声学基础理论及应用分析
随着科技的发展和应用的需求，声学成为广泛关注的领域。声
学是研究声波产生、传播以及其对物体的影响的科学。它不仅应
用于日常生活中的消费电子产品，比如音响、电视等，还在军事、医疗等领域有广泛的应用。本文将介绍声学的基础理论以及它在
不同领域中的应用。
声学基础理论
声波是一种机械波，它是由媒介中的粒子作相对运动产生的。
声速是声波传播的速度，它与媒介的密度和压力有关。在空气中，声速约为340米每秒，而在水中则约为1500米每秒。声波可以通
过多种方式产生，包括物体振动、气体喷射和水流等。无论是哪
种方式产生的声波，它们都会以球面波的形式向外传播。
声音的频率是指每秒钟产生的振动次数，通常以赫兹（Hz）来
表示。人类可听到的声音频率介于20Hz到20kHz之间。而声波的振幅则代表着声波的强度，通常用分贝（dB）来表示。例如，
60dB的声音相对于30dB的声音要响亮得多。
另一个重要的声学量是共振。共振是指当一个物体受到某个频
率的激励时，它可以出现同频振动的现象。共振不仅存在于机械
和物理系统中，还存在于声学系统中。共振可以使得某些音调更
加突出，也可以增强声音的响度。
声学应用于不同领域
声学在不同领域中有着广泛的应用，包括音乐、环境、医学、
军事等。
音乐领域中，声学理论有助于理解音乐的声音特性和声波的传
播方式。许多建筑物都采用声学设计，以确保音乐在演奏场所中
能够得到最好的效果。同时，对于任何一种乐器，从建造到演奏
都需要考虑声学原理。乐器的共振、谐波和声学控制都是制造和
演奏乐器时需要考虑的因素。
在环境方面，声学应用广泛，包括噪声控制和音频信号处理等。噪声控制是指减少噪声污染的方法。当噪声超过某个阈值时，它
可能会损害人类的听力并影响人类健康。因此，强制要求环境噪
声水平满足一定要求，是政府部门在城市规划和建设中必须考虑
的问题。音频信号处理包括对数字音频信号的处理，在数字音频
系统中通过使用不同的信号处理算法实现降噪、均衡和调音等功能。
在医学领域中，声学技术被广泛用于诊断和治疗。超声波成像
是医学影像学中最常用的技术之一。通过向人体部位发射超声波，超声波反射和传播的方式可以用于成像和诊断。此外，声波也可
以用于治疗，例如声波手术技术。这种技术利用高强度的聚焦超
声波，可以使组织局部加热，破坏肿瘤或病变细胞，并起到治疗
作用。
在军事领域中，声学应用很多。其中一项主要应用是水声通信。声音在水中传播的速度很快，且传播距离远。因此，军方可以利
用水声通信传递信息。另外，在海洋环境中，声学还可以用于探
测水下声源的位置以及水下障碍物的探测。
结论
声学是一个丰富而复杂的学科。虽然声学的研究和探索已经有
过百年历史了，但仍有许多未解决的问题等待我们去解决。声学
的应用也在不断扩大。随着技术的不断发展，声学将会有更广泛
的应用领域，为我们创造更好的生活和工作环境。
电视节目制作专业核心课程简介及课程教学大纲 1、电视节目制作 教学目标：使学生能够了解摄录设备的基本原理，运用理论讲授和实践练习相结合的方法，能够比较熟练地掌握彩色电视摄像机、录像机及其附件等前期设备的操作和使用。 主要内容：节目制作基础、彩色电视摄像机、磁带录像机与电子编辑、视频切换台与电子特技、音响技术基础。 学时安排：第二学期，共68学时 《电视节目制作》课程教学大纲 一、课程概述 1．课程性质与任务 本课程是电视节目制作专业的一门专业核心课程，在专业课程学习中占据着较为重要的地位。本课程是电视节目制作专业相关理论课程的实际应用，它指导专业实践课程更好地完成电视作品，具有很强的实用性。 通过本门课的学习，让学生对电视技术有着较为深刻的理解，对电视系统中的各种音视频设备不但能正确地操作维护使用，而且会充分有效地运用制作设备，设计新功能，适应不同环境不同场合的要求。同时，熟悉电视节目制作过程中的各个流程和艺术方面的要求，从艺术和技术两个方面保证各类节目制作过程的顺利进行。 学习本课程应先修过《电视摄像》、《摄影基础》等课程，最好学习过一些与电子、光学等有关的课程。 2．课程教学基本要求 〔1〕正确认识本课程的性质、任务和课程体系结构，掌握本门课程包含的基本概念、基本原理和方法，包括国内电视节目制作设备理论、实践的最新发展。 〔2〕本课程在教学中要注重学生的实际操作能力的培养。不仅讲授与电视节目制作专业相关的理论知识，而且在课堂中还要通过教具、多媒体等多进行展示，注重启发式教学，多让学生进行设备的实际操作。 〔3〕本课程应结合实例分析。对国内外比较经典的各个类型的电视节目，包括专题片、影视剧、新闻、晚会等进行整理分类和分析，加深对专业理论知识的理解。
海洋声学基础——水声学原理 绪论 各种能量形式中，声传播性能最好。在海水中，电磁波衰减极大，传播距离有限，无法满足海洋活动中的水下目标探测、通讯、导航等需要。 声传播性能最好，水声声道可以传播上千公里，使其在人类海洋活动中广泛应用，随海洋需求增大，应用会更广。 §0-1节水声学简史 01490年，意大利达芬奇利用插入水中长管而听到航船声记载。 11827年，瑞士物理学家D.colladon法国数学家c.starm于日内瓦湖测声速为1435米每秒。 21840年焦耳发现磁致伸缩效应 1880年居里发现压电效应 31912年泰坦尼克号事件后，L.F.Richardson提出回声探测方案。 4第一次世界大战，郎之万等利用真空管放大，首次实现了回波探测，表示换能器和弱信号放大电子技术是水声学发展成为可能。（200米外装甲板，1500米远潜艇） 5第二次世界大战主被动声呐，水声制导鱼雷，音响水雷，扫描声呐等出现，对目标强度、辐射噪声级、混响级有初步认识。（二战中被击沉潜艇，60%靠的是声呐设备） 6二、三十年代——午后效应，强迫人们对声音在海洋中的传播规律进行了大量研究，并建立起相关理论。对海中声传播机理的认识是二次大战间取得的最大成就。 7二战后随着信息科学发展，声呐设备向低频、大功率、大基阵及综合信号处理方向发展，同时逐步形成了声在海洋中传播规律研究的理论体系。 81、1945年，Ewing发现声道现象，使远程传播成为可能，建立了一些介质 影响声传播的介质模型。 2、1946年，Bergman提出声场求解的射线理论。 3、1948年，Perkeris应用简正波理论解声波导传播问题。
《水声学》部分习题参考答案 绪论 1略 2略 3略 4略 5环境噪声和海洋混响都是主动声呐的干扰，在实际工作中如何确定哪种干扰是主要的？ 解：根据水文条件及声呐使用场合，画出回声信号级、混响掩蔽级和噪声掩蔽级随距离变化的曲线，如下图，然后由回声信号曲线与混响掩蔽级、噪声掩蔽级曲线的交点所对应的距离来确定混响是主要干扰，还是噪声为主要干扰，如下图，r R 解：对于受混响干扰的主动声呐，提高声源级并不能增加作用距离，因为此时信混比并不改变。在声呐发射声功率增加一倍，其余条件不变的情况下，作用距离变为原距离的42倍，即R R 412 。 第一章 声学基础 1 什么条件下发生海底全反射，此时反射系数有什么特点，说明其物理意义。 解：发生全反射的条件是：掠时角小于等于全反射临界角，界面下方介质的声速大于界面上方介质的声速。发生全反射时，反射系数是复数，其模等于1，虚部和实部的比值给出相位跳变角的正切，即全反射时，会产生相位跳变。 2 略 3 略 第二章 海洋声学特性 1 海水中的声速与哪些因素有关？画出三种常见的海水声速分布。 解：海水中的声速与海水温度、密度和静压力（深度）有关，它们之间的关系难以用解析式表达。 C C C z 2 略 3 略 4 略 5 略 6 声波在海水中传播时其声强会逐渐减少。（1）说明原因；（2）解释什么叫物理衰减？什么叫几何衰减？（3）写出海洋中声传播损失的常用TL 表达式，并指明哪项反映的主要是几何衰减，哪项反映的主要是物理衰减；（4）试给出三种不同海洋环境下的几何衰减的TL 表达式。 解：声波传播时强度衰减原因：声波在传播过程中，波阵面逐渐扩展；海水介质 《录音技术》课程标准 二、设计思想 跟据音乐制作行业的发展要求，注重培养行业实用型人才，针对行业中“录音师”的行业要求，设计开发相应课程，通过学习使学生较为系统的认识并掌握录音技术的基本规律，了解并理解录音系统与现代拾音技术，能对录音技术有一个从感性到理性的认识，加强自身的音乐素养，提高不同风格与类型音乐的录制能力。 三、课程目标 1.知识与技能目标 通过学习计算机软硬件原理，录音系统的基本构成与设置，录音设备的基本连接与操作，软件的调整与运用数字信息的输入、处理、存储、转换等等使学生较为系统地认识并掌握录音技术基本规律,了解并理解录音系统与现代拾音技术,从而对录音有一个从感性到理性的认识,加强自身的音乐素养,提高不同风格与类型音乐的欣赏能力。 2.过程与方法目标 通过对本门课程的学习,使学生在较熟练应用硬件录音设备进行创作,加强对传统音乐与现代音乐理论知识的了解,将音乐录制的基本规律贯穿其中,丰富音乐录制技术手段,开发学生的创造性思维,进而提高他们综合音乐录制素质及自身音乐修养。 3.情感、态度与价值观发展目标 在本课程的教学过程中,贯彻素质教育思想,旨在培养学生实践动手能力,而不只是纯粹理论知识的了解与掌握,注重对学生情感、态度、价值观的培养,将音乐艺术与现代电子技术等相关学科与知识巧妙的结合,加强科学精神、人文精神、 社会责任感与职业道德的教育。 作任务/情境等方式呈现。 五、教学建议 1、 学习本课程的方法、策略及教育资源的利用。 录音技术并不是一门纸上谈兵的课程,它的交缘性在于其过程主要是在综合 多门创作技术理论及专业实践知识的同时,强调钻研、实践和动手能力,并要有效利用网络与图书资源,紧跟时代不断了解与学习高速发展的数字技术。对于学生 2、 学生必须阅读的论著,建议学生阅读的论著。 学生必须阅读的论著: 《录音技术》 作者:朱伟，陈即第，孙泓出版社:中国传媒大学出版社 《实用录音技术》 作者:(美)Bartlett 出版社:人民邮电出版社 《录音技术基础与数字音频处理指南》作者:钟金虎出版社:清华大学出版社 建议学生阅读的论著: 《现代音响录音技术》作者:陈俊海出版社:中国轻工业出版社 3、学生完成本课程每周须耗费的时间。 每周两课时完成教学任务，根据学习进度布置课后作业，一学期约三至四次， 作业量每次为一首完整的音乐作品录制，完成时限视作品大小与难度一至两周不等，学生完成本课程每周大概须耗费两至四小时。 4、学生的上课、实验、讨论、答疑、提交作业，论文，单元测试、期末考试的等方面的要求。上课投入专心听讲有充分的进取心， 始终紧跟课堂教学进度， 超声成像新技术的物理声学基础及其应用 Pleasure Group Office【T985AB-B866SYT-B182C-BS682T-STT18】 超声成像新技术的物理声学基础及其应用 90年代以来，由于电子计算机容量和功能的提高，数字化技术的引入，以及各种信号处理、图像处理和控制技术的应用，医学超声成像新技术、新设备、新方法层出不穷。本文就腹部超声诊断中常用的主要新技术的物理声学基础、临床应用现状及发展前景等问题作一简要阐述。 1?与提高图像质量有关的超声成像新技术 频谱合成成像频谱合成成像即频率转换技术 (frequency convert technology,FCT)[1]。组织在超声声场的作用下，当超声波满足小振幅条件时，声源与其声场之间为线性关系，即无论在声场的任何距离 上，介质质点都重复声源的振动规律，但当超声波不满足小振幅条件，而具有一 定振幅(有限振幅，达到有限振幅的波为有限振幅波)时，随传播距离的增加，由 于有限振幅波的传播速度不是常数，而与介质的非线性参量及质点的振速有关， 致使波形发生畸变，波形的畸变必然伴随谐波的产生。当声源发射的不是单频的 超声波，而是以f0为主频、具有一定频宽的超声脉冲时，经声场介质作用后，将产生具有多重频率的回波信号，且其频谱与声源发射者不同，即实现了频率转 换。从成像的观点来说，回波信号中频率成分利用得越充分，图像质量就越好。 利用超宽频探头、数字化处理和超大容量计算机，可将回波信号分解为多个频带 进行并行处理，然后再按频谱合成为最后的信号，因此亦称为频谱合成成像，由 此获得的图像分辨率更高，对比度更大，噪声伪像更低。 二次谐波成像 1995年以来，二次谐波成像 (second harmonic imaging,SHI)技术逐步趋于成熟，近几年开始用于心外脏器和组织的检查[2]。应用于临床的谐波成像分自然组织谐波成像 声学基础知识 声学是物理学分支学科之一，是研究媒质中机械波的产生、传播、接收和效应的科学。媒质包括物质各态(固体、液体和气体等)，可以是弹性媒质也可以是非弹性媒质。以下是由整理关于声学知识的内容，希望大家喜欢! 声学的领域 介绍 与光学相似，在不同的情况，依据其特点，运用不同的声学方法。 波动 也称物理声学，是用波动理论研究声场的方法。在声波波长与空间或物体的尺度数量级相近时，必须用波动声学分析。主要是研究反射、折射、干涉、衍射、驻波、散射等现象。在关闭空间(例如室内，周围有表面)或半关闭空间(例如在水下或大气中，有上、下界面)，反射波的互相干涉要形成一系列的固有振动(称为简正振动方式或简正波)。简正方式理论是引用量子力学中本征值的概念并加以发展而形成的(注意到声波波长较大和速度小等特性)。 射线 或称几何声学，它与几何光学相似。主要是研究波长非常小(与空间或物体尺度比较)时，能量沿直线的传播，即忽略衍射现象，只考虑声线的反射、折射等问题。这是在许多情况下都很有效的方法。 例如在研究室内反射面、在固体中作无损检测以及在液体中探测等时，都用声线概念。 统计 主要研究波长非常小(与空间或物体比较)，在某一频率范围内简正振动方式很多，频率分布很密时，忽略相位关系，只考虑各简正方式的能量相加关系的问题。赛宾公式就可用统计声学方法推导。统计声学方法不限于在关闭或半关闭空间中使用。在声波传输中，统计能量技术解决很多问题，就是一例。 分支 可以归纳为如下几个方面： 从频率上看，最早被人认识的自然是人耳能听到的“可听声”，即频率在20Hz～20000Hz的声波，它们涉及语言、音乐、房间音质、噪声等，分别对应于语言声学、音乐声学、房间声学以及噪声控制;另外还涉及人的听觉和生物发声，对应有生理声学、心理声学和生物声学;还有人耳听不到的声音，一是频率高于可听声上限的，即频率超过20000Hz的声音，有“超声学”，频率超过500MHz的超声称为“特超声”，当它的波长约为10-8m量级时，已可与分子的大小相比拟，因而对应的“特超声学”也称为“微波声学”或“分子声学”。超声的频率还可以高1014Hz。二是频率低于可听声下限的，即是频率低于20Hz的声音，对应有“次声学”，随着次声频率的继续下降，次声波将从一般声波变为“声重力波”，这时必须考虑重力场的作用; 潍坊学院声学基础课程(0604501)教学大纲 适用专业：理工科非物理专业总学时：54学时学分：3学分 一、说明 1.本课程的目的、任务： 声学基础是物理学的一个重要分支，同时又是一门渗透性、交叉性极强的应用技术学科，是高等学校海洋技术专业的一门专业基础骨干课。本课程的教学目的与任务是使学生熟悉声学对今世科学技术进展所起的作用，取得声学的大体理论和知识、把握声学大体分析方式，培育学生应用数学物理的方式进行分析问题、解决问题能力，为以后从事声学研究、电声学应用技术等方面的工作打下坚实的专业理论基础。 2. 本课程的教学要求： 通过课堂教授，使学生对课程中的大体概念、大体理论、大体方式能够有比较全面和系统的熟悉和正确的明白得，并具有初步应用的能力。 二、教学内容及课时分派 第一章质点的振动（6学时） 第一节声学简史，质点运动的描述 第二节质点的自由振动、衰减振动 第三节强迫振动 本章教学要求： （1）了解声学科学进展的历史，和声学在各个领域的应用举例。 （2）把握最大体的物理概念，能够推导质点的自由振动、阻尼振动和强迫振动的振动方程及对相应的方程进行求解 （3） 明白得三种振动状态下的振动能量，把握振动系统的固有频率和振动系统对固有频率的阻碍 （4）明白得谐振现象、强迫振动过渡进程的物理意义和在工程事实上的应用，专门是在电声器件上的应用。 第二章弹性体的振动（8学时） 第一节弦的振动 第二节棒的纵振动 第三节膜的振动 第四节板的振动 本章教学要求： （1）明白得弦的振动，成立弦的振动方程，并求解弦振动方程的一样解 （2）明白得弦自由振动的一样规律—弦振动的驻波解并明白得解的物理意义 （3）了解棒的纵振动和横振动，成立棒的振动方程并求解 （4）明白得膜的振动的一样规律，成立膜的振动方程并求解 （5）了解板的振动的一样规律和振动方程 （6）能够运用所学知识，求解简单的振动方程，解决比较简单的声学问题。 第三章电-力-声类比（4学时） 第一节电路大体概念、力学振动系统、声学振动系统 第二节电-力-声类比及应用举例 本章教学要求： （1）把握力学系统和声学系统与电路概念的相似的地方，并能将力学系统的几个部件和声学系统的几个部件与相应的电路中的电学器件相类比。 录音艺术专业就业方向及就业前景分析 录音艺术专业就业方向有哪些，毕业后录音艺术专业学生会去哪里工作？毕业后学生 都找了什么工作？以下是录音艺术专业常见的几个就业方向，供参考。 1.录音艺术专业就业前景 电影、电视、歌唱等艺术形式都离不开录音。随着影视音乐的日渐繁荣，人们对录音 的技术和效果的要求也越来越高，由于更多的使用高科技的设备以及市场对于高品质的作 品的要求，使得这个领域对专业录音人才的需求量不断增大。录音工作有很强的技术性， 演艺娱乐圈为其提供了广阔的天地。 2.录音艺术专业就业方向有哪些 录音艺术专业现在对于蓬勃发展的影视业来说是不可忽视的，因此就业前景十分可观。毕业生可在广播、电视、电影系统和文化艺术部门从事声音(音响)设计、录制等工作。 3.录音艺术专业需要掌握哪些能力 1.掌握声音设计的方法、声学、数字音频及音乐方面的基本理论和基本知识； 2.掌握电路分析方法及录音技术；具有音频节目录制，后期制作及电子音乐制作的基 本能力； 3.掌握录音工艺、录音艺术创作等方面的技术与技巧； 4.了解音频节日录制的前沿及发展动态；具有初步的科学研究和实际工作能力； 5.了解党和国家关于艺术、新闻、出版的政策和法规； 6.掌握文献检索、资料查询的基本方法。 点击查看：录音艺术专业就业方向 录音艺术专业就业方向：录音艺术专业现在对于蓬勃发展的影视业来说是不可忽视的，因此就业前景十分可观。毕业生可在广播、电视、电影系统和文化艺术部门从事声音(音响)设计、录制等工作。录音艺术专业十分适合有音乐特长的同学报考，该专业和影视艺 术紧密结合。录音艺术专业毕业生可在电台、电视台、文艺团体、剧场、音乐厅、音乐制 作公司、演出公司、音像出版社及全国各高校专业教学和电化教学单位等等工作。 录音艺术专业就业前景：电影、电视、歌唱等艺术形式都离不开录音。随着影视音乐 的日渐繁荣，人们对录音的技术和效果的要求也越来越高，由于更多的使用高科技的设备 转子叶片在声波激振作用下的谐响应数值仿真分析 周杨;李克安;陈岭;肖婷婷 【摘要】In this paper, by the harmonic response analysis method with prestressed of the theory of finite element, using the finite element analysis software ANSYS13.0 have a simulation analysis to rotor blade, when the frequency of acoustic excitation keep a constants, the curve relationship between the value of acoustic intensity and stress response of the rotor blade, and when the value of acoustic intensitykeep a constants, the relationship of curve between the frequency of acoustic excitation and stress response of the rotor blade. By the simulation analysis of the harmonic response shows that, when the value of acoustic intensity acting on the rotor blades has been reached 150 dB, and when the value of the frequency of acoustic excitation about 750Hz, the effect of stress on the rotor blades is increased significantly. In the design of the rotor blade work condition, some appropriate measures should be taken to avoid the phenomenon of resonance here, so that it can be improve the life of the rotor blades, and safety performance.%基于有限元理论的预应力谐响应分析方法,利用有限元分析软件ANSYS对转子叶片进行数值仿真分析,探讨当激振声频一定时,声强与转子叶片应力响应之间的关系曲线,以及当声强一定时,激振声频与叶片应力响应之间的关系曲线。通过谐响应数值仿真分析可知,当作用在转子叶片上的声强到达150dB,且声波激振频率在750Hz左右时,转子叶片产生明显的共振现象,叶片的应力明显增大。在设计转子叶片的工况时,应该采取相应的措施以避免在此处产生共振,提高转子叶片寿命,以及安全性能。 “计算海洋声学”课程内容优化研究 作者：刘巍马树青蓝强 来源：《教育教学论坛》2022年第44期 ［摘要］“计算海洋声学”课程教学内容以水声传播数学模型为核心，教学信息量与难度较大。为减轻学生课业负担，该课程学时数被大幅压缩，为此迫切需要对课程内容进行调整与优化。提出了“计算海洋声学”课程内容优化方案，主要包括删减与其他相关课程重复的内容，适量增加频域有限差分等数值类模型与技术，整合波数积分与简正波模型，对课程内容进行重新归类等。该方案在课程内容上有减、有增、有整合，可更加清晰地梳理该课程知识体系，提高课程教学质量。 ［关键词］教育教学改革；理论教学；课程优化 ［基金项目］ 2020年度国防科技大学研究生教育教学改革研究课题“计算海洋声学课程优化改革研究”（yjsy2020066）；2020年度国防科技大学研究生教育教学改革研究课题“以学科竞赛为牵引探索海洋信息处理教学团队建设”（yjsy2020069）；2019年度国家自然科学基金面上项目“高精度海洋声场模型的可扩展并行算法与千亿级网格应用”（批准号：61972406） ［作者简介］刘巍（1980—），男，吉林辽源人，博士，国防科技大学气象海洋学院副研究员，主要从事水声物理研究；马树青（1981—），男，河南安阳人，博士，国防科技大学气象海洋学院副教授，主要从事水声工程研究；蓝强（1988—），男（畲族），江西赣州人，博士，国防科技大学气象海洋学院副教授，主要从事海洋信息处理研究。 ［中图分类号］ G642.4 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 1674-9324（2022）44-0000-04 ［收稿日期］ 2021-10-11 一、课程介绍 “计算海洋声学”是国防科技大学海洋信息工程、水声工程方向的骨干专业课程，主要讲授如何建立水声传播物理过程的数学模型及其相应的计算机算法，并通过计算机仿真研究海洋环境、声源频域与位置等声学相关要素对海洋声场的影响规律。目前我校“计算海洋声学”课程教材为《计算海洋声学（第二版）》［1］，该书于1994年面世，并于2011年推出第二版，内容（按章节顺序）主要包括：海洋声学基础、波动方程理论、射线法、波数积分法、简正波法、抛物方程法、有限差分和有限元法、宽带建模与噪声建模，此外还涉及声纳方程、波束形成、匹配场处理等多种水声应用技术，构成了内容丰富、架构完备的水声建模理论体系，并通过多个水声标准算例搭建了从理论模型到计算机仿真的技术链条。 瑞利勋爵对现代声学基础理论的开创性贡献 摘要：英国物理学家瑞利以严谨、广博和精深著称于世，他在光学、声学、黑体辐射问题和氩的发现方面都留下了个人的印记．本文通过阐述瑞利在声学领域的杰出贡献，充分展示了瑞利个性鲜明的科研风格和对周围事物沉于理性思考的特征． 关键词：声学 瑞利盘 瑞利波 声表面波器件 The creative contribution of Rayleigh 's in basic theory of modern acoustics Abstract ：This paper describe the Rnyleigh 's outstanding contribution in Acoustic ． And shows his personality scientific research style ． It gives us edification ． Key Words ： Acoustics Rayleigh disk Rayleigh wave Surface acoustic wave device 瑞利勋爵，原名是J ．W ．斯特拉斯（John William Strutt 1842－1919）, 英国著名物理学家，1904年度诺贝尔物理学奖获得者。他以严谨、广博、精深著称于世，他是19世纪末叶达到经典物理学顶峰的少数学者之一，他的研究工作几乎遍及了当时物理学的各个领域，并留下了个人深刻的印记。1877年，他出版了两卷本《声学原理》的经典著作，对19世纪以前两三百年的大量声学研究成果作最后的总结，特别是在声学方面的理论分析工作，至今仍被奉为声学基础研究的经典。他创立的电话理论，目前已发展为一门新兴的学科——电声学；随后，他从理论上指出声波在弹性固体中传播时可以有一种能量集中于表面附近的弹性波，被称为声表面波（或瑞利波）；现利用他的理论所研制的微形声表面波器件，为现代声电子学领域开拓了广阔的应用前景。 1声学研究的历史背景 声音是人类最早研究的物理现象之一，是经典物理学中历史最悠久而当前仍在前沿的唯一分支学科。中国从上古起直到19世纪，都是把声音理解为可听声的同义语。先秦时就说：“情发于声，声成文谓之音”［1］ ，“音和乃成乐”［1］ ，即指出了声、音、乐三者的不同。世界上最早的声学研究工作是在音乐方面。《吕氏春秋》记载，黄帝令伶伦取竹作律，增损长短成十二律；伏羲作琴，三分损益成十三音。三分损益法就是把管（笛、箫）加长三分之一或减短三分之一，听起来都很和谐，这是最早的声学定律。希腊时代的毕达哥拉斯也提出了相似的自然律。 对声学的系统研究是从17世纪初伽利略研究单周期和物体振动开始的。从那时起直到19世纪，几乎所有杰出的物理学家和数学家都对研究物体振动和声的产生原理作出过贡献。1635年就有人用远地枪声测声速，以后方法不断改进，到1738年巴黎科学院用炮声测量声速，测得的结果折合到0℃时，声速为332m ／ｓ，与目前最准确的数值331.45m ／s 只差1.5‰。牛顿在1687年出版的《自然哲学的数学原理》中根据推理：振动物体要推动邻近媒质，后者又推动它的邻近媒质，等等，经过复杂而难懂的推导求得声速应等于大气压与密度之比的二次方根。欧拉在1759年根据这个概念提出更清楚的分析方法，求得牛顿的结果。但是由此算出的声速只有288m/s ，与实验值相差很大。达朗伯尔于1747年首次导出弦的波动方程：［2］ 22222),(),(x x t y a t x t y ∂∂=∂∂ （1） 其中a 为常数，与弦的密度和张力有关，1763年，达朗贝尔进一步讨论了不均匀弦的振动，得到了广义的波动方程：［2］ 船舶与海洋工程 （专业代码：0824授予工学硕士学位） 一、培养目标 为适应新世纪现代化造船技术的进步与发展、海洋工程装备研发和国防军工事业等对高层次专业人才的需要，船舶与海洋工程学科的硕士研究生培养，要求贯彻德智体全面发展的方针，以夯实理论基础，强化综合素质，提高专业基本技能为出发点，以科学技术研究能力培养为中心，突出硕士生综合素质和创新能力的培养，形成船舶与海洋工程专业的高层次人才培养特色。本学科硕士学位获得者应掌握本学科的现状、发展方向和国内外学科的前沿发展动态，能较为熟练掌握一门外国语，阅读本专业的外文资料；具备一定的工程设计和实验能力，掌握基本测试技术、数据分析和计算机应用技术；具备本专业扎实的基础理论和系统的专门知识，有独立分析科学问题和解决工程实际问题的能力，达到国家学位条例对本学科硕士学位论文的要求。硕士研究生毕业后能够从事船舶与海洋结构物设计制造、轮机工程和水声工程等相关领域的科研、设计、生产和管理等工作。 二、学科、专业及研究方向简介 船舶与海洋工程学科为国家“211工程”和“985工程”重点建设学科，学科实力雄厚，现有船舶与海洋工程博士后科研流动站、船舶与海洋工程国家一级学科博士点和船舶与海洋结构物设计制造国家重点学科，拥有船舶与海洋结构物设计制造、水声工程和轮机工程3个二级学科的博士学位和硕士学位授予权。本学科教学科研设施先进，拥有的船舶与海洋工程实验室是辽宁省高校重点实验室，设有船舶CAD工程中心、船模拖曳试验水池、造船工艺实验室、船舶结构振动实验室、声学实验室和结构环境损伤控制实验室，实验室的实验设施已达到国内先进水平。 船舶与海洋工程学科师资力量雄厚，已在人才培养和科学研究等方面做出了突出成绩。近年来承担了国家863计划、国家科技攻关、国家自然科学基金、国防军工等方面的科研项目，获国家科技进步奖二等奖1项，省部级科技进步奖一等奖1项，二等奖2项，辽宁省科技转化一等奖2项，大连市政府科技进步奖一等奖4项；获国家专利技术15项。在国内外专业学术刊物上发表论文500余篇，其中被国际重要索引刊物SCI、EI和ISTP索引的有150余篇，出版了20部学术专著和教材。本学科与日本广岛大学和英国哥拉斯哥大学等联合培养硕士研究生，并设立德国劳氏船级社、英国劳氏船级社和日本常石造船公司的研究生奖学金。 船舶与海洋工程学科依托辽宁和环渤海地区造船与航运基地，与国内船舶与海洋工程领域相关单位有着密切的联系，与大连船舶重工集团有限公司和渤海船舶重工有限责任公司共同建设了国家认定的企业技术中心，创新了“产学研用”合作模式，取得了突出的科技转化合作成果。批准成立了“船舶制造国家工程研究中心”、“辽宁省先进船舶工程技术研究中心”和“大连市先进船舶工程技术研究中心”。本学科已经发展成为我国船舶与海洋工程领域进行高层次人才培养、实施高水平科学研究和开展高层次产学研合作的重要基地。 船舶与海洋工程学科下设3个二级学科硕士点： 1、船舶与海洋结构物设计制造 2、轮机工程 3、水声工程 目录 声学发展简史 (1) 现代声学的发展 (4) 我国古代的声学研究 (8) 物理学分支发展简史（声学──电声学） (10) 声学发展简史 声音是人类最早研究的物理现象之一。世界上最早的声学研究工作主要在音乐方面。《吕氏春秋》记载，黄帝令伶伦取竹作律，增损长短成十二律；伏羲作琴，三分损益成十三音。三分损益法就是把管(笛、箫)加长三分之一或减短三分之一，这样听起来都很和谐，这是最早的声学定律。传说在古希腊时代，毕达哥拉斯也提出了相似的自然律，只不过是用弦作基础。 古代对声本质的认识与今天的声学理论很接近。在东西方，都认为声音是由物体运动产生的，在空气中以某种方式传到人耳，引起人的听觉。对声学的系统研究是从17世纪初伽利略研究单摆周期和物体振动开始的。从那时起直到19世纪，几乎同时代所有杰出的物理学家和数学家都对研究物体的振动和声的产生原理作过贡献。 声的传播问题很早就受到了注意，早在2000年前，中国和西方就都有人把声的传播与水面波纹相类比。1635年就有人用远地枪声测声速，以后方法又不断改进。1738年，巴黎科学院的科学家利用炮声进行测量，得到0℃时空气声速为332m/s。1827年瑞士物理学家丹尼尔和法国数学家斯特姆在日内瓦湖进行实验，得到声在水中的传播速度是1 435m/s,这在当时“声学仪器”只有停表和人耳的情况下，是非常了不起的成绩。 人耳能听到的最低声强约为10-12W/m2,在1 000Hz时相应的空气质点振动位移约是10-11m，可见人耳对声的接收本领确实惊人。19世纪中就有不少人耳解剖的工作和对人耳功能的探讨，1843年发现著名的电路定律的欧 2声学基础及其原理［13］ 在我们的生活环境中会遇到声强从弱到强范围很宽的各种声音［5］。如此广阔范围的能量变化直接使用声功率和声压的数值很不方便，而用对数标度以突出其数量级的变化则相对明了些；另一方面人耳对声音的接收，并不是正比与强度的变化值，而更近于正比与其对数值，由于这两个原因，在声学中普遍使用对数标度来度量声压、声强、声功率，分别称为声压级、声强级和声功率级，单位用分贝(dB)来表示［1］。 2.1声压级 将待测声压的有效值P e与参考声压P o的比值取以10为底数的常用对数，再乘以20 0即： P L p=20lg —(dB) ( 2.1 ) P o 在空气中，参考声压P o规定为2 10-5帕，这个数值是正常人耳对1000Hz 声音刚能够觉察到的最低声压值。式(2.1 )也可以写为： L p=20lgp+94 ( dB) ( 2.2 )式中P是指声压的有效值P e，由于声学中所指的声压一般都是指其有效值，所以都用P来表 示声压有效值P e。 人耳的感觉特性，从可听域的2 10-5帕的声压到痛域的20帕，两者相差100万倍，而用声压级表示则变化为0-120分贝的范围，使声音的量度大为简明。 2.2 声强级： 为待测声强I与参考声强I。的比值取以常用对数再乘以10，即： L i=10lg 丄(dB) ( 2.3 ) I 0 在空气中，参考声强I 0取以10-12W/m i这样公式可以写为： -3 - -4 - 2.3声功率 可以用“级”来表示，即声功率L w ,为: 这里w 是指声功率的平均值W ，对于空气媒质参考声功率w o =io -12w 这样式子 可以写为： L w =10lg W+120 ( dB ) 由声强与声功率的关系I=w/S ，S 为垂直声传播方向的面积，以及空气中 声 强级近似的等于声压级，可得： L p =L I = 10lg w 将 W 0=10-12w I 0=10-12W/m i 代入，可得： L p 二 L | 二 L w -10lgS （ dB ） （ 2.8） 这就是空气中声强级、声压级与声功率级之间的关系，但应用条件必须是自 由声场，即除了有源发声外，其它声源的声音和反射声的影响均可以忽略。 在自由场和半自由场测量机器噪声声功率的方法的原理就是如此。 声压级、声强级、声功率级的定义中，在后两者对数前面都好似乘以常 数10,而声压级对数前面乘以常数为20,这是因为声能量正比于声强和声功 率的一次方，而对声压是平方的关系。如声压增加一倍，声压级和声强级增 加6分贝，而声强增加一倍，声压级和声强级增加3分贝 ［5］ 。 对于一定的声源，其声功率级是不变的，而声压级和声强级都是随着测点的 不同而变化的。 专门的研究表明，人耳对于不同频率的声音的主观感觉是不一样的，人 耳对于声的响应不单纯是物理上的问题了。为了使人耳对频率的响应与客观 声压级联系起来，采用响度级来定量的描述这种关系，它是以1000Hz 纯音作 为基准，对听觉正常的人进行大量比较试听的方法来定出声音的响度级的， 它的定义是以频率为1000Hz 的纯音的声压级作为其响度级。也就是说，对于 1000Hz 的纯音，它的响度级就是这个声音的声压级，对频率不是1000Hz 的纯 音，则用1000Hz 纯音与这一待定 L i =10lg 1+120 ( dB ) (2.4 ) L w =10lg (dB ) (2.5) (2.6) (2.7) 湖南农业大学 全日制普通本科生毕业论文(设 计) 基于低通滤波的音频滤波器的设计与实现Design and implementation of audio filter based on low-pass filter 学生姓名：常倩倩 学号：2 年级专业及班级：2013级电子信息工程（2）班 指导老师：何儒云 学院：信息科学技术学院 湖南·长沙 提交日期：2017年 5 月 基于低通滤波器的音频滤波器的设计与实现 学生：常倩倩 指导老师：何儒云 (湖南农业大学信息科学技术学院，长沙 410128) 摘要：在当今信息社会中,信号处理变得尤为重要,信号处理技术已经几乎涉及到所有的工程技术领域。其中的滤波器设计是数字信号处理过程中的重要内容之一。本论文主要是设计低通滤波器,并对音频信号通过低通滤波器后的图像进行分析。此滤波器的设计是在MATLAB软件平台上进行的,用巴特沃斯函数实现了巴特沃斯低通滤波器得设计。关键词：滤波器设计；MATLAB；巴特沃斯低通滤波器； Design and implementation of audio filter based on low-pass filter Student：changqianqian Tutor:heruyun Abstuct: Key words: Filter design; MATLAB;Butterworth low-pass filter; 1前言 语音是是人类进行信息交流最重要、最有效、最方便的手段。在当前的信息化时代，用现代的手段研究语音信号处理技术，可以使人们能够更加有效地采集、传输、存储和处理语音信息。语音信号处理就是研究用数字信号处理和语音学知识对语音信号进行数字化处理。语音信号处理的好坏将影响语音信号的好坏，因此需要通过语音滤波器将这些语音信号进行一系列的的数字处理，滤除那些没用的噪声杂波，得到纯净有用的语音信号。滤波器的允许某一部分频率的信号顺利的通过，而另外一部分频率的信号则受到较大的抑制，把信号能够通过的 第二章 声波的基本性质 §2.1 概述 2.1.1 声波的物理量 1、声压p 指由声扰动产生的逾量压强，即声波引起的介质压强起伏与介质 静压的差值。0p P P P =∆=- 声压p 通常是空间和时间的函数。(,)p p r t = 介质中的实际压强为0P P p =+ （2-1-1） 2、介质的密度和温度 与声压的概念相似，声扰动或声波同样可以引起介质密度和温度的起伏。 0= -δρρ 0T T =-τ （2-1-2） δ和τ同样是空间和时间的函数。不过一般情况下，这种起伏通常较小（详见小 振幅声波或线性声学基本假设），可以近似认为：0= ρρ ，0T T = 即忽略密 度和温度的起伏，近似认为它们为常量。 3、声波中的质点振动位移s 和振动速度v 指产生或传播声波的质点（或微元体）在其平衡位置附近的振动位移和振动 速度。通常它们是矢量（场）。 4、声速c 指声波在介质中的传播速度，分为相速度和群速度。关于它们以后再介绍。 5、声波的频率f 、角频率ω、波长λ、周期T 等是我们熟悉的物理量，此处不再赘述。描述声波的物理量还有许多，以后还要陆续介绍。 2.1.2 声波分类 关于声波有多种分类方法很多，常见的分类方法主要有： 根据波阵面（或等相位面）的形状或波源的几何特征，可以将声波分为： 1、 球面波（点源）；2、柱面波（直线源）；3、平面波（平面源） 根据波的振动方向与波传播方向的几何关系，可以将声波分为： 1、纵波，振动方向与波传播方向平行； 2、横波，振动方向与波传播方向垂直； 根据介质的几何尺寸和形状，还可将其中的声波分类为体波和导波，前者指在无限大介质中传播的波，而后者则指在有限介质中传播的波。另外根据介质的理想化程度和对其数学描述的近似程度，把声学划分为： 线性声学 理想介质 理想介质 线性声学 非线性声学 实际介质 声学 或 声学 线性声学 理想介质 实际介质 非线性声学 非线性声学 实际介质《录音技术》课程标准
超声成像新技术的物理声学基础及其应用(终审稿)
声学基础知识
声学基础教学大纲
录音艺术专业就业方向及就业前景分析
转子叶片在声波激振作用下的谐响应数值仿真分析
“计算海洋声学”课程内容优化研究
瑞利勋爵对现代声学基础理论的开创性贡献
大连理工大学研究生培养方案
声学发展简史
声学基础及其原理
基于低通滤波的音频滤波器的设计与实现
声学基础 第二章 声波的基本性质
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