第二章 声学基本知识
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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 )
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。
忽略不计。则总声压级为92.1dB。
2.2.3 声波的类型
在均匀的理想流体中的小振幅声波的波 动方程为:
2 p x2
2 p x2
2 p x2
1 c2
2 p t 2
或
2 p 1 2 p
c2 t 2
2.2.2 声波的类型
波阵面:是指空间同一时刻相位相同的各点的 轨迹曲线。 根据波振面的形状可将声波分为不同的类型。
噪声级的合成
例4 、声压级分别为70、76、77、80、83dB,试计算合成声压 级。
解:L=86dB 例5 、声压级分别为70、84、78、82、86、89dB,试计算合成
声压级。 解(1)首先将声压级按从大到小顺序排列:89、86、84、
82、78、70; (2)89与86合成:合成声压级=89+1.8=90.8dB; (3)90.8与84合成:90.8+0.84=91.64dB; (4)91.64与82合成:91.64+0.46=92.1dB (5)由于92.1-78=14.1dB,因而78、70dB两个声源可
质点振动的速度振幅
1.平面声波:
c.声阻抗率:
Zs p /u
对于平面声波而言:
Zs P0 /U0 0c
媒质的特性阻抗,单位(Pa·s/m)
1.平面声波:
d.声线: 相互平行的一系列直线。
2.球面声波:
波阵面是以任何值为半径的球面。
a.波动方程:
2
(rp)
r 2
1 c2
2 (rp) t 2
对于从球心向外传播的简谐球面声波而言:
pr,t P0 cos(t kr)
r
特点:振幅随传播距离的增加而减少,二者 成反比关系。
2.球面声波:
b.声线: 是由声源点发出的半径线。
3.柱面声波:
波阵面为同轴圆柱面的声波称为柱面声波。 a.波动方程:
1 p 1 2 p r r (r r ) c2 t 2
环境噪声控制工程
宋娟娟
Chapter 2 声学基础知识
2.1 声音的产生和传播 2.2 声波的描述 2.3 声波的传播特性 2.4 声源的辐射特性
2.1声音的产生和传播
物体的振动是产生声音的根源。 声源: 我们把产生声音的振动物体称作声源。
2.1.2 声音的产生和传播
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。
声强级单位:分贝。
声压级和声强级的关系:
LI
10 lg
I I0
P2 I
c
LI
10 lg
P2 c P02 0c0
20
lg
P P0
10 lg
0c0 c
LI
Lp
10 lg
400
c
3.声功率和声功率级
a.声功率: 声源在单位时间内辐射的总能量,单位是瓦。
1.平面声波:
a.波动方程:
2 p 1 2 p x2 c2 t 2 对于简谐振动而言:
px,t P0 cos(t kx )
0,
px,t P0 cos(t kx)
1.平面声波:
b.质点振动速度: 对于简谐振动而言:
ux U0 cos(t kx) U0 P0 / 0c
Hale Waihona Puke 噪声级的合成 例3 室内洗衣机工作时,测得噪声声压p= 0.02Pa;电冰箱单独开动时声压级是54dB,试 计算两者同时开动时的合成声压级。
解:洗衣机单独工作时声压级为: L1=20lg0.02/(2×10-5)=20×3=
60dB 电冰箱声压级L2=54dB L1- L2=6dB,所以△L=1dB 则两者同时工作时L=60+1=61dB
(p1/p0)2=10 0.1Lpn 。 所以,总声压级Lp=10lg( 10 0.1L1+10 0.1L2+… +10 0.1Ln )
噪声级的合成
4、n个相同噪声级合成的总噪声级
L=10lg( 10 0.1L1+10 0.1L2+… +10 0.1Ln ) =10lg(n 10 0.1L1 )=L1+10lgn
当n=2时, L=L1+10lg2= L1+3 即表示两个相同的声压级相加,能量增加一倍,声级
增加3dB。
噪声级的合成
5、不同噪声级的合成 假设存在两个噪声源,声压级分别为L1、L2,且L1>L2 ,则有: L-L1=10lg( 10 0.1L1+10 0.1L2)- L1 =10lg[ 10 0.1L1 +10 0.1L2)/ 10 0.1L1 ]= 10lg [1+ 10 —0.1(L1-L2 )] 设噪声合成的附加值△L= 10lg [1+ 10 —0.1(L1-L2 )],则 L=L1+ △L 其中△L可查表,根据表可知,当L1-L2>6dB时, △L<1dB,所以
相互平行 的直线
由声源发出的 半径线
声源类型 平面声源
点声源
同轴圆柱面
线声源发出的 线声源 半径线
Chapter 2 声学基础知识
2.1 声音的产生和传播 2.2 声波的描述 2.3 声波的传播特性 2.4 声源的辐射特性
2.3 声波的传播特性
2.3.1 声场 2.3.2 声波的反射、透射、折射 2.3.3 声波的散射与衍射 2.3.4 声波的叠加 2.3.5 声波在传播中的衰减
当两个声源中的一个噪声级超出另一个噪声级6~8dB,则较弱的 噪声可以忽略不计。
两噪声级合成的附加值
L1-L2(dB)
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
△L=10lg [1+ 10 —0.1(L1-L2 )] (dB) 3 2.5 2.1 1.8 1.5 1.2 1.0 0.8 0.6 0.5 0.4
1.声压和声压级:
p (P P0 )
静态压强
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
D
pe2
0c2
5.频程和频谱:
a.频谱图: 以频率为横轴,以声压为纵轴,绘出的图叫声音 的频谱图。
常见噪声的频谱图
5.频程和频谱:
b. 频程:
为方便起见,通常将宽广的音频变化范围划分 为若干个较小的频段,称为频段或频程。
f2 2n f1
f f2 f1
f ( 2n 1 ) f
2.声强和声强级:
a.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 。
P2 I
c
2.声强和声强级:
b.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 1012 W m2
2n
噪声级的合成
1、噪声级合成是按照能量的叠加规律进行叠加的。 2、声强级:声强与能量成正比。总声强等于各声强之和。 假设有n个噪声源同时存在,声强与声强级分别为I1、 I2、… In和L1、
L2、… Ln。则: L1=10lg I1/I0, L2=10lg I2/I0 , … Ln=10lg In/I0 。 I1/I0=10 0.1L1, I2/I0=10 0.1L2, … In/I0=10 0.1Ln 。 所以,总声强级L=10lg (I1/I0+ I2/I0 … In/I0 )=10lg( 10
0.1L1+10 0.1L2+… +10 0.1Ln )
噪声级的合成
3、声压级:能量与声压的平方成正比。总声压的平方等于各声压排放 之和。
假设有n个噪声源同时存在,声压与声压级分别为p1、 p2、… pn和L1、 L2、… Ln。则:
Lp1=20lg p1/p0, Lp2=20lg p2/p0, … ,Lpn=20lg pn/p0 。 (p1/p0)2=10 0.1Lp1, (p1/p0)2 =10 0.1Lp2, … ,
2.3.1 声场(Sound Field)
1.声场的概念: 声场是指传播声波的空间。 按声场的性质可以将声场分为: 自由声场; 扩散声场; 半自由声场
2. 声场的分类
自由声场:
我们把可以忽略边界影响,由各向同性的均匀 介质形成的声场称为自由声场。
自由声场(Free Sound Field)
消声室
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 1 T
2.2.1 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)
声线:常称为声射线,就是子声源发出的代表 能量传播方向的直线,在各向同性的媒质中, 声线就是代表波的传播方向且处处与波阵面垂 直的直线。
2.2.2 声波的类型
1.平面声波: 声波的波阵面是垂直于传播方向的一系列平 面时,称其为平面声波。
波前: 声波传播时处于最前沿的波阵面称为波前。
1.平面声波:
媒质 空气 水 混凝 玻璃 铁 铅 软木 硬木
名称
土
声速 344 1372 3048 3653 5182 1219 3353 4267
2.2.2 声波的物理量度
1. 声压与声压级 2. 声强与声强级 3. 声功率与声功率级 4. 声能密度 5. 频谱和频程
2.2.2 声波的物理量度
意义: 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。
b.声功率与声强的关系
I W S
球面辐射时:
I
W
4r 2
波阵面面积
c.声功率级
LW
10 lg W W0
W0 1012W
声功率级单位:分贝。
4.声能密度
定义: 声场中单位体积媒质所含有的声能量。
对于在自由空间内传播的平面声波而言:
正常人耳能 听到最弱声
普通说话声 (1m远处)
公共汽车内
2×10-5 织布车间
2
2×10-2 柴油发动机、球 20 磨机
0.2
喷气飞机起飞
200
1.声压和声压级:
c. 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:
Lp
20 lg
p p0
p0 2105 pa
声压级单位:分贝。
2.2.1 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)。
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
2.2.1 描述声波的基本物理量