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《第二章声波的基本性质及其传播规律》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、地理科学学院杨旭噪音污染控制HARBINNORMALUNIVERSITY主要内容声波的产生及描述方法声波的基本类型声波的叠加声波的反射、透射、折射和衍级的概念声波在传播中的衰减声源的辐射第一节声波的产生及描述方法1.声波产生声源的振动弹性媒介振动声波空气、固体、液体声源——一切声音均由振动所引起，凡发出声音的振动体称为声源。声源可以是固体、液体或气体，可能还有等离子体。但并非所有振动源均为声源，例：慢慢招手无声。作为声源的物体振动，对其振动频率及振动能量是有一定要求的，正常人耳可听频范围为20-20KHz。传播方法
2、所谓振动即指质点在其平衡位置附近的往复运动，要使声源振动能传播，形成声音，则要求传播介质是连续的且具有质量和弹性，可解释如下：把介质划为一个个相连的体积元A、B、C、D……，声源的振动就是通过这连续的体积元传递出去的，由于体积元具有一定质量，故具有惯性力的使各体积元在回到平衡位置时能继续向另一侧运动，振动继续。由于体积元的弹性产生反抗拉伸或压缩的弹性力使其在平衡位置附近来回地振动。∴在真空中，由于介质连续，弹性、质量等要求均不具备，故声音在真空中不传播。介质连续、惯性和弹性是传播声音的必要条件。空气纵波声波固体、液
3、体纵波、横波能量的传递——相邻质点间的动量传递来完成，而不是由物质的迁移来传播能量的。纵波：媒质质点的振动方向与声波的传播方向相一致的声波。横波：媒质质点的振动方向与声波的传播方向相互垂直的声波。当声源振动时，其邻近的空气分子受到交替的压缩和张，形成疏密相间的状态，空气分子时疏时密，相应的大气压也变得时大时小。依次向外传播如下图所示。传播的速度是有限的。2.描述声波的基本物理量声压p=(P-P0)帕斯卡（Pa）波长λ=c/f米（m）周期T秒（s）频率f=1/T赫兹（Hz）声速c米每秒（m/s）空气中c=331.45
4、+0.61t340m/s声压：声源振动、传递，会造成邻近空气压强的起伏变化，其压强的起伏变化量p，即与静态压强的差p=(P-Po)当声压在媒质中传播时,媒质中的压强做周期性的变化,即对于媒质内的同一微元体,其内部的声压是空间和时间的函数p=p(x,y,z,t)由于人耳膜的惯性作用，并不能辨别声压的瞬时起伏，而只是有一个稳定的有效声压的响应(有效声压值）。有效声压是一段时间内瞬时声压的均方根值,即声压频率、波长和声速频率f与振动圆频率关系式:波长是两相邻波对应相同点之间的距离波长、频率和声速的关系声速是媒质特性的函数
5、,因此在不同媒质中，声速是不相同的,气体中的声速为若气体为理想气体,则有：空气的r=1.4,则声波传播的物理过程声波传播时，媒质中各点的振动频率都是相同的，但是，在同一时刻各点的相位不一定相同，同点不同时刻也会有不同的相位。在研究中涉及到波传递的研究就必需研究这方面的变化，如声波传递过程中的迟滞现象，振动中的阻尼现象，乃至光传递中的阻滞研究。（这些研究包含的除了时间变量，还含有方向变化等影响变量）左图中，当A质点处于最大压缩状态时，B、C、D质点出的压强依次减弱，这就是说质点间在振动相位上依次落后，存在相位差。正是
6、由于各个质点的振动在时间上有超前和滞后，才在媒质中形成波的传播。可以看出，距离为波长λ的两质点间的振动状态是完全相同的，只不过后者在时间上延迟了一个周期。声振动作为宏观物理现象,必须满足三个基本的物理定律,即牛顿第二定律、质量守恒定律以及描述压强、温度、体积等状态参数的状态方程（pVm＝RT）。应用这三个定律,可以分别导出声波传播中的运动方程、连续性方程和物态方程。第二节声波的基本类型3.声波传播中的三个基本方程假设:(1)媒质为理想流体,即介质中不存在粘滞性,声波在这种媒质中传播时没有能量损耗。(2)没有声扰动时
7、,介质在宏观中是静止的,同时媒质是均匀的,因此媒质中静态压强Po、静态密度助都是常数。(3)声传播时,声过程产生的温度差,不会引起介质相邻部分间发生热交换,即为绝热过程。(4)假设媒蕨中传播的是小振幅声波,即满是:1)声压p比静态压强Po小得多;2)质点振动速度u比声速c小很多;3)质点位位移比波长小的多。4)介质密度相对变化远小于1。运动方程(1)x方向的变化:设体积元在静止时压强为P0,声波的瞬时声压为P,则在体积元左侧面受到压力F1=（P+P0)dydz在x+dx处的右侧面声压增量为dp,则右侧受到的压力为：
8、F2=（P+dp+P0)dydzF1-F2=-dpdydz或F1-F2=-әp/әxdxdydz体积元dv在F1-F2作用下，产生加速度әUx/әt,设介质密度为ｅ，则体积元的质量为edxdydz,按照牛顿第二定律则有-әp/әxdxdydz=eәUx/әtdxdydz,整理后-әp/әx=eәUx/әt由于是小振幅声波，密度变化很小，可以看做密度不变，可写
