水声学原理PPT第一章课件.ppt

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1、第一讲主要内容第一章声学基础声学基础知识（了解）波动方程的导出（了解）声场中的能量关系（了解）波动方程的解（重点）平面波在两种不同均匀介质界面上的反射和折射（重点）群速度和相速度9/20/20211第一章声学基础1、声学基础知识声学是研究声音的产生、传播、接收、作用和处理再现的一门学科。现代声学研究的范围：10-4～1014Hz人所能听到的声音范围：低频的范围在16~32Hz之间，人与人之间颇有出入，但高频出入更大，而且随着年岁增加，高频极限不断降低。现在标准一般定在20～20KHz之间常识:9/20/20212第一章声学基础1、声学基

2、础知识正常听觉阈限是10-12W/m2声动率鼓膜的平均面积是0.66cm2，能够使人感觉到声音的强度是6.6×10-17W;声音响0.1s就可以认出，认出声音的能量是6.6×10-18J第一个提出听觉理论的是欧姆。他于1843年指出一个音乐具有基波和谐波，谐波结构决定音乐的音色。常识:9/20/20213第一章声学基础1、声学基础知识①声波的基本原理声波的物理本质：声波是弹性介质(气体、液体和固体)中传播的一种(或多种)机械扰动(振动)(变化)(如压力、应力、质点位移、质点速度的扰动)。9/20/20214第一章声学基础1、声学基础知识

3、①声波的基本原理质点：在弹性介质中，分子以很大速度做随机运动，在运动中产生随机碰撞，不可能跟踪每个分子的运动。因此提到质点运动，不是谈个别分子的运动，而是指若干分子的平均运动。声学中的质点就是这个“集体”。质点尺寸比分子间距大得多（高几个数量级），但是比试验中遇到的物体又小得多（低几个数量级）。质点理学的质点与数学中的点不同。质点是连续流体中的一个点，静止，在受力时可以运动9/20/20215第一章声学基础1、声学基础知识①声波的基本原理声波的产生：声源在弹性介质中的振动引起介质中出现声波产生声波的条件是:·有作机械振动的物体——声源；

4、·有能够传播机械震动的介质——弹性介质。比如说俯在钢轨上能听到远方驶来的列车的声音，潜入水中能听到远处行驶的机动船的声音等等声波就是质点运动的传播。质点运动或流体运动制约于物质守恒定律和牛顿定律，这是声波的基础。9/20/20216第一章声学基础1、声学基础知识①声波的基本原理声波频段的划分：(根据人耳的听觉，划分为三个频段)20Hz以下的振动称为次声高于20kHz的振动称为超声20Hz至20kHz的声振称为音频声横波与纵波：流体介质中，声波表现为压缩波（CompressionalWave），即纵波在固体中既有纵波也有横波（切变波-Sh

5、earWave)9/20/20217第一章声学基础1、声学基础知识①声波的基本原理声波的分类：按频率可分为：次声、可听声和超声按波阵面几何形状可分为：平面声波、柱面声波和球面声波按质点振动情况可分为：纵波和横波9/20/20218第一章声学基础1、声学基础知识②声波的描述声速：振动在介质中传播有时间滞后，即声波在介质中传播有一定速度，称为声速。声场：声波所及的区域。时称为远场，时称为近场。9/20/20219第一章声学基础1、声学基础知识②声波的描述声压：声压是由于声场的存在而使介质产生的压强变化（它是压强）。其中P(x,y,z,t)─

6、介质中存在声波时某点的压强，P0(x,y,z,t)─介质中无声波时该点的压强，p(x,y,z,t)─声场中某瞬时的声压；若p(x,y,z,t)>0，则说明介质被压缩，p(x,y,z,t)<0，则说明介质稀疏。9/20/202110第一章声学基础1、声学基础知识②声波的描述有效声压：声压在一定时间间隔内的均方根值单位：CGS制：dyn/cm2，称微巴(µbar);MKSA制：N/m2，称帕(Pa);1µbar＝0.1Pa.对于简谐波而言声压有效值与振幅的关系为：9/20/202111第一章声学基础1、声学基础知识②声波的描述常识：微风吹动

7、树叶声：0.001µbar；房间内大声讲话：1µbar；在100m处收到的船播航行噪声：10～100µbar；交响乐演奏时（5～10m处）声压为3µbar；在空气中，人对1000Hz声音的听域约为2×10-4µbar9/20/202112第一章声学基础1、声学基础知识②声波的描述质点振速（矢量）：由于声波扰动引起的介质质点运动速度的变化量：质点位移：介质质点离开其平衡位置的距离量：密度和压缩量密度改变量：压缩量s为介质密度的相对变化量：9/20/202113第一章声学基础1、声学基础知识②声波的描述声阻抗率：在声场中声波的传播受到介质的

8、阻尼作用，用声特性阻抗Zs描述介质对声传播的阻抗P——介质中一点的有效声压；U——介质中该点有效质点振速单位：CGS制：dyn.s/cm3MKSA制：N.s/m39/20/202114第一章声学基础1、声学