最新[工程科技]聲學(xué)基礎(chǔ)教學(xué)講義PPT.ppt

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1、[工程科技]聲學(xué)基礎(chǔ)第一節(jié)聲學(xué)基本概念與參數(shù)一、振動(dòng)1.簡(jiǎn)諧振動(dòng)振動(dòng)是聲音產(chǎn)生的原因，最基本的振動(dòng)形式是“簡(jiǎn)諧振動(dòng)”mk力學(xué)特征：2.簡(jiǎn)諧振動(dòng)函數(shù)：3.振動(dòng)與力學(xué)參數(shù)的關(guān)系：或一、振動(dòng)（2）橫波：介質(zhì)的振動(dòng)方向與波的傳播方向垂直力學(xué)原理：靠介質(zhì)中的剪切應(yīng)力傳播振動(dòng)。存在介質(zhì):固體注：空氣中只存在縱波。振動(dòng)方向傳播方向三、聲波種類2.按波振面分類（1）概念波振面：所有振動(dòng)相位相同的點(diǎn)構(gòu)成的面（客觀存在）聲線：沿傳播方向與波振面垂直或正交的一系列直線（假想線）聲源波振面聲線三、聲波種類（2）聲波按波振面分類球面波：波振面為球面，點(diǎn)聲源

2、產(chǎn)生；柱面波：波振面為柱面，線聲源產(chǎn)生；平面波：波振面為平面，平面聲源產(chǎn)生；注：當(dāng)距離聲源足夠遠(yuǎn)時(shí)，所有聲波均可視為平面波。三、聲波種類四、聲音的頻率、波長(zhǎng)、振幅1.頻率f：?jiǎn)挝籋z(1/秒)人耳可聽頻率范圍：20～20000Hz次聲波：低于20Hz超聲波：高于2000Hz2.波長(zhǎng)λ：人耳可聽波長(zhǎng)范圍：0.17mm~17m3.振幅ξ0：介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)時(shí)離開平衡位置的最大距離痛閾振幅：1.7×10-3cm聽閾振幅：1.7×10-9cm分子直徑：10-8cm人耳能分辨小于分子直徑的振動(dòng)，及其靈敏。五、聲速c1.波動(dòng)函數(shù)的力學(xué)解法a.對(duì)微

3、小介質(zhì)單元進(jìn)行受力分析，并根據(jù)介質(zhì)力學(xué)特性參數(shù)（彈性模量、質(zhì)量密度）列出微分方程；b.解微分方程，并由介質(zhì)邊界條件和初始條件確定波動(dòng)函數(shù)；c.由波動(dòng)函數(shù)確定聲波的各個(gè)參數(shù)：聲波的頻率構(gòu)成、波長(zhǎng)、振幅、聲速等。2.聲速c決定聲速的因素是什么？頻率f？波長(zhǎng)λ？由波動(dòng)函數(shù)力學(xué)解法，可得：其中：E——壓伸（楊氏）彈性模量G——切變彈性模量B——體變彈性模量ρ——介質(zhì)質(zhì)量密度五、聲速c？問題高空中空氣密度與地面明顯不同，那么，高空與地面聲速會(huì)有明顯不同嗎？碳鋼拉壓彈性模量：E=2×1011帕(N/m2)密度：7800kg/m3鋼材理論聲速：

4、5063m/s空氣的體變彈性模量：B＝1.42×105Pa空氣密度：1.29kg/m3空氣理論聲速：332m/s聲速說明：（1）聲速c由傳播介質(zhì)的力學(xué)參數(shù)決定，與頻率和波長(zhǎng)無直接關(guān)系。同一種介質(zhì)中，波長(zhǎng)與頻率乘積λf＝c是一個(gè)常數(shù)。各種介質(zhì)聲速介質(zhì)空氣水松木磚鋼材聲速c(m/s)34015002500～350036005000（2）溫度會(huì)影響介質(zhì)的力學(xué)參數(shù)，所以溫度會(huì)影響聲速?？諝饴曀僖话闳。?40m/s五、聲速c六、聲壓(*)1.聲壓定義p：聲波擾動(dòng)引起介質(zhì)壓強(qiáng)的變化量。p=p聲－p靜其中：p聲——聲音存在時(shí)介質(zhì)壓強(qiáng)p靜——無聲

5、音時(shí)介質(zhì)壓強(qiáng)聲壓?jiǎn)挝唬号粒≒a）說明：聲壓易于測(cè)量，人耳感受的也是聲壓，所以聲學(xué)中一般用聲壓p替代振幅ξ來描述聲音的強(qiáng)弱。六、聲壓(*)2.用聲壓表示的波動(dòng)函數(shù)3.有效聲壓pe人耳不能感覺聲壓的瞬時(shí)起伏，只能感受聲壓的有效值，即聲壓對(duì)時(shí)間的均方值。說明：聲學(xué)所談聲壓一般是指有效聲壓。4.人耳對(duì)聲壓的感受范圍聽閾聲壓：2×10-5Pa痛閾聲壓：20Pa說明：（1）人耳感受聲壓范圍很大：最大最小相差106（百萬）倍；（2）大氣壓為105Pa，可聽聲壓為大氣壓的1/50億~1/5000，說明聲音引起的氣壓變化非常小。六、聲壓(*)六、聲

6、壓(*)5.聲壓p與振幅ξ之間關(guān)系（了解）其中：B——空氣絕熱體變模量：1.42×105Paρ——空氣密度：1.29kg/m31000Hz聲壓聲壓與振幅關(guān)系聲壓（Pa）振幅（cm）聽閾2×10-51.7×10-9痛閾201.7×10-3七、聲能密度1.聲能密度定義聲場(chǎng)中單位體積介質(zhì)中聲能，用D表示，單位為J/m3。2.平均聲能密度聲場(chǎng)中每一位置的聲能密度隨時(shí)間變化，取一個(gè)周期內(nèi)的平均值為平均聲能密度。3.聲能密度計(jì)算公式八、聲強(qiáng)(*)1.聲強(qiáng)定義單位時(shí)間通過垂直于聲波傳播方向的單位面積的聲能在一個(gè)振動(dòng)周期內(nèi)的平均值,用I表示。單位

7、面積聲能傳播方向聲強(qiáng)I聲強(qiáng)是矢量，單位為W/m2。八、聲強(qiáng)(*)2.聲強(qiáng)與聲能密度及聲壓關(guān)系聲強(qiáng)與有效聲壓的平方成正比人耳所能感受到的最小聲強(qiáng)為：10-12W/m2.九、聲功率單位時(shí)間穿過某一平面或曲面總聲能量。九、聲功率穿過波振面的聲功率可直接用面積乘以聲強(qiáng)。指向均勻點(diǎn)聲源功率：聲強(qiáng)均勻的平面波功率：第二節(jié)聲音的傳播本節(jié)討論問題：1。聲源：種類、指向性2。聲場(chǎng)：自由、擴(kuò)散、半自由聲場(chǎng)3。聲音的反射、透射4。聲音的衍射5。聲音的疊加一、聲源1.聲源分類（1）點(diǎn)聲源滿足下列條件之一可看作是點(diǎn)聲源：a.聲源的幾何尺寸遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于聲音波長(zhǎng)；

8、b.與聲源距離遠(yuǎn)大于聲源幾何尺寸。（2）線聲源一系列在一條直線上的發(fā)聲點(diǎn)構(gòu)成的聲源，有兩種：a.相干線聲源：各發(fā)聲點(diǎn)相位相同；b.不相干線聲源：各發(fā)聲點(diǎn)相位無關(guān)系，如一串汽車。（3）面聲源平面發(fā)聲。2.聲源的指向性聲源發(fā)出聲音聲強(qiáng)或聲壓在各個(gè)方向上