声音的物理特性和量度课件

1、第二节第二节 声音的物理特性和量度声音的物理特性和量度o 引言引言 一、声音的发生、频率、波长和声速一、声音的发生、频率、波长和声速 二、声功率、声强和声压和声压级二、声功率、声强和声压和声压级 三、分贝、声功率级、声强级三、分贝、声功率级、声强级 四四 噪声的相加和相减噪声的相加和相减o 小结小结一、声音的发生、频率、波长和声速一、声音的发生、频率、波长和声速 当物体在空气中振动，使周围空气发生疏、密交替变化并当物体在空气中振动，使周围空气发生疏、密交替变化并向外传递，且这种振动频率在向外传递，且这种振动频率在202020000Hz20000Hz之间，人耳可之间，人耳可以感觉，以感觉，称为声

2、音。称为声音。 频率低于频率低于20Hz20Hz的为的为次声次声，高于，高于20000Hz20000Hz的为的为超声超声，它们作，它们作用到人的听觉器官时不引起声音的感觉，所以不能听到。用到人的听觉器官时不引起声音的感觉，所以不能听到。 声源在一秒钟内振动的次数为声源在一秒钟内振动的次数为频率频率，记作，记作f f。单位为。单位为HzHz。 振动一次所经历的时间为周期，记作振动一次所经历的时间为周期，记作T T，单位为，单位为s s。频率和。频率和周期互为倒数，即周期互为倒数，即T T1 1f fo 沿声波传播方向，振动一个周期所传播沿声波传播方向，振动一个周期所传播的距离，或在波形上相位相同

3、的相邻两点间的距离，或在波形上相位相同的相邻两点间的距离称作波长，记为的距离称作波长，记为，单位为，单位为m m。o 一秒时间内声波传播的距离叫声波速度，一秒时间内声波传播的距离叫声波速度，简称声速，记作简称声速，记作C C，单位为，单位为m/s,m/s,频率、波长和频率、波长和声速三者的关系是：声速三者的关系是： fC 二、声功率、声强和声压和声压级二、声功率、声强和声压和声压级 1.1.声功率（声功率（w w） 声功率声功率是指单位时间内，声波通过垂直于传播方向某指是指单位时间内，声波通过垂直于传播方向某指定面积的声能量。定面积的声能量。 在噪声监测中，在噪声监测中，声功率是指声源总声功率

4、。声功率是指声源总声功率。单位为单位为w w。 2.2.声强（声强（I I） 声强声强是指单位时间内，声波通过垂直于声波传播方向单是指单位时间内，声波通过垂直于声波传播方向单位面积的声能量。单位为位面积的声能量。单位为w/sw/s2 2。 3.3.声压（声压（P P）和声压级（）和声压级（L LP P） 声波振动声波振动时空气压强必然比正常大气压力会有时空气压强必然比正常大气压力会有所增强或减弱所增强或减弱, ,这种增强或减弱的压强这种增强或减弱的压强, ,称为称为声压。声压。 声压单位为声压单位为PaPa。1Pa1Pa1N/m1N/m2 2,1atm=10,1atm=105 5PaPa。 对

5、于球面波和平面波：对于球面波和平面波： 声压与声强的关系为声压与声强的关系为cPI2 通常测量的噪声声压都是通常测量的噪声声压都是瞬时声压瞬时声压 瞬时声压的均方根值称为瞬时声压的均方根值称为有效声压有效声压。一般所说的声。一般所说的声压就是指的压就是指的有效声压有效声压。 正常人刚刚能听到的最微弱声音的声压为正常人刚刚能听到的最微弱声音的声压为2 21010-5-5PaPa，这个声压值称为人耳的这个声压值称为人耳的“听阈听阈”。 使人耳产生疼痛感觉的声压，如飞机发动机噪声的使人耳产生疼痛感觉的声压，如飞机发动机噪声的声压为声压为20Pa20Pa，称为人耳的称为人耳的“痛阈痛阈”。 从听阈到痛

6、阈，即从从听阈到痛阈，即从2 21010-5-5PaPa到到20Pa20Pa，其间相差很，其间相差很大，达大，达100100万倍。万倍。 经研究证实，经研究证实，人耳的声音感觉与声压大小成对数关系。人耳的声音感觉与声压大小成对数关系。 因此因此用声压比的对数来表示声音的强弱用声压比的对数来表示声音的强弱, ,这就是这就是声压级声压级，即即: :式中：式中：L LP P声压级，单位是分贝，声压级，单位是分贝，dBdB； P P声压，帕，声压，帕，PaPa； P P0 0基准声压，规定为基准声压，规定为P P0 0=2=21010-5-5PaPa( (即听阈升压即听阈升压) )。200)lg(10

7、lg20PPPPLP三、分贝、声功率级、声强级三、分贝、声功率级、声强级 1.1.分贝分贝 所谓所谓分贝分贝是指两个相同的物理量之比取以是指两个相同的物理量之比取以1010为底为底的对数并乘以的对数并乘以1010。 分贝符号为分贝符号为“dBdB”，它是一个相对单位，它是一个相对单位，没有物理量纲没有物理量纲。分贝数越小，声音就越小。分贝数越小，声音就越小。 如人耳的如人耳的听阈声压级听阈声压级是是0 0分贝（产生声音感觉的最低值）分贝（产生声音感觉的最低值）01lg10AAN 2.2.声功率级声功率级式中：式中：LwLw声功率级（声功率级（dBdB）；）； W W声功率（声功率（w w）；）

8、； W W0 0基准声功率，为基准声功率，为1010-12-12W W。 3.3.声强级声强级 式中：式中：L LI I声强级（声强级（dBdB）；）； I I声强（声强（W Wm m2 2）；）； I I0 0基准声强，为基准声强，为1010-12-12W Wm m2 2。0lg10WWLW0lg10IILI四、噪声的相加和相减四、噪声的相加和相减 1.1.噪声的叠加噪声的叠加: :两个以上独立声源作用于某一点，产生两个以上独立声源作用于某一点，产生噪声的叠加。噪声的叠加。 声能量是可以代数相加的声能量是可以代数相加的，设两个声源的声功率分别，设两个声源的声功率分别为为W W1 1和和W W

9、2 2，那么总声功率，那么总声功率 W W总总=W=W1 1+W+W2 2。 而两个声源在某点的声强为而两个声源在某点的声强为I I1 1和和I I2 2时，时，叠加后的总声叠加后的总声强：强： I I总总I I1 1I I2 2 但声压不能直接相加但声压不能直接相加例例: :现有两个声音现有两个声音, ,它们的声压分别为它们的声压分别为P P1 1、P P2 2，声压级为，声压级为L LP1P1和和L LP2P2，求两声音叠加后的合成声压级，求两声音叠加后的合成声压级L LP P。若。若L LP1P1=L=LP2P2，则，则L LP P= =？解：根据声压级的定义，可得：解：根据声压级的定义

10、，可得：201)lg(101PPLP2022)lg(10PPLP即即即即10/2021110PLPP 10/2022210PLPP20)lg(10PPLP总总又据声压与声强的关系：又据声压与声强的关系：cPI211cPI222cPIII/221总总所以：所以：CCPCPCIP)(22212总总22212PPP总（两声音叠加后声压的平方等于两声音叠加后声压的平方等于单声压的平方和单声压的平方和）10/2010/20211010PPLLPP)1010(10/10/2021PPLLP所以：所以：故总声压级为：故总声压级为：)1010lg(1010/10/21PPLLPL总)( 32lg1011dBL

11、LLPPP总2010/10/2020)1010(lg10)lg(1021PPPPLPPLLP总总)102lg(10)1010lg(1010/10/10/111PPPLLLPL总如如L LP1P1=L=LP2P2, ,即两个声源的声压级相等，则总声压级：即两个声源的声压级相等，则总声压级：当声压级不相等时，按上式计算较麻烦。当声压级不相等时，按上式计算较麻烦。可以利用图可以利用图7-17-1查曲线值来计算。查曲线值来计算。方法是：方法是：设设L LP1P1LLP2P2, L, LP1P1L LP2P2值按图查得值按图查得LLP P，则总声压级则总声压级L LP P总总L LP1P1LLP P 例

12、例1 1 两声源作用于某一点的声压级分别为两声源作用于某一点的声压级分别为L LP1P1=99dB=99dB。 L LP2P2=93dB=93dB。 由于由于L LP1P1-L-LP2P2=6dB=6dB，查曲线得，查曲线得LLP P1.0dB1.0dB， 因此因此L LP P总总=99=991.0=100dB1.0=100dB 例例2 2 两声源作用于某一点的声压级分别为两声源作用于某一点的声压级分别为 L LP1P1=90dB=90dB。L LP2P2=75dB=75dB。由于由于L LP1P1-L-LP2P2=15dB=15dB，查曲线得，查曲线得LLP P0.2dB0.2dB，因此因此

13、L LP P总总=90=900.2=90.2dB0.2=90.2dB结论：结论： 两个噪声相加，总声压级不会比其中任一两个噪声相加，总声压级不会比其中任一个大个大3 3分贝以上；分贝以上； 两个声压级相差两个声压级相差1010分贝以上时，叠加增量分贝以上时，叠加增量可忽略不计可忽略不计。 例如例如，有八个声源作用于一点，声压级分别为，有八个声源作用于一点，声压级分别为7070、7575、8282、9090、9393、9595、100dB100dB，它们合成的总声压级可以任意次序查图，它们合成的总声压级可以任意次序查图7-7-1 1的曲线两两叠加而得。任选两种叠加次序如下：的曲线两两叠加而得。任

14、选两种叠加次序如下： 2.2.噪声的相减噪声的相减 噪声测量中经常碰到噪声测量中经常碰到如何扣除背景噪声如何扣除背景噪声问题，这就是噪声相减的问题。问题，这就是噪声相减的问题。 通常是指噪声源的声级比背景噪声高，通常是指噪声源的声级比背景噪声高，但由于后者的存在使测量读数增高，需要减但由于后者的存在使测量读数增高，需要减去背景噪声。去背景噪声。o 例：例：为测定某车间中一台机器的噪声大小，从为测定某车间中一台机器的噪声大小，从声级计上测得声级为声级计上测得声级为104dB104dB，当机器停止工作，当机器停止工作，测得背景噪声为测得背景噪声为100dB100dB，求该机器噪声的实际大，求该机器噪声的实际大小。小。解：由题可知解：由