水声学第二章 声学基础[精]
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ncots n2si2n i
密度比
Rmcosi n2sin2i mcosi n2sin2i
D
2mcois
mcois n2si2ni
讨论:
nc1 c21,有正常意义下的折射波
19
当 nc1 c21 时,且 iic arn c s airn c 1c s 2i
斜入射
pi
i
1c1
o
pr
x
t
pt
2c2
斜入射平面波在分界面上的反射和折射
17
边界条件
声压连续 法向质点振速连续
声压反射系数:R P r2 c 2 co i s 1 c 1 co t s Z 2 n Z 1 n P i 2 c 2 co i s 1 c 1 co t s Z 2 n Z 1 n
2
第一章思考题:
1、取下列声压作为参考级, 1微帕声压的大小 为: (10-5达因/厘米2 =1微帕)
取参考声压为1微帕时,其大小为 0dB; 取参考声压为0.0002达因/厘米2 时,其大小
为-26dB; 取参考声压为1达因/厘米2 时,其大小为
-100dB ;
3
2、给定水下声压 p为100Pa,那么声强 I 是多大,
注意:声阻率, 和声抗率
柱面波: Zi0cH H1022kkrr
说明:具有与球面波声阻抗率相似的性质。
注意:柱面波和球面波在远场近似为平面波,即
Z 0c
12
3、平面波在两种不同均匀介质界面上 的反射和折射
垂直入射
在分界面上,由于两介质的特性阻抗不同,声波分界面上 会发生反射和折射。
在介质1中:
第二章 声学基础
第一章知识要点
声纳参数的定义、物理意义
SL、TL、TS、NL、DI、DT、RL、DIT
组合声纳参数的物理意义
SL-2TL+TS NL-DI+DT RL+DT (SL-2TL+TS)-(NL-DI+DT)
主动声纳方程的选择问题(如何判断干扰) 声纳方程的两个重要的基本用途
声场:声波所及的区域 声压:由于声波扰动引起介质质点压强的变化,
这种变化量称为声压: pPP0 质点振速:由于声波扰动引起的介质质点运动
速度的变化量:uU U 0
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2、介质的特性阻抗与声阻抗率
介质的特性阻抗: 0c
声阻抗率:声场中某点声压与振速之比 Z p u
,它为一个复数(表明声压与振速存在相位差)。
4
3、发射换能器发射40kW的声功率,且方向性指数
为15dB,其声源级SL为多少?
解:声源级定义:
SL10log I
无指向性声源的声强:
I ND
Pa
4
I0
无指向性声源的声源级:SLND10logIIN0D
1l0oP ag 17 .70 721dB7
设指向性声源的轴向声强为: I D
5
主要内容
声学基础知识(了解) 介质的特性阻抗与声阻抗率(了解) 平面波在两种不同均匀介质界面上的反射和折
射(了解) 等间距均匀点源离散直线阵的声辐射(了解) 均匀连续直线阵的声辐射(了解) 无限大障板上平面辐射器的声辐射(了解) 声波的接收方向特性(了解)
8
1、声学基础知识
声波:机械振动状态在介质中传播 形成的一种波动形式
由上述各式可知,声波在分界面上反射和透射 的大小决定于媒质的特性阻抗,具体分析如下:
当
时,有
, ,全部透射
Z1 Z2
R0 D1
当
时,有
,
,硬边界,反射波
声压Z1和Z入2射波声压R同0相 D0
15
当 Z1 Z2时,有 R0 ,D0 ,软边界,反射
波声压和入射波声压反相
当 Z1Z2时,有 R1 , D2 ,绝对硬,反射
即:
Pi Pr Pt
• 界面上法向振速即连:续:u P 1 i x ,tPrx 0 Ptu 2x ,tx 0
1c1 1c1 2c2
14
声压反射系数: RP P ri 2 2c c2 2 1 1c c1 1Z Z2 2 Z Z1 1
声压 i 2c21c1 Z2Z1
• 平面波:Z0c 说明: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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球面波
Z 0 c1 k k 2 r 2 r i0 c1 k kr 2 r1 0 c kk 2 re i r
tg 1
kr
说明: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。
与参考声强 比较I 0 ,以分贝表示的声强级是多 少?(取声速C=1500m/s,密度为1000kg/m3)
解:声强: W/m2
I pc 2(1 10 0 1 0 1 00 60 5 )2 06.0 6 710 15
声强级: dB
SI1 Ll0 oII0 g1l0 o6 6..g 6 6 7 7 1 1 1 1 0 09 5 40
分类:
20Hz以下的振动称为次声 高于20kHz的振动称为超声 20Hz至20kHz的声振称为音频声
流体介质中,声波表现为压缩波 (Compressional Wave),即纵波
在固体中既有纵波也有横波(切变 波-Shear Wave)
9
声速:振动在介质中传播有时间滞后,即声波 在介质中传播有一定速度,称为声速
p 1 P ie i t k 1 x P r e i t k 1 x
pi
pt
u1P 1c i1eitk1xP 1r c1eitk1x
pr
1c1
o
2c2
x
13
在介质2中:
p2P teitk2x
边界条件:
u2
Pt
2c2
eitk2x
• 界面上声压连续: p 1 x ,tx 0 p 2 x ,tx 0
波声压和入射波声压大小相等,相位相同,所以在 分界面上合成声压为入射声压的两倍,实际上发生 的是全反射。
透射损失TL:
T L 1l0 g I Iti 1l0 g Z Z 1 2D 1 2 1l0 g Z Z 1 2 2l0 g D
例:声波由空气入射到水中,透射损失约29.5dB
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声压透射系数:D P t 22 c 2 co i s2 Z 2 n P i 2 c 2 co i s 1 c 1 co t s Z 2 n Z 1 n
注意:法向声阻抗率:声压与法向振速之比
Z1n1c1cois Z2n2c2co ts
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取nc1 c2,m2 1,则由折射定律得
折射 率