船舶噪声第02章

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1、第二章声波的基本性质及其传播规律1声波的产生•声音起源于物体的振动•凡能产生声音的振动物体统称为声源•当声源振动时，就会引起声源周围弹性物质的的振动，这些振动的物质又会使其周围的物质产生振动，这样，声源产生的振动就以声波的形式向外传播•声是弹性介质中传播的机械波•弹性介质:空气水(流体)固体•真空中没有声波2•声波的形成和传播具有两个条件：声源和弹性介质•在空气中，声波是一种纵波•纵波：介质质点的振动方向与声波传播方向一致•横波：介质质点的振动方向与声波传播方向相互垂直•在固体和液体中既可能存在声波的纵波，也可能存在横波•声波是通过介质相邻质点间的动量传递来传播能量的，而不

2、是通过物质的迁移来传播能量的3描述声波的基本物理量•声场存在声音的空间•声压声场中声音产生的压强扰动p(xy,,z,t)=p′(r,t)−p0即扰动后的压强减去平衡压强（静压强）•声压的大小反映了声波的强弱，声压的单位是：Pa(帕)N/m24有效声压•声压就是介质受到扰动后所产生的压强的微小增量。存在声压的空间称为声场，声场中某一瞬时的声压称为瞬时声压，在一定时间间隔内最大的瞬时声压称为峰值声压，在一定时间间隔内瞬时声压对时间取均方根称为有效声压T12p=pdte∫T05例子：大气压100kPa人耳可听阈(1kHz)2×10-5Pa正常话音0.05-0.1Pa飞机发动机(5

3、m)200Pa可以看到，声音的强度变化范围非常宽。6声压级•另外，人耳对声音的强度感觉并不是随着声压成线性关系，而是接近于与声压的对数成正比，因此声学中普遍采用声压级来度量声音的强度。pe()−5L=20logdBp=2×10Pap10prefref•可听阈0dB•微风14dB•高声谈话68-74dB•飞机发动机(5m)140dB7声压级计算实例•人耳可听阈(1kHz)2×10-5Pa−5p2×10e()L=20log=20log=0dBp10p10−5ref2×10•正常话音0.05-0.1Pap0.1e()L=20log=20log=74dBp10p10−5ref2×1

4、0•飞机发动机(5m)140dBppee()140=20log10p=20log10−5dBref2×10140−520p=2×10×10=200Pa8e声波的定性描述9•频率f单位时间里波动的次数单位Hz次/秒赫兹•周期T波动一次的时间•波长λ波动一次传播的距离•声速c声速等于波长乘以频率空气中c=331.45+0.61t空气中声速一般可取为340m/s，海水中一般可取为1500m/s1cf=λ=cT=Tf10实例•100Hz的声波，其周期T=1/f=1/100=0.01s•空气中波长c340λ=cT===3.4mf100•水中波长c1500λ=cT===15mf1001

5、5•波长比=4.43.411音频•适当频率和强弱的声波传到人的耳朵，人们就感觉到了声音。人耳能够感觉到的声波的频率范围从20Hz到20kHz，一般称为音频。频率低于20Hz的声音称为次声波，而频率高于20kHz的声音则称为超声波。女性（500Hz)、男性(200Hz)、狗（38000Hz）老鼠（16Hz以下）12倍频程•可听声的从20Hz到20kHz，频率范围较宽，为了测量和描述声音频率特性，人们使用频谱。频率的表示方法常用倍频程和1/3倍频程。•倍频程的中心频率是31.5、63、125、250、500、1K、2K、4K、8K、16KHz十个频率，后一个频率均为前一个频率的

6、两倍，因此被称为倍频程，而且后一个频率的频率带宽也是前一个频率的两倍。在有些更为精细的要求下，将频率更细地划分，形成1/3倍频程，也就是把每个倍频程再划分成三个频带，中心频率是25、31.5、40、50、63、80、100、125、160、200、250、315、400、500、630、800、1K、1.25K、1.6K、2K、2.5K、3.15K、4K、5K、6.3K、8K、10K、12.5K、16K、20KHz等三十个频率，后一个频率均为前一个频率的21/3倍。13倍频程中心频率和上、下限频率f•每个频段可用一个中心频率0来表示。每个频段还有一个下限频率f和一个上限频率

7、f。它们之间的关系为12•倍频程1f/f=2f=(ff)2210121/21/2f=f/2f=2f1020•1/3倍频程11/32f/f=2=1.260f=(ff)210121/61/6f=f/2f=2f102014声场控制方程•在均匀的理想流体介质中的小振幅声波的波动方程是2222∂p∂p∂p1∂p++=22222∂x∂y∂zc∂t•理想流体，没有黏滞性•介质原本是均匀的，静止的•绝热的•声波的振幅很小声压比介质的静压强小得多线性声学理论15声波的基本类型•根据声波传播时波阵面的形状不同可以将声波分成平面声波、球