(完整版)第3章声波和超声波课件

1、第一节 声波第二节 多普勒效应第3章 声波与超声波第三节 超声波及其医学应用 1波的产生和传播2波线和波面3波在介质中的传播4教学要求1熟练掌握声强级的概念和多普勒效应以及它们的物理意义和计算方法。2理解声压、声强、声特性阻抗等基本概念及超声波的基本特性。3了解超声波的生物效应及医学应用。5第一节 声波 （Sound Wave）一. 声波的基本概念二. 声压和声强四. 声强级和响度级三.听觉区域6能够使听觉器官引起声音感觉的波称为声波。声波是机械振动在弹性媒质中产生的纵波。一. 声波的基本概念7能够使听觉器官引起声音感觉的波称为声波。声波是机械振动在弹性媒质中产生的纵波。20Hz 20000H

2、z声波低于20Hz 次声波高于 20000Hz超声波空气331 m s-10 C 标准大气压下水肌肉密质骨1480 m s-11570 m s-13600 m s-1频率范围传播速度 dv/dt = 0.61 m/s 一. 声波的基本概念声波8 声波是纵波，当其在媒质中传播时，将引起密度作周期性变化，从而压强亦作周期性变化。1、声压 媒质中压强的瞬时值与无声波传播时的大气压强之差叫做声压。 声压幅值(声幅)二. 声压和声强声波可以证明，介质中某点声压P的变化规律9几种声波的声压值声波10声阻抗 声压幅值2、声阻抗声波介质质点振动速度幅值：-表示介质声学特性的重要参数。11几种媒质的声速和声阻抗

3、声波声阻抗123、声强：声波声音的强度（声波的能流密度）：单位时间内通过垂直于声波传播方向上单位面积的声波能量。简称声强。单位：瓦/米213强度反射系数：强度透射系数：例题：14三、听觉区域听阈（ 最低可闻声强）threshold of hearing：1000 HZ : 10-12 W.m-2最敏感的频率：10005000HZ痛域 threshold of feeling:听阈曲线:痛域曲线:1000HZ: 1 W.m-2可闻声波频率范围内,能引起听觉的最小声强刺激量,称为听阈.人耳可容忍的最大声强刺激量叫痛阈.15听觉区域(auditory region): 由听阈曲线、痛阈曲线、20赫兹

4、线、20000赫兹线所围成的区域称为听觉区域。16四. 声强级和响度级 人耳能感觉到的声音的声强变化范围很大，数量级相差有1012倍 人耳对声音的主观感觉到的强弱更接近于和声强的对数成正比。单位:贝尔(B)通常取1000 Hz 声音的听阈值I0=10-12Wm-2作为标准参考声强单位:分贝(dB)声波1、声强级172、 响度级人耳对声波反应的因素强度频率引入响度级来描述人耳对声音强弱的主观感觉单位：方(phon)声波响度：人耳判断的声音的强弱程度叫做响度。18响 度 (loudness) 人耳主观感觉到的声音的响亮程度称为响度.响 度 级 规定1000Hz纯音的响度级在数值上就等于它的声强级.

5、响度级的单位: 方返回19 40 100 200 400 1000 2000 4000 10000 20000 频率 （Hz） 110-1210-1010-810-610-210-4声强W/m2120060204080100声强级dB120方060204080 100响度级听觉区域 (anditory region)返回20声波50分贝100赫兹与40分贝1000赫兹响度级是以1000赫兹的纯音为标准，将其他频率声音的响度与该标准相比较，当它们的响度相同时，则它们具有相同的响度级。等响曲线：21正常人的听阈曲线听力衰减者的听阈曲线dB20100dB20声波响度级22第二节 多普勒效应一.现象二

6、. 定量分析三. 医学应用23 声波的多普勒效应 当观察者和声源相对介质运动时,使观察者接收到的声波的频率发生变化的现象,叫做多普勒效应(Doppler effect).返回一.现象 当声源与接收者之间有相对运动发生时, 接收者接收到的声音频率与声源的振动频率不同.2425二. 定量分析定义:声源: 频率, 移动速度u媒质: 声波的速度c，接收者: 频率, 移动速度v1.声源和接受者相对静止(u=0, v=0)多谱勒效应262.声源不动，接受者运动 u=0 v0相向：接受者向着声源运动相背：接受者离开声源运动多谱勒效应v273. 声源运动，接受者静止 u 0 v = 0相向：声源向着观察者运动

7、相背：声源远离观察者运动多谱勒效应uT284. 声源和接受者都运动 u 0 v 0 若S和R的运动不在二者连线上多谱勒效应注意：符号规则 RSuv 将由多普勒效应所引起的接收频率的变化 ,称为多普勒频移.29三. 医学应用多普勒超声血流计超声发生器超声接收器12多谱勒效应30 多普勒效应小结一.现象二. 定量分析 当声源与接收者之间有相对运动发生时, 接收者接收到的声音频率与声源的振动频率不同.31解释马赫锥(快拖)32第三节 超声波及其医学应用一. 超声波的性质二. 超声波的产生四. 超声波的医学应用三、超声波对介质的作用33一. 超声波的性质2104 5109 Hz的机械振动1. 方向性强

8、2. 强度大3. 穿透本领强4. 空化作用频率高20Hz 20000Hz声波频率高，强度大，在固、液体中传播时衰减很小在强大的声压下，液体被拉断而出现微小空腔超声波频率高、波长短，不易发生衍射现象34二. 超声波的产生电致伸缩压电晶体 把压电晶体放在高频电场中，利用其压电伸缩的性质，在媒质中产生超声波-逆压电效应：电能机械能超声波35正压电效应-机械能转变为电能36 超声探头高频脉冲发生器高频脉冲发生器压电晶体超声波返回373839三、 超声波对介质的作用1.热作用机制 被组织吸收的超声波对分子产生作用会导致两种基本的结果：分子振动和转动能量可逆转性增加,使介质温度上升分子结构永久性地被改变返回403.超声空化作用 声空化可以定义为充有气体或水蒸气的空腔在超声场作用下发生震荡的各种现象.2.机械作用 超声波在人体中