材料的声学5教学课件

1、第五章 材料的声学,主要内容： 描述声波的物理量、吸声材料和吸声结构、 超声波 学习要求： 重点掌握吸声材料和吸声结构的吸声原理、 超声波的特点,声波的产生与传播 室内声学与吸声材料 超声波,5.1 声波的产生与传播,一、声波的产生,声波可以在空气、液体和固体中传播；不能在 真空中传播(不存在能产生振动的弹性媒质),二、描述声波的基本物理量,声压：,P0静态大气压强 P声波传播处的空气压强,在同一时刻，从某一最稠密(或最稀疏)的地点到相邻另一个最稠密(或最稀疏)的地点间的距离称为声波的波长。,声源,1、声压,2、声波的波长、周期、频率和声速,振动重复一次的最短时间间隔为周期T； 周期的倒数，即

2、单位时间内的振动次数为频率f； 振动状态在媒质中的传播速度称为声速,三、声能量、声强,1、声能量,声能量,动能：声波使媒质质点在平衡位置附近往 复运动，产生动能,势能：声波使媒质产生压缩和膨胀的疏密 过程，使媒质具有形变势能,声场空间存在声波的区域。,声能密度E声场中单位体积媒质所含有的声能量。,单位：J/m3,p声压 媒质密度 声速,2、声强,声强I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量。,单位：W/m2,3、声功率 声源在单位时间内发射的总能量。 单位：W,四、分贝,声学中普遍采用对数标度。,选定基准量(参考量)，将被度量量与基准量相比再求对数，该对数值称为

3、被度量量的“级”。,若所取对数是以10为底，则级的单位为贝尔(B)。 常将1贝尔分为10档，每一档的单位称为分贝(dB)。,分贝数n的表达式：,W1被度量声功率 W2基准声功率(对空气媒质：W2=10-12W),5.2 室内声学与吸声材料,一、室内声学,声场,自由声场,室内声场,扩散声场当声源在单位时间内发出的声能等 于被吸收的声能，室内总声能保持 一定。若此时声能密度处处相等， 而且在任一受声点上，声波在各个 传播方向上作无规则分布的声场。,1、平均自由程,室内声场中，声波每相邻两次反射所经过的路程 称作自由程。 室内自由程的平均值称为平均自由程d。,V室内容积 S室内表面面积,若声速为，声

4、波传播一个平均自由程所需的 时间为：,单位时间内平均反射的次数 n = 1/ = S/4V,2、吸声系数,吸声系数材料吸收的声能与入射到材料上的 总声能之比。,表征吸声材料或吸声结构的吸声特性。,若入射声波完全反射，=0，无吸声作用； 若入射声波完全没有反射， =1，完全吸收。,3、吸声量,设室内内表面积分别为S1、S2，对应材料的吸声 系数分别为1、2 ,总面积为:,则总吸声量：,若考虑室内物体对声能的吸收，则,室内各物体吸声量的总和,4、室内声衰减和混响时间,混响过程： 当声场处于稳态时，若声源突然停止发声，首先直达声消失，反射声继续。每反射一次，声能被吸收一部分，声能密度逐渐减小，直至完

5、全消失。,混响时间在混响过程中，把声能密度衰减到 原来的百万分之一，即衰减60dB 所需的时间。,单位时间内声能密度的对数衰变率,二、吸声材料和吸声结构,1、吸声材料,0.2的材料称为吸声材料。,常用吸声材料为多孔性吸声材料。 特点：内部有许多微小细孔直通材料表面，或内 部有许多相互连通的气泡，具有一定的通 气性能。,聚胺酯、聚醚乙烯、聚氯乙稀等 良好的弹性，易燃，易老化,棉麻、甘蔗、稻草等 价格低廉，取材方便,膨胀珍珠岩、微孔吸声砖等,2、多孔性吸声材料的吸声原理,要点： 内部有无数彼此贯通的细微孔隙，且通过表面与 外界相通。当声波透入到材料内部传播过程中引起孔隙中空气的运动，与形成孔壁的固

6、体骨架发生摩擦，将声能转变为热能而耗散。,3、吸声结构,常用吸声结构：共振吸声结构,共振吸声结构的吸声原理： 在声波激励下，振动的结构或物体由于自身的内摩擦和与空气的摩擦，把部分振动能量转变为热能而消耗掉。振动的结构或物体可以消耗声能。,当声波频率与结构或物体的固有频率相同时发生共振，结构或物体的振动最强烈，引起的能 量损耗最多，吸声系数达到最大值。,共振吸声结构：薄板共振吸声、微穿孔板共振吸声,5.3 超声波,超声波的特点：,1、遇到相异介质能够反射 超声波在弹性介质中传播时，遇到相异介质，会 在界面上反射回来。,相异介质超声波在一种弹性介质中传播时，遇 到密度、声速等不同的另一种介质。 如：固体中的流体、流体中的固体、固体中的缺陷等,2、具有良好的指向性；,3、传播能量大：在金属或非金属中传播能量大， 穿透能力强；,4、不同的衰减特性：超声