第二章声学基本知识VIP专享VIP免费

环境噪声控制工程Chapter2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。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声波的类型声波的特性声波的波动性——与光波的比较声波产生的条件——媒质惯性和弹性——真空中能否传播声波？横波与纵波（固体有切变弹性）声波通过相邻质点间动量传递来传播能量，而不是物质的迁移声学史话（声的波动性）人虽然知道声在空气中传播，但声的本质是什么还是众说纷坛，有人说是波，有人说是粒子，这和光学中的波动说和粒子说的争论一样。1687年牛顿在他的“原理”一书中对声波作为弹性波推导了声速的公式。但经过测量，发现计算值和实验值有较大的误差。原来牛顿认为声波传播是个等温过程，没有考虑声波变化较快，是个绝热过程。1816年拉普拉斯修改了牛顿的公式，把等温压缩系数换为绝热压缩系数，消除了理论和实验的差别。通过牛顿到拉普拉斯的工作，人们才最后确认声波是弹性波，奠定了经典声学的基础。2.2.1描述声波的基本物理量线性声波和非线性声波线性声波——简谐振动（位移与弹力成正比方向相反的振动），正（余）弦函数前提条件：质点振速<<声速质点位移<<波长，密度增量<<静态密度非线性声波——不满足上面条件，比如正（余）弦波变成锯齿波2.2.1描述声波的基本物理量)cos(0t振幅位移位移：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。相位：某一时刻，某一质点的振动状态（包括质点振动的位移大小和运动方向相位图2－2声波传播的物理过程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)<2020-20000>20000声音次<500500-2000>2000超低频声中频声高频定义声音频声声2.2.1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。cTfc),(11sHzTf2.2.1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。媒质名称空气水混凝土玻璃铁铅软木硬木声速3441372304836535182121933534267表21.1℃时声速近似值（m/s）空气中声速公式C=331.45+0.61tt——空气的摄氏温度℃2.2.2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：222222222ppp1pxyzct或拉普拉斯算符22221tpcp2.2.2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。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：1.平面声波：a.波动方程：222221tpcxp对于简谐振动而言：))(cos(sincos,)(,0)(0实数解复数解kxtPtBtAtxpePtxpkxtjω的意义fTtttPtxp22T0,)cos(,0又恢复到以前状态到从运动一个周期)cos(,,0,2,22)cos()cos(,0'0'0kxtPtxpcfckkxtkxtPttPtxp为了表述简洁米距离所含的波长数声波传播波数k的意义c(声速)的意义P0cos(t0－kx0)=P0[(t0+t)－k(x0+x)]这就要求t－kx=0因为k=/c，所以cxt1.平面声波：b.质点振动速度：对于简谐振动而言：cPUkxtUux0000/)cos(质点振动的速度振幅1.平面声波：c....