四川理工-材料物理性能-第六章 聲學(xué)性能

1、第六章第六章 材料的聲學(xué)性能材料的聲學(xué)性能第一節(jié)、聲波的基本性質(zhì)和物理量第一節(jié)、聲波的基本性質(zhì)和物理量聲波是彈性波，在彈性介質(zhì)中傳播，是縱波彈性波：由機(jī)械振動引起電磁波：由電磁振動引起第一節(jié)、聲波的基本性質(zhì)和物理量第一節(jié)、聲波的基本性質(zhì)和物理量聲波是彈性波，在彈性介質(zhì)中傳播，是縱波第一節(jié)、聲波的基本性質(zhì)和物理量第一節(jié)、聲波的基本性質(zhì)和物理量聲波是彈性波，在彈性介質(zhì)中傳播，是縱波第一節(jié)、聲波的基本性質(zhì)和物理量第一節(jié)、聲波的基本性質(zhì)和物理量聲波是彈性波，在彈性介質(zhì)中傳播，是縱波第一節(jié)、聲波的基本性質(zhì)和物理量第一節(jié)、聲波的基本性質(zhì)和物理量1、超聲波和次聲波、超聲波和次聲波次聲波次聲波可聽聲可聽聲超聲

2、波超聲波1Hz 大象大象 20000Hz15Hz 狗狗 50000Hz20Hz 人類人類 20000Hz60Hz 貓貓 65000Hz150Hz 海豚海豚 150000Hz1000Hz 蝙蝠蝙蝠 120000Hz某些生物的某些生物的聽覺聽覺頻率范圍頻率范圍1、超聲波和次聲波、超聲波和次聲波1、超聲波和次聲波、超聲波和次聲波聲吶： 利用超聲波定向性好、在水中傳播距離遠(yuǎn)等特利用超聲波定向性好、在水中傳播距離遠(yuǎn)等特點(diǎn)制成聲吶裝置。利用聲吶發(fā)出的超聲波碰到點(diǎn)制成聲吶裝置。利用聲吶發(fā)出的超聲波碰到水下物體反射形成的回聲可以發(fā)現(xiàn)潛艇、魚群水下物體反射形成的回聲可以發(fā)現(xiàn)潛艇、魚群等水下目標(biāo)并測出它們的位置，

3、還可以測繪海等水下目標(biāo)并測出它們的位置，還可以測繪海底形狀底形狀聲吶：聲吶：1912年年4月，號稱月，號稱“堅固無堅固無比，永不沉沒比，永不沉沒”的的“泰坦尼克號泰坦尼克號”竟然在首次航行中毀于冰山一角，竟然在首次航行中毀于冰山一角，震驚世界。海難促使人們思考：震驚世界。海難促使人們思考：如何提前知道冰山和礁石的位置，如何提前知道冰山和礁石的位置，防止海難呢？兩年后，法國科學(xué)防止海難呢？兩年后，法國科學(xué)家朗之萬根據(jù)超聲波定向性好的家朗之萬根據(jù)超聲波定向性好的優(yōu)點(diǎn)發(fā)明了聲吶（優(yōu)點(diǎn)發(fā)明了聲吶（sonar)。基本?；驹硎牵涸硎牵憾ㄏ虬l(fā)出超聲波定向發(fā)出超聲波，超聲，超聲波碰到水下物體形成回聲，根

4、據(jù)波碰到水下物體形成回聲，根據(jù)回聲聲波的時間可以測算出物體回聲聲波的時間可以測算出物體的位置的位置。聲吶并不是人類的。聲吶并不是人類的“專專利利”，蝙蝠、海豚、鯨都有各自，蝙蝠、海豚、鯨都有各自的聲吶。它們依靠聲吶捕食、行的聲吶。它們依靠聲吶捕食、行動甚至表達(dá)感情。動甚至表達(dá)感情。1、超聲波和次聲波、超聲波和次聲波1、超聲波和次聲波、超聲波和次聲波超聲波定位：蝙蝠覓食、利用聲吶探測海洋深度、蝙蝠覓食、利用聲吶探測海洋深度、“B超超”。利用超聲波可以制造利用超聲波可以制造倒車?yán)走_(dá)倒車?yán)走_(dá) 1、超聲波和次聲波、超聲波和次聲波1、超聲波和次聲波、超聲波和次聲波蝙蝠男孩揚(yáng)子晚報揚(yáng)子晚報報道，英國報道，

5、英國7 7歲男孩盧卡歲男孩盧卡斯斯默里出生時就雙目失明，然而，默里出生時就雙目失明，然而，在美國加州在美國加州4141歲盲人丹尼爾歲盲人丹尼爾基什的基什的幫助下，盧卡斯通過幫助下，盧卡斯通過3 3天的密集訓(xùn)練，天的密集訓(xùn)練，學(xué)會了一種神奇的學(xué)會了一種神奇的“回聲定位法回聲定位法”通過彈舌頭發(fā)出響亮的通過彈舌頭發(fā)出響亮的“嗒嗒嗒嗒”聲，聲，然后辨別聲音撞上前方物體后返回的然后辨別聲音撞上前方物體后返回的“回聲回聲”，然后在大腦中建立一幅虛，然后在大腦中建立一幅虛擬的景物畫面。擬的景物畫面。如今，雙眼皆盲的盧卡斯能夠像蝙蝠或海豚一樣靠回聲來如今，雙眼皆盲的盧卡斯能夠像蝙蝠或海豚一樣靠回聲來“視視物

6、物”。不僅在車水馬龍的大街上也能行走自如，甚至能打籃球、玩。不僅在車水馬龍的大街上也能行走自如，甚至能打籃球、玩攀巖等高難度運(yùn)動，而他也因此被人們稱為攀巖等高難度運(yùn)動，而他也因此被人們稱為“蝙蝠男孩蝙蝠男孩”。 1、超聲波和次聲波、超聲波和次聲波超聲波碎石機(jī)超聲波碎石機(jī)主要適應(yīng)癥：腎結(jié)石主要適應(yīng)癥：腎結(jié)石 輸尿管結(jié)石輸尿管結(jié)石 膀胱結(jié)石膀胱結(jié)石 尿道結(jié)石尿道結(jié)石1、超聲波和次聲波、超聲波和次聲波1、超聲波和次聲波、超聲波和次聲波1、超聲波和次聲波、超聲波和次聲波1、超聲波和次聲波、超聲波和次聲波超聲波加濕器超聲波加濕器超聲波加濕器采用超聲波超聲波加濕器采用超聲波高頻振蕩原理將水霧化為高頻振蕩原

7、理將水霧化為15微米的超微粒子，通微米的超微粒子，通過風(fēng)動裝置，將水霧擴(kuò)散過風(fēng)動裝置，將水霧擴(kuò)散到空氣中，從而達(dá)到均勻到空氣中，從而達(dá)到均勻加濕空氣的目的。加濕空氣的目的。1、超聲波和次聲波、超聲波和次聲波1、超聲波和次聲波、超聲波和次聲波超聲波清洗超聲波清洗： 超聲波能使清超聲波能使清洗液產(chǎn)生劇烈振動，洗液產(chǎn)生劇烈振動，有去污作用，人們有去污作用，人們據(jù)此制成了超聲波據(jù)此制成了超聲波清洗器清洗器1、超聲波和次聲波、超聲波和次聲波核爆炸核爆炸導(dǎo)彈發(fā)射導(dǎo)彈發(fā)射次聲次聲1、超聲波和次聲波、超聲波和次聲波火山火山地震地震風(fēng)暴與海嘯次聲次聲1、超聲波和次聲波、超聲波和次聲波1、超聲波和次聲波、超聲波和

8、次聲波1、超聲波和次聲波、超聲波和次聲波1、超聲波和次聲波、超聲波和次聲波1980年，一艘名叫年，一艘名叫“馬爾波羅馬爾波羅”的帆船在由新西蘭駛往的帆船在由新西蘭駛往英國的途中突然神秘地失蹤；英國的途中突然神秘地失蹤；20年后，卻在火地島附近年后，卻在火地島附近被人發(fā)現(xiàn)。船上的一切都原封不動、完好如初。就連已被人發(fā)現(xiàn)。船上的一切都原封不動、完好如初。就連已死多年的船員也都各就各位，保持著工作狀態(tài)?？茖W(xué)家死多年的船員也都各就各位，保持著工作狀態(tài)。科學(xué)家對他們的神秘死亡引起了極大的關(guān)注，經(jīng)過長期研究，對他們的神秘死亡引起了極大的關(guān)注，經(jīng)過長期研究，終于發(fā)現(xiàn)，他們是死于海上風(fēng)暴產(chǎn)生的次聲。終于發(fā)現(xiàn)，

9、他們是死于海上風(fēng)暴產(chǎn)生的次聲。n次聲波的危害次聲波的危害1、超聲波和次聲波、超聲波和次聲波次聲波次聲波海嘯是由海底地震引起的突發(fā)性災(zāi)海嘯是由海底地震引起的突發(fā)性災(zāi)害性天氣。害性天氣。20042004年年1212月月2626日印度洋日印度洋海嘯造成周邊國家海嘯造成周邊國家3030萬人傷亡。災(zāi)萬人傷亡。災(zāi)后發(fā)現(xiàn)在海水淹沒區(qū)一公里以外的后發(fā)現(xiàn)在海水淹沒區(qū)一公里以外的地方有許多人被壓在倒塌的房屋內(nèi)，地方有許多人被壓在倒塌的房屋內(nèi)，救災(zāi)行動也因為許多遇害者五臟破救災(zāi)行動也因為許多遇害者五臟破裂，肢體不全而進(jìn)展緩慢。當(dāng)?shù)厝肆?，肢體不全而進(jìn)展緩慢。當(dāng)?shù)厝苏J(rèn)為這些現(xiàn)象是由于認(rèn)為這些現(xiàn)象是由于“海怪海怪”上岸上

10、岸造成的。造成的。法國法國費(fèi)加羅報費(fèi)加羅報1、超聲波和次聲波、超聲波和次聲波1992年年11月月24日，桂林上空發(fā)生了一起空難，日，桂林上空發(fā)生了一起空難，141人死亡。人死亡。當(dāng)事件的原因經(jīng)多方解釋而未肯定之時，中國聲學(xué)研究所當(dāng)事件的原因經(jīng)多方解釋而未肯定之時，中國聲學(xué)研究所的專家，提出了存在著因的專家，提出了存在著因“次聲波次聲波”的作用而致使飛機(jī)墜的作用而致使飛機(jī)墜毀的可能性。桂林屬半丘陵地帶，氣團(tuán)依山勢走向而上下毀的可能性。桂林屬半丘陵地帶，氣團(tuán)依山勢走向而上下浮動，引起氣流震動，會產(chǎn)生一種浮動，引起氣流震動，會產(chǎn)生一種“山背波山背波”的次聲波，的次聲波，當(dāng)飛機(jī)遇到這種危害極大的由次聲

11、波引起的晴空湍流時，當(dāng)飛機(jī)遇到這種危害極大的由次聲波引起的晴空湍流時，如同落入一個風(fēng)旋渦中，在擠壓力、沖力等多種強(qiáng)勁外力如同落入一個風(fēng)旋渦中，在擠壓力、沖力等多種強(qiáng)勁外力的作用下，將造成飛機(jī)失控、產(chǎn)生機(jī)毀人亡的惡果。還有的作用下，將造成飛機(jī)失控、產(chǎn)生機(jī)毀人亡的惡果。還有研究結(jié)果表明，次聲波對飛機(jī)的影響還有一種研究結(jié)果表明，次聲波對飛機(jī)的影響還有一種“生物效生物效應(yīng)應(yīng)”。該理論認(rèn)為，當(dāng)次聲波的頻率接近人體頻率時，就。該理論認(rèn)為，當(dāng)次聲波的頻率接近人體頻率時，就有可能產(chǎn)生有可能產(chǎn)生“共振共振”，飛機(jī)駕駛員無法承受這種強(qiáng)烈的效，飛機(jī)駕駛員無法承受這種強(qiáng)烈的效應(yīng)，就有致命的危險。也就是說，此次空難的兇

12、手很可能應(yīng)，就有致命的危險。也就是說，此次空難的兇手很可能就是這種次聲波。就是這種次聲波。1、超聲波和次聲波、超聲波和次聲波次聲波武器次聲波武器 按照感官刺激分類，目前研制出來的次按照感官刺激分類，目前研制出來的次聲武器可分為兩種。一種是神經(jīng)型次聲武器，聲武器可分為兩種。一種是神經(jīng)型次聲武器，它通過發(fā)射頻率與人腦的它通過發(fā)射頻率與人腦的“阿爾法節(jié)律阿爾法節(jié)律”相相近（約近（約5Hz）的次聲波，刺激人的神經(jīng)，使）的次聲波，刺激人的神經(jīng)，使人暈眩頭痛、精神錯亂。另一種是器官型次人暈眩頭痛、精神錯亂。另一種是器官型次聲武器，通過發(fā)射頻率與人體內(nèi)臟固有頻率聲武器，通過發(fā)射頻率與人體內(nèi)臟固有頻率相當(dāng)（相

13、當(dāng)（48Hz）的次聲波，使人出現(xiàn)惡心嘔）的次聲波，使人出現(xiàn)惡心嘔吐、胃痛、呼吸困難等癥狀。吐、胃痛、呼吸困難等癥狀。 相對于傳統(tǒng)概念的武器，次聲波武器具相對于傳統(tǒng)概念的武器，次聲波武器具有隱蔽性強(qiáng)、傳播速度快、傳播距離遠(yuǎn)、穿有隱蔽性強(qiáng)、傳播速度快、傳播距離遠(yuǎn)、穿透力強(qiáng)、不污染環(huán)境和破壞設(shè)施等特點(diǎn)，從透力強(qiáng)、不污染環(huán)境和破壞設(shè)施等特點(diǎn)，從而被列為新概念武器家族的重要成員，勢必而被列為新概念武器家族的重要成員，勢必成為未來戰(zhàn)場上的武器新寵。成為未來戰(zhàn)場上的武器新寵。1、超聲波和次聲波、超聲波和次聲波 早在上世紀(jì)早在上世紀(jì)60年代，發(fā)達(dá)國家就年代，發(fā)達(dá)國家就競相研究次聲波武器。競相研究次聲波武器。1

14、972年法國國年法國國家實驗中心制成一臺強(qiáng)次聲發(fā)生器，家實驗中心制成一臺強(qiáng)次聲發(fā)生器，首次試驗就使首次試驗就使5公里以內(nèi)的人員受到公里以內(nèi)的人員受到傷害。上世紀(jì)傷害。上世紀(jì) 80年代法國科學(xué)家加年代法國科學(xué)家加弗羅制出了一種弗羅制出了一種“大哨笛大哨笛”次聲發(fā)生次聲發(fā)生器，聲壓級為器，聲壓級為160dB，能對人體器官，能對人體器官產(chǎn)生損傷，當(dāng)時法國報紙稱它為產(chǎn)生損傷，當(dāng)時法國報紙稱它為“次次聲槍聲槍”。1979年蘇聯(lián)秘密進(jìn)行次聲炸年蘇聯(lián)秘密進(jìn)行次聲炸彈試驗，由于當(dāng)時對其威力估計不足，彈試驗，由于當(dāng)時對其威力估計不足，又缺乏良好防護(hù)，造成數(shù)名現(xiàn)場人員又缺乏良好防護(hù)，造成數(shù)名現(xiàn)場人員死亡。死亡。法

15、國科學(xué)家加夫雷奧 聲波武器鼻祖 1、超聲波和次聲波、超聲波和次聲波美國更是不甘落后。美國陸軍武器研究室研制出一種可美國更是不甘落后。美國陸軍武器研究室研制出一種可延伸至延伸至17米長的喇叭型聲炮，發(fā)射功率達(dá)米長的喇叭型聲炮，發(fā)射功率達(dá)20kW（千瓦）。（千瓦）。上世紀(jì)上世紀(jì)70年代，美警方開發(fā)了使人年代，美警方開發(fā)了使人“僵化僵化”或失去戰(zhàn)斗或失去戰(zhàn)斗力的次聲武器，來控制騷亂。據(jù)稱美國干涉波黑內(nèi)戰(zhàn)時，力的次聲武器，來控制騷亂。據(jù)稱美國干涉波黑內(nèi)戰(zhàn)時，曾秘密用過這些非致命次聲武器，僅幾秒鐘就使塞軍陣曾秘密用過這些非致命次聲武器，僅幾秒鐘就使塞軍陣地陷入一片混亂，有人昏倒，有人嘔吐不止。地陷入一片

16、混亂，有人昏倒，有人嘔吐不止。 遠(yuǎn)程聲波設(shè)備目前已經(jīng)廣泛用于反暴亂和反恐行動,圖為裝備LRAD的美軍“斯特賴克”裝甲車 2、聲音的強(qiáng)度、聲音的強(qiáng)度2、聲音的強(qiáng)度、聲音的強(qiáng)度2、聲音的強(qiáng)度、聲音的強(qiáng)度2、聲音的強(qiáng)度、聲音的強(qiáng)度2、聲音的強(qiáng)度、聲音的強(qiáng)度2、聲音的強(qiáng)度、聲音的強(qiáng)度分貝（分貝（decibel）是量度兩個相同單位之?dāng)?shù)量比例的單位，主要用于度量聲音強(qiáng)度，常用dB表示 .2、聲音的強(qiáng)度、聲音的強(qiáng)度2、聲音的強(qiáng)度、聲音的強(qiáng)度2、聲音的強(qiáng)度、聲音的強(qiáng)度第二節(jié)、材料的聲學(xué)性能第二節(jié)、材料的聲學(xué)性能多孔材料第二節(jié)、材料的聲學(xué)性能第二節(jié)、材料的聲學(xué)性能多孔材料多孔吸聲材料的吸聲機(jī)理是:當(dāng)聲波入射到材

17、料表面時，一部分在材料表面反射掉，另一部分則透入到材料內(nèi)部向前傳播。由惠更斯原理可知，聲波的振動帶動相鄰質(zhì)點(diǎn)的振動，相鄰的質(zhì)點(diǎn)又將振動傳遞給與它相鄰的質(zhì)點(diǎn)，如此這樣聲波在多孔材料內(nèi)傳播下去。在傳播過程中，引起孔隙的空氣運(yùn)動，與形成孔壁的固體筋絡(luò)發(fā)生摩擦，由于粘滯性和熱傳導(dǎo)效應(yīng)，將聲能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮芏纳⒌?。聲波在剛性壁面反射后，?jīng)過材料回到其表面時，一部分聲波透射到空氣中，一部分又反射回材料內(nèi)部，聲波通過這種反復(fù)傳播，使能量不斷轉(zhuǎn)換耗散，如此反復(fù)，直到平衡，由此使材料“吸收”了部分聲能。第二節(jié)、材料的聲學(xué)性能第二節(jié)、材料的聲學(xué)性能多孔材料影響多孔吸聲材料特性的因素(1)材料內(nèi)部應(yīng)該具有大量的間隙和

18、小孔（吸聲性能較好的材料孔隙率一般在70%-90%之間），材料中孔隙體積與材料總體積之比，即孔隙率要高，而且這些孔隙在材料內(nèi)部的分布要盡可能均勻，并盡可能細(xì)小，這樣可使材料內(nèi)部筋絡(luò)總表面積大，對于聲能的吸收是非常有好處的。(2)材料內(nèi)部的孔洞應(yīng)呈現(xiàn)向外敞開的趨勢，易于聲波進(jìn)入孔洞內(nèi)部。當(dāng)材料不具備敞開孔洞，僅有凹凸表面時，吸聲能力會下降。(3)材料內(nèi)部的微孔應(yīng)該是相互貫通的，而不應(yīng)是獨(dú)立密閉的，單獨(dú)的氣孔和密閉間隙起不到吸聲作用。第二節(jié)、材料的聲學(xué)性能第二節(jié)、材料的聲學(xué)性能共振吸聲材料第二節(jié)、材料的聲學(xué)性能第二節(jié)、材料的聲學(xué)性能共振吸聲材料共振結(jié)構(gòu)是利用共振器的特點(diǎn)，更有效地把聲能變成熱能消耗。共振吸聲結(jié)構(gòu)一般吸聲頻