射、衍射、扩散、吸收和透射
声波的反射、折射、衍射、扩散、吸收和透射声波在我们的生活中无处不在，像是空气中流动的乐章。
无论是轻轻的音乐，还是亲友间的低语，声波都在悄然传递信息。
今天就聊聊声波的反射、折射、衍射、扩散、吸收和透射。
听起来挺专业的，但其实很有趣！一、声波的反射声波反射就像是一场对话。
当声音遇到一个表面时，它会反弹回来。
想象一下，你在一个空旷的房间里大喊：“嘿！”声音撞上墙壁，立刻回响回来。
这种现象叫做回声。
音乐厅的设计就是利用声波反射，创造出美妙的音效。
设计师们会考虑墙壁的角度和材料，确保每一个音符都能完美回响。
你在那种环境里，仿佛置身于音乐的海洋，音符就像鱼儿在水中游动，恣意洒脱。
1.1 回声的应用回声不仅仅是听到声音的反弹。
我们在山谷中大喊，听到的回声，常常会带来一丝神秘感。
这种自然的现象让人感受到大自然的魅力。
而在现代科技中，声波反射被广泛应用于声呐系统，帮助潜艇在深海中探测物体。
通过分析反射的声波，潜艇可以了解周围环境，确保安全。
想想看，声波成了潜艇的“眼睛”，多神奇啊！1.2 声音在不同材料中的反射不同材料的反射效果各有千秋。
金属表面反射声音效果极佳，像是一个个小音响。
而布料、木头则会吸收部分声音，导致反射不那么明显。
这样一来，音响效果就会有所不同。
你在家里用的沙发，虽然很舒适，但会让声音变得柔和，温暖，就像是在温馨的怀抱中低语。
二、声波的折射声波折射就像是阳光透过水面折射出美丽的光影。
当声音进入不同的介质，比如从空气到水，速度和方向都会改变。
这就好比我们在泳池边说话，水中的声音听起来比在岸上要模糊很多。
那是因为声波在水中传播得更快，但也更容易被吸收。
2.1 水中的声音传播水中的声音传播给了我们另一个视角。
想象一下潜水员在水下的世界，四周是静谧的海洋，声音在水中轻盈地舞动。
鱼群游过，声音传递得如丝般细腻。
这个时候，声波的折射让他们能够捕捉到周围的动静。
在那种环境中，声波就像是一条隐形的丝线，连接着人与自然。
第4章 声波在平面界面的反射、折射和透射 ppt课件
质量元M的运动方程 [P(1) P(2)]S M dv dt
l 0, M 0
P(1) P(2)
PPT课件
2
静压强在分界面处连续
P0 (1) P0 (2)
P(1) P0 (1) p1; P(2) P0 (2) p2
1、分界面处声压连续
p1 p2
pi0 pr0 pt0
cosi 1c1
pi0
cosr 1c1
pr 0
cost 2c2
pt 0
2c2 1c1
rp
pr 0 pi 0
2c2 cosi 1c1 cost 2c2 cosi 1c1 cost
cost 2c2
cosi 1c1
——软边界，声压反相，速度同相！
5、 2c2 1c1
rp 1; rv 1; t p 0; tv 2
——绝对软边界，声压全反射！ tv 2 ——边界上速度的波腹，声压的波节。
能量反射和透射系数
rI
| pr0 |2
21c1
/ | pi0 |2
21c1
2c2 2c2
rI
| |
pr 0 pi 0
|2 |2
/ 21c1 / 21c1
2c2 cosi 2c2 cosi
1c1 cost 1c1 cost
2
tI
| pt0 |2 / 22c2 | pi0 |2 / 21c1
41c12c2 cosi (2c2 cosi 1c1 cost )2
(c = 1 - 0.05y)
第二章 声学基本知识
自由声场（Free Sound Field）
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
对于远场简谐柱面声波而言：
p P0
2 cos(rt kr)
kr
特点：振幅随径向距离的增加而减少，与距离的平
方根成反比关系。
3.柱面声波：
b.声线：是由线声源发出的径向线。
2.2.2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
噪声级的合成
6、计算例题
例1 强度为80dB的噪声，其相应的声压为多少？ 解：Lp＝20lg（p/p0），则，p＝p010 Lp/20 所以，p＝2×10－5×10 80/20＝0.2Pa
例2 声强为10－6 W/m2时的声强级是多少？ 解：L＝10lg（I/I0）＝10lg（ 10－6 /10－12 ） 所以，L＝60dB
pr
2c2
pt
a
r
t
θ
i
pi
1.声波的反射定律与折射定律
入射声波、反射声波与折射声波的传播方 向应该满足Snell定律：
2.2 声波的描述
2.2.1 描述声波的基本物理量 2.2.2 声音的物理量度 2.2.3 声波的类型
2.2.1 描述声波的基本物理量
2.2.1 描述声波的基本物理量
x sin( 2ft )
声波的反射和折射定律
声波的反射和折射定律
声波的折射定律：入射线、法线、折射线在同一平面上；入射线、折射线分居法线两侧；入射角的正弦与折射角的正弦之比等于第一种介质中传播速度与第二种介质中传播速度之比。
声波的反射定律：当声波从一种媒质入射到声学特性不同的'另一种媒质时，在两种媒质的分界面处将发生反射，使入射声波的一部分能量返回第一种媒质。
声波
声波是声音的传播形式，发出声音的物体称为声源。
声波是一种机械波，由声源振动产生，声波传播的空间就称为声场。
人耳可以听到的声波的频率一般在20Hz（赫兹）至20kHz之间。
声波可以理解为介质偏离平衡态的小扰动的传播。
这个传播过程只是能量的传递过程，而不发生质量的传递。
如果扰动量比较小，则声波的传递满足经典的波动方程，是线性波。
如果扰动很大，则不满足线性的声波方程，会出现波的色散，和激波的产生。
声音始于空气质点的振动，如吉他弦、人的声带或扬声器纸盆产生的振动。
这些振动一起推动邻近的空气分子，而轻微增加空气压力。
压力下的空气分子随后推动周围的空气分子，后者又推动下一组分子，依此类推。
高压区域穿过空气时，在后面留下低压区域。
当这些压力波的变化到达人耳时，会振动耳中的神经末梢，我们将这些振动听为声音。
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1 20℃时空气和水的特性阻抗分别为m s Pa R ⋅=4151及m s Pa R ⋅⨯=621048.1，计算平面声波由空气垂直入射于水面上时反射声压大小及声强透射系数。
声压反射系数11
212≈+-=R R R R r p ， 声强透射系数3221212211122221021.1)
(422-⨯≈+====R R R R t R R c p c p I I r p ia ta i t I ρρ
2声波由空气以 30=i θ斜入射于水中，试问折射角为多大？分界面上反射波声压于入射波声压之比为多少？平均声能量流透射系数为多少？ 2
1sin sin c c t i =θθ,查表知s m c /3441=，s m c /14832= 又116.230sin 344
1483sin 12>≈= i c c θ，所以发生全反射现象 反射波声压于入射波声压之比为1==i r
p P P r 平均声能量流透射系数为0cos cos ==
i
t I w t t θθ 3试求空气中厚为1mm 的铁板对200Hz 及2000Hz 声波的声强透射系数t I (考虑垂直入射). 声强透射系数为D
k R R D k t I 222211222sin )(cos 44++=. (1) f ＝200Hz 时，2889.04350
20022=⋅==πω
c k ，4210889.2-⨯=D k . 由于12<<D k ，则0sin ,1cos 22≈≈D k D k ，1≈⇒I t .
(2) f=2000Hz 时，分析过程同上，1≈I t .
4试导出三层媒质的声强透射系数（4－10－43）式。
设一厚度为D ，特性阻抗为222R c ρ=的中间层媒质置于特性阻抗为111R c ρ=与333R c ρ=中，如图所示。
则11j()a j()a e e t k x i i t k x i i p p ωωυυ--⎧=⎨=⎩；11j()11a j()11a e e t k x r r t k x r r p p p ωωυ++⎧=⎨=⎩；22j()
22a j()22a e e
t k x t t t k x t t p p p ωωυ--⎧=⎨=⎩； 22j()22a j()22a e e t k x r
r t k x r r p p ωωυυ++⎧=⎨=⎩；33j[()]a j[()]a e e
t k x D t t t k x D t t p p ωωυυ----⎧=⎪⎨=⎪⎩ 其中a 1a 2a 2a a a 1a 2a 2a a 11223
,,,,i r t r t i r t r t p p p p p R R R R R υυυυυ==-==-= 123123,,k k k c c c ω
ωω===
当0x =时，a 1a 2a 2a a 1a 2a 2a i r t r i r t r p p p p υυυυ+=+⎧⎨+=+⎩即a 1a 2a 2a a 1a 2a 2a 1122
i r t r i r t r p p p p p p p p R R R R +=+⎧⎪⎨-=-⎪⎩（1） 当x D =时，2222t r t t r t p p p υυυ+=⎧⎨+=⎩即2222-j j 2a 2a a -j j 2a 2a a 2
23e e e e k D k D t r t k D k D t r t p p p p p p R R R ⎧+=⎪⎨-=⎪⎩（2） 由（1）得2a 122a 122a 2()()i t r R p R R p R R p =+-- (3)
由（2）得22j 322a a 3-j 322a a 3e 2e 2k D t t k D
r t R R p p R R R p p R +⎧=⎪⎪⎨-⎪=⎪⎩
(4)
把（4）代入（3）得
22j -j 32322a 12a 12a 332()
e ()e 22k D k D i t t R R R R R p R R p R R p R R +-=+-- 则2a
a t i p p 22223j -j 123212324()()e ()()e k D k D
R R R R R R R R R R =++--- [][]2
231232123221232123224()()()()cos ()()()()sin R R R R R R R R R R k D j R R R R R R R R k D =++---++++--2
2322132213242()cos 2()sin R R R R R k D j R R R k D
=+++ 2223222222213221324()cos ()sin R R R R R k D R R R k D =+++ 2
32222131322224()cos ()sin R R R R R k D R k D R =+++
则2a 1312222213a 3132222
||4||()cos ()sin t I i p R R R t R R p R R R k D R k D R =⋅=+++。