声波的基本性质及其传播规律学习教案

1、会计学1声波的基本性质声波的基本性质(xngzh)及其传播规律及其传播规律第一页，共108页。第1页/共108页第二页，共108页。第2页/共108页第三页，共108页。2.1.2 描述声波的基本物理量描述声波的基本物理量声压：通常用声压：通常用p来表示压强的起伏量，即与静态压强的差来表示压强的起伏量，即与静态压强的差p=(P-P0)，称为声压。，称为声压。Pa,1Pa=1N/m2波长波长(bchng)：在同一时刻，从某一个最稠密（或最稀疏）：在同一时刻，从某一个最稠密（或最稀疏）的地点到相邻的另一个最稠密的地点到相邻的另一个最稠密(或最稀疏）的地点之间的距离或最稀疏）的地点之间的距离称为声波

2、的波长称为声波的波长(bchng)，(m)周期：振动重复周期：振动重复1次的最短时间间隔称为周期。次的最短时间间隔称为周期。T(s)频率：周期的倒数即单位时间内的振动次数，称为频率，频率：周期的倒数即单位时间内的振动次数，称为频率，f, 赫兹赫兹(Hz),1Hz=1s-1声速：振动状态在媒质中的传播速度称为声速，声速：振动状态在媒质中的传播速度称为声速，c(m/s)。实。实际计算常取际计算常取340m/s。第3页/共108页第四页，共108页。c=f图2-1 空气中的声波第4页/共108页第五页，共108页。第5页/共108页第六页，共108页。第6页/共108页第七页，共108页。SS声射线

3、波阵面声射线波阵面（a）立体图（b）截面图图2-4 球面声波声线立体图第7页/共108页第八页，共108页。2222222221tpczpypxp第8页/共108页第九页，共108页。222221tpcxp第9页/共108页第十页，共108页。第10页/共108页第十一页，共108页。第11页/共108页第十二页，共108页。txc第12页/共108页第十三页，共108页。第13页/共108页第十四页，共108页。第14页/共108页第十五页，共108页。图图2.5 2.5 声场声场(shn chn)(shn chn)中媒质单元体受中媒质单元体受力图力图第15页/共108页第十六页，共108页

4、。tuVpStutuxptuxpdtxpu1第16页/共108页第十七页，共108页。)()cos(00kxtUkxtcPux第17页/共108页第十八页，共108页。第18页/共108页第十九页，共108页。第19页/共108页第二十页，共108页。第20页/共108页第二十一页，共108页。第21页/共108页第二十二页，共108页。TTpudtTSSpudtTW001第22页/共108页第二十三页，共108页。2221202000cSUcSPUSPW22eeeecUScSPUSP2/2/00UUPPee，第23页/共108页第二十四页，共108页。TedttpTp02)(12/0PPe2

5、/0UUe第24页/共108页第二十五页，共108页。eeeeUPcUcPSWI22第25页/共108页第二十六页，共108页。D 图图2.6 2.6 声波的声能声波的声能(shn (shn nn)nn)密度密度)1(LDE第26页/共108页第二十七页，共108页。cIcPLIDe22第27页/共108页第二十八页，共108页。niip1第28页/共108页第二十九页，共108页。1112xkx2222xkx第29页/共108页第三十页，共108页。20210120210111202012022012coscossinsintan)cos(2PPPPPPPPPT)(2)()()(212121

6、21xxxxktt由于这两列波频率相同，所以由于这两列波频率相同，所以(suy)它们之间的相位它们之间的相位差差第30页/共108页第三十一页，共108页。第31页/共108页第三十二页，共108页。 图2.7 波的干涉(gnsh)a 相位相同 b 相位相差1800第32页/共108页第三十三页，共108页。第33页/共108页第三十四页，共108页。图图2.8 2.8 驻波驻波(zh b)(zh b)的形成的形成第34页/共108页第三十五页，共108页。第35页/共108页第三十六页，共108页。第36页/共108页第三十七页，共108页。 niieneeeePPPPP12222212其声

7、压其声压(shn y)表示为：表示为：上式表明，对于多个声波，当各个上式表明，对于多个声波，当各个(gg)声波间声波间不存在固定相位差时，其能量可以直接叠加。不存在固定相位差时，其能量可以直接叠加。第37页/共108页第三十八页，共108页。第38页/共108页第三十九页，共108页。第39页/共108页第四十页，共108页。第40页/共108页第四十一页，共108页。第41页/共108页第四十二页，共108页。第42页/共108页第四十三页，共108页。 图2.9 声音的三种(sn zhn)频谱（a）线谱 （b）连续谱 （c）谱线和连续谱混合第43页/共108页第四十四页，共108页。第44

8、页/共108页第四十五页，共108页。第45页/共108页第四十六页，共108页。第46页/共108页第四十七页，共108页。第47页/共108页第四十八页，共108页。质质I中的总声压为两个波的叠加：中的总声压为两个波的叠加：p1pipr，而在第二媒质中只，而在第二媒质中只有透射声波有透射声波pt，所以媒质，所以媒质中总中总声压声压p2pt 。第48页/共108页第四十九页，共108页。1c12c2ptxopipr图图2-6 2-6 平面声波正入射到两种媒质的分界面平面声波正入射到两种媒质的分界面第49页/共108页第五十页，共108页。第50页/共108页第五十一页，共108页。第51页/

9、共108页第五十二页，共108页。)cos()cos(1111111xktcPxktcPuuuriri)cos(2222xktcPuutttriPcPPc22111)(1第52页/共108页第五十三页，共108页。112222112211222cccPPccccPPritpirp2112222112112211224ccccIIccccIIritIirI人们人们(rn men)(rn men)常把常把r r值小的材料称为吸声材料，把值小的材料称为吸声材料，把值小的称为隔声材料。值小的称为隔声材料。第53页/共108页第五十四页，共108页。211sinsinsinccctri第54页/共108

10、页第五十五页，共108页。1c12c2pttOpipr图图2-7声波的折射声波的折射ir第55页/共108页第五十六页，共108页。NoImage21sinsinccti第56页/共108页第五十七页，共108页。tiiitptitiirpcccppccccpprcoscoscos2coscoscoscos11222211221122 斜入射声波斜入射声波(shn b)的反射系数的反射系数rp和透射系数和透射系数p可可表示如下：表示如下：第57页/共108页第五十八页，共108页。第58页/共108页第五十九页，共108页。第59页/共108页第六十页，共108页。第60页/共108页第六十一

11、页，共108页。第61页/共108页第六十二页，共108页。个对数值称为被量度量的个对数值称为被量度量的“级级”，如果所取对数是以如果所取对数是以10为底，则为底，则级的单位为贝尔（级的单位为贝尔（B）。由于）。由于(yuy)贝尔的单位过大，故常贝尔的单位过大，故常将将1贝尔分为贝尔分为10档，每一档的档，每一档的单位称为分贝（单位称为分贝（dB）。）。第62页/共108页第六十三页，共108页。p2p02pp0第63页/共108页第六十四页，共108页。II0第64页/共108页第六十五页，共108页。方向的面积。则有：方向的面积。则有： LI = LW -10lgS （dB）WW0第65页

12、/共108页第六十六页，共108页。TpT2p02 p1p2Tni=1pi第66页/共108页第六十七页，共108页。第67页/共108页第六十八页，共108页。p1 p2p1p2pppLLL12101lg101010lg101 . 0)(1 . 01 . 0111ppppTLpLLLpLL1LLppT第68页/共108页第六十九页，共108页。Lp/dB图2-10 分贝(fnbi)相加曲线L/dB1532.521.510.500 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 第69页/共108页第七十页，共108页。dBLppTLLp2 .1011010lg101010l

13、g10951 . 01001 . 01 . 01 . 021（2）查图法）查图法 两声压级分别两声压级分别(fnbi)为为100分贝和分贝和95分贝，两者相差分贝，两者相差5分贝分贝，由图，由图2-10查得查得 Lp5时，时，L1.2，所以总的声压，所以总的声压级应该是较高的声压级与级应该是较高的声压级与 L之和，即总声压级之和，即总声压级LP100+1.2101.2分贝。分贝。解：（解：（1）计算）计算(j sun)法法第70页/共108页第七十一页，共108页。9184838091.884.892.691分贝和分贝和84分贝相加，两声压级相差分贝相加，两声压级相差7分贝，由图查得修正分贝，

14、由图查得修正(xizhng)值值0.8分贝，所以分贝，所以91分贝和分贝和84分贝的总声压级为分贝的总声压级为91+0.891.8分贝。分贝。利用相同的方法，利用相同的方法，83分贝和分贝和80分贝相加，两者的差为分贝相加，两者的差为3分贝，由图查得分贝，由图查得修正修正(xizhng)值值1.8分贝，所以分贝，所以83分贝和分贝和80分贝的总声压级为分贝的总声压级为83+1.884.8分贝。最后由分贝。最后由91.8分贝和分贝和84.8分贝的差值分贝的差值91.884.87分分贝，查得修正贝，查得修正(xizhng)值值0.8分贝，故分贝，故4个声压线的总声压级为个声压线的总声压级为91.8

15、+0.892.6分贝。分贝。 解：按声压级高低解：按声压级高低(god)顺序排列，然后两两相加。顺序排列，然后两两相加。第71页/共108页第七十二页，共108页。10095918783101.2101.6101.7101.7第72页/共108页第七十三页，共108页。SpTpBTBS第73页/共108页第七十四页，共108页。第74页/共108页第七十五页，共108页。第75页/共108页第七十六页，共108页。(shui jin)Ab和气象条件引起的衰减和气象条件引起的衰减(shui jin)Am等。总的衰减等。总的衰减(shui jin)值值A则是各种衰减则是各种衰减(shui jin)

16、的总和：的总和： A= Ad+ Aa+ Ag+ Ab+ Am第76页/共108页第七十七页，共108页。声场，声波在扩散声场里接近全声场，声波在扩散声场里接近全反射。在大多数场合下，传播声反射。在大多数场合下，传播声音的是半自由声场，即介于自由音的是半自由声场，即介于自由和扩散之间的声场，如工矿企业、和扩散之间的声场，如工矿企业、住宅等。住宅等。在半自由声场中，吸声性能好的靠在半自由声场中，吸声性能好的靠近自由声场。近自由声场。第77页/共108页第七十八页，共108页。第78页/共108页第七十九页，共108页。24 rWSWI声强级为声强级为11lg2041lg10lg1041lg1014

17、lg10lg10202000020rLrWWrIWWWIrWIILWI第79页/共108页第八十页，共108页。第80页/共108页第八十一页，共108页。22 rWI声强级为声强级为LI =LW -20lgr -8 当距离足够远时，就可将球面波近似看成平面波，于是当距离足够远时，就可将球面波近似看成平面波，于是有有LI Lp。则若用声压。则若用声压(shn y)级来表示，可得级来表示，可得r处的处的声压声压(shn y)： 全空间：全空间：Lp=LW-20lgr-11 （dB） 半空间：半空间： Lp=LW-20lgr-8 （dB） 第81页/共108页第八十二页，共108页。如果计算从距离

18、如果计算从距离r1r1传播传播(chunb)(chunb)到距离到距离r2r2时，声强级或声压时，声强级或声压级衰减量级衰减量L L，则有，则有1221221lg20lg10lg1021rrrrIILLLII12lg2012rrLLpp由上式可知，若由上式可知，若r22r1，则，则L6dB。即在点声源的。即在点声源的声场中，距声源的距离加倍，声级衰减声场中，距声源的距离加倍，声级衰减6dB，这是用来，这是用来(yn li)检验声源是否可作为点声源处理的简便方法。检验声源是否可作为点声源处理的简便方法。第82页/共108页第八十三页，共108页。)(7510852060lg2085lg20121

19、2dBrrLLpp第83页/共108页第八十四页，共108页。第84页/共108页第八十五页，共108页。第85页/共108页第八十六页，共108页。24 rQWI第86页/共108页第八十七页，共108页。第87页/共108页第八十八页，共108页。图图2 211 11 声源声源(shn yun)(shn yun)指指向性因数向性因数第88页/共108页第八十九页，共108页。在远场区，在远场区，kr 1，均方声压为：，均方声压为：24202cos12)(rlPPe22202cos12)(rlPPe第89页/共108页第九十页，共108页。第90页/共108页第九十一页，共108页。第91页/共108页第九十二页，共108页。第92页/共108页第九十三页，共108页。第93页/共108页第九十四页，共108页。1、离散声源组成的线声源、离散声源组成的线声源一队汽车在平直公路上行驶一队汽车在平直公路上行驶(xngsh)，就是一个由，就是一个由离散声源组成的线声源。如果各车与前后相邻车的离散声源组成的线声源。如果各车与前后相邻车的距离为距离为d，声功率一样，且每辆车都可看做是一个，声功率一样，且每辆车都可看做是一个点声源，点声源， 则距离这个线声源则距离这个线声源r0 处的处的O点声压级为各点声压级为各声源在该点的声压级之和，见图所示。声源在该点的声压级之和，见图所示。 第