第二章.声波-2

1、A、 教学目的1.声波的基本性质及其传播规律(C：理解)3.声波传播现象(B：识记)B、教学重点(1)声波的基本特性 声源；波动；声波的传播特性 (2)噪声的客观物理量度 声强、声压、声功率；声强级、声压级、声功率级；分贝相加、分贝相减、分贝平均；频程和滤波器；频谱和频谱分析；噪声的掩蔽效应。C、教学难点1、声波的传播特性、级、频谱、掩蔽效应的概念2、声波传播的现象知识。D、教学用具多媒体幻灯片E、教学方法讲授法、讨论法F、课时安排2(6)课时G、教学过程基本概念：声源：凡能产生声音的振动物体。P7纵波：媒质质点的振动方向与声波的传播方向相一致的声波。P7横波：媒质质点的振动方向与声波的传播方

2、向相互垂直的声波。P7声压：声源振动、传递，会造成邻近空气压强的起伏变化，其压强的起伏变化量p，即与静态压强的差p=(P-Po)。P8频率：单位时间的振动次数，单位赫兹（Hz）,1Hz=1s-1。P8振幅：振动波离开平衡处的最大位移。P10波阵面：音波传播空间同一时刻相位相同的各点的轨迹曲线。P10平面声波：当波阵面是垂直于传播方向的一系列平面时的声波。一般远离声源的声波近似的看作为平面声波。P10波前：声波传播时处于最前沿的波阵面。P10波数：,其中角频率，声速。P10声阻抗率：，声压；质点振动速度；p11点声源：当声波的几何尺寸比声波波长小得多时，或者测量点离开声源相当远时，则可以将声源看

3、成为一个点，称为点声源。P12线声源：当声波的几何尺寸相比声波波长不可忽略且声源形状可视为一条线时的声源。P32面声源：当声波的几何尺寸相比声波波长不可忽略且声源形状可视为一个面域时的声源。P34球面声波：在各向同性的均匀媒质中，从一个表面同步涨缩的点声源发出的声波，也就是在以声源点为球心，以任何r值为半径的球面上声波的相位相同。P12柱面声波：波阵面是同轴圆柱面的声波，其声源一般可视为“线声源”。P12声线：自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，声线就是波的传播方向且处处与波阵面垂直的直线。各向异性的媒质中，则有所区别。P13声能量：声波在媒质中传播，一方面使媒质质点在平衡

4、位置附近往复运动，产生动能，另一方面又使媒质产生了压缩和膨胀的疏密过程，使媒质具有形变的势能。两部分能量之和就是声扰动使媒质得到的声能量。P13瞬时声强：声场中某点处，与质点速度方向垂直的单位面积上在单位时间内通过的声能，是一矢量。P14声强：对于稳态声场，瞬时声强在一定时间T内的平均值。P14声功率：声源在单位时间内发射的总能量。或是单位时间内通过某一面积的声能。P14干涉现象：在空间某些位置振动始终加强，在另一些位置振动始终减弱，此种现象即为干涉现象。P15相干波：具有相同频率、相同振动方向和恒定相位差的声波称为相干波。P15驻波：声压值PT随空间不同位置有极大值和极小值分布的周期波。P1

5、5驻波声场：驻波传播的空间声场。P15频谱图：以频率f为横轴，以声压p为纵轴绘出的声音的频率谱线图。P16基频：与振动周期相同正弦形式的频率。P16谐波：频率等于基频的整数倍的正弦形式称为谐波。P16谱密度：，其中声压，某频率附近的带宽。P16反射声波：当声波入射到两种媒质的界面时，一部分会经界面反射回原来的媒质中，即为反射声波。P17透射声波：当声波入射到两种媒质的界面时，一部分会经界面进入另一种媒质中成为透射声波。P17级：对被量度量与基准量的比值求对数，这个对数值称为被量度量的“级”。P22声压级：，其中：p被量度的声压有效值，p0基准声压。P22声强级：，其中：I被量度的声强，I0基准

6、声强。P22声功率级：，其中：W被量度的声功率平均值，W0基准声功率。P23空气吸收：声波在空气中传播时，因空气的粘滞性和热传导，在压缩和膨胀过程中，使一部分声能转化为热能而耗损，称为空气吸收。P26弛豫吸收：指空气分子转动或振动时存在固有频率，当声波的频率接近这些频率时要发生能量交换。并有能量交换的滞后现象。P26声偶极子：有两个具有相同振幅、相反相位的点声源构成的合成声源。P30声屏障：当声源与接收点之间存在密实材料形成的障碍物时会产生显著的附加衰减，这样的障碍物称为声屏障。P282.6.声波在传播中的衰减声在传递过程中将产生反射、折射、和衍射等现象，并在传递过程中引起衰减。主要有：声能随

7、距离的发散传播引起的衰减；：声能由于空气吸收引起的衰减；：声能由于地面吸收引起的衰减；：声能由于屏障作用引起的衰减；：声能由于气象条件引起的衰减等等。故声传递过程中总的衰减值l ：声能随距离的发散传播引起的衰减：全空间：即向四周空间发散，以r为半径的球面面积为； 声强I与声功率W关系： r接收点与声源间的距离。 声压级：半空间：即向刚性面的上半空间发散，以r为半径的半球面面积为； 声强I与声功率W关系： r接收点与声源间的距离。声压级：从处传播到处时的发散衰减l ：声能由于空气吸收引起的衰减(一般可查书上表2-1)：空气吸收：声波在空气中传播时，因空气的粘滞性和热传导，在压缩和膨胀过程中，使一

8、部分声能转化为热能而耗损，称为空气吸收。P26常温(20)时： 其中，f：声波频率，Hz； d：传播距离，m； ：相对湿度。不同温度时： 其中，：与20相差的摄氏温度；。弛豫吸收：指空气分子转动或振动时存在固有频率，当声波的频率接近这些频率时要发生能量交换。并有能量交换的滞后现象。P26l ：声能由于地面吸收引起的衰减：开阔的平地、大片的草地、灌木树丛、丘陵、河谷等均会产生地面吸收引起的衰减。一般对70m以上距离的非刚性地面衰减予以考虑。在地震、草原放牧、地表信号探测等方面应用。 书上给出了1000Hz的附加衰减公式，大家了解下即可，一般根据树木种类，草皮等种类变化较大。这个在实际当中要特别注

9、意。l ：声能由于屏障作用引起的衰减：涉及到声波遇到屏障时的反射、透射、折射等声学现象，即声辐射的问题，需综合考虑，后面介绍。l ：声能由于气象条件引起的衰减：雨、雪、雾等对声波的散射会引起声能的衰减，但一般影响较小，每1000米不到0.5dB，可忽略不计。而风、温度梯度对声波的传播影响很大，见图示，温度、风速对声波的影响：2.7.声源的辐射声场中的声压大小、空间分布、时间特性、频率特性等都与声源的辐射性质密切相关。实际声源辐射的声波情况均很复杂，要详细的定量描述声场中声压与声辐射特性之间的关系很困难。如声辐射的辐射系数一般根据实际测量值确定，理论估值较难，偏差较大。声辐射与声源性质密切相关，

10、下面分别对点、线、面声源分别分析：l 点声源：条件：a.声源表面各处作同振幅、同相位的振动。b.ka<<1(a为声源的线度)即a比小得多，其瞬时声压为(球面波的解)其中，：声源强度；a：声源线度，相当于距离声源的直线距离。l 有两个具有相同振幅、相反相位的点声源构成的合成声源，视为声偶极子。其瞬时声压为(球面波的解)由声偶极子引起的声源发散及上式可以知道：声压在空间不再均匀分布，而且有很强的方向性，在偶极子轴线方向，声压最大；在垂直轴线的中线方向，声压为零。为了描述声源的辐射特性随方向的变化，引入指向性因数： 式中：声功率为W的实际声源在距离r处方向的均方声压。：声功率为W的无指向

11、性声源在距离r处的均方声压。 对于偶极子，有 ；对于同样的声源强度Q，一般声偶极子产生的声压要比点声源的小，辐射效率差。实际声源一般可能不满足点声源条件，可设想把声源表面S分成无限多个小面元ds，而ds上可认为是一个点声源，整个叠加得到空间一点的总瞬时声压。l 线声源：线声源的处理：1 一列较长的列车、公路等。2 一般线声源为近似处理。3 不相干线声源可视作能量叠加。l 连续分布的线声源：整个线声源对P点的声压平方为：当线声源无限长或P点靠近线源中部且r0远小于线源之长度时，则有：。相应的可求解出声压级为：式中：单位长度声功率级。 参照公式：(空气中质点振动速度与空气媒质密度、声速、声压关系式

12、P11) 的符号示意。此外，如果线声源的长度远小于被测声压点距声源的距离，则可视作半自由空间的点声源而予以处理。l 离散分布无限长线声源：单独离散点声源的影响贡献为：离散线声源对P点的影响贡献为：1 当时，有：，从而有：，说明当r很小时，只有靠近的声源起作用，其余声源的影响可忽略。2 当时，有：，从而有：,这时，可将离散声源作连续声源处理即将离散声源的声功率除以离散点间隔d视作连续声功率W，即可引用连续声功率的相关计算式：需说明的是：不论离散或是连续线声源，均有：声级衰减量： （指从r01到r02的距离）l 面声源：面声源是一个与声源大小，即声源的长、宽、高密切相关的影响源，其对距离d处的P点

13、的影响，如声能密度为： 式中：声速为c 。如果，则可求得 可定义，并取代公式中参变量。并由此可求得P点的声压级：书上举了一个简单的例子，表征结果表明：对于面声源中的点源处理，要注意：1 相位的影响，同相位的可以进行能量叠加，甚至是声压加和，数值与方向矢量的相加。2 相位不同、但相关的点源处理，一定要注意采用瞬时声压的加和，不再使用能量加和等关系。3 面声源的处理复杂，应视情况而作处理。l 声源的指向性：声源在自由空间中辐射声波时，其强度分布的一个主要特性是指向性，常用表示。 其中，：某方向的声强； ：所有方向上的平均声强。如考虑声辐射的指向性，则原有的声压级计算公式修正为： 其中，为指向性指数，。由于指向性因数一般与频率相关，故计算是需要分频计算的。H、板 书第二章.声波的基本性质及其传播规律2.6.声波在