聲學(xué)基本知識(shí)

聲學(xué)基本知識(shí)第1頁(yè)，課件共149頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月Chapter2

聲學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)

2.1

聲音的產(chǎn)生和傳播2.2

聲波的描述2.3

聲波的傳播特性2.4

聲源的輻射特性第2頁(yè)，課件共149頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.1聲音的產(chǎn)生和傳播物體的振動(dòng)是產(chǎn)生聲音的根源。

聲源：我們把產(chǎn)生聲音的振動(dòng)物體稱作聲源。第3頁(yè)，課件共149頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.1.2

聲音的產(chǎn)生和傳播

聲波：這種向前推進(jìn)著的空氣振動(dòng)稱為聲波。聲場(chǎng)：有聲波傳播的空間叫聲場(chǎng)。聲音傳播的實(shí)質(zhì)：聲音傳播是指物體振動(dòng)形式的傳播。第4頁(yè)，課件共149頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.2

聲波的描述

2.2.1

描述聲波的基本物理量2.2.2

聲音的物理量度2.2.3

聲波的類型第5頁(yè)，課件共149頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月聲波的特性聲波的波動(dòng)性——與光波的比較聲波產(chǎn)生的條件——媒質(zhì)慣性和彈性——真空中能否傳播聲波？橫波與縱波（固體有切變彈性）聲波通過相鄰質(zhì)點(diǎn)間動(dòng)量傳遞來傳播能量，而不是物質(zhì)的遷移第6頁(yè)，課件共149頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月聲學(xué)史話（聲的波動(dòng)性）人雖然知道聲在空氣中傳播，但聲的本質(zhì)是什么還是眾說紛壇，有人說是波，有人說是粒子，這和光學(xué)中的波動(dòng)說和粒子說的爭(zhēng)論一樣。1687年牛頓在他的“原理”一書中對(duì)聲波作為彈性波推導(dǎo)了聲速的公式。但經(jīng)過測(cè)量，發(fā)現(xiàn)計(jì)算值和實(shí)驗(yàn)值有較大的誤差。原來牛頓認(rèn)為聲波傳播是個(gè)等溫過程，沒有考慮聲波變化較快，是個(gè)絕熱過程。1816年拉普拉斯修改了牛頓的公式，把等溫壓縮系數(shù)換為絕熱壓縮系數(shù)，消除了理論和實(shí)驗(yàn)的差別。通過牛頓到拉普拉斯的工作，人們才最后確認(rèn)聲波是彈性波，奠定了經(jīng)典聲學(xué)的基礎(chǔ)。第7頁(yè)，課件共149頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.2.1描述聲波的基本物理量第8頁(yè)，課件共149頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月線性聲波和非線性聲波線性聲波——簡(jiǎn)諧振動(dòng)（位移與彈力成正比方向相反的振動(dòng)），正（余）弦函數(shù)前提條件：質(zhì)點(diǎn)振速<<聲速質(zhì)點(diǎn)位移<<波長(zhǎng)，密度增量<<靜態(tài)密度非線性聲波——不滿足上面條件，比如正（余）弦波變成鋸齒波第9頁(yè)，課件共149頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.2.1描述聲波的基本物理量振幅位移位移：物體離開靜止位置的距離稱為位移，最大的位移叫振幅，振幅的大小決定了聲音的大小。相位：某一時(shí)刻，某一質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)狀態(tài)（包括質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的位移大小和運(yùn)動(dòng)方向相位第10頁(yè)，課件共149頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月圖2－2 聲波傳播的物理過程第11頁(yè)，課件共149頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.2.1描述聲波的基本物理量1.周期：質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)每往復(fù)一次所需要的時(shí)間，單位為秒（s）。2.聲波頻率：一秒鐘內(nèi)媒質(zhì)質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的次數(shù)，單位為赫茲(Hz)。頻率范圍(Hz)<2020-20000>20000聲音次<500500-2000>2000超低頻聲中頻聲高頻定義聲音頻聲聲第12頁(yè)，課件共149頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.2.1描述聲波的基本物理量3.波長(zhǎng)：聲波兩個(gè)相鄰密部或兩個(gè)相鄰疏部之間的距離叫做波長(zhǎng)，或者說聲源每振動(dòng)一次，聲波的傳播距離。第13頁(yè)，課件共149頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.2.1描述聲波的基本物理量4.聲速：振動(dòng)在媒質(zhì)中傳播的速度。媒質(zhì)特性的函數(shù)，取決于該媒質(zhì)的彈性和密度；聲速會(huì)隨環(huán)境的溫度有一些變化。媒質(zhì)名稱空氣水混凝土玻璃鐵鉛軟木硬木聲速3441372304836535182121933534267表21.1℃時(shí)聲速近似值（m/s）第14頁(yè)，課件共149頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月空氣中聲速公式C=331.45+0.61tt——空氣的攝氏溫度℃第15頁(yè)，課件共149頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.2.2聲波的類型在均勻的理想流體中的小振幅聲波的波動(dòng)方程為：或第16頁(yè)，課件共149頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.2.2聲波的類型波陣面:是指空間同一時(shí)刻相位相同的各點(diǎn)的軌跡曲線。根據(jù)波振面的形狀可將聲波分為不同的類型。聲線：常稱為聲射線，就是子聲源發(fā)出的代表能量傳播方向的直線，在各向同性的媒質(zhì)中，聲線就是代表波的傳播方向且處處與波陣面垂直的直線。第17頁(yè)，課件共149頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.2.2聲波的類型1.平面聲波：聲波的波陣面是垂直于傳播方向的一系列平面時(shí)，稱其為平面聲波。波前：聲波傳播時(shí)處于最前沿的波陣面稱為波前。第18頁(yè)，課件共149頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1.平面聲波：第19頁(yè)，課件共149頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1.平面聲波：a.波動(dòng)方程：對(duì)于簡(jiǎn)諧振動(dòng)而言：第20頁(yè)，課件共149頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月ω的意義第21頁(yè)，課件共149頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月k的意義第22頁(yè)，課件共149頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月c(聲速)的意義P0cos(t0－kx0)=P0[(t0+t)－k(x0+x)]這就要求t－kx=0因?yàn)閗=/c，所以第23頁(yè)，課件共149頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1.平面聲波：b.質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度：對(duì)于簡(jiǎn)諧振動(dòng)而言：質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的速度振幅第24頁(yè)，課件共149頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1.平面聲波：c.聲阻抗率：對(duì)于平面聲波而言：媒質(zhì)的特性阻抗，單位瑞利（Pa·s/m）第25頁(yè)，課件共149頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月聲學(xué)史話（瑞利）瑞利勛爵的姓是斯特魯特(1842—1919)，瑞利是他的封號(hào)，但我們聲學(xué)界早已習(xí)慣了，提起他就說瑞利，包括瑞利盤、瑞利散射等等，反而把他的姓忘了。瑞利是集經(jīng)典聲學(xué)大成者，他的名著”聲學(xué)理論”至今還有重大影響，聲學(xué)上許多現(xiàn)象、原理和方法都是他發(fā)現(xiàn)和提出的。他多才多藝，不僅在聲學(xué)上有突出貢獻(xiàn)，對(duì)經(jīng)典物理學(xué)的發(fā)展也有重大影響。瑞利多才多藝．除集經(jīng)典聲學(xué)大成之外，他在電學(xué)、光學(xué)等其他方面還有許多重大貢獻(xiàn)。他于1904年獲得諾貝爾獎(jiǎng)第26頁(yè)，課件共149頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1.平面聲波：d.聲線：聲源發(fā)出的代表能量傳播方向的直線對(duì)于平面波是相互平行的一系列直線。處處與波陣面垂直第27頁(yè)，課件共149頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1.聲壓與聲壓級(jí)2.聲強(qiáng)與聲強(qiáng)級(jí)3.聲功率與聲功率級(jí)4.聲能密度5.頻譜和頻程2.2.2

聲波的物理量度第28頁(yè)，課件共149頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.2.2聲波的物理量度1.聲壓和聲壓級(jí)：靜態(tài)壓強(qiáng)不是聲壓幅值第29頁(yè)，課件共149頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1.聲壓和聲壓級(jí)

a.瞬時(shí)聲壓：某一瞬間的聲壓。

b.有效聲壓（pe）：在一定時(shí)間間隔中將瞬時(shí)聲壓對(duì)時(shí)間求方均根值即得有效聲壓。第30頁(yè)，課件共149頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

1.聲壓和聲壓級(jí)：聲音種類聲壓聲音種類聲壓正常人耳能聽到最弱聲2×10-5織布車間2普通說話聲（1m遠(yuǎn)處）2×10-2柴油發(fā)動(dòng)機(jī)、球磨機(jī)20（引起疼痛）公共汽車內(nèi)0.2噴氣飛機(jī)起飛200日常生活中聲音的聲壓數(shù)據(jù)(Pa)第31頁(yè)，課件共149頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月c.聲壓級(jí):該聲音的聲壓與參考聲壓的比值取以10為底的對(duì)數(shù)再乘20，即：

1.聲壓和聲壓級(jí)：聲壓級(jí)單位：分貝。

第32頁(yè)，課件共149頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.聲強(qiáng)和聲強(qiáng)級(jí)：a.聲強(qiáng):在聲傳播方向上單位時(shí)間內(nèi)垂直通過單位面積的聲能量，稱為聲音的強(qiáng)度，簡(jiǎn)稱為聲強(qiáng)，單位是瓦每平方米

。第33頁(yè)，課件共149頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月b.聲強(qiáng)級(jí):該聲音的聲強(qiáng)與參考聲強(qiáng)的比值取以10為底的對(duì)數(shù)再乘10，即：2.聲強(qiáng)和聲強(qiáng)級(jí)：聲強(qiáng)級(jí)單位：分貝。第34頁(yè)，課件共149頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月聲壓級(jí)和聲強(qiáng)級(jí)的關(guān)系：第35頁(yè)，課件共149頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月ρc10lg400/ρc39℃400(ρ0c0)00℃428-0.2920℃415-0.16第36頁(yè)，課件共149頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3.聲功率和聲功率級(jí)a.聲功率:聲源在單位時(shí)間內(nèi)輻射的總能量，單位是瓦。意義：聲功率是衡量聲源聲能量輸出大小的基本物理量；聲功率可用于鑒定各種聲源。第37頁(yè)，課件共149頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月b.聲功率與聲強(qiáng)的關(guān)系球面輻射時(shí)：波陣面面積第38頁(yè)，課件共149頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月c.聲功率級(jí)聲功率級(jí)單位：分貝。第39頁(yè)，課件共149頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月聲功率級(jí)與聲強(qiáng)級(jí)的關(guān)系第40頁(yè)，課件共149頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月小知識(shí)一般聲源聲功率實(shí)際上是很小的，如輕聲耳語，聲功率是0.01微瓦，客廳中小聲交談大約是1微瓦，正常談話是50微瓦，大聲洪話約0.2毫瓦，高聲講話也不過是1～10毫瓦一個(gè)廣場(chǎng)上幾萬人齊聲歡呼時(shí)的聲功率大約只能點(diǎn)亮一盞40瓦的電燈泡。第41頁(yè)，課件共149頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月4.聲能密度定義：聲場(chǎng)中單位體積媒質(zhì)所含有的聲能量。

對(duì)于在自由空間內(nèi)傳播的平面聲波而言：

第42頁(yè)，課件共149頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月5.頻程和頻譜：a.頻譜圖：以頻率為橫軸，以聲壓為縱軸，繪出的圖叫聲音的頻譜圖。第43頁(yè)，課件共149頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月常見噪聲的頻譜圖第44頁(yè)，課件共149頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月5.頻程和頻譜：b.

頻程：為方便起見，通常將寬廣的音頻變化范圍劃分為若干個(gè)較小的頻段，稱為頻段或頻程。n—倍數(shù)，f---中心頻率，第45頁(yè)，課件共149頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.球面聲波：波陣面是以任何值為半徑的球面。a.波動(dòng)方程：對(duì)于從球心向外傳播的簡(jiǎn)諧球面聲波而言：特點(diǎn)：振幅隨傳播距離的增加而減少，二者成反比關(guān)系。第46頁(yè)，課件共149頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月球面聲波的特性第47頁(yè)，課件共149頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.球面聲波：b.聲線：是由聲源點(diǎn)發(fā)出的半徑線。第48頁(yè)，課件共149頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3.柱面聲波：波陣面為同軸圓柱面的聲波稱為柱面聲波。a.波動(dòng)方程：對(duì)于遠(yuǎn)場(chǎng)簡(jiǎn)諧柱面聲波而言：特點(diǎn)：振幅隨徑向距離的增加而減少，與距離的平方根成反比關(guān)系。第49頁(yè)，課件共149頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3.柱面聲波：

b.聲線：是由線聲源發(fā)出的徑向線。第50頁(yè)，課件共149頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.2.2聲波的類型

聲波的類型類型波陣面聲線聲源類型平面聲波垂直于傳播方向的平面相互平行的直線

平面聲源球面聲波以任何值為半徑的球面由聲源發(fā)出的半徑線

點(diǎn)聲源柱面聲波同軸圓柱面線聲源發(fā)出的半徑線

線聲源第51頁(yè)，課件共149頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月Chapter2

聲學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)

2.1

聲音的產(chǎn)生和傳播2.2

聲波的描述2.3

聲波的傳播特性2.4

聲源的輻射特性第52頁(yè)，課件共149頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.3聲波的傳播特性2.3.1聲場(chǎng)2.3.2聲波的疊加2.3.3聲波的反射、透射、折射

2.3.4聲波的散射與衍射

2.3.5聲波在傳播中的衰減第53頁(yè)，課件共149頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.3.1

聲場(chǎng)（SoundField）1.聲場(chǎng)的概念：聲場(chǎng)是指?jìng)鞑ヂ暡ǖ目臻g。按聲場(chǎng)的性質(zhì)可以將聲場(chǎng)分為：自由聲場(chǎng)；擴(kuò)散聲場(chǎng)；半自由聲場(chǎng)

第54頁(yè)，課件共149頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.聲場(chǎng)的分類自由聲場(chǎng):我們把可以忽略邊界影響，由各向同性的均勻介質(zhì)形成的聲場(chǎng)稱為自由聲場(chǎng)。第55頁(yè)，課件共149頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月自由聲場(chǎng)（FreeSoundField）消聲室第56頁(yè)，課件共149頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月自由聲場(chǎng)（FreeSoundField）消聲室第57頁(yè)，課件共149頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.聲場(chǎng)的分類擴(kuò)散聲場(chǎng)（混響聲場(chǎng)）:如果室內(nèi)各處的聲壓級(jí)幾乎相等，聲能密度也處處相等，那么這樣的聲場(chǎng)就叫做擴(kuò)散聲場(chǎng)（混響聲場(chǎng)）。半自由聲場(chǎng)(半擴(kuò)散聲場(chǎng)):第58頁(yè)，課件共149頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.聲場(chǎng)的分類半自由聲場(chǎng)(半擴(kuò)散聲場(chǎng)):第59頁(yè)，課件共149頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.3.2聲波的疊加

1.聲壓的疊加第60頁(yè)，課件共149頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月如果，兩個(gè)聲波頻率相同，振動(dòng)方向相同，且存在恒定的相位差式中x1與x2的坐標(biāo)原點(diǎn)是由各列聲波獨(dú)自選定的，不一定是空間的同一位置。由疊加原理得：第61頁(yè)，課件共149頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月由三角函數(shù)關(guān)系知：上述分析表明，對(duì)于兩個(gè)頻率相同振動(dòng)方向相同，相位差恒定的聲波，合成聲仍是一個(gè)同頻率的聲振動(dòng)。它們之間相位差

第62頁(yè)，課件共149頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月Δψ與時(shí)間t無關(guān)，僅與空間位置有關(guān)合成聲波的聲壓幅值PT在空間的分布隨Δψ變化。在空間某些位置振動(dòng)始終加強(qiáng)，在另一些位置振動(dòng)始終減弱，此現(xiàn)象稱為干涉現(xiàn)象。這種具有相同頻率、恒定相位差的聲波稱為相干波。相干波和駐波第63頁(yè)，課件共149頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月相干波和駐波當(dāng)Δψ=0,±2π，±4π,…時(shí),PT為極大值，PTmax=P01+P02；在另外一些位置，當(dāng)Δψ=±π，±3π，±5π…時(shí)，PT為極小值，PTmin=P01－P02，這種聲壓值PT隨空間不同位置有極大值和極小值分布的聲場(chǎng)，稱為駐波聲場(chǎng)。駐波的極大值和極小值分別稱為波腹和波節(jié)。當(dāng)P01與P02相等時(shí)，PTmax=2P01

，PTmin=0，駐波現(xiàn)象最明顯。第64頁(yè)，課件共149頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月相干波和駐波聲波的干涉現(xiàn)象:兩列波的頻率相同，振動(dòng)方向相同和具有恒定相位差的聲波，合成聲仍是同一頻率的振動(dòng)，在空間某一些位置的振動(dòng)始終加強(qiáng)，在另一些位置的振動(dòng)始終減弱，這種現(xiàn)象稱為聲波的干涉現(xiàn)象。能產(chǎn)生干涉現(xiàn)象的聲波稱為相干波，產(chǎn)生干涉現(xiàn)象的聲源稱為相干聲源。第65頁(yè)，課件共149頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月聲波的干涉現(xiàn)象第66頁(yè)，課件共149頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月相干波和駐波能量的疊加第67頁(yè)，課件共149頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.不相干聲波能量的疊加頻率互不相同，或者相互之間并不存在固定的相位差或者是兩者兼有，也就是說，這些聲波是互不相干的。第68頁(yè)，課件共149頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月這樣，對(duì)于空間定點(diǎn)Δ不再是固定的常值，而是隨時(shí)間作無規(guī)變化，疊加后的合成聲場(chǎng)不會(huì)出現(xiàn)駐波現(xiàn)象。且由于2.不相干聲波能量的疊加人耳及聲學(xué)儀器是一段時(shí)間的平均第69頁(yè)，課件共149頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.不相干聲波能量的疊加不能用瞬時(shí)值計(jì)算第70頁(yè)，課件共149頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月**級(jí)的運(yùn)算

a.級(jí)的疊加（公式法）當(dāng)n個(gè)聲源互不干涉時(shí)：當(dāng)n=2時(shí)，能量疊加原理第71頁(yè)，課件共149頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月a.級(jí)的疊加（公式法）

由于：代入上式：第72頁(yè)，課件共149頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月a.級(jí)的疊加：當(dāng)n個(gè)聲源時(shí)，表示為聲壓級(jí)：第73頁(yè)，課件共149頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月a.級(jí)的疊加（查表、圖法）：

令：則：代入下式中：可得：第74頁(yè)，課件共149頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月a.級(jí)的疊加（查表、圖法）：

令：第75頁(yè)，課件共149頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月a.級(jí)的疊加：△Lp第76頁(yè)，課件共149頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月a.級(jí)的疊加：

求出總聲壓的有效值當(dāng)n個(gè)聲源發(fā)生干涉時(shí)：先求出瞬時(shí)聲壓求出總聲壓級(jí)第77頁(yè)，課件共149頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月b.級(jí)的相減儀器測(cè)的噪聲聲源真實(shí)噪聲背景噪聲第78頁(yè)，課件共149頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月小問題有n個(gè)相同的聲源，各個(gè)聲源產(chǎn)生的聲壓級(jí)均為L(zhǎng)p,求n個(gè)聲源同時(shí)發(fā)聲的總聲壓級(jí)第79頁(yè)，課件共149頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月答案n=1LpT=70dBn=2LpT=73dBn=5LpT=77dBn=10LpT=80dBn=100LpT=90dB第80頁(yè)，課件共149頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.3.3聲波的反射、透射、折射

1.當(dāng)聲波垂直入射時(shí)的反射系數(shù)和透射系數(shù)第81頁(yè)，課件共149頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月分界面是相當(dāng)薄的一層，在分界面兩邊的聲壓是連續(xù)相等的：p1=p2

兩種媒質(zhì)在各面密切接觸，界面兩邊媒質(zhì)質(zhì)點(diǎn)的法向振動(dòng)速度也應(yīng)該連續(xù)相等，即u1=u2

第82頁(yè)，課件共149頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月在媒質(zhì)Ⅰ中的聲壓將在媒質(zhì)Ⅰ中沿x正方向傳播的入射平面聲波表示為:在媒質(zhì)Ⅱ中僅有透射聲波，故第83頁(yè)，課件共149頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月相應(yīng)的質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度在x=0界面處。聲壓連續(xù)和質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度連續(xù)，故有:第84頁(yè)，課件共149頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

當(dāng)聲波垂直入射時(shí)，聲壓的反射系數(shù)和透射系數(shù)可以表示為：聲壓的反射系數(shù)的定義為反射聲壓幅值與入射聲壓幅值的比值。聲壓的透射系數(shù)為透射聲壓幅值與入射聲壓幅值的比值。第85頁(yè)，課件共149頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月聲強(qiáng)的反射系數(shù)和透射系數(shù)可以表示為：

rI+

I=1 第86頁(yè)，課件共149頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月當(dāng)1c1<2c2時(shí)，媒質(zhì)Ⅱ比媒質(zhì)Ⅰ“硬”些。若1c1<<2c2，則有rp≈1,p≈2和rI≈1，I≈0空氣中的聲波入射到空氣與水的界面上或空氣與堅(jiān)實(shí)墻面的界面上時(shí)，就相當(dāng)于這種情況媒質(zhì)Ⅱ相當(dāng)于剛性反射體。在界面上入射聲壓與反射聲壓大小相等，且相位相同(rp≈1)

，總的聲壓達(dá)到極大，近等于2Pi,而質(zhì)點(diǎn)速度為零。這樣在媒質(zhì)Ⅰ中形成聲駐波，在媒質(zhì)Ⅱ中只有壓強(qiáng)的靜態(tài)傳遞，并不產(chǎn)生疏密交替的透射聲波。由軟邊界到硬邊界第87頁(yè)，課件共149頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月反之，當(dāng)1c12c2時(shí)，稱為“軟”邊界，若1c12c2，則有rp=-1，p≈0和rI≈1,I≈0這樣在媒質(zhì)Ⅰ中、入射聲壓與反射聲壓在界面處，大小相等、相位相反，總聲壓達(dá)到極小，近等于零，而質(zhì)點(diǎn)速度達(dá)到極大，在媒質(zhì)Ⅰ中也產(chǎn)生駐波聲場(chǎng)。由硬邊界到軟邊界第88頁(yè)，課件共149頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月aθpiptpr2.斜入射反射定律與折射定律第89頁(yè)，課件共149頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.聲波的反射定律與折射定律aθ入射聲波、反射聲波與折射聲波的傳播方向應(yīng)該滿足Snell定律：a.反射定律：b.折射定律：第90頁(yè)，課件共149頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月全反射若兩種媒質(zhì)的聲速不同，聲波傳人媒質(zhì)Ⅱ中時(shí)方向就要改變。當(dāng)c2c1時(shí)會(huì)存在某個(gè)i值，ie=arcsin(c1/c2)使得t=/2。即當(dāng)聲波以大于ie的入射角入射時(shí)，聲波不能進(jìn)入媒質(zhì)Ⅱ中從而形成聲波的全反射。第91頁(yè)，課件共149頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月c.與折射定律有關(guān)的討論由折射定律可知：聲波的折射是由聲速?zèng)Q定的。思考題：1.為什么聲音在晚上要比晴朗的白天傳播的遠(yuǎn)一點(diǎn)？2.為什么逆風(fēng)傳播的聲音難以聽清？第92頁(yè)，課件共149頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月思考題1.為什么聲音在晚上要比晴朗的白天傳播的遠(yuǎn)一點(diǎn)？第93頁(yè)，課件共149頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月思考題2.為什么逆風(fēng)傳播的聲音難以聽清？第94頁(yè)，課件共149頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月思考題2.為什么逆風(fēng)傳播的聲音難以聽清？C(聲速)=c0(靜止空氣)+V(風(fēng)速)下風(fēng)向聲波射線向下彎曲（t變大），地面聲音加強(qiáng)C(聲速)=c0(靜止空氣)-V(風(fēng)速)上風(fēng)向聲波射線向上彎曲（t變?。?，地面產(chǎn)生聲影區(qū)第95頁(yè)，課件共149頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.反射系數(shù)和透射系數(shù)a.聲壓的反射系數(shù)和透射系數(shù)聲壓的反射系數(shù)的定義為反射聲壓與入射聲壓的比值。聲壓的透射系數(shù)為透射聲壓與入射聲壓的比值。第96頁(yè)，課件共149頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月a.聲壓的反射系數(shù)和透射系數(shù)在邊界上，兩面的聲壓與法向的質(zhì)點(diǎn)速度應(yīng)該連續(xù)，即：可以導(dǎo)出：第97頁(yè)，課件共149頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月b.聲強(qiáng)的反射系數(shù)和透射系數(shù)：第98頁(yè)，課件共149頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3.吸聲系數(shù)定義：我們將入射聲波在界面上失去的聲能（包括透射到媒質(zhì)2中去的聲能）與入射聲能之比稱為吸聲系數(shù)。rp

的數(shù)值與入射方向有關(guān)，因此α也與入射的方向有關(guān)。第99頁(yè)，課件共149頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.3.4聲波的散射與衍射1.聲波的散射在聲波傳播過程中，遇到的障礙物表面較粗糙或者障礙物的大小與波長(zhǎng)差不多，則當(dāng)聲波入射時(shí)，就產(chǎn)生各個(gè)方向的反射，這種現(xiàn)象稱為散射。聲波的散射既與障礙物的形狀有關(guān)，又與入射聲波的頻率有關(guān)。障礙物周圍是由入射聲波和散射聲波疊加第100頁(yè)，課件共149頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.3.4聲波的散射與衍射2.聲波的衍射：在聲波傳播過程中，遇到的障礙物或孔洞時(shí)，如果聲波的波長(zhǎng)比障礙物尺寸大得多，聲波會(huì)繞過障礙物而使傳播方向改變，這種現(xiàn)象稱為聲波的衍射。第101頁(yè)，課件共149頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.聲波的衍射第102頁(yè)，課件共149頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月聲波的散射與衍射①障礙物尺寸遠(yuǎn)大于聲波波長(zhǎng)——波走一條直線，后面很大聲影區(qū)②大幾倍時(shí)——聲影區(qū)大大縮小了③大小差不多——聲波會(huì)繞過障礙物，形成衍射，障礙物前面就是散射波。障礙物周圍聲場(chǎng)由入射聲波和散射聲波疊加而成，圖形極為復(fù)雜④小很多——聲波完全通過障礙物，向各個(gè)方向散射聲波第103頁(yè)，課件共149頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月爬行波聲波在障礙物邊上會(huì)拐彎，這還不算奇怪。在聲遇到球形或柱形障礙物時(shí)，或者在固體中遇到球形或柱形空腔時(shí)，聲波不但會(huì)拐彎，還會(huì)貼著障礙物或空腔“爬”形。第104頁(yè)，課件共149頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月聲像(頻率較高，不考慮波動(dòng)性，用聲線討論）第105頁(yè)，課件共149頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.3.5

聲波在傳播中的衰減1.擴(kuò)散引起的衰減（Ad）2.空氣吸收引起的附加衰減（Aa）3.地面吸收的附加衰減（Ag）4.聲屏障衰減（Ab）5.氣象條件的影響（Am

）第106頁(yè)，課件共149頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

1.擴(kuò)散引起的衰減擴(kuò)散衰減的定義：由于波陣面的擴(kuò)展而引起的聲強(qiáng)隨距離而減弱的現(xiàn)象稱為擴(kuò)散衰減。第107頁(yè)，課件共149頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

1.擴(kuò)散引起的衰減根據(jù)聲強(qiáng)的定義：波陣面面積為S處的聲強(qiáng)級(jí)可表示為：第108頁(yè)，課件共149頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

1.擴(kuò)散引起的衰減由于：

將W0=10-12W、I0=10-12W代入式中便得到：

第109頁(yè)，課件共149頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

1.擴(kuò)散引起的衰減因此從S1處傳播到S2處時(shí)的發(fā)散衰減可表示為：第110頁(yè)，課件共149頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

a.平面聲源的擴(kuò)散衰減當(dāng)平面聲源輻射平面波時(shí)：

因此從S1處傳播到S2處時(shí)的發(fā)散衰減：第111頁(yè)，課件共149頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

b.點(diǎn)聲源的擴(kuò)散衰減點(diǎn)聲源輻射的一般為球面波，波陣面面積可表示為：

因此從r1處傳播到r2處時(shí)的發(fā)散衰減：第112頁(yè)，課件共149頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月c.線聲源的擴(kuò)散衰減r0≤L/π，線聲源視為無限長(zhǎng)線聲源：r0>L/π，線聲源視為點(diǎn)聲源。LAr0第113頁(yè)，課件共149頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月d.矩形面聲源的擴(kuò)散衰減r0≤a/π，聲源輻射平面聲波，聲壓不衰減。a/π≤r0<b/π,面聲源視為無限長(zhǎng)線聲源來計(jì)算。r0>b/π，面聲源視為點(diǎn)聲源。LabAr0a<b第114頁(yè)，課件共149頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月全空間和半空間全空間：以聲源為中心的球面對(duì)稱的像各個(gè)方向輻射聲能半空間：當(dāng)聲源放置在剛性地面上，聲音只能向半空間輻射第115頁(yè)，課件共149頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

2.空氣吸收引起的附加衰減空氣吸收：聲波在空氣中傳播時(shí)，因空氣的粘滯性和熱傳導(dǎo)，在壓縮和膨脹過程中，使一部分聲能轉(zhuǎn)化為熱能而損耗，稱為空氣吸收。這種吸收稱為經(jīng)典吸收。粘滯性：一些質(zhì)點(diǎn)與相鄰另一些質(zhì)點(diǎn)相對(duì)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生內(nèi)摩擦，使聲能轉(zhuǎn)化熱能熱傳導(dǎo)：聲波通過，介質(zhì)有的膨脹，有的壓縮，膨脹區(qū)壓縮區(qū)有溫差，熱量由高溫傳到低溫處。發(fā)生熱傳導(dǎo)第116頁(yè)，課件共149頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月弛豫吸收：所謂弛豫吸收是指空氣分子轉(zhuǎn)動(dòng)或振動(dòng)時(shí)存在固有頻率，當(dāng)聲波的頻率接近這些頻率時(shí)要發(fā)生能量交換。能量交換的過程都有滯后現(xiàn)象，這種現(xiàn)象稱為弛豫吸收。一般比熱傳導(dǎo)和粘滯性大

2.空氣吸收引起的附加衰減第117頁(yè)，課件共149頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

2.空氣吸收引起的附加衰減對(duì)于噪聲控制工程，可以采用下面的半經(jīng)驗(yàn)公式來估算空氣吸收衰減。在20℃時(shí)：

聲波的頻率，Hz相對(duì)濕度傳播距離，m第118頁(yè)，課件共149頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

2.空氣吸收引起的附加衰減對(duì)于不同溫度，可采用下式來估算：

與20℃相差的攝氏溫度β=4×10-6第119頁(yè)，課件共149頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

3.地面吸收的附加衰減當(dāng)?shù)孛媸欠莿傂员砻鏁r(shí)：地面吸收將會(huì)對(duì)聲傳播產(chǎn)生附加衰減，但短距離（30-50m）其衰減可以忽略，而在70m以上應(yīng)予以考慮。第120頁(yè)，課件共149頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

3.地面吸收的附加衰減聲波在厚的草地上面或穿過灌木叢傳播時(shí)，在頻率為1000Hz時(shí)的附加衰減較大，可高達(dá)

25/100mdB。附加衰減量的近似計(jì)算公式為：聲波的頻率，Hz傳播距離，m第121頁(yè)，課件共149頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

3.地面吸收的附加衰減聲波穿過樹木或者森林時(shí)，不同樹林的衰減相差很大，在1000赫茲時(shí)：濃密的常綠樹樹冠23dB／100m地面上稀疏的樹干3dB／100m各種樹林平均的附加衰減大致為：第122頁(yè)，課件共149頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

4.聲屏障衰減當(dāng)聲源與接收點(diǎn)之間存在密實(shí)材料形成的障礙物時(shí)會(huì)產(chǎn)生顯著的附加衰減，這樣的障礙物稱為聲屏障。第123頁(yè)，課件共149頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

4.聲屏障衰減聲波遇到屏障時(shí)會(huì)產(chǎn)生反射、透射和衍射三種傳播現(xiàn)象。屏障的作用：阻擋直達(dá)聲的傳播，隔絕透射聲，并使衍射聲有足夠的衰減。聲屏障的附加衰減與聲源及接收點(diǎn)相對(duì)屏障的位置、聲屏障的高度及結(jié)構(gòu)以及聲波的頻率密切相關(guān)。第124頁(yè)，課件共149頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

4.聲屏障衰減聲屏障的附加衰減與聲源及接收點(diǎn)相對(duì)屏障的位置、聲屏障的高度及結(jié)構(gòu)以及聲波的頻率密切相關(guān)。第125頁(yè)，課件共149頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

5.氣象條件的影響雨、雪、露等對(duì)聲波的散射會(huì)引起聲能的衰減。但這種因素引起的衰減量很小，大約每1000m衰減不到0.5dB，因此可以忽略不計(jì)。風(fēng)和溫度梯度對(duì)聲波傳播的影響很大。第126頁(yè)，課件共149頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月為什么逆風(fēng)傳播的聲音難以聽清？第127頁(yè)，課件共149頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月為什么聲音在晚上要比晴朗的白天傳播的遠(yuǎn)一點(diǎn)？第128頁(yè)，課件共149頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.4聲源的輻射特性點(diǎn)聲源（pointsource）亦稱“球面聲源”或“簡(jiǎn)單聲源”。機(jī)械聲源中最基本的輻射體。在自由聲場(chǎng)條件下，它向各個(gè)方向均勻地輻射聲能。當(dāng)聲源的尺度遠(yuǎn)小于其發(fā)射聲波的波長(zhǎng)時(shí)，它的各部分振動(dòng)的相位近似相同，由它產(chǎn)生的聲場(chǎng)在以此聲源為中心的球面上呈均勻分布，所以，在這種情況下不管輻射體是什么形狀，都可看作為點(diǎn)聲源。第129頁(yè)，課件共149頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.7.1點(diǎn)聲源一個(gè)表面均勻脹縮的脈動(dòng)球面聲源，即其球面沿半徑方向作同振幅、同相位的振動(dòng)，則在離球心r處向外輻射的聲壓

式中A為與球面的振動(dòng)有關(guān)的量，在r處的質(zhì)點(diǎn)沿r方向的振速第130頁(yè)，課件共149頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第131頁(yè)，課件共149頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月假定脈動(dòng)面的振動(dòng)速度為ua=U0sint，ur在脈動(dòng)球表面處的媒質(zhì)質(zhì)點(diǎn)速度應(yīng)等于球表面的振動(dòng)速度，即由界面連續(xù)條件

當(dāng)ka<<1，即聲波波長(zhǎng)遠(yuǎn)大于聲源的半徑a時(shí)，1/ka>>1,則得第132頁(yè)，課件共149頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月代入聲壓的表示式，并令Q稱為聲源強(qiáng)度。第133頁(yè)，課件共149頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.7.2聲偶極子兩個(gè)相距很近的點(diǎn)聲源s+和s-,它們的振動(dòng)幅值相同，但是相位相反，如圖2－13所示。由這兩個(gè)點(diǎn)聲源構(gòu)成的合成聲源稱為聲偶極子。在遠(yuǎn)離偶極子的空間R處聲壓為

第134頁(yè)，課件共149頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月由于兩個(gè)點(diǎn)聲源相距很近，有r>>l

(a)(b)圖2－13（a）聲偶極子（b）指向性圖第135頁(yè)，課件共149頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月代入可得從而有第136頁(yè)，課件共149頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月為了描述聲源的輻射特性隨方向的變化，定義指向性因數(shù)：其中，P為聲功率為w的實(shí)際聲源在距離r處方向的均方聲壓，Ps是聲功率