1、一、声波的形成物体的振动是产生声音的根源。第二章 声波的基本特性及其传播规律声源：我们把产生声音的振动物体称作声源。1一、声波的形成声波：这种向前推进着的空气振动称为声波。声场：有声波传播的空间叫声场。声音传播的实质：物体振动形式的传播。2波的分类根据媒质质点的振动 方向与声波传播方向的关系（1）横波：质点的振动方向与声波传播方向相互垂直（2）纵波：质点的振动方向与声波传播方向一致横波纵波（空气）一、声波的形成3二 描述声波的基本物理量1.周期：质点振动每往复一次所需要的时间，单位为秒（s）2 2.声波频率：一秒钟内媒质质点振动的次数，单位为赫兹(Hz)频率范围(Hz)20000声音次2000
2、超低频声中频声高频定义声音频声声43.波长：声波两个相邻密部或两个相邻疏部之间的距离叫做波长，或者说声源每振动一次，声波的传播距离。cTfc?Tf1?二描述声波的基本物理量54.声速：振动在介质中传播的速度。介质特性的函数，取决于该媒质的弹性和密度；媒质名称空气水混凝土 玻璃铁铅软木硬木声速3401372 304836535182121933534267表2-1 室温下声速近似值（m/s）二 描述声波的基本物理量6声速会随环境的温度有一些变化。?在空气中声波的传播速度 c与温度t 的关系：c=331.4+0.61 t t媒质温度/没有特别指明空气温度时，空气中 c取 340 m/s二 描述声波
3、的基本物理量7?1.频谱和频程?2.声能密度?3.声压与声压级?4.声强与声强级?5.声功率与声功率级三 声波的物理量度声波的物理量度81.频程和频谱：a.频谱图：频谱图：以频率为横轴，以声压为纵轴，绘出的图叫声音的频谱图。9常见噪声的频谱图101.频程和频谱：b.频程：为方便起见，通常将宽广的音频变化范围划分为若干个较小的频段，称为频段或频程。nff212?120fff?012)212(ffffnn?人耳可以听到的声音的频率范围：20-20000Hzf1下限频率f2上限频率f0中心频率f带宽f1下限频率f2上限频率f0中心频率11123.声压和声压级声压和声压级：)(0PPp?静态压强空气压
4、缩或膨胀133.声压和声压级声压和声压级a.瞬时声压p：某一瞬间的声压。b.有效声压（pe）：在一定时间间隔中将瞬时声压对时间求方均根值即得有效声压。?tedttptp02)(1143.声压和声压级声压和声压级：声音种类声压(声压级)声音种类声压（声压级）正常人耳能听到最弱声210-5（0）织布车间2（100）普通说话声（1m远处）210-2（40）柴油发动机、球磨机20（120）公共汽车内0.2（80）喷气飞机起飞200（140）日常生活中声音的声压数据(Pa)痛阈闻阈15c.声压级:该声音的声压与基准声压的比值取以10为底的对数再乘20，即：0lg20ppLp?app50102?3.声压和
5、声压级：声压级单位：分贝162.声能密度定义：声场中单位体积介质所含有的声能量。对于在自由空间内传播的平面声波而言：202cpDe?174.声强和声强级：a.声强:在声传播方向上单位时间内垂直通过单位面积的声能量，称为声音的强度，简称为声强，单位是瓦每平方米。cPI?2?18b.声强级:该声音的声强与基准声强的比值取以10为底的对数再乘10，即：0lg10IILI?212010mWI?4.声强和声强级：声强级单位：分贝。195.声功率和声功率级a.声功率 W:声源在单位时间内辐射的总能量，单位是瓦。意义：声功率是衡量声源声能量输出大小的基本物理量；声功率可用于鉴定各种声源。20b.声功率与声强
6、的关系SWI?球面辐射时：24 rWI?波阵面面积21c.声功率级0lg10WWLW?WW12010?声功率级单位：分贝。基准声功率22四、声压级的计算a.声压级相加（公式法）(根据波动方程)当n个声源互不干涉时：222212.nTpppp?当n=2时，22212pppT?23a.声压级相加（公式法）由于：0lg20ppLp?201.0210pppL?代入上式：)1010(101021211.01.020201.0201.022212ppppLLLLTpppppp?24a.声压级相加（公式法）当n个声源时，?211.01.02021010lg10lg10ppTLLTpppL?niLpipTL1
7、1.010lg10表示为声压级：25a.声压级相加（查表、图法）：21pppLLL?令：?pppTLLLpL?111.01.01010lg10?211.01.01010lg10ppTLLpL?则：pppLLL?12代入下式中：可得：26a.声压级相加（查表P20 表2-3、图法表2-4）：?1.0101lg101pTLppLL?令：?pppTLLLpL?111.01.01010lg101LLLppT?pLL?1.0101lg10较大值27a.声压级相加?pLL?1.0101lg10Lp1LLLppT?28b.级的相减?SpBpTLLpL1.01.01010lg10?BpTpSLLpL1.01.
8、01010lg10?仪器测的噪声声源真实噪声背景噪声29b.声压级相减BTBpppLLL?令：?BpSTSLpppLLL?1.0101lg1030b.声压级相减：STSpppLLL?BTppLL?BpSLpL?1.0101lg1031作业：已知某设备启动时测量该设备所在地点声压级为70分贝，设备静置时该点声压级为65分贝，求该设备本身的声压级是多少？32五、声波的类型五、声波的类型?波阵面:是指空间同一时刻相位相同的各点的轨迹曲线。根据波振面的形状可将声波分为不同的类型。?声线：常称为声射线，就是声源发出的代表能量传播方向的直线，在各向同性的介质中，声线就是代表波的传播方向且处处与波阵面垂直波
9、阵面垂直的直线。33声波的类型1.平面声波：声波的波阵面是垂直于传播方向的一系列平面时，称其为平面声波。341.平面声波：d.声线：相互平行的一系列直线。352.球面声波：波阵面是以任何值为半径的球面。声线：是由声源点发出的半径线。363.柱面声波：波阵面为同轴圆柱面同轴圆柱面的声波称为柱面声波。声线：是由线声源发出的径向线。37声波的类型声波的类型类型波阵面声线声源类型平面声波垂直于传播方向的平面相互平行的直线平面声源球面声波以任何值为半径的球面由声源发出的半径线点声源柱面声波同轴圆柱面线声源发出的半径线线声源38六、声波的反射、透射、折射11c?i?22c?apiptprr?t?391.斜
10、入射声波的反射定律与折射定律ri?a入射声波、反射声波与折射声波的传播方向应该满足Snell定律：211sinsinsinccctri?a.反射定律：b.折射定律：21sinsinccri?40c.与折射定律有关的讨论由折射定律可知：声波的折射是由声速决定的。思考题：1.为什么声音在晚上要比晴朗的白天传播的远一点？2.为什么逆风传播的声音难以听清？41思考题1.为什么声音在晚上要比晴朗的白天传播的远一点？42思考题2.为什么逆风传播的声音难以听清？43?声波入射到两种介质界面时，?一部分由界面反射回原来的介质中，称为反射声波?一部分进入另一种介质中，称为透射声波2.垂直入射反射系数和透射系数4
11、42.垂直入射反射系数和透射系数a.声压的反射系数和透射系数?声压的反射系数反射系数的定义为反射声压与入射声压的比值。?声压的透射系数透射系数为透射声压与入射声压的比值。irpppr?itppp?b.声强的反射系数和透射系数45七 声波在传播中的衰减?1.扩散引起的衰减（Ad）?2.空气吸收引起的附加衰减（Aa）?3.地面吸收的附加衰减（Ag）?4.声屏障衰减（Ab）?5.气象条件的影响（Am）mbgadAAAAAA?461.扩散引起的衰减扩散衰减的定义：由于波阵面的扩展而引起的声强随距离而减弱的现象称为扩散衰减。和声源的形状有关47a.点声源的扩散衰减12lg20rrAd?因此从r1处传播到
12、r2处时的发散衰减：1.扩散引起的衰减r1r2声源Ad1212lg20rrLLPP?LP2LP11248b.线声源的扩散衰减12lg10rrAd?r0L/，线声源视为无限长线声源：?r0L/，线声源视为点声源。LAr01212lg10rrLLPP?49c.矩形面声源的扩散衰减?r0a/，声源辐射平面声波，声压不衰减。?a/r0 b/,面声源视为无限长线声源来计算。?r0b/，面声源视为点声源。LabAr0ab502.2.空气吸收引起的附加衰减空气吸收引起的附加衰减?空气压缩和膨胀，出现温度梯度，热传导方式发生热交换?空气中相邻质点的运动速度不同产生粘性力?平动能、转动能、振动能平衡被破坏，建立
13、新平衡耗费能量，该过程为热弛豫过程。?211212lg20rrrrLLPP?衰减声压常数P28 表2-5513.地面吸收的附加衰减当地面是非刚性表面时：地面吸收将会对声传播产生附加衰减，但短距离其衰减可以忽略，而在70m以上应予以考虑。524.植被引起的衰减声波穿过树木或者森林时，不同树林的衰减相差很大，在1000赫兹时：?浓密的常绿树树冠23 dB100m?地面上稀疏的树干3 dB100m534.声屏障衰减当声源与接收点之间存在密实材料形成的障碍物时会产生显著的附加衰减，这样的障碍物称为声屏障。545.气象条件的影响?雨、雪、露等对声波的散射会引起声能的衰减。但这种因素引起的衰减量很小，大约
14、每1000m1000m衰减不到衰减不到0.5dB0.5dB，因此可以忽略不计。55八、声源的指向性八、声源的指向性?声源的指向性声源的指向性：声源发出的声波，在各个方向上的声压分布并不一定相同，这种随 方向分布方向分布的不均匀性，称为声源的指向性。?指向性因数指向性因数：在离声源中心不同距离处，测量球面上各点的声强，求得所有方向上的平均声强，将某一方向上得声强与其相比就是该方向的指向性因数：22?ppIIQ?22lg10lg10lg10?ppIIQDI?DI-指向性指数 DI=Lp-Lp56几种典型声源的辐射特性声源类型 辐射特性声压空间分布辐射效率点声源无指向性均匀高线声源有一定的指向性声偶极子有很强的方向性不均匀低平面声源复杂的指向性分布57
