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1、第2章声学基础2.1声波的基本性质2.2听觉的基本特性2.3立体声基本原理2.4室内声学思考题与习题2.1声波的基本性质2.1.1声波,声音声波与声音是两个有联系,又有区别的概念.1.声波物体的振动会引起周围媒质质点由近及远的波动,称之为声波.引起声波的物体称为声源.传播声波的物质称为媒质.扬声器发声时,会引起周围空气的振动而产生声波,其传播方向与空气质点振动方向相同.因而,声波是一种纵波.２.声音声音是声源振动引起的声波传播到听觉器官所产生的感受.可见,声音是由声源振动,声波传播和听觉感受3个环节所形成的.2.1.2声速,波长和频率声波能在空气,液体及
2、固体等媒质中传播,但不能在真空中传播.1.声速声波在媒质中每秒钟内传播的距离称为声速,用符号c表示,单位为m/s.声速与媒质的密度,弹性等因素有关,而与声波的频率,强度无关.当温度改变时,由于媒质特性的变化,声速也会发生变化.当温度为15℃时,声波在空气,水和钢中的声速分别为340m/s,1450m/s和5100m/s.当温度升高时,声速略有增加.2.波长和频率声波在一个周期内传播的距离称为波长,用符号λ表示,单位为m.声波在每秒钟内周期性振动的次数称为频率,用符号f表示,单位为Hz.声速,波长和频率之间的关系为c=λ·f(2-1)可见,声波的频率越高,
3、则其波长越短.2.1.3声压,声压级声波的强度可用声压,声压级来定量描述.1.声压大气静止时存在着一个压力,称为大气压强,简称气压.当有声波存在时,局部空间产生压缩或膨胀,在压缩的地方压力增加,在膨胀的地方,压力减小,于是就在原来的静态气压上附加了一个压力的起伏变化.这个由声波引起的交变压强称为声压.声压的大小表示声波的强弱.在一定时间内,瞬时声压对时间取均方根值称为有效声压.用电子仪表测量得到的通常是有效声压,人们习惯上讲的声压实际上也是有效声压.声压的国际单位是“Pa”（帕）,1Pa＝1N/m2,１大气压＝105Pa.声压与大气压相比是极其微弱的.正
4、常人能听到的最弱声音约为2×10-5Pa,称为参考声压,用符号Pr表示.2.声压级人耳有一个很奇怪的特点,主观感受的响度并不是正比于声压的绝对值,而是大体上正比于声压的对数值.为此,在声学中还用声压级来描述声波的强弱,用符号SPL表示,单位为dB(分贝).声压级定义如下:(2-2)式中Pe为声压有效值,Pr为参考声压,可见,人耳能听到的最弱声音,即参考声压级为0dB.2.1.4反射,绕射和干涉声波在传播中会产生反射,绕射和干涉等现象,并具有一定的传播规律.1.反射声波从一种媒质进入另一种媒质的分界面时,会产生反射现象.例如声波在空气中传播时,若遇到坚硬的
5、墙壁,一部分声波将反射.如图2-1(a)所示,反射角等于入射角,反射声波好像从墙后的另一声源s′发射出来一样,s′被称为声像.声像s′与声源s到墙壁的距离相等.当声波遇到凹面墙时,其反射现象如图2-1(b)所示.声源s发出的声波经凹面墙反射后集中到s′点,称为声波的聚焦.当声波遇到凸面墙时,将产生扩散反射现象,如图2-1(c)所示.图2–1声波的反射2.绕射当声波遇到障碍物时,会有一部分声波绕过障碍物而继续向前传播,这种现象称为绕射,又称衍射.绕射的程度取决于声波的波长与障碍物大小之间的关系.若声波波长远大于障碍物线度尺寸,则绕射现象非常显著；若声波波长
6、远小于障碍物线度尺寸,则绕射现象较弱,甚至不发生绕射.因此,对于同一个障碍物,频率较低的声波较易绕射,而频率较高的声波不易绕射.3.干涉干涉是指媒质的同一部分能够同时传播任意多个不同的声波,这些声波独立传播,彼此互不干扰.在任一时刻,媒质中微粒的位移是该时刻每一个单独声波对该微粒产生位移的代数和.2.2听觉的基本特性2.2.1可闻声,听阈和痛域可闻声,听阈和痛域决定了人耳的听觉范围.1.可闻声可闻声是指正常人可以听到的声音频率范围:20Hz～20kHz,称为音频.20Hz以下称为次声,20kHz以上称为超声.在音频范围内,人耳对中频段1～4kHz的声音最
7、为灵敏,对低频和高频段的声音则比较迟钝.对于次声和超声,即使强度再大,人们也是听不到的.2.听阈和痛域可闻声必须达到一定的强度才能被听到,正常人能听到的强度范围为0～140dB.使声音听得见的最低声压级称为听阈,它和声音的频率有关.使耳朵感到疼痛的声压级称为痛域,它与声音的频率关系不大.通常声压级达到120dB时,人耳感到不舒适；声压级大于140dB时,人耳感到疼痛；声压级超过150dB时,人耳会发生急性损伤.正常人的听觉范围如图2-2所示.语言和音乐只占整个听觉范围的很小一部分.图2-2可闻声的强度与频率范围2.2.2响度,音调和音色声音在物理上可以用
8、声压的幅度,频率和频谱3个客观参量来描述；而在听觉上则常用响度,音调和音色3个主
