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1、§1聲傳播的基礎(chǔ)知識§1.1聲波的基本性質(zhì)一、聲波的概念“媒質(zhì)質(zhì)點的機械振動由近及遠地傳播稱為聲波?！薄堵晫W(xué)基礎(chǔ)》“人耳聽覺系統(tǒng)所能感受到的信號稱為聲音?！薄董h(huán)境聲學(xué)基礎(chǔ)》聲音傳播的過程：聲源（振源）—媒介（介質(zhì)）—聽覺系統(tǒng)—聲音信號聲音在環(huán)境聲學(xué)中，主要涉及聲音在空氣中的傳播。二、典型的聲波傳播形式平面波：波陣面為平面。波動方程為波動方程的指數(shù)解：平面波傳播的特點：聲壓振幅與傳播距離無關(guān)。（聲場內(nèi)聲壓值處處相等）2、球面波：波陣面為球面。波動方程為：波動方程的指數(shù)解：球面波傳播的特點：聲壓振幅與傳播距離成反比。3、柱面波：波陣面為柱面。柱面波傳播的特點：聲
2、壓振幅與傳播距離的平方根成反比。三、描述聲波的基本物理量1、頻率、波長、聲速（運動學(xué)量）聲波波動的基本規(guī)律是簡諧振動：對于平面波，其波動方程的指數(shù)解為：其三角函數(shù)表達式為：對簡諧波有：聲波作為一種振動運動，其主要的描述物理量有：（1）頻率f人耳可聞的聲波頻率約為20~20kHz，亦稱為“聲頻聲”。相對于“聲頻聲”有“次聲”和“超聲”的概念。不同聲學(xué)研究領(lǐng)域的聲波頻率范圍：次聲：10-4~20Hz；臺風(fēng)、地震、核爆炸、天體運動；聲頻聲：20~20kHz；語言聲學(xué)、音樂聲學(xué)、電聲學(xué)、環(huán)境聲學(xué)、生理聲學(xué)、心理聲學(xué)、振動聲學(xué)。超聲：20kHz~106Hz：水聲學(xué)、生物聲學(xué)、
3、仿生學(xué)。106Hz~108Hz：超聲應(yīng)用：檢測、加工、診療等。特超聲：108~1012Hz：物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究。純音與復(fù)音的概念：單一頻率的聲音稱為純音，含有多種頻率的聲音稱為復(fù)音。（2）波長對于聲頻聲：最小波長（20Hz）約為：28.6m；低頻聲（100Hz）約為：3.44m；中頻聲（1000hz）約為：0.344m；高頻聲（10kHz）約為：0.034m。（3）聲速c聲速與振動的特性無關(guān)，僅取決于介質(zhì)的彈性密度及溫度。對于空氣：c=331.6+0.6t常溫下（20oc）：c=344(m/s)常溫下水中聲速：c=1480(m/s)0oc時,鋼的聲速：c=5000(m/s
4、)松木的聲速：c=3320(m/s)2、聲壓、聲強、聲功率（能量）（1）聲壓P聲壓是指介質(zhì)質(zhì)點由于聲波作用而產(chǎn)生振動時所引起的大氣壓力的波動值。單位是帕斯卡。在聲場中，聲壓是空間位置和時間的函數(shù)，空間某一點的聲壓值有瞬時聲壓（Pa）和有效聲壓（Pe）的概念。有效聲壓為瞬時聲壓的均方根值。對于簡諧波，有效聲壓Pe=Pa/。人耳感覺聲壓的下限閾值：2x10-5（帕），一個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓：101325（帕），二者相差10億倍?。?）聲強I單位時間內(nèi)，在垂直至于聲波傳播方向的單位面積內(nèi)所通過的平均聲能量，稱為聲強。單位：瓦/平方米（w/m2）。聲強有方向，是矢量。對于平面波，由
5、于波陣面沿傳播方向是不變的，故聲強沿傳播方向也是不變的，處處相等。對于球面波，其波陣面為球面，隨傳播半徑的增大而增大，故有：W——聲源聲功率。（3）聲壓與聲強的關(guān)系在平面波和球面波的條件下，聲強與聲壓有如下關(guān)系：——空氣的靜態(tài)密度；c0——空氣中的聲速；——空氣的特性阻抗。（4）聲功率W單位時間內(nèi)聲源輻射的總聲能，稱為聲功率。單位：瓦（w）。對于球面聲源，聲功率與聲強的關(guān)系為：聲功率可以是指全頻范圍所輻射功率，也可以指在某個有限頻率范圍內(nèi)的輻射功率，也稱為頻帶聲功率。聲場中的聲能通常用聲能密度表達：聲能密度——單位體積介質(zhì)具有的聲能，w/m3。常見聲源的聲功率：聲源
6、種類聲功率噴氣飛機10kw汽錘1w汽車0.1w鋼琴2mw女高音1~7.2mw對話10~50uw3、聲級與聲級疊加正常人耳所能感知的聲強和聲壓范圍是很大的。對于1000Hz純音，人耳剛能感知的聽閾聲強是10-12(w/m2)，聽閾聲壓是2x10-5（Pa）；而痛閾聲強是1(w/m2)，相應(yīng)的聲壓值為20（Pa）。由此可見，人耳聽閾的聲強差達10-12倍，聲壓差達10-6倍。因此，直接用聲強和聲壓的絕對值來標(biāo)度聲音很不方便，而改用聲強、聲壓的對數(shù)值標(biāo)度就可以大大壓縮標(biāo)度范圍。同時，人耳對聲音強弱的響應(yīng)也接近于與聲強、聲壓的對數(shù)成正比。所以，對聲音強弱的標(biāo)度通常采用聲強、
7、聲壓的對數(shù)值。也就是我們所熟悉的“聲級”。（1）聲壓級Lp(dB)P——某點的聲壓，N/m2；P0——基準(zhǔn)聲壓，2x10-5N/m2(2)聲強級LI(dB)I-某點的聲強,w/m2；I0-基準(zhǔn)聲強，10-12w/m2。(3)聲功率級Lw(dB)W——某點的聲功率，w；W0——基準(zhǔn)聲功率，10-12w。(4)聲壓級與聲強級的關(guān)系在一個大氣壓力和室溫條下，。聲級的定量概念:人耳的可聽閾：0dB郊外的靜夜：約20dB房間內(nèi)的談話聲：60~70dB（相距1米）交通車輛的噪聲：75dB（相距10米）人耳對聲音強度的分辨能力約為0.5dB。（5）聲級的疊加當(dāng)幾個不同的聲源同
