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第1章 声学基础..

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声学基础

声学基础

噪声测试讲义第一章声学基础知识第一节声音的产生与传播一、声音的产生首先我们看几个例子：敲鼓时听到了鼓声，同时能摸到鼓面的振动；人能讲话是由于喉咙声带的振动；汽笛声、喷气飞机的轰鸣声，是因为排气时气体振动而产生的。

通过观察实践人们发现一切发声的物体都在振动，振动停止发声也停止。

因此，人们得出声音是由于物体的振动产生的结论。

二、声源及噪声源发声的物体叫声源，包括一切固体、液体和气体。

产生噪声的发声体叫噪声源。

三、声音的传播声音的传播需要借助物体的，传声的物体也叫介质，因此，声音靠介质传播，没有介质声音是无法传播的，真空不能传声，在真空中我们听不到声音。

声音的传播形式（以大气为例）是以疏密相间的波的形式向远处传播的，因此也叫声波。

当声振动在空气中传播时空气质点并不被带走，它只是在原来位置附近来回振动，所以声音的传播是指振动的传递。

四、声速声音的传播是需要一定时间的，传播的快慢我们用声速来表示。

声速定义：每秒声音传播的距离，单位：M/s。

在空气中声速是340 m/s，水中声速为 1450m/s ，而在铜中则为 5000m/s。

可见，声音在液体和固体中的传播速度一般要比在空气中快得多，另外，声速还和温度有关。

第二节人是怎样听到声音的一、人耳的构造人耳是由外耳、中耳和内耳三部分组成，各部分具有不同的作用共同来完成人的听觉。

耳朵三部分组成结构见彩图。

外耳，包括耳壳和外耳道，它只起着收集声音的作用。

中耳，包括鼓膜、鼓室、咽鼓管等部分。

由耳壳经过外耳道可通到鼓膜，这里便进人中耳了。

鼓膜俗称耳膜，呈椭圆形，只有它才是接受声音信号的，它能随着外界空气的振动而振动，再把这振动传给后面的器官。

鼓室位于鼓膜的后面，是一个不规则的气腔。

有一个管道使鼓室和口腔相通，这个管道叫咽鼓管。

咽鼓管的作用是让空气从口腔进人中耳的鼓室，使鼓膜内外两侧的空气压力相等，这样鼓膜才能自由振动。

鼓室里最重要的器官是听小骨。

听小骨由锤骨、砧骨和镫骨组成，锤骨直接与鼓膜相依附，砧骨居中，镫骨在最里面，它们的构造和分布就象一具极尽天工的杠杆，杠杆的前头连着鼓膜，后头连着内耳。

最新【资料精品】第一章 声学基础知识幻灯片课件

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如：1000Hz的声音：
用声压表示
计算麻烦
听阈声压为 2×10- 5 Pa→0dB 痛阈声压为 20 Pa → 120dB
不符合人耳听觉特性
用声压级表示
计算简单 符合人耳听觉特性
1.5 声压级的叠加
——按能量法则、对数运算法则进行叠加
P1— 声波1在A点引起的有效声压 P2— 声波2在A点引起的有效声压
L- L 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 △ L 3.0 1.8 1.6 1.3 1.0 0.8 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.2 0.1
得△L= 0.8分贝， 则 L1=L- △ L=89-0.8=88.2分贝。
注意：当（L-L2）=3分贝时，△ L =3分贝， L1=L2
0.6
0.7
0.8
0
3.0 3.0
2.0
2.0
2.8
2.8
2.7
2.7
2.6
1
2.5 2.5
2.5
2.4
2.4
2.3
2.3
2.3
2.2
2
2.1 2.1
2.1
2.1
2.0
2.0
1.9
1.9
1.8
3
1.8 1.7
1.7
1.7
1.6
1.6
1.6
1.5
1.5
4
1.5 1.4
1.4
1.4
1.4
1.3
1.3
1.3
P 1 T P2(t)•dt T0
1.4.2 声压级声压级：一个音的声压级等于这个声音的声压与
基准声压的比值取常用对数，再乘以20
第一章音频声学基础

第一章音频声学基础

一般来说，声压级在0dB（1kHz）以上的声音人们是可以 听到的，超过120dB人们听起来就觉得太响，耳朵会有痛 感。
第三十九页，编辑于星期日：十二点 五十三分 。
人耳的听觉效应
掩蔽效应——当轻度不同的两个声音同时出现时，强度大 的声音会把强度弱的声音淹没掉，此时人耳只能听到强度 大的声音而听不到强度弱的声音。要听到强度弱的声音， 必然要提高若声音的强度，这种一个声音的阈值因另一个 声音的出现而提高的现象称为听觉掩蔽效应。如下图所示。
第三十页，编辑于星期日：十二点 五十三分。
对声音的主观感受——响度
声压是“客观”的，响度是“主观”的。
声学上常用响度级来描述响度。响度级的定义是：将一个 声音与1kHZ的纯音作比较，当听起来两者一样响时，这 是1kHZ纯音的声压级数值就是这个声音的响度级。响度 级的单位是方（phon）。响度的单位是宋（sone）。
例如：标准钢琴的中央C音，每秒钟振弦261次半，即 261.5 Hz. 简单来说，频率越低，声音就越低沉、飘渺；反之频率越 高，声音则越明亮、高吭。
第十页，编辑于星期日：十二点 五十三分。
描述声波的物理量——频率
对于各种生物来说，太高和太低的声音是听不见的，存在 一个“可听范围”。人的平均听觉范围是 20～20000 Hz。 即次声频率低于20HZ、可闻声率20～20000 Hz、超声频 率高于20000HZ。
越来越小。
第三十三页，编辑于星期日：十二点 五十三分 。
例如：在听音乐时，若把音量开大到声强级80dB以上，会 感到高、低音都很丰满。
第三十四页，编辑于星期日：十二点 五十三分 。
音调
音调是人耳对声音调子高低的主观感受。 音调的高低主要取决于声音的频率。
频率越高，音调越高； 频率越低，音调越低。
1 声学基础

1 声学基础


低频泛音丰富，音色浑厚、坚实、有力 中频泛音丰富，音色圆润、和谐、自然
高频泛音丰富，音色明亮、清透、纯净
各频段声音对听觉的影响 最 低 音 域 30 深 沉 感 30 低频段 浑浊 单薄乏力 60 低 音 域 中 音 低 域 200 浓 厚 感 150 力 度 感 500 中 音 域
音域分类
中 音 高 域
寂静办公室内的低声谈话
自己的呼吸声
轻
微弱
2.声强与声强级 • 单位时间内通过与指定方向垂直的媒质单位面积 的声能量称为声强，用Ｉ表示．单位：Ｗ／m2 • 人耳对声波强弱的感受大致上和声强（或声压） 的对数成正比例。为适应人耳听觉这一特性及计 算方便，我们常将两个声波的强度（或声压）之 比取对数来表示其声波的强弱，并用dB来表示。 • 例如，一个声波的强度为IA，另一个声波的强度 比IA强1000倍,则这两个声波的强度差别用dB表 示为 10· lg（I2/I1）= 10· lg（1000I1/I1）=30 dB
第1章 声学基础
学习内容
本章主要讲述声学的基础知识： （1）声音特性、听觉特性及室内声学，对 声学基本概念和术语加以解释，并给出有 关参量的计算公式，对室内声学有关参量 的计算也将作出阐述； （2）立体声基础知识，包括立体声的特点、 产生的原理、系统等。
学习目标
• 了解声音的物理特性 • 理解人类的听觉特性。 • 了解室内声学特性；理解室内声学的主要 指标。 • 了解立体声的概念、特点；理解立体声的 基本原理和系统种类。
Decay Attack Sustain
Release
音色——声音的包络2
• 起音（Attack），决定声音从开始发出到最初的最大 音量所需的时间长短。在打击乐音色里这部分当然要 很短。 • 衰减（Decay），是在声音达到最大音量后立即发生 衰减的时间长短，衰减后的音量大小就是后面保持的 音量大小。 • 延持（Sustain），决定在衰减后音量保持的长短， 形象地说当你按下键不松手，持续发声时的音量大小 就是延持决定的。 • 消逝（Release），是声音最后的价段，代表着声音 从保持的音量逐渐衰减到0电平（最小音量）的时间 长短。
第1章声学基础

第1章声学基础

b.扩散声场：
声源置于全反射材料构成的密闭空间中，声音在各个方 向上均发生全放射。
声源
扩散声场
二、声场
c.半自由（半扩散）声场
介于自由与扩散声场之间，声源部分声音被反射，部 分 投向无穷远，如开着窗户的教室。
半自由声场
声源
三、声音的反射与透射
1. 声音的反射角与折射角
(1) 反射： ?1 ? ?1?
声源
波振面 声线
三、声波种类
（2）声波按波振面分类 球面波： 波振面为球面，点声源产生； 柱面波： 波振面为柱面，线声源产生； 平面波： 波振面为平面，平面声源产生；
注：当距离声源足够远时，所有声波均可 视为平面波。
四、声音的频率、波长、振幅
1.频率f： 单位Hz(1/秒)
人耳可听频率范围：20～20000Hz 次声波：低于20Hz 超声波：高于2000Hz
?
? 0.9994
?p
?
2? 空c空 ＝
2? 1.29 ? 340
? 水c水＋? 空c空 1000 ? 1500＋1.29? 340
?
0.0006
说明： （1）从水中入射的声波声压反射系数为负值， 相位改变180°。 （2）从空气透射进入密介质时，声压近似加倍。
三、声音的反射与透射
3. 声强反射与透射系数（垂直入射）
（1）声强反射系数
rI
?
Ir Ii
?
( ? 2c2 ? ?1c1 )2 ? 2c2 ? ?1c1
?
rp2
（2）声强透射系数
介质1：c1ρ1 Ii
Ir
?I
?
It Ii
?
4?1c1? 2c2 ? 2c2 ? ? 1c1
1声学基础知识

1声学基础知识


声音是一种波动现象。当声源（ 机械振动源） 声音是一种波动现象。当声源（ 机械振动源） 振动时， 振动体对周围相邻媒质产生扰动， 振动时， 振动体对周围相邻媒质产生扰动， 而被扰动的媒质又会对它的外围相邻媒质产 生扰动， 这种扰动的不断传递就是声音产生 生扰动， 这种扰动的不断传递就是声音产生 与传播的基本机理。 与传播的基本机理。 存在着声波的空间称为声 存在着声波的空间称为声 场。声场中能够传递上述 扰动的媒质称为声场媒质。 扰动的媒质称为声场媒质。
第一章 声学基础知识
现实世界是声音的世界。我们会听到各 现实世界是声音的世界。 种各样的声音：歌声、说话声、乐器声、 种各样的声音：歌声、说话声、乐器声、 噪声等等，且不但能感觉到声音的强度、 噪声等等，且不但能感觉到声音的强度、 音调和音色， 音调和音色，而且还能感觉出声源的方 向和距离，即空间印象感——立体感。 ——立体感 向和距离，即空间印象感——立体感。 本章将介绍声学基础知识。 本章将介绍声学基础知识。
2音乐1
影视音乐有一般音乐艺术的共性，善于表 现丰富的感情，但它也有影视艺术方面的 属性，必须与影片的思想内容、结构形式、 艺术风格协调一致。 影视作品中的音乐分为两种，一种是有声 源音乐，一种是无声源音乐。
2音乐2
有声源音乐也称客观音乐，即音乐的原始声源出 现在画面所表现的事件内容之中，使得观众在听 到音乐声的同时也能看到声源的存在。 无声源音乐也称主观音乐，是指从画面上见不到 或感受不到有原始声源的音乐。通常是来自画面 之外，为烘托画面内容而配置的主题音乐，主要 作用在于表达画面内容的情绪、渲染特定的环境 气氛、刻画人物内心世界等。
作业1 作业1
影视声音的三大元素是什么？请四人一组， 观看2 观看2段影片（喜欢的、经典的、特别的）， 找出其中的声音元素并分析其作用。 写在16K纸上，顶部注明学号、姓名。 写在16K纸上，顶部注明学号、姓名。 下周带上所分析的影片，随堂交流，提交 作业，逾期不收。 5分
第1章_声学基础_绪论

第1章_声学基础_绪论

声学基础
1
课程的目标与任务
基础性专业课程 从声音的物理学原理出发，利用高等数学、大学
物理等课程的基础理论知识，解决声学问题。 从人耳的听觉特性出发，解决人对的声音的感知
问题。
2
课程的主要内容
➢ 振动与波 ➢ 声波的基本概念和性质 ➢ 人耳的听觉心理 ➢ 声音信号分析 ➢ 音律分析 ➢ 乐器声学 ➢ 声乐和语音分析 ➢ 噪声控制 ➢ 室内声学原理 ➢ 音质评价
各声部在不同时间、不同地点分别录制 适用类型：流行音乐
声学基础
同期录音
优点：融合度好，感染力强 缺点：录制难度大
第一章 绪论
声学基础
分期录音
第一章 绪论
优点：时间、空间不受限制；缺点：融合性不好
流程：前期录音 后期缩混 母带处理 输出成品
Recording
Mixing Down Mastering Product Manufacture
13
声学基础
思考问题
第一章 绪论
➢ 物体围绕它的平衡位置的往复运动叫做振动, 而振动在连续介质中的传播就产生声音。
➢ 声波有两个基本要素：
① 声源，即振动的物体。 ② 声波赖以传播的介质，这种介质可以是固体、液
体或气体。
14
声学基础
思考问题
声音是怎么传播的
第一章 绪论
声音经过各次反射最 终到达人耳，其时域 和频域的波形在这过 程中发生很大变化
鼻腔 口腔
鼻输出 口输出
语音产生的动力源于肺，肺产生 压缩空气，然后通过气管、喉、 口腔、鼻腔、牙齿、嘴唇等这一 套发声器官调制以后，再喷射出 来，就产生了语音。
18
声学基础
思考问题
第一章 绪论
声学基础知识

声学基础知识


科学家已经通过录像证明，海豚是靠声波来攻击并找 到它们的捕获物，他们发现海豚在靠近捕获物时发出 低沉的轰声，其频率足以破坏捕获物的听觉器官。海 生哺乳动物受到惊吓会快速由海下深处上浮。一般来 说，潜艇在水下潜航时，需要借助声呐系统来发现目 标。而声呐产生的水底噪音会惊吓鲸豚类哺乳动物， 使它们异常加速浮上水面，进而导致它们搁浅死亡。
1.1 声波、声音与声学的概念


当声源（机械振动源）振动时，振动体对周 围相邻媒质（气体、液体、固体等）产生扰 动，而被扰动的媒质又会对它周围的相邻媒 质产生扰动，这种扰动的不断传递就是声波 产生与传播的基本原理。 声源：通过机械振动发出声波的物体。 声波：声源的振动所引起周围媒质质点由近 及远的波动。
蜜蜂和蚊子翅膀的振动频率在人 的听觉范围内，而蝴蝶翅膀振动频率 不在人的听觉范围内。 提示：蝴蝶翅膀的振动频率小于10Hz，
而蚊子的翅膀振动频率为500—600Hz。
动物发出声音和听觉的频率范围
大象的耳朵之大可谓诸多动物之最。大象可以发出和收 听到次声波，对于大象之间相互传递信号大有裨益：次 声波衰减较慢，因此可以传递到更远的地方。
蝙蝠利用 超声波导航 人们受到 （回声定位） 启示
声 呐
探测海深、 海底暗礁等
探测鱼群、 潜艇位臵等
绘水下数千米 地形图
仿生学
海豚利用声波识别食物、敌人和它们周围的环境。
核潜艇利用海豚仿生制造了声纳系统，使自己知道 与海岸的距离、猎物的行踪、深度。
美国海军曾认为是他们的核潜艇声纳系统干扰了海滩，在 他们的演习范围海域内也出现了大规模海豚自杀现象。
动物发出声音和听觉的频率范围


海豚可谓超声波歌唱家， 发出的“海豚音”名副 其实。 人类听到的所谓“海豚 音”只不过是对于“音 调极高”的歌声的形容 而已。
《声学基础》PPT课件

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第一章 声学根底
1.3 人耳的构造及功能 外耳：自然谐振频率为3400Hz 中耳 内耳
人耳的听觉范围 频率范围：20Hz——20KHz 声压级范围：听阈0dB；痛阈120dB
第一章 声学根底
1.4 声音的三要素 响度〔sone〕：人耳对声音强弱的感觉，主要声波的振幅决 定 音调〔mel〕：人耳对声音上下的感觉，主要与频率有关 音色：区别具有同样响度和音调的两个声音的主观感受
3 杜比定向逻辑环绕声：定向逻辑
4 DSP技术〔数码声场处理〕数字信号处理技术
5 SRS环绕声 声音恢复系统，三维“3D〞声场
第一章 声学根底
6 THX系统〔Tomlinson Holman Experiment〕 美国卢卡斯公司?星球大战? 特点：后级处理系统；一种六声道的电影伴音系统，具
有正确的声场定位，频响宽，失真度小，对设备和播放环境 有严格的要求。
〔2〕混响时间的长短是进展音质评价的重要指标之一。
混响时间短，有利于听声的清晰度，过短声音干涩，响度 缺乏；混响时间长，有利于声音的饱满，过长声音分辨不清， 降低了听声的清晰度。
第一章 声学根底
3、吸声、吸声材料 〔1〕吸声系数 〔2〕吸声材料：
多孔型：吸声频率特性为低声频小，高声频大； 板〔膜〕振动型：吸声频率特性为在低声频段的共振 频率形成峰值，一般吸声系数不大 共鸣型：吸声频率特性为在共鸣频率吸声系数很大
第一章 声学根底
7 杜比AC-3数码环绕系统〔Dolby Audio Code-3〕 全数字化的六声道〔5.1声道〕系统，每一个声道都传送、
处理音频信号，通过数字编码技术，取得更宽的动态和频响范 围，信噪比高，使音响具有影院的气势，满足多媒体数字信息 交换的要求；
声学基础1_声波的基本性质

声学基础1_声波的基本性质

绝热体积弹 性系数 绝热体积 压缩系数
• 线性化（小振幅波）
dP 1 c0 d s ,0 s 0
2
• 小振幅波媒质状态方程为
p c0
2
14
第1章 声波的基本性质
1.2 波动方程
线性波动方程
• 一维线性声波动方程
u p 0 t x u ' 0 x t 2 p c0 '
18
u y
p u z dt 0 z 1
第1章 声波的基本性质
1.2 波动方程
速度势的定义


速度势
, , uy x y
p
0
dt u x
uz z
u
速度势的性质
状态方程:
则 称为速度势函数
p 2 c0 t t
连续性方程: div( 0u )
1 2 2 2 c0 t
各向均匀球面波：波阵面保持球面，传播方向为矢径
无限长圆柱面波：波阵面保持柱面，传播方向为矢径
2 ( rp ) 1 2 ( rp ) 2 2 c0 t 2 r
S 4r 2
1 p 1 2 p r 2 r r r c0 t 2
波阵面定义：声波传播某一时刻后声波的等相位面
17
第1章 声波的基本性质
1.2 波动方程
速度势 矢量场理论简介
一个矢量可以表示为标量的梯度和零散度矢量的旋度
divΗ 0 H z H y H x H z H y H x Η y z i z x j x y k
声学基础知识(整理教案资料

声学基础知识(整理教案资料

声学基础知识(整理教案资料一、教学内容本节课选自《声学基础》教材的第一章，详细内容包括声波的基本概念、声速、声波的传播、声音的反射与折射、声音的频率与波长、音调与响度等。

二、教学目标1. 让学生掌握声波的基本概念，理解声波传播的原理。

2. 使学生了解声音的反射与折射现象，并能运用相关知识解释生活中的实例。

3. 培养学生通过实验探究声学问题的能力，提高实践操作水平。

三、教学难点与重点难点：声波的传播原理、声音的反射与折射现象、频率与波长的关系。

重点：声波的基本概念、声速、音调与响度的关系。

四、教具与学具准备教具：声波演示仪、音响、话筒、多媒体设备。

学具：直尺、平面镜、折射实验器材。

五、教学过程1. 实践情景引入：播放一段美妙的音乐，引导学生关注声音，提出问题：“声音是如何传播的？”2. 例题讲解：讲解声波的基本概念、传播原理和声速等知识点，结合实际例子进行分析。

3. 随堂练习：让学生分组讨论声音的反射与折射现象，并分享各自的观点。

4. 实验演示：使用声波演示仪展示声波的传播过程，让学生直观地感受声波的特性。

5. 知识拓展：讲解声音的频率与波长、音调与响度的关系，引导学生运用相关知识解释生活中的现象。

六、板书设计1. 声波的基本概念、传播原理、声速。

2. 声音的反射与折射现象。

3. 频率与波长、音调与响度的关系。

七、作业设计1. 作业题目：请简述声波传播的原理，并举例说明声音的反射与折射现象。

2. 答案：声波传播原理：声波是通过介质（如空气、水等）中的分子振动传播的。

例如，当我们说话时，声带振动产生声波，通过空气传播到他人的耳朵里。

声音的反射与折射现象：声音在传播过程中遇到障碍物，会发生反射，如回声；当声音从一种介质进入另一种介质时，会发生折射，如鱼在水中听到岸上的声音。

八、课后反思及拓展延伸1. 反思：本节课学生对声学基础知识掌握情况较好，但在实验操作方面还需加强指导。

2. 拓展延伸：引导学生课后关注生活中的声学现象，尝试运用所学知识进行解释，提高学以致用的能力。

新人教版八年级上册物理第1章声学知识点全面总结

新人教版八年级上册物理第1章声学知识
点全面总结
1. 声音的产生与传播
- 声音是物体振动产生的，通过介质传播（如固体、液体和气体）。

- 声音的传播需要介质中的分子作为媒介传递振动。

- 在空气中，声音的传播速度约为340米/秒。

2. 声音的特性
- 频率：声波振动的快慢程度，以赫兹（Hz）表示。

- 声调：人对声音高低的感觉，与频率相关。

- 声强：声音的强弱程度，与振幅有关。

- 声速：声音在介质中传播的速度，与介质的性质相关。

3. 声的传播路径
- 直线传播：声音以直线传播，遇到障碍物时会发生反射和透射。

- 声的反射：声波遇到一个物体后被反弹回来，形成回声。

- 声的透射：声音从一个介质传到另一个介质。

4. 声音的利用
- 通信：声音是我们日常交流的主要方式，如电话、对讲机等。

- 音乐：声音的频率和声波的振动方式使我们能够欣赏音乐。

- 声学设备：如扬声器、麦克风等把声音转换为电信号或机械
振动。

5. 声音与听觉
- 耳朵是我们感知和听到声音的感觉器官。

- 声音通过外耳、中耳和内耳传达到我们的大脑。

- 听力损失或聋响可能导致听力障碍。

这份文档总结了新人教版八年级上册物理第1章声学知识点的
主要内容，包括声音的产生与传播、声音的特性、声的传播路径、
声音的利用以及声音与听觉的关系。

有助于学生更好地理解声学的
基本概念和原理。

声学基础1


声波在室内的传播
LOGO 声场的类型 一、自由声场：声波可以自由地传播而不存在反射声的专门 场所。 二、封闭空间：任何室内空间。
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声波在室内的传播
LOGO 直达声、近次反射声和混响声 直达声：声源直接到达接受点的声音。 近次反射声：相对直达声延时小雨50ms的反射声。 混响声：延时超过50ms以后到达接受点的多重反射声。 请同学们阅读课本P11页的第二段话，请问用声线来 几何图解室内声场的理论依据是什么？
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声波在室内的传播
LOGO 凹面镜方程 从镜像反射的概念出发，在足够精度的限度内，可以 采用电光源的凹面镜所服从的光学定律 2/r=1/q+1/b 这就是凹面镜方程。式中r为凹面镜的曲率半径，即 凹面镜曲面的圆心与凹面镜顶点之间的距离，q为光源与 凹面镜顶点之间的距离，b为镜像与凹面镜顶点之间的距 离。
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声波的衰减
LOGO 引起声音衰减的原因主要有两个 一、球面扩散的反平方律 由W=I·4πr2，可推导出I=W/4πr2 二、由于空气媒介具有一定的粘滞性，媒质质点运动时会发 生摩擦，是一部分声能变成热能消耗了。 提问：是低频声容易衰减还是高频声容易衰减？为什么？
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描述声波的物理量
LOGO 声压级：人耳能听到的声压范围很大，直接用声压来描述声 音的强弱很不方便，也给仪器测量带来困难。实验证明， 人耳对声压强弱的感觉是与声压的对数成正比的（韦伯定 律）。因此引入声压级的概念，用LP表示，其定义为 LP =20·lg（p/pr） 其中， p为声压，pr为参考声压，规定取1kHz纯音的 可闻阈声压，即pr =2×10-4μbra。声压级的单位是分贝 （dB）。 因此，人耳的可闻阈声压级为0dB（1kHz），痛阈声 压级为（120～140）dB。

声学基础知识学习(培训使用)

S=房间表面积的总和，单位为m2 a=房间表面的平均系声系数
混响时间
TR60<0.5s(500Hz) 声音清晰，但太:”干“，适宜于录音室。 TR60=0.6s～0.8s(500Hz) 声音清晰，干净，适合于电影院和会议室。 TR60=0.8s～1.2s(500Hz) 声音清晰，声音丰满，适合于带有小型演 出和带有演出多功能会议室。 TR60=1.2s～1.4s(500Hz) 声音丰满，有气魄，空间感强，适合于音 乐厅，大型演艺场所。 TR60>2s(500Hz) 声音丰满、语言清晰度差，声音发嗡，有回声感。
响度
响度定义：频率为1kHz、声压级为40dB的一个纯音所产生的响度为1宋。
人耳对响度的感觉与响度级并非成正比，如响度及增加10方，响度感觉
才增高了1倍。40方等于1宋。单位Sone(宋）。 N=20.1（LN-40) N—响度，单位宋（sone) LN—响度级，单位为方（phon)
响度曲线
声音的三要素：音调、音色、音量 频率响应特性对音质的影响： 1、低频 150 以下的频率范围，是音频的基础部分，决定声音的丰满度 2、中低音150-500Hz,是声音的结构部门，决定声音的力度和低音的硬度 3、中高音500～4000Hz,是声音信息和声音清晰度的主要来源部分，它还决定 声音的明亮度 4、高音 4000～12000Hz,是影响声音音质的主要部分，是声音的细节所在
梳妆滤波器产生的问题
梳状滤波器产生的问题 1、使系统的频响特性变得不平坦，系统音质发生变调 2、增强的频率容易引起声反馈，降低了系统传声增益 如何改正梳状滤波器频响特性？
1、在一个建声条件活跃的房间中，梳状滤波器效应是无法避免的，为此，改进房间的建声
设计是减少梳状滤波器影响的最根本的措施 2、在分区式供声的多声源系统中，利用可调延时器，把格声源到达观众区的时间差尽量减 到最小和尽量减小延时信号的振幅 3、采用集中供声方法可减少声源之间的声干涉 4、扬声器组或扬声器阵列中的高音扬声器尽量紧靠在一起，减小高频声波的形成差。

声学与振动工程作业指导书

声学与振动工程作业指导书第1章声学基础理论 (4)1.1 声波传播原理 (4)1.1.1 声波的产生 (4)1.1.2 声波的传播速度 (4)1.1.3 声波的传播方程 (4)1.2 声场方程与声能量 (4)1.2.1 声场方程 (4)1.2.2 声能量 (5)1.3 声波在介质中的传播特性 (5)1.3.1 吸声 (5)1.3.2 反射 (5)1.3.3 折射 (5)1.3.4 散射 (5)1.3.5 衰减 (5)第2章振动理论基础 (5)2.1 单自由度系统振动 (5)2.1.1 自由度与简谐振动 (5)2.1.2 振动方程与固有频率 (6)2.1.3 强迫振动与共振 (6)2.1.4 阻尼对振动的影响 (6)2.2 多自由度系统振动 (6)2.2.1 多自由度系统的一般描述 (6)2.2.2 固有振型与固有频率 (6)2.2.3 振动响应的叠加原理 (6)2.2.4 耦合振动与解耦 (6)2.3 连续体振动 (6)2.3.1 弦振动 (6)2.3.2 梁振动 (6)2.3.3 板振动 (7)2.3.4 波传播与反射 (7)第3章声学测量技术 (7)3.1 声级测量 (7)3.1.1 测量原理 (7)3.1.2 测量方法 (7)3.1.3 测量仪器及注意事项 (7)3.2 声压级测量 (7)3.2.1 测量原理 (7)3.2.2 测量方法 (7)3.2.3 测量仪器及注意事项 (8)3.3 声学参数测量 (8)3.3.1 声学参数定义 (8)3.3.3 测量仪器及注意事项 (8)第4章振动测量与分析 (8)4.1 振动传感器与测量 (8)4.1.1 振动传感器概述 (8)4.1.2 振动传感器的选择与安装 (8)4.1.3 振动测量方法 (9)4.2 振动信号处理与分析 (9)4.2.1 振动信号的预处理 (9)4.2.2 振动信号的时域分析 (9)4.2.3 振动信号的频域分析 (9)4.3 振动模态分析 (9)4.3.1 振动模态分析概述 (9)4.3.2 振动模态参数识别 (9)4.3.3 振动模态分析的应用 (9)4.3.4 振动模态测试与验证 (9)第5章声学材料与结构 (9)5.1 声学吸声材料 (9)5.1.1 概述 (9)5.1.2 吸声机理 (10)5.1.3 功能评价 (10)5.1.4 常见声学吸声材料 (10)5.1.5 应用实例 (10)5.2 声学隔声材料 (10)5.2.1 概述 (10)5.2.2 隔声机理 (10)5.2.3 功能评价 (10)5.2.4 常见声学隔声材料 (11)5.2.5 应用实例 (11)5.3 声学透声材料 (11)5.3.1 概述 (11)5.3.2 透声机理 (11)5.3.3 功能评价 (11)5.3.4 常见声学透声材料 (11)5.3.5 应用实例 (11)第6章振动控制技术 (12)6.1 阻尼减振技术 (12)6.1.1 阻尼材料 (12)6.1.2 阻尼结构 (12)6.1.3 阻尼减振技术的应用 (12)6.2 主动振动控制 (12)6.2.1 主动振动控制原理 (12)6.2.2 控制算法 (12)6.2.3 主动振动控制的应用 (12)6.3.1 振动隔离元件 (13)6.3.2 振动隔离设计原则 (13)6.3.3 振动隔离技术的应用 (13)第7章声学信号处理 (13)7.1 声信号时域分析 (13)7.1.1 信号采集与预处理 (13)7.1.2 时域特征参数 (13)7.1.3 时域分析实例 (13)7.2 声信号频域分析 (13)7.2.1 傅里叶变换 (13)7.2.2 频谱分析 (13)7.2.3 短时傅里叶变换 (14)7.3 声信号处理算法 (14)7.3.1 滤波器设计 (14)7.3.2 声信号增强 (14)7.3.3 声学事件检测与分类 (14)第8章声学模拟与仿真 (14)8.1 边界元法 (14)8.1.1 基本原理 (14)8.1.2 离散化方法 (14)8.1.3 边界元法的应用 (14)8.2 有限元法 (15)8.2.1 基本原理 (15)8.2.2 有限元离散化 (15)8.2.3 有限元法的应用 (15)8.3 波动方程法 (15)8.3.1 基本原理 (15)8.3.2 离散化方法 (15)8.3.3 波动方程法的应用 (15)第9章声学环境评估与控制 (16)9.1 噪声评价量 (16)9.1.1 基本噪声评价量 (16)9.1.2 复合噪声评价量 (16)9.1.3 噪声评价指标 (16)9.2 声环境预测与模拟 (16)9.2.1 声环境预测方法 (16)9.2.2 声环境模拟技术 (16)9.2.3 声环境预测与模拟软件 (16)9.3 噪声控制策略 (17)9.3.1 噪声源控制 (17)9.3.2 传播途径控制 (17)9.3.3 接收端控制 (17)9.3.4 综合噪声控制策略 (17)第10章声学与振动工程应用案例 (17)10.1 建筑声学设计 (17)10.2 交通噪声治理 (17)10.3 工业振动控制与噪声降低 (18)10.4 声学检测与监测技术在实际工程中的应用 (18)第1章声学基础理论1.1 声波传播原理声波是一种机械波，它通过介质（如空气、液体和固体）的振动传播。

1声学基础


随时间与空间的变化规律。
• 这就是以质点位移表示的声波方程。
• 从(2-47)式可以看出，波动方程中含有两个自变 量t和x。这两个自变量反映了质点位移与时间t 和空间位置x之间的相互关系。
• x一旦确定，位移则只是时间t的函数。这表示，
在某一确定位置上，质点振动位移随时间t以正弦 函数的规律变化。
• 即用声压、质点振速、媒质密度来描述声过 程。
（二）、声
压
• 在媒质中没有声扰动时，媒质的压强是恒定的。 在大气中，这个压强就是大气压强。 • 由于声波的存在，媒质的压强将发生变化。 • P0表示原来（没有声波存在时）的压强 • P 表示有声波存在时的压强 • 则由于声波的存在而引起的压强变化量
(2 57)
返回
（四）、声波的能量--声强
• 在声波传播过程中，媒质中的各质点就要发 生振动，因此具有动能； • 与此同时，媒质还要产生形变，因而还具有 位能。 • 声波的传播总是伴随着能量的传递。
定义:在单位时间内，通过垂直于传播方向上的单位面积
•
质点振动的机械能（包括动能和位能）等于该质点的
根据(2-93)式，我们在已知距声源某点的声强后，就很
线声源（柱面波）
• 对于柱面波，由于波阵面的面积是与距离成正比，
因此，其声强将按距离反比的规律衰减，而声压则
按距离平方根反比的规律衰减。
• 柱面波声强随距离的衰减要比球面波缓慢得多。
• 频率与平面声波一样，球面波和柱面波不随时间变
化，与声源保持相同，因此，在传播过程中声波的
• 自然界中发声体发出的声音从频率角度分 两类： 纯音和复合音 • 纯音： 单一频率成分的音 • 复合音：两种以上频率构成的音，可以分 解为许多纯音之和 • 超低音：习惯上称频率低于60Hz的声音 • 低音： 频率为60-200Hz的声音 • 中音： 频率为200-1KHz的声音 • 中高音：频率为1-5KHz的声音 • 高音： 频率高于5KHz的声音

声学基础_声学原理绪论

声学基础声学基础1绪论2声波的基本性质3管道声学4声波的辐射5声波的接收与散射6室内声学声学基础第1章绪论1.1 声与噪声的概念1.2 声学发展历史131.3 声学研究范畴1.4 课程内容1.5 参考书目第1章绪论1.1 声与噪声的概念声：声音的世界：自然界中的声音, 音乐，语言，噪声波动现象，曾发生过波动说和粒子说的争论声波：在弹性媒质中传播的扰动声音：人耳可听声声源——媒质——受者物体振动——媒质传播——听觉器官或传感器产生反应一种物质波，需要媒质（光波，无线电波为电磁波）噪声的定义：生理学：不需要的声音。

（与时、人、环境、目的有关）物理学：不协调音为噪声，协调音为乐音。

噪声：频率、声强不同声波的无规则组合。

噪声：对人起作用的不愉快声。

人——声噪声对人起作用的不愉快声第1章绪论 1.1 声与噪声的概念声学（Acoustic）研究声波的产生、传播、接收和效应的科学, 关于声音的学问应用声学科学原理改造人类的物质环境1.2声学发展历史第1章绪论1.2 声学发展历史灿烂的古代声学最早的声音研究：自然声音、人类声音、语言、音乐、乐器，房间声学特性声波和水波的类比，共振、天坛古代乐器，编钟，调音乐律：三分损益法第1章绪论 1.2 声学发展历史经典声学发展史人们常将18，19世纪欧洲的声学发展称之为经典声学这里主要从经典声学对声音的产生，传播和接收三方面的研究分别来介绍18，19世纪这近200方面的研究分别来介绍世纪这近多年的历史中，这些伟大的科学家们对声音的探索和认识第1章绪论 1.2 声学发展历史声音的产生通常认为最早研究乐器声音起源的人是希腊哲学家彼得y g格拉斯Pythagoras他发现当把两根拉直的弦底部扎牢时，高音是从短的那根弦发出的第1章绪论 1.2 声学发展历史声音的产生意大利的伽利略(Galileo Galilei) 在17世纪初作了单摆及弦的研究，得到单摆的周期及弦的振动发声特性。

发现钟摆的周期与振幅无关，而只依赖于决定振动频率的悬线长度，强调了频率的重要性。

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水c水 空c空 2 10001500 1.29 340 2 rI ( ) ＝( ) 0.9988 水c水＋空c空 10001500 1.29 340
4空c空 水c水 2 1.29 34010001500 I ＝ 0.0012 2 2 ( 水c水＋空c空 ) (10001500 ＋ 1.29 340)
一、振动
2.简谐振动函数： ＝0 cos(t ) 0 cos(2ft ) ＝0 sin(t ) 0 cos(2ft )
3.振动与力学参数的关系：
k ＝ m
或
1 f＝ 2
k m
投影

t (t )
Байду номын сангаас
t0


二、波动（多个质点的振动）
水c水 空c空 10001500 1.29 340 rp ＝ 0.9994 水c水＋空c空 10001500 1.29 340
2水c水 2 10001500 p ＝ 2 水c水＋空c空 10001500 ＋ 1.29 340
三、声音的反射与透射
sin 1 c1 sin 2 c2
c空气＝331.4 0.61t
低温层
高温层
高温层
低温层
白天声线
夜间声线
三、声音的反射与透射
声 影 区
白天声场
白声 天音 传在 得夜 更晚 远比
夜晚声场
三、声音的反射与透射
低温层
高温层
高空飞机声场
三、声音的反射与透射
2.声压反射与透射系数（垂直入射）
振动方向
传播方向
力学原理：靠介质中的剪切应力传播振动。 存在介质: 固体
注：空气中只存在纵波。
三、声波种类 2. 按波振面分类 （1）概念
波振面：所有振动相位相同的点构成的面 （客观存在） 声 线：沿传播方向与波振面垂直或正交 的一系列直线（假想线）
波振面 声源 声线
三、声波种类
（2）声波按波振面分类 球面波：波振面为球面，点声源产生； 柱面波：波振面为柱面，线声源产生； 平面波：波振面为平面，平面声源产生； 注：当距离声源足够远时，所有声波均可
c c c E (纵波) (横波) (气体纵波)
其中：E —— 压伸（杨氏）弹性模量 G —— 切变弹性模量 B —— 体变弹性模量

G

B
ρ —— 介质质量密度

？问题
高空中空气密度与地面明显不同，那么， 高空与地面声速会有明显不同吗？
碳钢拉压弹性模量： E=2×1011帕(N/m2) 密度：7800kg/m3 钢材理论声速：5063m/s 空气的体变弹性模量：B＝1.42×105Pa 空气密度：1.29kg/m3 空气理论声速：332m/s
声场中单位体积介质中声能，用D表示，单位为J/m3。
2.平均声能密度
声场中每一位置的声能密度随时间变化，取一个周期内的 平均值为平均声能密度 D 。
3. 声能密度计算公式
p D c
2 e 2
八、声强(*)
1.声强定义
单位时间通过垂直于声波传播方向的单位面积 的声能在一个振动周期内的平均值,用I表示。
例： (2)声音从水垂直进入空气中:
空c空 水c水 1.29 340 10001500 rp ＝ 0.9994 水c水＋空c空 10001500 1.29 340
2空c空 2 1.29 340 p ＝ 0.0006 水c水＋空c空 10001500 ＋ 1.29 340
c—— 声速
二、波动
波动图：
t t0
t t0 t
x
传播方向
x

三、声波种类
1. 按振动方向分类
（1）纵波：介质的振动方向与波的传播方向一致。
振动方向
传播方向
力学原理：靠介质的拉或压应力传播振动
存在介质：固体、液体、气体均可传播纵波
三、声波种类
（2）横波：介质的振动方向与波的传播方向垂直
六、声压(*)
2.用声压表示的波动函数
x x p＝P0 sin (t ) P0 sin 2f (t ) c c
3.有效声压pe
人耳不能感觉声压的瞬时起伏，只能感受声压的有效值， 即声压对时间的均方值。
P0 1 T 2 pe p dt T 0 2
说明：
（1）从水中入射的声波声压反射系数为负值，
相位改变180°。
（2）从空气透射进入密介质时，声压近似加倍。
三、声音的反射与透射
3. 声强反射与透射系数（垂直入射）
（1）声强反射系数
Ir 2c2 1c1 2 2 rI ( ) rp Ii 2c2 1c1
（2）声强透射系数
半自由声场
声源
三、声音的反射与透射
1. 声音的反射角与折射角 (1) 反射：
1 1
介质1：c1 介质2：c2
sin 1 sin 2 (2) 折射： c c 1 2 sin 1 c1 或： sin 2 c2
1 1
2
声速决定声音的折射角度：
声速高，折射角大。
三、声音的反射与透射
a. 自由声场： 声音在任何方向上无反射，声场中任何一点只有 来自声源的直达声。如空旷的原野，高空飞机。
空旷原野自由声场
草地不反射声音
二、声场
b.扩散声场：
声源置于全反射材料构成的密闭空间中，声音在各个方 向上均发生全放射。
声源
扩散声场
二、声场
c.半自由（半扩散）声场
介于自由与扩散声场之间，声源部分声音被反射，部 分 投向无穷远，如开着窗户的教室。
5.声压p与振幅ξ之间关系（了解）
p B 2f B
其中：B —— 空气绝热体变模量：1.42×105Pa
ρ—— 空气密度：1.29kg/m3
1000Hz声压声压与振幅关系 声压（Pa） 听阈 2×10-5 振幅（cm） 1.7×10-9
痛阈
20
1.7×10-3
七、声能密度
1.声能密度定义
c空气＝331.4 0.61t
(t 温度)
空气声速一般取：340m/s
六、声压(*)
1.声压定义p：声波扰动引起介质压强的变化量。 p=p声－p静 其中： p声—— 声音存在时介质压强 p静—— 无声音时介质压强 声压单位：帕（Pa） 说明：声压易于测量，人耳感受的也是声压，所以声学
中一般用声压p替代振幅ξ来描述声音的强弱。
五、声速c
1. 波动函数的力学解法
a. 对微小介质单元进行受力分析，并根据介质力学特
性参数（弹性模量、质量密度）列出微分方程； b. 解微分方程，并由介质边界条件和初始条件确定波 动函数； c. 由波动函数确定声波的各个参数：声波的频率构成、 波长、振幅、声速等。
五、声速c 2.声速c
决定声速的因素是什么？频率f？波长λ ？ 由波动函数力学解法，可得：
穿过任意曲面声功率： W I dS I cos dS
九、声功率
穿过波振面的声功率可直接用面积乘以声强。
I
r
S
I
声强均匀的平面波功率：
指向均匀点声源功率：
W IS
W 4r I
2
第二节 声音的传播
本节讨论问题： 1。声源：种类、指向性 2。声场：自由、扩散、半自由声场 3。声音的反射、透射 4。声音的衍射 5。声音的叠加
一、声源
1.声源分类
（1）点声源 满足下列条件之一可看作是点声源： a. 声源的几何尺寸远远小于声音波长； b. 与声源距离远大于声源几何尺寸。 （2）线声源 一系列在一条直线上的发声点构成的声源，有两种： a.相干线声源：各发声点相位相同； b.不相干线声源：各发声点相位无关系，如一串汽车。 （3）面声源 平面发声。
声强I
声能传 播方向 单位面积
声强是矢量，单位为W/m2。
八、声强(*)
2.声强与声能密度及声压关系
p I Dc c
声强与有效声压的平方成正比 人耳所能感受到的最小声强为：10-12 W/m2.
2 e
九、声功率
单位时间穿过某一平面或曲面总声能量。
dS

dS
I
I
穿过微小面积单元的声 功率： dW I dS I dS cos
（1）声压反射系数
pr 2c2 1c1 rp pi 2c2 1c1
介质1：c1ρ1 pi pr 介质2：c2ρ2 pt
（2）声压透射系数
pt 2 2c2 p pi 2c2 1c1
三、声音的反射与透射
例： ρ水＝1000kg/m3; c水＝1500m/s; ρ空＝1.29kg/m3; c空＝340m/s (1)声音从空气垂直进入水中:
第一章 声学基础
本章内容： 1。声学基本概念（基本） 2。声音的传播（了解） 3。声级:声级加法与减法（重点） 4。声音的衰减（了解） 5。频程与频谱（重点）
第一节 声学基本概念与参数
一、振动
1.简谐振动 （一个质点的振动）
振动是声音产生的原因，最基本的振动形式是 “简谐振动” k m
力学特征：
F k
波动是振动在介质中的传播。 1. 波动产生的原因：
介质中各个质点间相互力学作用： 拉压应力或剪切应力。
2. 波动函数 可通过质点受力分析导出波动函数：
x x ＝0 cos (t ) 0 cos 2f (t ) c c
其中：x —— 某质点距振源的距离
视为平面波。
四、声音的频率、波长、振幅
1.频率f： 单位Hz(1/秒)
人耳可听频率范围：20～20000Hz 次声波：低于20Hz 超声波：高于2000Hz