声波的基础知识(3学时)

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1、第二节声波的基础知识2.1声波的产生当声源振动时，就会引起声源周围弹性媒质——空气分子振动，这些振动的分子又使周围的空气分子产生振动，这样声源产生的振动就以声波的形式向外传播。以鼓面振动为例鼓面波长λ声源弹性媒质声波形成的必要条件纵波：媒质质点的振动方向与声波的传播方向相一致。空气中的声波即为纵波，又称疏密波。横波：媒质质点的振动方向与声波的传播方向垂直。固体和液体中可能有横波，也可能有纵波。波动声波在空气中传播时，空气质点本身并不随声波一起传播出去，空气质点只是在它的平衡位置附近前后做纵向振动。也就是

2、说：声音的传播实质是物体振动的传播，即传播出去的是物质运动的能量，而不是物质本身。波动声音是物质的一种运动形式，这种运动形式叫波动。声波的类型波阵面：空间中同一时刻波到达的各点可以连接成一个面，称为波阵面。声波的类型：平面声波当声波的波阵面是垂直于传播方向的一系列平面时，就称其为平面声波。面声源声波的类型：球面声波点声源声波的类型：柱面声波线声源平面声波、球面声波、柱面声波都是理想的传播类型。在具体应用时可根据实际条件进行合理近似。2.2声波的描述波长周期频率声速波长λ相邻相位相同的质点之间的距离。鼓面

3、波长λ质点往复振动一次所需要的时间，称为周期。单位为秒（s）。也就是波走过一个波长所需的时间。周期T频率f单位时间（1s）媒质质点振动的次数，单位为赫兹（Hz）。f=1/T每秒钟声源振动的次数越多，说明频率越高，人耳主观感觉到的音调就越高，反之越低。可听声频率范围：20~20000Hz超声次声声速c单位时间内波走过的路程。(m/s)C=λf=λ/T声速是媒质特性的函数，在不同的媒质中，声速是不相同的。媒质名称空气水混凝土玻璃声速(m/s)344137230483658媒质名称铁铅硬木软木声速(m/s)5

4、18212194267335321.1℃时声速近似值空气中的声速C=331.45+0.61t（t为温度，℃）一般计算时，空气中的声速可取340m/s（15℃值）2.3频程和频谱噪声是复音，一个声源发出的声音往往是由很多不同频率、不同强度的成分合成的。那么，如果我们要描述一个声音，就必须把它的这些频率组份及其对应强度全部表示出来。可听声频率范围：20~20000Hz实测发现：两个不同频率的声音做相对比较时，有决定意义的是它们频率的比值。1.频程为了研究和实用上的需要，在声学学科中，把宽广的可听声频率范围划

5、分成若干小区间，称其为频程、频段或频带。倍频程把20~20000Hz的声频范围，按频率倍比关系划分为11个段落。每个频带的上限频率和下限频率相差一倍。即频率比为21的频程，称它为倍频程。倍频程上限频率2244881773557101420284056801136022720中心频率1631.563125250500100020004000800016000下限频率1122448817735571014202840568011360倍频程推而广之：若频率比为，则称为2倍频程；若频率比为，则称为3倍频程；若

6、频率比为，则称为n倍频程。22232n倍频程若频率比为21/3，则称为1/3倍频程。倍频程和1/3倍频程是最常用的。倍频程的表示某一倍频程常常由其中心频率f中表示.中心频率是上、下频率的几何平均值，简写成f。倍频带的宽度对含有多个频率成分的声音，我们只要关注它的各个频率及其对应的强度就可以了。一般以频率为横坐标，声压级为纵坐标，绘出的线条来表示声音，这就是声音的频谱，也称频谱图。2.频谱频谱图线状谱（乐音）连续谱（噪声）复合谱（有调噪声）线状谱（乐音）声压级，dBf，Hz连续谱（噪声）声压级，dBf，H

7、z复合谱（有调噪声）声压级，dBf，Hz频谱分析在噪声控制中，要了解噪声的特性，往往需要详细分析它的各个频率成分和相应的强度，这也称作频谱分析。一般以倍频程或⅓倍频程中心频率值为横坐标，声压级为纵坐标，绘出的折线来表示声音的频谱。频谱分析、频谱图1252505001k2k4k8k中心频率f，Hz声压级，dB908070602.5声音的物理量度声功率声压声强1.声功率W声功率是表示声源特性的物理量，是单位时间内声源辐射出来的总声能量，用W表示，单位是瓦，记为w。声源声功率仅是声源总功率中以声波形式辐射出来

8、的一小部分功率。500kw鼓风机，一般声功率只有100w；900万人同时说话，所发出的声能也只相当于一只450w的电灯在相同时间内所消耗的电能。不同声源辐射的声功率有很大的不同一些声源的声功率和声功率级噪声源宇宙火箭喷气飞机大型鼓风机气锤声功率（w）声功率级(dB)196160140120噪声源织布机汽车（72km/h)轻声耳语声功率（w）声功率级(dB)110110304×107104102110-110-110-9声源工作情况一定时，辐