《声音的传播特性实用教案》由会员分享，可在线阅读，更多相关《声音的传播特性实用教案（55页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、一个噪声源发出的噪声，一般都包含多个频率的声波；一个噪声源发出的噪声，一般都包含多个频率的声波；对于某噪声环境，可能同时存在对于某噪声环境，可能同时存在(cnzi)多个噪声源，每个声源都会发出各多个噪声源，每个声源都会发出各自的声波。自的声波。也就是说，我们在研究噪声时就会涉及到也就是说，我们在研究噪声时就会涉及到“声波的叠加声波的叠加”。第1页/共54页第一页，共55页。3.1 3.1 声波声波(shn b)(shn b)的叠加的叠加波的最简单的形式就是一个频率的简谐波。波的最简单的形式就是一个频率的简谐波。噪声噪声(zoshng)(zoshng)可以看成许多不同频率、不同强度简可以看成许多
2、不同频率、不同强度简谐波的合成。谐波的合成。pA波长第2页/共54页第二页，共55页。简谐波声压对时间和位移简谐波声压对时间和位移(wiy)(wiy)的函数关系的函数关系是：是：第3页/共54页第三页，共55页。声波声波(shnb)的叠加原理的叠加原理从前面我们可以知道：空间中某点实际上是多列简谐波共同作用的结果。从前面我们可以知道：空间中某点实际上是多列简谐波共同作用的结果。那么，这点那么，这点(zhdin)的瞬时声压就等于各列波在这点的瞬时声压就等于各列波在这点(zhdin)的瞬时声压的瞬时声压之和。之和。第4页/共54页第四页，共55页。为了简化问题，首先讨论频率相同的两列简谐波的叠加。
3、设声场中某点P至两声源的距离(jl)为x1、x2。则两列波在这点的瞬时声压为：p1、p2第1、2列波在P点的瞬时声压(shn y)，Pa；pA1、pA2第1、2列波的声压(shn y)幅值，Pa；1、2第1、2列波的初相位，即1kx1、2=kx2。xx第5页/共54页第五页，共55页。xx第6页/共54页第六页，共55页。如果声场中某点的x1 、 x2为定值，则这两列波具有固定相位差。这种具有相同(xin tn)频率和固定相位差的声波称为相干波，它们的叠加就是相干波叠加。xx第7页/共54页第七页，共55页。xxP1P2两列相干波在空间某些地方振动(zhndng)始终加强，在空间某些地方振动(
4、zhndng)始终减弱，这种现象称为干涉现象。一、相干一、相干(xinggn)波叠加波叠加对某一定(ydng)点来说，kx2-kx1是一定(ydng)值；对空间中不同点而言， kx2-kx1是不同的。第8页/共54页第八页，共55页。在一般的噪声问题中，经常遇到在一般的噪声问题中，经常遇到多个声波，或者多个声波，或者(huzh)频率不频率不同，或者同，或者(huzh)相互之间并不相互之间并不存在固定的相位差，或者存在固定的相位差，或者(huzh)两者兼有。两者兼有。怎么叠加呢？怎么叠加呢？第9页/共54页第九页，共55页。以两列频率相同，而不存在固定相位差的声波为例。同前面(qinmian)的
5、过程一样：对空间(kngjin)中任意点来说，2- 1随时间无规变化第10页/共54页第十页，共55页。具有不同频率，而有固定具有不同频率，而有固定(gdng)的相位差或的相位差或者具有不同频率，且并不存在固定者具有不同频率，且并不存在固定(gdng)的的相位差的两列波，运用上述方法，同样可得到：相位差的两列波，运用上述方法，同样可得到：因此，我们认为这些声波(shn b)是互不相干的。也就是说：具有相同频率，而没有固定的相位差；具有不同频率，而有固定的相位差或者具有不同频率，且并不存在固定的相位差的波为不相干波。二、不相干波叠加二、不相干波叠加第11页/共54页第十一页，共55页。推广推广(
6、tugung)到到n列不列不相干波：相干波：一般由几个噪声源发出的声波，或同一噪声源发出一般由几个噪声源发出的声波，或同一噪声源发出的不同频率的不同频率(pnl)的波都互不干涉，因此可以按此的波都互不干涉，因此可以按此规则叠加。规则叠加。噪声噪声(zoshng)的叠加原理的叠加原理噪声的相加实际上是能量的相加第12页/共54页第十二页，共55页。三、噪声三、噪声(zoshng)的叠的叠加加第13页/共54页第十三页，共55页。写成声压级的形式(xngsh)：一个噪声一个噪声(zoshng)源发出的噪声源发出的噪声(zoshng)，一般都包含多个频率的声波；，一般都包含多个频率的声波；对于某噪声
7、对于某噪声(zoshng)环境，可能同时存在环境，可能同时存在多个噪声多个噪声(zoshng)源，每个声源都会发出源，每个声源都会发出各自的声波。各自的声波。第14页/共54页第十四页，共55页。四、分贝四、分贝(fnbi)(fnbi)的运算的运算分贝分贝(fnbi)(fnbi)和和分贝分贝(fnbi)(fnbi)减减分贝分贝(fnbi)(fnbi)平均平均第15页/共54页第十五页，共55页。1、分贝、分贝(fnbi)和和第16页/共54页第十六页，共55页。例1在某测点处测得一台噪声源的声压级如下(rxi)表所示，试求测点处总声压级有多少分贝?中心频率6312525050010002000
8、40008000声压级8487909596918580（1）公式(gngsh)法第17页/共54页第十七页，共55页。L1-L201234567891011L3.02.52.11.81.51.21.00.80.60.50.40.3步骤：步骤：(1)将求和将求和(qi h)的声压级从大到小排列的声压级从大到小排列(L1 、L2， Ln ) ； (2)先求先求L1与与L2的差值：的差值：L1-L2； (3)由差值由差值L1-L2从表中查得增值从表中查得增值L (也可查曲线图也可查曲线图) (4) L1+2L1+L， (5)再将再将L1+2与与L3求和求和(qi h)，直到最后，求出总合，直到最后，
9、求出总合成声压级成声压级（2）图表法第18页/共54页第十八页，共55页。例2分别测得两台机器(j q)在某测点处的声压级均为87dB，问总声压级是多少dB？计算结果说明(shumng)了什么？第19页/共54页第十九页，共55页。2、分贝、分贝(fnbi)减减除待测噪声以外，环境中其他声音总称为本底噪声，亦称背景噪声。在有本底噪声的环境里，被测对象的噪声是无法直接测定的，只能分别测到机器运转时的声压级与机器停止时的本底噪声声压级。如何才能从测量结果中扣去本底噪声，从而得到(ddo)机器真实的声压级，这就涉及到分贝“相减”的运算。第20页/共54页第二十页，共55页。设背景噪声(zoshng)
10、为LpB，背景噪声(zoshng)和机器噪声(zoshng)的总声压级为Lpt，机器真实的声压级为Lps。第21页/共54页第二十一页，共55页。例3在某点测得机器运转(ynzhun)时声压级为90dB,当机器停止时声压级为86dB，求机器真实的声压级。第22页/共54页第二十二页，共55页。3、分贝、分贝(fnbi)平均平均应用情况(qngkung)：有时我们需要在同一测量面上测量好几个声压值，计算其平均声压级来表示该测量面上的声压级。对于一点多次测量的结果，也需要计算平均声压级。第23页/共54页第二十三页，共55页。分贝的平均是以分贝和的公式(gngsh)为基础来进行计算，计算式如下：第
11、24页/共54页第二十四页，共55页。例4试求下列(xili)测量值Lp1100dB、Lp298dB、Lp395dB、Lp497dB的平均值。第25页/共54页第二十五页，共55页。3.2 3.2 声波的反射、透射声波的反射、透射(tu sh)(tu sh)和折射和折射声波在传播途径中遇到两种媒质界面时，一部分声能量会在界面发生反射，一部分声能量则透射(tush)到第二种媒质中去。我们假定界面离开声源较远，传播到界面的声波可看作平面声波。（实际情况中，声源一般都较远，所以在这里我们仅讨论平面波的反射、透射(tush)和折射）第26页/共54页第二十六页，共55页。一、垂直入射的反射一、垂直入射
12、的反射(fnsh)和透射和透射ptprpix平面声波在界面的反射和透射与媒质的声阻抗有关。1c12c2，声波在界面没有(mi yu)反射，而是全部透射；1c12c2，声波在界面全反射。人在空气中讲话，讲话声不能透过水面在水中传播。第27页/共54页第二十七页，共55页。二、斜入射的反射二、斜入射的反射(fnsh)和折射和折射根据著名的斯涅耳反射和折射(zhsh)定律。pixprptirt两种媒质声速不同，声波将发生折射；即使是同一种媒质，两种媒质声速不同，声波将发生折射；即使是同一种媒质，因某种原因引起声速分布因某种原因引起声速分布(fnb)变化，也会发生折射。变化，也会发生折射。声速声速低低
13、的媒质中声线折向法线的媒质中声线折向法线第28页/共54页第二十八页，共55页。折射引起声音折射引起声音(shngyn)传播方传播方向的改变向的改变晴朗的白天晴朗的白天(bitin)夏天夜晚夏天夜晚顺风顺风逆风逆风第29页/共54页第二十九页，共55页。晴朗晴朗(qnglng)的的白天白天c声影区(yn q)声影区(yn q)大气温度随高度增加而下降第30页/共54页第三十页，共55页。夏天夏天(xitin)夜夜晚晚c大气温度随高度增加(zngji)而上升第31页/共54页第三十一页，共55页。顺风顺风(shnfng)、逆风逆风风向顺风传播c逆风传播c声影区(yn q)第32页/共54页第三十
14、二页，共55页。3.3 3.3 声波声波(shn b)(shn b)的绕射的绕射声波在传播过程中遇到障碍物（或孔洞），如声波的波长比障碍物（或孔洞）大得多时，声波能够绕过障碍物（或孔洞）的边缘(binyun)，并引起声波传播方向的改变，称为声波的绕射或衍射。低频声易绕射，屏障对低频声的降噪效果差。第33页/共54页第三十三页，共55页。3.4 3.4 声波声波(shn b)(shn b)在传播中的衰在传播中的衰减减扩散衰减扩散衰减AdAd空气吸收衰减空气吸收衰减AaAa地面地面(dmin)(dmin)吸收衰减吸收衰减AgAg屏障引起的衰减屏障引起的衰减AbAb气象条件引起的衰减气象条件引起的衰
15、减AmAm第34页/共54页第三十四页，共55页。一、扩散一、扩散(kusn)(kusn)衰减衰减AdAd声源在辐射噪声时，声波向四面八方传播，波阵面随距离增加而增大，声能分散，因而(ynr)声强将随传播距离的增加而衰减。这种由于波阵面扩展，而引起声强减弱的现象称为扩散衰减。第35页/共54页第三十五页，共55页。1 1、点声源、点声源(shn yun)(shn yun)自由(zyu)声场、球面波r1、Lp1r2、Lp2S第36页/共54页第三十六页，共55页。点声源、自由点声源、自由(zyu)声场、半声场、半球面波球面波r1、Lp1r2、Lp2S点声源，距离增加一点声源，距离增加一倍，噪声倍
16、，噪声(zoshng)(zoshng)衰减衰减6dB6dB第37页/共54页第三十七页，共55页。2、线声源、线声源(shnyun)lPr公路络绎不绝行驶(xngsh)汽车的噪声、火车噪声、输送管道的噪声都可看做线声源r1、Lp1r2、Lp2线声源，距离增加一线声源，距离增加一倍，噪声倍，噪声(zoshng)(zoshng)衰减衰减3dB3dB第38页/共54页第三十八页，共55页。rl无限无限(wxin)长线声源长线声源第39页/共54页第三十九页，共55页。lPr第40页/共54页第四十页，共55页。3、面声源、面声源(shnyun)Prab平面波不随距离(jl)衰减，也就是说距离(jl)
17、面声源近处，声压级不衰减。第41页/共54页第四十一页，共55页。二、空气二、空气(kngq)(kngq)吸收衰减吸收衰减AaAa声波在空气中传播，由于空气中相邻质点的运动速度不同，而产生粘滞力，使声能转变为热能(rnng)；声波传播时，空气产生压缩和膨胀的变化，相应的出现温度的升高和降低，温度梯度的出现，将以热传导方式发生热交换，声能转变为热能(rnng)；空气中主要成分是双原子分子的氧和氮，一定状态下，分子的平动能、转动能和振动能处于一种平衡状态，当有声扰动时，这三种能量发生变化，打破原来的平衡，建立新的平衡，这需要一定的时间，此种由原来的平衡到建立新平衡的过程，称为热弛豫过程，热弛豫过程
18、将使声能耗散。第42页/共54页第四十二页，共55页。空气(kngq)衰减与空气(kngq)的温度、湿度和声波的频率有关。声压衰减常数见表。第43页/共54页第四十三页，共55页。三、地面三、地面(dmin)(dmin)吸收衰减吸收衰减AgAg当声波沿地面长距离传播时，会受到各种复杂的地面条件的影响。开阔的平地、大片的草地、灌木树丛、丘陵、河谷等均会对声波传播产生附加衰减。当地面是非刚性(n xn)表面时，地面吸收将会对声传播产生附加衰减，但短距离(3050m)其衰减可忽略，而在70m以上应于以考虑。第44页/共54页第四十四页，共55页。四、屏障引起四、屏障引起(ynq)(ynq)的衰减的衰
19、减AbAb声波遇到屏障时会产生反射、透射(tush)和衍射三种传播现象；屏障的作用就是阻止直达声的传播，隔绝透射(tush)声，并使衍射声有足够的衰减。衰减值计算具体见第五章声屏障相关内容第45页/共54页第四十五页，共55页。五、气象条件引起五、气象条件引起(ynq)(ynq)的衰减的衰减AmAm 雨、雪、雾等对声波的散射会引起声能的衰减。但这种因数引起的衰减量很小，大约(dyu)每1000 m衰减小到0.5dB，因此可以忽略不计。第46页/共54页第四十六页，共55页。P1P1点到点到P2P2点声压级衰减点声压级衰减(shui jin)(shui jin)值为：值为：第47页/共54页第四
20、十七页，共55页。例空气相对湿度为20、气温20oC。距点声源20m处，测得噪声在500Hz和4000Hz的声压级均为100dB。问距声源120m、800m处，两频率(pnl)的声压级各为多少?第48页/共54页第四十八页，共55页。解： 频 率 (Hz)5004000 到声源距离 (m)2012080020120800 Lp1 (dB)100/100/扩散衰减20lg(r2/r1) (dB)/15.5632.04/15.5632.04空气吸收衰减常数 (dB/m)/0.00270.0027/0.0670.067空气吸收衰减(r2-r1) (dB)/0.272.11/6.752.26 Lp2
21、(dB)/84.1765.49/77.7415.7离声源较近的地方，扩散衰减占主导地位；离声源较远处，空气吸收使高频声衰减很快，低频(dpn)声衰减不明显。低频(dpn)噪声能传播到较远的地方，会在很大范围内形成噪声污染，故对低频(dpn)噪声要给予充分注意。第49页/共54页第四十九页，共55页。3.5 3.5 声源声源(shn (shn yun)yun)的指向性的指向性当声源当声源(shnyun)尺寸大于或接近声波波长时，声源尺寸大于或接近声波波长时，声源(shnyun)就不就不是点声源是点声源(shnyun)，这样的声源，这样的声源(shnyun)可视为许多点声源可视为许多点声源(shn
22、yun)叠加组成。叠加组成。这种情况下，声源这种情况下，声源(shnyun)在各方向辐射的声压（或声强）不相同，在各方向辐射的声压（或声强）不相同，这种声源这种声源(shnyun)为指向性声源为指向性声源(shnyun)。第50页/共54页第五十页，共55页。声源声源(shn yun)(shn yun)的指向性的指向性声源的指向性与频率有关，频率越高，指向性越强。声源的指向性与频率有关，频率越高，指向性越强。声源的指向性可用指向性图表示，它是通过声源的指向性可用指向性图表示，它是通过(tnggu)声源中心的指定平面内，声源中心的指定平面内，某频率下各方向声压级的极坐标。某频率下各方向声压级的极
23、坐标。S第51页/共54页第五十一页，共55页。声源声源(shn yun)(shn yun)的指向性的指向性指向性因数指向性因数Q：声场：声场(shnchn)中某点的声强，与声功率相中某点的声强，与声功率相同的点声源在相同距离同心球辐射同的点声源在相同距离同心球辐射面上的声强之比。面上的声强之比。已知声场已知声场(shn chn)的声源声功率的声源声功率指某点到声源的距离指某点到声源的距离第52页/共54页第五十二页，共55页。指向性指数指向性指数(zhsh)DI指向性指数指向性指数DIDI：声场中：声场中某点的声压级与声功率某点的声压级与声功率相同的点声源在相同距相同的点声源在相同距离同心离
24、同心(tngxn)(tngxn)球辐射球辐射面上的声压级之差。面上的声压级之差。第53页/共54页第五十三页，共55页。感谢您的欣赏(xnshng)第54页/共54页第五十四页，共55页。内容(nirng)总结一个噪声源发出的噪声，一般都包含(bohn)多个频率的声波。噪声可以看成许多不同频率、不同强度简谐波的合成。对某一定点来说，kx2-kx1是一定值。对空间中任意点来说，2- 1随时间无规变化。在某测点处测得一台噪声源的声压级如下表所示，试求测点处总声压级有多少分贝。步骤：(1)将求和的声压级从大到小排列(L1 、L2，。(2)先求L1与L2的差值：L1-L2。(3)由差值L1-L2从表中查得增值L (也可查曲线图)第五十五页，共55页。
