第二章声学基本知识

2.1.2 描述声波的基本物理量
x ? ? sin(2?ft ? ? )
位移 振幅
周相
位移：物体离开静止位置的距离称为位移，最大 的位移叫振幅，振幅的大小决定了声音的大小。
2.1.2 描述声波的基本物理量
1.周期： 质点振动每往复一次所需要的时间，单位为秒（ s）。 2.声波频率： 一秒钟内媒质质点振动的次数，单位为赫兹 (Hz)。
2.1.2 描述声波的基本物理量
4.声速：振动在媒质中传播的速度。
媒质特性的函数，取决于该媒质的弹性和密度； 声速会随环境的温度有一些变化。
表 21.1℃ 时声速近似值（ m/s）
媒质 名称 声速
空气 水 344 1372
混凝 土
3048
玻璃 3653
铁 5182
铅 1219
软木 3353
硬木 4267
I
?W S
??
c?
pe2
?c
?
peue ?
? 0cue2
2.1.3 声强级、声压级和声功率级
1.声强级: 该声音的声强与参考声强的比值取以10为底 的对数再乘10，即：
LI
? 10 lg
I I0
I0 ? 10?12 W m2
声强级单位：分贝。
2.1.3 声强级、声压级和声功率级
2. 声压级: 该声音的声压与参考声压的比值取以10为底 的对数再乘20，即：
2×10-5 织布车间
2Fra Baidu bibliotek
2×10-2 柴油发动机、球 20 磨机
0.2
喷气飞机起飞
200
3.声能量、声能密度
定义： 声场中单位体积媒质所含有的声能量。
介质的振动动能 介质产生膨胀和压缩形变势能
? E ? ? Ek ? ? Ep
3.声能量、声能密度
声能密度： ? ? ? E
V0
对于在自由空间内传播的平面声波而言：
Lp
? 10lg(
p )2 p0
?
20lg
p p0
p0 ? 2? 10?5 pa
声压级单位：分贝。
3.声功率级
LW
?
W 10 lg
W0
W0 ? 10 ?12 W
声功率级单位： 分贝。
LI ? LW ? 10lg S
2.1.4 声压级和声强级的关系：
LI
? 10 lg
I I0
I ? P2
?c
LI
? ? 10lg ?
2.2声波的叠加
? 2.声波的叠加 如果，两个声波频率相同，振动方向
相同，且存在恒定的相位差。则：
p1 ? P01 cos(? t ? kx1) ? P01 cos(? t ? ? 1) p2 ? P02 cos(? t ? kx2 ) ? P02 cos(? t ? ? 2 )
2.2声波的叠加
?
p2 ?c p02 ? 0c0
? ?? ?
? 20lg ?
?
p p0
? ?? 10lg ?
? 0c0 ?c
LI
?
Lp
? 10 lg
400
?c
2.2声波的叠加
不同位置的声源，发出的声波分布传播到 介质中的同一点上，该质点受两个声源共同影 响而振动，两个声波在该点叠加。
? 1.声压的叠加
n
? p ? p1 ? p2 ? ? ? pn ? pi i?1
1.声压和声压级
a.瞬时声压：某一瞬间的声压。
b.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。
? pe ?
1 T p2 (t)dt T0
1.声压和声压级 ：
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
总结:描述声波的基本物理量
声压 p=(P-P0) 波长 λ=c/f
帕斯卡（Pa） 米 （m）
周期 T
秒 （s）
频率 f =1/T
赫兹 （Hz）
声速 c
米每秒（m/s）
空气中 c=331.45+0.61t 340 m/s
2.声压
p ? ( p?? p0 )
静态压强
p1 ? P01 cos(? t ? kx1) ? P01 cos(? t ? ? 1)
??
?
(? t
? ?1) ?
(?
t
? ? 2)
?
?2
? ?1
?
k( x2
?
x1 )
?
2? ?
( x2
?
x1)
2.2声波的叠加
2.2.1相干波和驻波
A、声波的干涉现象:
两列波的频率相同，振动方向相同和具有 恒定相位差的声波，合成声仍是同一频率的振 动，在空间某一些位置的振动始终加强，在另 一些位置的振动始终减弱，这种现象称为声波 的干涉现象 。
频率范围 (Hz)
声音
定义
<20
20-20000
>20000
次
<500 500-2000 >2000
超
低频声 中频声
高频
声
音频声
声
2.1.2 描述声波的基本物理量
3.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。
? ? c ? cT
f
f ?1T
由叠加原理可知：
p ? p1 ? p2 ? PT cos(? t ? ? )
由三角函数可知：
PT 2 ? P012 ? P022 ? 2P01P02 cos(? 2 ? ? 1 )
? ? tan ?1 P01 sin ? 1 ? P02 sin ? 2 P01 cos ? 1 ? P02 cos ? 2
2.1声音的产生及描述方法
声源： 我们把产生声音的振动物体称作声源 。 分类：固体声源、液体声源和气体声源。
声源的振动
弹性媒介振动
空气、固体、 液体
声波
2.1.1 声音的产生
声波：这种向前推进着的空气振动称为声波。 声场：有声波传播的空间叫声场。 声音传播的实质： 声音传播是指物体振动形式的传播。
能产生干涉现象的声波称为 相干波，产生 干涉现象的声源称为 相干声源 。
环境噪声控制工程
环境科学与工程学院
Chapter 2 声波的基本性质及传播规律
? 2.1 声音的产生及描述方法 ? 2.2 声波的叠加 ? 2.3 声波的频率和噪声的频谱 ? 2.4 声波的反射、投射和衍射 ? 2.5声源的辐射 ? 2.6声波在传播过程中的衰减
2.1声音的产生及描述方法
物体的振动是产生声音的根源 。 声波是一种机械波，声波的产生和传播： 声源的振动、声源周围存在弹性介质。
平均声能密度： ? ? pe2 ? 0c2
4.声功率、声强
a.声功率: 声源在单位时间内辐射的总能量，单位是瓦。
意义：
W ? ? cS
声功率是衡量声源声能量输出大小的基本物理
量；声功率可用于鉴定各种声源。
4.声功率、声强
b.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 。