噪声控制中的声学基础-enc

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1、第二章噪声控制中的声学基础本章简要介绍振动与声的关系，从声学基本概念出发推导声学波动方程，并讨论平面波的基本性质，从声传播的能量角度讲述声压、声强和声功率，在此基础上介绍声的传播形式、声压级及声波的衰减。通过本章的学习，应该掌握平面声波的波动方程及其基本特性，熟知声传播的特点及能量关系。2.1.1声波的产生与传播声音是由物体的振动所造成的，经由弹性介质(ElasticMedium)以声波(SoundWave)的方式将能量传送出去。弹性介质可以是液体、气体、或固体物质，声音在真空中因缺乏介质故无法传播出去

2、。一般来说，波有两种形式，即纵波与横波两种。纵波指物体振动方向与波前进方向平行，又叫压力波或疏密波。横波指物体振动方向与波前进方向互相垂直，又称剪力波。在空气和液体介质中，没有切变弹性，所以其内部仅能传播纵波，而对于固体来讲，因其兼有容变弹性和切变弹性，故固体中既能传播纵波，也能传播横波。声波的产生与传播2.1振动与声各种波的传播形式波的形成各种波的传播形式脉冲波各种波的传播形式绳脉冲波(横向)各种波的传播形式纵波各种波的传播形式横波各种波的传播形式水波各种波的传播形式瑞利表面波各种波的传播形式声波形成

3、及传播小结机器运转会发出声音，若用手去摸机器的壳体多便会感到壳体在振动。若切断电源，壳体在停止振动的同时，声音也会消失。这说明物体的振动产生了声音。振动发声的物体被称为声源。声源可以为固体、液体与气体。机器、流水、风都会产生声音。并非所有物体的振动都能为人耳听见，只有振动频率在20-20000Hz的范围内产生的声音，人耳才能听到。这一频率范围的振动称为声振动，声振动属于机械振动。物体振动所传出的能量，只有通过介质传到接收器(如人等)，显示出来的才是声音。因而声音的形成是由振动的发生、振动的传播这两个环节

4、组成的。没有振动就没有声音，同样，没有介质来传播振动，也就没有声音。声波形成及传播小结作为传播声音的中间介质，必须是具有惯性和弹性的物质，因为只有介质本声有惯性和弹性，才能不断地传递声源的振动。空气正是这样一种介质，人耳平时听到的声音大部分也是通过空气传播的。传播声音的介质可以是气体，也可以是液体与固体。在空气中传播的声音称做空气声，在水中传播的声音称做水声，在固体中传播的声音称做固体声(或结构声)。声音在介质中传播时，介质的质点本身并不随声音一起传递过去，是质点在其平衡位置附近来回地振动，传播出去的是

5、物质运动的能量，而不是物质本身。声音的实质是物质的一种运动形式，这种运动形式称做波动。因此，声音又称做声波。声波是种交变的压力波，属于机械波。2.1.2.声压（1）当没有声波存在、大气处于静止状态时，其压强为大气压强P0、及温度T0。当有声波存在时，局部空气产生压缩或膨胀，在压缩的地方压强增加，在膨胀的地方压强减少，这样就在原来的大气压上又叠加了一个压强的变化。这个叠加上去的压强变化是由于声波而引起的，称为声压，用p表示。无声扰动时媒质压强是称为P0静压强；有声扰动时媒质压强为P，则有声扰动时压强与静压

6、强的差值就是声压p，即：p=P-P0由于声传播过程中，同一时刻，对不同位置的扰动不同，因而不同位置声压不同；对于同一位置，不同时刻扰动的大小也不相同，因而不同时刻的声压也不相同，故声压表现为时间和空间的函数，即：p=p(x,y,z,t)。2.1.2.声压（2）同样，密度的增量ρ’=ρ-ρ0，也是时间和空间的函数，即：ρ’=ρ’(x,y,z,t)。质点振动速度也是描述声波的物理参量，但声压易测得，并可由此求得质点速度，故常用声压描述声波性质。一般情况下，声压与大气压相比是极弱的。声压的大小与物体的振动有关

7、，振幅愈大，则压强的变化也愈大，因而声压也愈大，我们听起来就愈响，因此声压的大小表示了声波的强弱。当物体振动时，空间某点产生的声压也是随时间变化的，某一瞬间的声压称为瞬时声压pt。在一定时间间隔中将瞬时声压对时间求方均根值即得有效声压。一般人耳听到的声压即是有效声压。2.1.2.声压（3）因此习惯上所指的声压往往是指有效声压，用p表示，它与瞬时声压之间的关系为：当物体作简谐振动时，空间某点产生的声压也是随时间简谐变化的，因而上式变为：其中，pm为声压幅值。2.1.2.声压（4）衡量声压大小的单位在国际单

8、位制中是帕斯卡，简称帕，符号是Pa，1Pa=1N/m2。日常生活中所遇到的各种声音，其声压数据举例如下：正常人耳能听到的最弱声音2x10-5Pa织布车间2Pa普通说话声(1m远处)2x10-2Pa柴油发动机、球磨机20Pa公共汽车内0.2Pa喷气飞机起飞200Pa正常人耳能听到的声压叫听阈，其值为2x10-5Pa；刚刚使人耳产生疼痛感觉的声压叫痛阈，其值为20Pa。超过痛阈的声压往往会引起耳内出血，鼓膜损伤。2.2声学波动方程本节主要内容存