1声学基础解析

• 描述声场及声波性质的物理量:
• 有声波的空间或区域称为声场。
• 与振动有关的物理量有质点振动的位移、速 度、加速度。 • 与媒质的状态发生了变化有关的物理量有媒 质密度、压强、温度等。
• 物理量的选择原则在于它测试的可靠性和简 便性。 • 对于我们最常见的媒质——空气而言，大气 的压强是最容易测定的，因此，采用与压强 有关的声学量来描述声过程。
说
明
• 声压随时间的变化服从简谐规律。 • 瞬时声压的方均根值就是有效声压，等于幅值的 0.707倍。 • 一般仪表测试的往往是有效声压值。因此，在实际 应用中人们习惯上所指的声压也往往是声压有效值。 • 声压的基本单位为帕(Pa),同时有 1帕=1牛顿/米2 1微巴=1达因/厘米2 1帕=10微巴
•
•
如果以c表示声波的传播速度（简称声速），则B处
为了简便起见，暂且忽略空气吸收，那么，振动的
ξ =Asin (t-χ /c)
(2-47)
• 因为B点是任意选取的，可见，x是任意的。
• 因此，(2-47)式就描述了在平面声波传播
过程中，媒质中任何一点、在任一时刻的
质点位移。
• 它反映了有声波存在时，媒质质点的位移
0 A sin t
• 所谓管内的声波，指的就是空气质点振动能
量在管内传递的过程。
• 因此，在离原点O的某一距离处B的空气质点
也将在其平衡位置附近作谐振动，只不过振
动从O点传到B需要一段时间而已。
• 也就是说，O点和B点所不同的是它们的起振
时间不同。这种时间上的差距就是相位的不
同，即这两者之间存在着一定相位差。
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（三）、声波方程
• 声场的特征可以通过媒质中的声压p、质点振 动速度v、或媒质的密度等物理量加以描述。 • 建立这些参数随时间与空间之间的变化关系， 并以数学形式表示，就叫做声波方程，也称 波动方程。
图
•
令活塞以频率作简谐振动，并取活塞的表面 中心（
•
在原点处，亦即在活塞表面处，空气质点的运动与活
• 即用声压、质点振速、媒质密度来描述声过 程。
（二）、声
压
• 在媒质中没有声扰动时，媒质的压强是恒定的。 在大气中，这个压强就是大气压强。 • 由于声波的存在，媒质的压强将发生变化。 • P0表示原来（没有声波存在时）的压强 • P 表示有声波存在时的压强 • 则由于声波的存在而引起的压强变化量
• 音频技术是指声音信号的拾取、传输、存 储和重放的技术。 。
声学基础
• • • • 一、声音的频率范围 二、基本声学量 三、声波的传播 四、人耳的听觉感知特性
一、声音的频率范围
次声波：低于20Hz的声波 超声波：高于20KHz的声波 音频信号： 20Hz- 20KHz人耳可以听到 声音 人的发生器官发出的声音频率：803400Hz 人说话的声音频率：300-3000Hz
•
波长定义为，在一周期T 的时间内声波传播的距离，
c T (2 48) • 因为周期T 的倒数就是频率f，因此，(2-48)式也可
•
(2-49)式表明了声速c、周期T、频率 式中c为声速。 c f (2 49)
T
2 2f T
(2 50)
• 以质点位移表示的波动方程(1-47)式也可以写成以波 ξ =Asin 2π (ft-χ /λ )= Asin 2π (t/T- χ /λ )
• 因此，声压定义为由于声扰动而产生的逾量 压强（简称逾压）p。
p P P0
•在声波传播的过程中，声压p是随空间位置（x,y,z）与时
声场中某点某一时刻的瞬时声压值，称为瞬时声压。
而在一定时间间隔内的最大瞬时声压，称为峰值声压。
p p( x, y, z, t )
如果声压随时间的变化服从简谐规律，则峰值声压也就是
如果声波沿x轴的负向传播，则这时的波动方程
x x t x A sin (t ) A sin 2 ( ft ) A sin 2 ( ) c T
媒质则是传播声波的条件，两者缺一不可。
• 置于弹性媒质中的振动体，由于它的振动，使得 振动体周围的媒质质点也随之作受迫振动。媒质 质点的振动在媒质中的传播，就称为声波。
媒质质点的运动和波的运动
• 在声波的波动过程中存在着两种既有联系、又有 区别的运动：
媒质质点的运动和波的运动。-麦浪
媒质中的质点仅在其平衡位置附近做往复运动， 它们并没有随着“波”的运动传播出去。 波则是能量传递的一种形式。波传播的是物质 的运动，而不是物质本身。因此，波动是物质运 动的一种形式。
随时间与空间的变化规律。
• 这就是以质点位移表示的声波方程。
• 从(2-47)式可以看出，波动方程中含有两个自变 量t和x。这两个自变量反映了质点位移与时间t 和空间位置x之间的相互关系。
• x一旦确定，位移则只是时间t的函数。这表示，
在某一确定位置上，质点振动位移随时间t以正弦 函数的规律变化。
• 自然界中发声体发出的声音从频率角度分 两类： 纯音和复合音 • 纯音： 单一频率成分的音 • 复合音：两种以上频率构成的音，可以分 解为许多纯音之和 • 超低音：习惯上称频率低于60Hz的声音 • 低音： 频率为60-200Hz的声音 • 中音： 频率为200-1KHz的声音 • 中高音：频率为1-5KHz的声音 • 高音： 频率高于5KHz的声音
• 在一般情况下，即除x=0外的其它位置，尽管其变 化规律与活塞（声源）相同，但存在一定相位差。 • 换句话说，该点的振动方式在滞后x/c之后才与活 塞的振动方式完全相同。
• 同样地，t一旦确定，则位移仅仅是位置x 的函数。 • 这表示，对于某一确定的时刻而言，不同 质点振动的位移随空间位置也是按正弦的 规律变化的。
• 基音：在复合音分解的信号中，频率最低 的一个纯音成分 • 泛音：比基音频率高整数倍的纯音成分
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二、基本声学量
• • • • （一）、声波 （二）、声压 （二）、声波方程 （三）、声Leabharlann Baidu的能量--声强
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（一）、声波
• 声波（声音）的产生应具备两个基本要素：
物体的振动和传播振动的媒质。
物体的振动是产生声波的基本原因，而传声