1、1.第一节第一节 声波声波第二节第二节 多普勒效应多普勒效应第第3 3章章 声波与超声波声波与超声波第三节第三节 超声波超声波及其医学应用及其医学应用 2.波的产生和传播波的产生和传播3.波线和波面波线和波面4.波在介质中的传播波在介质中的传播5.教学要求教学要求1熟练掌握声强级的概念和多普勒效应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。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。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。了解超声波的生物效应及医学应用。6.第一节第一节 声波声波 （
2、Sound Wave）一一.声波的基本概念声波的基本概念二二.声压和声强声压和声强四四.声强级和响度级声强级和响度级三三.听觉区域听觉区域7.能够使听觉器官引起声音感觉的波称为声波。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。声波是机械振动在弹性媒质中产生的纵波。一一.声波的基本概念声波的基本概念8.能够使听觉器官引起声音感觉的波称为声波。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。声波是机械振动在弹性媒质中产生的纵波。20Hz 20000Hz声波声波低于低于20Hz 次声波次声波高于高于 20000Hz超声波超声波空气空气3
3、31 m s-10 C 标准大气压下标准大气压下水水肌肉肌肉密质骨密质骨1480 m s-11570 m s-13600 m s-1频率范围频率范围传播速度传播速度 dv/dt=0.61 m/s 一一.声波的基本概念声波的基本概念声声波波9.声波是纵波，当其在媒质中传播时，将引起密声波是纵波，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。度作周期性变化，从而压强亦作周期性变化。1、声压、声压 媒质中压强的瞬时值与无声波传播时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。的大气压强之差叫做声压。cos()xyAtucos()2xPuAtu mPu A 声压幅值声压
4、幅值(声幅声幅)二二.声压和声强声压和声强声声波波可以证明，可以证明，介质中某点声压介质中某点声压P的变化规律的变化规律10.声波声压1000HZ 声音的可闻阈2 10-5微风吹动树叶声2 10-4在房间里高声谈话0.05 0.1交响乐演奏声0.3飞机发动机声102几种声波的声压值几种声波的声压值声声波波cos()2xPuAtu mPu A 11.mmPuAZuvA 声阻抗声阻抗 声压幅值声压幅值2、声阻抗、声阻抗声声波波cos()2xPuAtu mPu A 介质质点振动速度幅值：介质质点振动速度幅值：Avm-表示介质声学特性的重要参数。表示介质声学特性的重要参数。12.媒质声速(ms-1)密
5、度(kgm-3)声阻抗(kgm-2s-1)空气3.32102(0 C)3.44102 (20C)1.291.214.281024.16102水14.8102 (20C)988.21.48106脂肪14.01029701.36106脑15.310210201.56106肌肉15.710210401.63106密质骨36.010217006.12106钢50.5102780039.4106几种媒质的声速和声阻抗几种媒质的声速和声阻抗声声波波mmPuAZuvA 声阻抗声阻抗13.3、声强：、声强：2212IuA 2222mmPPIuZ声声波波mPu A 声音的强度（声波的能流密度）：单位时间内通过垂
6、直声音的强度（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。于声波传播方向上单位面积的声波能量。简称声强。单位单位：瓦：瓦/米米214.强度反射系数：强度反射系数：强度透射系数：强度透射系数：21212)(ZZZZIIirirop 21212)(4ZZZZIIitit例题：例题：15.三、听觉区域三、听觉区域听阈（听阈（最低可闻声强）最低可闻声强）threshold of hearing：1000 HZ:10-12 W.m-2最敏感的频率：最敏感的频率：10005000HZ痛域痛域 threshold of feeling:听阈曲线听阈曲线:痛域曲线痛域曲线
7、:1000HZ:1 W.m-2可闻声波频率范围内可闻声波频率范围内,能引起听觉的最小声强刺激能引起听觉的最小声强刺激量量,称为称为.人耳可容忍的最大声强刺激量叫人耳可容忍的最大声强刺激量叫16.听觉区域听觉区域(auditory region):由听阈曲线、痛阈曲线、由听阈曲线、痛阈曲线、20赫兹线、赫兹线、20000赫兹线所围成的区域赫兹线所围成的区域称为听觉区域。称为听觉区域。17.四四.声强级和响度级声强级和响度级 人耳能感觉到的声音的声强变化范围很大，人耳能感觉到的声音的声强变化范围很大，数量级相差有数量级相差有1012倍倍 人耳对声音的主观感觉到的强弱更接近于和人耳对声音的主观感觉到
8、的强弱更接近于和声强的对数成正比。声强的对数成正比。单位单位:贝尔贝尔(B)(B)0lgIIL 通常取通常取1000 Hz 1000 Hz 声音的声音的听阈值听阈值I I0 0=10=10-12-12W Wm m-2-2作为标准参考声强作为标准参考声强0lg10IIL 单位单位:分贝分贝(dB)(dB)声声波波1、声强级、声强级18.2、响度级响度级人耳对声波反应的因素人耳对声波反应的因素强度强度频率频率引入响度级来描述人耳对声音强弱的主观感觉引入响度级来描述人耳对声音强弱的主观感觉单位单位：方方(phon)声声波波响度：响度：人耳判断的声音的强弱程度叫做响度。人耳判断的声音的强弱程度叫做响度
9、。19.人耳主观感觉到的声音的响亮程度人耳主观感觉到的声音的响亮程度称为称为.规定规定1000Hz纯音的响度级在数值上就纯音的响度级在数值上就等于它的声强级等于它的声强级.方方返回返回20.20 40 100 200 400 1000 2000 4000 10000 20000 频率频率（Hz）110-1210-1010-810-610-210-4声声强强W/m2120060204080100声声强强级级dB120方方060204080 100响度级响度级返回返回21.声声波波50分贝分贝100赫兹与赫兹与40分贝分贝1000赫兹赫兹响度级是以响度级是以1000赫兹的纯音为标准，赫兹的纯音为标
10、准，将其他频率声音的响度与该标准相比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，则它们具较，当它们的响度相同时，则它们具有相同的响度级。有相同的响度级。等响曲线：等响曲线：22.正常人的听阈曲线正常人的听阈曲线听力衰减者的听阈曲线听力衰减者的听阈曲线 dB20100 dB20声声波波响度级响度级23.第二节第二节 多普勒效应多普勒效应一一.现象现象二二.定量分析定量分析三三.医学应用医学应用24.当观察者和声源相对介质运动时当观察者和声源相对介质运动时,使观使观察者接收到的声波的频率发生变化的现象察者接收到的声波的频率发生变化的现象,叫做叫做.返回返回一一.现象现象 当声源与接收者
11、之间有相对运动当声源与接收者之间有相对运动发生时发生时,接收者接收到的声音频率与接收者接收到的声音频率与声源的振动频率不同声源的振动频率不同.25.26.二二.定量分析定量分析定义定义:声源声源:频率频率,移动速度移动速度u媒质媒质:声波的速度声波的速度c，接收者接收者:频率频率 ,移动速度移动速度v1.声源和接受者相对静止声源和接受者相对静止 TcTcc1多多谱谱勒勒效效应应27.2.声源不动，接受者运动声源不动，接受者运动 u=0 v 0 cvccTvcvc相向：接受者向着声源运动相向：接受者向着声源运动相背：接受者离开声源运动相背：接受者离开声源运动 cvccTvcvc cvccTvcv
12、c多多谱谱勒勒效效应应v28.3.声源运动，接受者静止声源运动，接受者静止 u 0 v=0 uccTuccuTc)(相向：声源向着观察者运动相向：声源向着观察者运动相背：声源远离观察者运动相背：声源远离观察者运动 uccTuccuTc)(uccTuccuTc)(多多谱谱勒勒效效应应uTuT29.4.声源和接受者都运动声源和接受者都运动 u 0 v 0 ucvcTucvcuTvc)(若若S和和R的运动不在二者连线上的运动不在二者连线上 coscosucc多多谱谱勒勒效效应应注意：注意：符号规则符号规则 RSuv 将由多普勒效应所引起的接收频率的将由多普勒效应所引起的接收频率的变化变化 ,称为称为
13、多普勒频移多普勒频移.,30.三三.医学应用医学应用多普勒超声血流计多普勒超声血流计超声发生器超声发生器超声接收器超声接收器 1 2 1cos cuc cos2ucc1121coscos ucuc1coscos2 ucu1cos2 cu多多谱谱勒勒效效应应31.多普勒效应小结多普勒效应小结一一.现象现象二二.定量分析定量分析 ucvc 当声源与接收者之间有相对运动发生时当声源与接收者之间有相对运动发生时,接收者接收者接收到的声音频率与声源的振动频率不同接收到的声音频率与声源的振动频率不同.coscosucc32.解释马赫锥(快拖)33.第三节第三节 超声波及其医学应用超声波及其医学应用一一.超
14、声波的性质超声波的性质二二.超声波的产生超声波的产生四四.超声波的医学应用超声波的医学应用三、超声波对介质的作用三、超声波对介质的作用34.一一.超声波的性质超声波的性质2 104 5 109 Hz的机械振动的机械振动1.方向性强方向性强2.强度大强度大3.穿透本领强穿透本领强4.空化作用空化作用频率高频率高20Hz 20000Hz声波声波2212IuA频率高，强度大，在固、液体中传播时衰减很小频率高，强度大，在固、液体中传播时衰减很小mpuA在强大的声压下，液体被拉断而出现微小空腔在强大的声压下，液体被拉断而出现微小空腔超超声声波波频率高、波长短，不易发生衍射现象频率高、波长短，不易发生衍射
15、现象35.二二.超声波的产生超声波的产生电致伸缩电致伸缩 压电晶体压电晶体 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质，在媒质中产生超声波-逆压电效应：电能逆压电效应：电能机械能机械能超超声声波波36.正压电效应正压电效应-机械能转变为电能机械能转变为电能37.高频脉冲高频脉冲发生器发生器高频脉冲高频脉冲发生器发生器压电晶体压电晶体超声波超声波返回返回38.39.40.超声波对介质的作用超声波对介质的作用 被组织吸收的超声波对分子产生作用会导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：致两种基本的结果：分子振动和转
16、动能量可逆转性增加分子振动和转动能量可逆转性增加,使介使介质温度上升质温度上升分子结构永久性地被改变分子结构永久性地被改变返回返回41.声空化可以定义为充有气体或水蒸气的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空腔在超声场作用下发生震荡的各种现象.超声波在人体中传播时的振动和压力会对超声波在人体中传播时的振动和压力会对细胞和组织结构产生直接的效应细胞和组织结构产生直接的效应.返回返回42.四四.超声波的医学应用超声波的医学应用1.超声成像超声成像-诊断诊断2.多普勒超声血流计多普勒超声血流计3.超声治疗超声治疗理疗理疗超声聚焦刀超声聚焦刀雾化药液雾化药液 击碎结石击碎结石超超声声波波43.小结：小结：1、概念：声压、声强及声强级和响度级、概念：声压、声强及声强级和响度级2、多普勒效应、多普勒效应：coscosucccoscosucc3、超声波的产生、超声波的产生
