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1、第二章 声波的基本性质,第一节 声场与声波第二节 声场中的能量第三节 声波的传播,第一节 声场与声波,一、声波 二、声波的有关参量 三、平面波的基本特性 四、声阻抗率与媒介特性阻抗 五、声传播的声压与振速,一、声 波,1.什么是声波 2.声波的特征 5.声波与声音,1.什么是声波,定义：机械振动或气流扰动引起周围 弹性介质发生波动的物理现象. 关键词声源:引起声波的物质声场:声波存在的空间,2.声波的特征,a.弹性媒质的存在是声波传播的必要条件 b.空气中声波是纵波（疏密波）质点振动方向与声波方向平行 c.声波的性质与声源有关，与传播媒质有关,3.声波与声音,声波：是一种物理现象.其频率范围是
2、:0 20Hz 20KHz 100KHz次声 可闻声 超声 声音： 是声波的存在所引起人耳的主观感受。因此它与声源的特点有关、与人耳的听觉特性有关。,二、声波的有关参量,1.声 压2.媒质的密度3.媒质质点振动的速度4.波速（声速）,静态密度0（20 C时、无声波扰动时）,2.媒质的密度,媒质压强的变化值叫声压: 单位为帕（Pa=牛/米 2=10微巴） 习惯上用声压的有效值来表示：几种声压1kHz时人耳可闻10-5Pa的声压房间1米大声说话：0.05-0.1Pa微风吹树叶：210-4Pa飞机发动机5米处：102Pa,1.声 压,3.媒质质点振动的速度,振速 ：质点位移的速度，一般用 表示，它与
3、多种因素有关。 例：当：振速为：一般情况下质点振动的振幅较小（即使很强的声波） 当振幅为0.2cm时人耳会感到疼痛,4.大气中的声波的波速,三、平面波的基本特性,.平面波.声波的频率和波长.声波的波速,1.平面波,平面波特指弹性媒质中一无限大平板在其法线方向上的简谐振动所产生的声波。可用下式表示：,声压振幅：,角速度,波 数：,2.声波的频率和波长,频率：周期：波长：,3.声波的波速,波速：式中： ：为波长f:为振动频率,四、声阻抗率与媒介特性阻抗,.阻抗率：,式中： 声压振速,.特性阻抗：,式中：,空气介质密度,波速,.阻抗单位为rayl(惟利) .平面波的特点,4、平面波的特点,（1） （
4、常数） 称为特性阻抗，声场中任一点p和v同相。 （2）p和v均随时间和位置而简谐变化 （3）Pm和Vm是不随时间和距离变化的常数。 （4）任意时刻相位相同的点是一个平 面，波阵面是平面,五、声传播的声压与振速,平面声波的声压与振速：,当 x 为定值,p 和v 均随时间做简谐变化。 当 t 为定值，p和v 均随位置做简谐变化。,第二节 声场中的能量,一、声能量与声能密度二、声强与声功率,一.声能量与声能密度,1.小体元的能量组成 2.声能密度3.平均声能密度,1.小体元的能量组成,小体元的能量:(小体元的体积V0)动能 势能负号表示压强和体积变化方向相反.上式请查杜功焕P19,2.声能密度（声场
5、中单位体积中声能的多少）,3.平均声能密度,平均声能密度：,单位： 焦耳/立方米 J/m 3,二、声强及声功率,1.声强 (I) 2.声功率： (W)3.几种常见声音的声功率,1.声强 (I),常用声强级表示：,声强单位时间内，通过垂直于传播向上的单位面积上的声能量(如上图所示) 。单位： 焦耳/秒米2=瓦/米2=w/m2,对平面波而言：,（dB）分贝,2.声功率 (W),声功率(W):单位时间内通过垂直于声波传播方向上面积为S的平均声能量。单位为（焦耳/秒）平面波的声功率为： 单位：J/S=W（瓦） 平均声功率级：基准声功率W0=10-12W（瓦）,耳 语： 10-9 W,大声喊叫： 10-
6、4W Lw=80 dB波音707： 104W Lw=160 dB 火 箭： 105W Lw=170 dB,一般谈话： 10-5 W,3.几种常见声音的声功率,第三节 声波的传播,一、声波 的反射与透射二、声波的干涉三、声波的绕射,一、声波 的反射与透射,1.声波垂直入射时的反射与透射2.声波斜入射时的反射与透射3.特征阻抗变化时对反射波与透射波的影响,1.声波垂直入射时的反射与透射,由波动方程，及X=0边界条件有：,X,pt,pi,2.声波斜入射时的反射与透射,1）声波斜入射时的反射与透射2）反射系数、透射系数、吸声系数,平面声波斜入射时的反射与透射,入射角=反射角,声波在分界面上反射、透射的
7、多少决定于媒质的特性,反射系数、透射系数、吸声系数,透射系数：,3.特征阻抗变化时对 反射波与透射波的影响,二、声波的干涉,干涉两个频率相同（相近）的声波相加 时的一种物理现象。1、干 涉2、驻 波,条件：频率f相同,有固定的相位差的声波:迭加时合成波为：可见合成波仍是一个相同频率的声振动，但合成声压的振幅与两列声波的位相差 有关，两列相干波在同一位置位相为一定值，不同位置位相差并不相同。如图示:,驻波 两 频率相同，传播方向相反的平面波叠加时的物理现象.驻波有以下特点特点：(1)各位置的质点都在做同相振动 (2)振幅的大小都随位置的不同而不同。有波腹（振幅最大处）波节（这些点始终不动） (3)每一时刻驻波都有一定的波形，但波形不移动，各点以确定的振幅在各自的平衡位置振动。(4)驻波的波形和能量都不传播。所以可以说驻 波并不是一个波动，而是一种特殊形式的振 动。,2.驻 波,三、 绕射 （衍射）,波在传播过程中遇到障碍物时其传播方向要发生改 变，波能绕过障碍物的边缘继续前进即衍射现象。衍射的多少决定于障碍物的尺寸与波长的比例。,
