[工程科技]聲學(xué)基礎(chǔ)(已修改)
2025-03-01 21:40 本頁(yè)面
【正文】 第一章 聲學(xué)基礎(chǔ) 本章內(nèi)容： 1。聲學(xué)基本概念 2。聲音的傳播 3。聲級(jí) :聲級(jí)加法與減法 4。聲音的衰減 5。頻程與頻譜 第一節(jié) 聲學(xué)基本概念與參數(shù) 一、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)” m k 力學(xué)特征： ?kF ?? ： )2s i n ()s i n ( 00 ??????? ??? ftt＝mkf?21＝mk＝?： 或 )( tt ???一、振動(dòng) 二、波動(dòng) 波動(dòng)是振動(dòng)在介質(zhì)中的傳播。 1. 波動(dòng)產(chǎn)生的原因： 介質(zhì)中各個(gè)質(zhì)點(diǎn)間相互力學(xué)作用： 拉壓應(yīng)力或剪切應(yīng)力。 2. 波動(dòng)函數(shù) 可通過(guò)質(zhì)點(diǎn)受力分析導(dǎo)出波動(dòng)函數(shù)： ? ? ? ???????? ????? )(2s i n)(s i n 00 cxtfcxt＝其中： x —— 某質(zhì)點(diǎn)距振源的距離 c—— 聲速 波動(dòng)圖： x? 0tt ?ttt ??? 0x??傳播方向 二、波動(dòng) 三、聲波種類 1. 按振動(dòng)方向分類 （ 1）縱波： 介質(zhì)的振動(dòng)方向與波的傳播方向一致。 振動(dòng)方向 傳播方向 力學(xué)原理： 靠介質(zhì)的拉或壓應(yīng)力傳播振動(dòng) 存在介質(zhì)： 固體、液體、氣體均可傳播縱波 （ 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 f： 單位 Hz(1/秒 ) 人耳可聽頻率范圍： 20～ 20220Hz 次聲波：低于 20Hz 超聲波：高于 2022Hz 2. 波長(zhǎng) λ ：人耳可聽波長(zhǎng)范圍： ~17m 3. 振幅 ξ 0： 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： 103cm 聽閾振幅： 109cm 分子直徑： 108cm 人耳能分辨小于分子直徑的振動(dòng)，及其靈敏。 五、聲速 c 1. 波動(dòng)函數(shù)的力學(xué)解法 a. 對(duì)微小介質(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。 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： )()()(氣體縱波橫波縱波???BcGcEc???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(wèn)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： 5063m/s 空氣的體變彈性模量： B＝ 105Pa 空氣密度： 空氣理論聲速： 332m/s 聲速說(shuō)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(wú)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) 340 1500 2500～ 3500 3600 5000 （ 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。 )( 3 1 溫度＝空氣 ?? ttc空氣聲速一般取： 340m/s 五、聲速 c 六、聲壓 (*) 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(wú)聲音時(shí)介質(zhì)壓強(qiáng) 聲壓?jiǎn)挝唬号粒?Pa） 說(shuō)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(lái)描述聲音的強(qiáng)弱。 六、聲壓 (*) ? ? ? ????? ????? )(2s i n)(s i n 00 cxtfPcxtPp ＝ 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。 21 002 PdtpTpTe ?? ?說(shuō)明： 聲學(xué)所談聲壓一般是指有效聲壓。 聽閾聲壓： 2 105Pa 痛閾聲壓： 20Pa 說(shuō)明： （ 1） 人耳感受聲壓范圍很大：最大最小相
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