《聲學材料》PPT課件

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1、第七章聲學材料聲音是物質的波動，一個完整的聲學系統應包括聲源、聲介質和聲接受器三個要素。我們把振動發(fā)聲的物體叫做聲源，把能夠傳播聲音的物質叫做傳聲介質，把能夠感知聲音的器件叫聲接受器。聲學材料可分為發(fā)聲材料、聲介質材料和聲探測(感知)材料。1、聲的物理特征聲音主要有強弱和高低兩個方面的衡量。聲音的強弱是指聲音的大小。表示聲音強弱的物理量度主要有聲壓、聲強和聲功率以及它們的級。聲壓（P）是指聲介質中的壓強相對于無聲波時的壓強改變量。聲音的聲壓大，該聲音就強。聲壓的大小是由聲源振動的振幅決定的，與聲源的振動頻率無關。由于聲壓是隨時間作疏密相間不斷變化的，所

2、以，通常用一段時間的有效聲壓表示，稱為有效聲壓，它是瞬時聲壓的方均根值．其數學表達式為：式中P(t)是瞬時聲壓，t是時問，T是聲波周期。人耳的聽覺聲壓范圍為2x10-5--20Pa。用聲壓表示聲音的強弱是很不方便的。為此，人們便采用聲壓的對數來表示聲音的大小組別．稱為聲壓級，單位為dB。國際上統一規(guī)定，把正常人耳剛剛能聽到的聲壓2x10-5作為基準聲壓p0，定為0dB。聲壓級Lp的數學表達式為：聲強(I)是指在垂直于聲波傳播的平面上，單位時間內通過單位面積的聲能，單位是W/m2。在自由聲場中，某處的聲強與聲壓的平方成正比：式中，ρ介質密度；c是聲速。把

3、正常人耳剛剛能聽到的聲強(10-2w/m2)作為基準聲強I0，定為0dB。聲強級的數學表達式為：聲功率(W)：聲源在單位時問內輻射出的總聲能量。10-12w作為基準聲功率W。，定為0dB。聲功率級的數學表達式為：頻率與頻譜：頻率表示聲源振動快慢的物理量。聲音的頻率越高，音調就高，聽起來就感到尖銳；反之．聲音的頻率低，音調就低，聽起來就感到低沉。能夠發(fā)出單一康率的純音的發(fā)聲體很少，發(fā)聲體的振動一般都比較復雜，所發(fā)出的聲音都是有許多不同頻率、不同強度的純音復合而成。以頻率為橫坐標，以聲音的強弱(聲壓級或聲強級)為縱坐標，繪出聲音強弱的頻率分布圖，叫頻譜圖。

4、利用頻譜圖可以進行頻譜分析，可以看出構成聲音的各個頻率成分和相應的強度。頻譜分析在材料的無損檢測、機械的故障診斷、噪聲控制等方面有廣泛的應用。2、發(fā)聲材料和聲探測材料凡是能產生振動的材料（固體、液體和氣體）都可以是發(fā)聲材料，都可能成為發(fā)聲材料。這里我們只介紹壓電材料和磁致伸縮材料（壓磁）。它們既可以做發(fā)聲材料，又可以做聲探測材料。壓電材料主要是利用它的壓電效應來實現電--聲和聲--電轉換，利用電--聲轉換可做為發(fā)聲材料，利用聲--電轉換可做為聲探測材料。壓電效應是指在某些晶體材料上施加機械應力時，晶體的某些表面會產生電荷，這種現象通常稱為正壓電效應：反

5、之，在晶體的某些方向施加電場時，晶體會產生幾何形狀的變化，這種現象通常稱為逆壓電效應。除了一些晶體外，許多陶瓷、聚合物也具有壓電效應。利用壓電材料的逆壓電效應可制成各種電聲源，如揚聲器、鱗鳴器、超聲波發(fā)生器等。利用壓電材料的正壓電效應可制成各種聲探測器，如拾音器、船舶聲納、水聲換能器、超聲探測器等。利用磁致伸縮材料的磁致伸縮效應和逆磁致伸縮放應可制造成各種超聲波發(fā)生器、水聲、電聲換能器，如聲納的水聲發(fā)射與接受器，超聲波換能器等。3、聲阻尼材料隨著工業(yè)和交通運輸業(yè)的飛速發(fā)展，噪聲污染及其對人體健康的危害，越來越引起人們的重視。它同水污染、空氣污染一樣被列

6、為三大公害。噪聲與振動可以通過吸聲、隔聲、消聲、阻尼減振等措施加以治理。阻尼減振技術已發(fā)展成為一項專門的技術，成為控制振動、沖擊和噪聲的主要技術手段。阻尼減振技術中所用到的材料稱為阻尼材料或減振材料。阻尼材料可分為金屑基阻尼材料和非金屬基阻尼材料兩大類。阻尼材料屬于粘彈性材料，它的動態(tài)力學性能不同于純彈性材料，應變ε滯后應力σ。滯后的相角αβ是阻尼材料的損耗因子，它可表示為；損耗因子是衡量阻尼材料耗散振動能量的主要指標之一。表征阻尼材料阻尼性能最常用的量是損耗因數η，它的物理意義是每振動一次所損耗的能量與貯存的能量的比值。它的大小與材料振動在單位時間內

7、轉變?yōu)闊崮芏鴵p失的振動能成正比。η值越大，表明材料的阻尼性能越好。損耗因子與損耗因數的關系為η＝2βπ。金屬基阻尼材料又稱為減振合金，是一種高內耗合金，它能把振動能較快地轉變?yōu)闊崮芟牡?，有效地阻尼聲的傳播。金屬基阻尼材料主要用于設備和機械上，達到減振和防噪聲的目的，如發(fā)電機蓋、運輸帶的齒輪、汽車發(fā)動機油盤、汽缸頭蓋、船舶螺旋槳等。用減振合金作為結構材料．制成機械中振動和發(fā)聲強烈的部件。常用的非金屬基阻尼材料有橡膠系、塑料系、瀝青系。通常是由兩種基本材料組成，一種是基材，另一種是添料。常用的基料有瀝青、氯丁橡膠、聚胺脂、環(huán)氧樹脂等。常用的添料有膨脹珍珠

8、巖粉、膨脹蛭石、石棉緘、碳酸鈣、二硫化銅、鉛粉、炭黑粉等。粘彈性聚合物具有很好的阻尼性能，是很