水声学原理.ppt
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为-26dB； 取参考声压为1达因/厘米2 时，其大小为
-100dB；
College of Underwater Acoustic Engineering
4
3. 给定水下声压 p 为100Pa ，那么声强 I 是
多大，与参考声强I r 比较，以分贝表示的声 强级是多少？（取声速C=1500m/s，密度为 1000kg/m3）
指数为15dB，其声源级SL为多少？
解：声源级定义：SL 10 log I
I0
ห้องสมุดไป่ตู้
无指向性声源的声强：
I ND
Pa
4
设指向性声源的轴向声强为： ID 由题意知：DIT 10 log DIT 指向性声源的轴向声强为：
DIT
ID I ND
ID DIT I ND DIT Pa / 4
声源级：SL 10 log
College of Underwater Acoustic Engineering
12
③运动方程——牛顿0 第二ut定律p
连立方程：
1
t
0u
dP c2d
可得： 波动方程
1 c2
P t
2p
1
0u
2 p
c2 t 2
College of Underwater Acoustic Engineering
ID I0
10 log Pa
10 log
1
4I0
DI T
College of Underwater Acoustic Engineering
6
第一章作业
1. 什么是声纳？声纳可以完成哪些任务？ 2. 请写出主动声纳方程和被动声纳方程？在声纳方程中各
项参数的物理意义是什么？ 3. 声纳方程的两个重要的基本用途是什么？ 4. 环境噪声和海洋混响都是主动声纳的干扰，在实际工作
u
t
0 1
College of Underwater Acoustic Engineering
11
根据前面的假设有：
1
t
0u
②状态方程——绝热压缩定律：介质的压缩和膨胀 过程是绝热过程
dP c2d
声波的传播速度： c 1
s 0
式中， s为绝热压缩系数——单位压强变化引起的体积
相对变化。
声场总能量：动能+位能
声能密度：
体积 V0 内的总声能为：E Ek
14
速度势——介质单位质量具有的声扰动冲量
p
0
dt
声压、质点振速与速度势的关系：
振速：
u
声压： Caution：
p
0
t
2 1 2
c2 t 2
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15
3、声场中的能量
声能：由于声波传播而引起的介质能量的增量称 为声能；显然声能是介质运动的机械能。
College of Underwater Acoustic Engineering
2
第一章思考题： 1、已知噪声是某主动声纳的主要干扰，如果声纳的声
源级增加一倍，问声纳作用距离能增大吗？如果能增大， 请计算增大了多少，如果不能，请说明原因。（声波按 球面波扩展衰减，不计介质吸收）
解：
对于受噪声干扰的主动声纳，提高声源级能增加 声纳的作用距离。
声波：机械振动状态在介质中传播 形成的一种波动形式
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）
速度的变化量：u
U
U0
College of Underwater Acoustic Engineering
10
2、波动方程导出
假设条件：
介质静止、均匀、连续的； 介质是理想流体介质； 小振幅波。
波动方程导出的三个基本方程：
①连续性方程——质量守恒定律：介质流入体元的净质
量等于密度变化引起的体元内质量的增加
13
拉普拉斯算符
直角坐标系：
2 2 2 2 x 2 y 2 z 2
球坐标系：
2
1 r2
r
r 2
r
r2
1
sin
sin
r2
1
sin 2
2
2
柱坐标系： 2
1 r
r r r
1 r2
2
2
2 z 2
College of Underwater Acoustic Engineering
中如何确定哪种干扰是主要的？
College of Underwater Acoustic Engineering
7
本讲主要内容
声学基础知识（了解） 波动方程的导出（了解） 声场中的能量关系（了解）
College of Underwater Acoustic Engineering
8
1、声学基础知识
解：声强： I p2 (100 10 6 )2 6.67 10 15 W/m2 c 1000 1500
声强级:
SIL 10log
I I0
10
log
6.67 6.67
1015 1019
40
dB
College of Underwater Acoustic Engineering
5
4. 发射换能器发射40kW的声功率，且方向性
第二章 声学基础
第三讲 理想流体介质中的小振幅波
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
College of Underwater Acoustic Engineering
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
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： p P P0
质点振速：由于声波扰动引起的介质质点运动
SL-2TL+TS-(NL-DI)=DT SL’-2TL’+TS-(NL-DI)=DT
两式相减得到 r' 4 2r
College of Underwater Acoustic Engineering
3
2、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
-100dB；
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4
3. 给定水下声压 p 为100Pa ，那么声强 I 是
多大，与参考声强I r 比较，以分贝表示的声 强级是多少？（取声速C=1500m/s，密度为 1000kg/m3）
指数为15dB，其声源级SL为多少？
解：声源级定义：SL 10 log I
I0
ห้องสมุดไป่ตู้
无指向性声源的声强：
I ND
Pa
4
设指向性声源的轴向声强为： ID 由题意知：DIT 10 log DIT 指向性声源的轴向声强为：
DIT
ID I ND
ID DIT I ND DIT Pa / 4
声源级：SL 10 log
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12
③运动方程——牛顿0 第二ut定律p
连立方程：
1
t
0u
dP c2d
可得： 波动方程
1 c2
P t
2p
1
0u
2 p
c2 t 2
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ID I0
10 log Pa
10 log
1
4I0
DI T
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6
第一章作业
1. 什么是声纳？声纳可以完成哪些任务？ 2. 请写出主动声纳方程和被动声纳方程？在声纳方程中各
项参数的物理意义是什么？ 3. 声纳方程的两个重要的基本用途是什么？ 4. 环境噪声和海洋混响都是主动声纳的干扰，在实际工作
u
t
0 1
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11
根据前面的假设有：
1
t
0u
②状态方程——绝热压缩定律：介质的压缩和膨胀 过程是绝热过程
dP c2d
声波的传播速度： c 1
s 0
式中， s为绝热压缩系数——单位压强变化引起的体积
相对变化。
声场总能量：动能+位能
声能密度：
体积 V0 内的总声能为：E Ek
14
速度势——介质单位质量具有的声扰动冲量
p
0
dt
声压、质点振速与速度势的关系：
振速：
u
声压： Caution：
p
0
t
2 1 2
c2 t 2
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15
3、声场中的能量
声能：由于声波传播而引起的介质能量的增量称 为声能；显然声能是介质运动的机械能。
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2
第一章思考题： 1、已知噪声是某主动声纳的主要干扰，如果声纳的声
源级增加一倍，问声纳作用距离能增大吗？如果能增大， 请计算增大了多少，如果不能，请说明原因。（声波按 球面波扩展衰减，不计介质吸收）
解：
对于受噪声干扰的主动声纳，提高声源级能增加 声纳的作用距离。
声波：机械振动状态在介质中传播 形成的一种波动形式
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）
速度的变化量：u
U
U0
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10
2、波动方程导出
假设条件：
介质静止、均匀、连续的； 介质是理想流体介质； 小振幅波。
波动方程导出的三个基本方程：
①连续性方程——质量守恒定律：介质流入体元的净质
量等于密度变化引起的体元内质量的增加
13
拉普拉斯算符
直角坐标系：
2 2 2 2 x 2 y 2 z 2
球坐标系：
2
1 r2
r
r 2
r
r2
1
sin
sin
r2
1
sin 2
2
2
柱坐标系： 2
1 r
r r r
1 r2
2
2
2 z 2
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中如何确定哪种干扰是主要的？
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7
本讲主要内容
声学基础知识（了解） 波动方程的导出（了解） 声场中的能量关系（了解）
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8
1、声学基础知识
解：声强： I p2 (100 10 6 )2 6.67 10 15 W/m2 c 1000 1500
声强级:
SIL 10log
I I0
10
log
6.67 6.67
1015 1019
40
dB
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5
4. 发射换能器发射40kW的声功率，且方向性
第二章 声学基础
第三讲 理想流体介质中的小振幅波
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
College of Underwater Acoustic Engineering
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
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： p P P0
质点振速：由于声波扰动引起的介质质点运动
SL-2TL+TS-(NL-DI)=DT SL’-2TL’+TS-(NL-DI)=DT
两式相减得到 r' 4 2r
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2、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