声与振动基础ppt课件

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1、声与振动基础李忠厚延安大学2013年3月主要内容第一章绪论第二章声波的基本性质及传播特性第一章绪论声学是物理学的一个分支，是自然科学中最古老的学科之一;声学是一门发展的、具有广泛应用性的学科，涉及到人类生产、生活及社会活动的各个方面，具有很大的“外延性”，即边缘学科的特点。声学是一门研究声波的产生、传播、接收以及与物质相互作用的科学。声是一种机械扰动在气态、液态、固态物质中传播的现象。声学研究的范畴非常广，分支很多：图1-1声学分支与其他学科的关系20Hz~20kHz>20kHz<20Hz声频声（可听声）次声波超声、特超声声波振动频率范围宽广：10-4～10

2、14Hz研究阶段及频率范围：目前声学研究的频率范围跨越1018Hz，是物理学各分支里少有的，随着频率的升高，声学进入微观世界，不断发现新的现象和新的应用声学既有经典的物理性质，又有量子的性质，是打开微观世界的一把钥匙。同时，随着频率的降低，低频声波的吸收衰减越来越小，穿透能力和传播距离大大增加，成为观察大气、海洋、地壳中许多现象的强有力的工具。图1-2不同频率范围的声学研究内容第一节声学研究的发展概况世界上最早的声学研究工作主要在音乐方面声学作为一门现代科学是从17世纪开始，和力学、电磁学等物理学科一起发展起来的——几乎当时所有杰出的物理学家和数学家都对研究

3、物体的振动和声的产生原理做过贡献，如伽利略、牛顿、欧拉、达朗贝尔和拉普拉斯等。伽利略发现摆的等时性规律，是近代振动和声学的科学的开端。法国数学家伽桑狄利用远地枪声和闪光之间的时差测定了声在空气中传播的速度。第一节声学研究的发展概况法国数学家达朗贝尔于1747年首次推出弦的波动方程，并预言可用于声波。经过一百多年许多科学家的努力，1877年英国物理家瑞利(Rayleigh)总结了前人的成果，出版了《声学理论》一书，此书集经典声学之大成，对后来的各种波动传播理论的发展具有重要作用。19世纪末，理论工作研究的频段已不局限于音频范围，但由于没有高频声源，所以高频声的

4、研究没能得到发展。1880年居里(Curie)兄弟发现了压电效应，但是直到电子管放大器发明以后，采用压电效应的电声换能器才能用于工程上，压电换能器作为高频声源才变成现实。20世纪，由于电子学的发展，使用电声换能器和电子仪器设备，可以产生、接收和利用任何频率、任何波形、几乎任何强度的声波，以致声学研究的范围不断扩大。第一节声学研究的发展概况现代声学最初发展的分支就是建筑声学和电声学以及相应的电声测量；以后，随着频率研究范围的扩展，又发展了超声学和次声学；由于手段的改善，进一步研究听觉，发展了生理声学和心理声学；由于对语言和通信广播的研究，发展了语言声学。第二次

5、世界大战中，开始把超声广泛地用到水下探测，促进了水声学的发展。与其他学科结合，形成了许多交叉学科。20世纪初以来，特别是20世纪50年代以来，全世界由于工业、交通等事业的巨大发展出现了环境噪声污染问题，从而促进了噪声、噪声控制、机械振动和冲击声研究的发展。大振幅的非线性声学也得到重视，这样逐渐形成了完整的现代声学体系。第二节声学研究的总体特点声学作为一门科学，首先要致力于描述、创造和理解人类经验的一部分，即关于声波及声波的效应问题。方程、定律描述声学现象发现新的声学现象发展新的预测理论声学的生命力在于其科学的物理基础一、声学是一门科学（1）声波的产生机制声学

6、首先要研究的是声波的产生。振动学是研究声源的理论基础。声学所研究的简谐振动及其在各种物质中传播的属性是物理学的本质之一。从伽利略的工作到胡克定律的发现，都是振动学的实验研究。18世纪数学的发展，推动了声学理论的发展：-1713年泰勒(B.Taylor)第一次成功地把牛顿定律用于连续介质中微分元的运动，得出弦振动基频模的动力学解。-在胡克对弹性体应力和应变关系研究的基础上，18世纪的数理学家进一步研究了金属棒、弹性板的振动。瑞利于19世纪末最早提出声波动理论，对后来的各种波动传播理论的发展有重要作用。目前的声波产生机制研究前沿，主要包括流致噪声、结构声辐射和热

7、声学等几个方面。—流致噪声研究的是流体的流动所产生的噪声，其应用很广。当前最困难的问题是湍流所产生的无规噪声。热声学研究声与热之间的关系。1982年，Wheatley发现在驻波管内近四分之一波长内放一摞薄片，在声波作用下，薄片两端产生温度差，这就是热声现象。（2）声波的传播和衰减机制声波在水中是传播：--声波在海水中的衰减比电磁波小1000倍以上。--在水下声学中，20世纪第一次世界大战和第二次世界大战之间，人们就对海水中变化多端的声传播机理有了认识。--“午后效应”--1997年美国“声学大洋测温计划”声波在大气中的传播也是目前研究的内容。大气中的湍流、大

8、气层的厚度、温度分布、湿度分布等等变化，都会对声的传