声学基础1
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声学基础知识(1)
第一节 声音和声波 声音是由物体振动产生的，振动发声的物体—声源。 声音可以通过固体、液体、气体等媒质传播。 在空气中，声源的振动会使周围的空气质点产生一定的疏密变化， 并以一定的速度传播出去形成声波。 一、声压： 以P表示，单位是Pa，声压的大小是--将变化的声压瞬时值平方后求得的平均值。 声压在作简谐变化（正弦、余弦）时，声压的有效值是
音高\频率\唱名\键盘位置关系 提琴C\523.2Hz \1 提琴C6\1KHz \і
钢琴：一百三十赫兹（130Hz） 钢琴：一千赫兹（1KHz）
提琴：一百三十赫兹（130Hz） 提琴：一千赫兹（1KHz）
音高\频率\唱名\键盘位置关系
二、响度：响度，又称声强或音量，它表示的是声音能量的强弱程度， 主要取决于声波的振幅大小。
第六节 声波的传播
一、波阵面和声线：声波由声音发出后，在介质中向各个方向传播，在某一时刻由声
波到达的各点所连成的面称为波阵面。波阵面为平面的称平面波（如管子中的声波）， 波阵面为球面的波称为球面波（点声源）；波的传播方向称为声线或波射线。
横波：质点的振动方向和波的传播方向相互垂直,这种波称为横波。
响度是听觉的基础。正常人听觉的强度范围为0dB-140dB。超出人耳的可听频 率范围(即频域)的声音，即使响度再大，人耳也听不出来(即响度为零)。 当声音减弱到人耳刚刚可以听见时，此时的声音强度称为“听阈”；当声音 增强到使人耳感到疼痛时，这个阈值称为“痛阈”，听阈和痛阈随声压和频 率的变化而变化。听阈和痛阈随频率变化的曲线叫“等响度曲线”。
三、音色
音色是人们区别具有同样响度和音调的两个声音的主观感觉，音色也称音 品，由声音波形的谐波频谱和包络决定。
声音波形的基频所产生的听得最清楚的音称为基音，各次谐波的微小振动 所产生的声音称泛音。单一频率的音称为纯音，具有谐波的音称为复音。
音高\频率\唱名\键盘位置关系 提琴C\523.2Hz \1 提琴C6\1KHz \і
钢琴：一百三十赫兹（130Hz） 钢琴：一千赫兹（1KHz）
提琴：一百三十赫兹（130Hz） 提琴：一千赫兹（1KHz）
音高\频率\唱名\键盘位置关系
二、响度：响度，又称声强或音量，它表示的是声音能量的强弱程度， 主要取决于声波的振幅大小。
第六节 声波的传播
一、波阵面和声线：声波由声音发出后，在介质中向各个方向传播，在某一时刻由声
波到达的各点所连成的面称为波阵面。波阵面为平面的称平面波（如管子中的声波）， 波阵面为球面的波称为球面波（点声源）；波的传播方向称为声线或波射线。
横波：质点的振动方向和波的传播方向相互垂直,这种波称为横波。
响度是听觉的基础。正常人听觉的强度范围为0dB-140dB。超出人耳的可听频 率范围(即频域)的声音，即使响度再大，人耳也听不出来(即响度为零)。 当声音减弱到人耳刚刚可以听见时，此时的声音强度称为“听阈”；当声音 增强到使人耳感到疼痛时，这个阈值称为“痛阈”，听阈和痛阈随声压和频 率的变化而变化。听阈和痛阈随频率变化的曲线叫“等响度曲线”。
三、音色
音色是人们区别具有同样响度和音调的两个声音的主观感觉，音色也称音 品，由声音波形的谐波频谱和包络决定。
声音波形的基频所产生的听得最清楚的音称为基音，各次谐波的微小振动 所产生的声音称泛音。单一频率的音称为纯音，具有谐波的音称为复音。
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。
声学基础知识
声学基础知识声学基础知识⼀、声学基础1、⼈⽿能听到的频率范围是20—20KHZ。
2、把声能转换成电能的设备是传声器。
3、把电能转换成声能的设备是扬声器。
4、声频系统出现声反馈啸叫，通常调节均衡器。
5、房间混响时间过长，会出现声⾳混浊。
6、房间混响时间过短，会出现声⾳发⼲。
7、唱歌感觉声⾳太⼲，当调节混响器。
8、讲话时出现声⾳混浊，可能原因是加了混响效果。
9、声⾳三要素是指⾳强、⾳⾼、⾳⾊。
10、⾳强对应的客观评价尺度是振幅。
11、⾳⾼对应的客观评价尺度是频率。
12、⾳⾊对应的客观评价尺度是频谱。
13、⼈⽿感受到声剌激的响度与声振动的频率有关。
14、⼈⽿对⾼声压级声⾳感觉的响度与频率的关系不⼤。
15、⼈⽿对中频段的声⾳最为灵敏。
16、⼈⽿对⾼频和低频段的声⾳感觉较迟钝。
17、⼈⽿对低声压级声⾳感觉的响度与频率的关系很⼤。
18、等响曲线中每条曲线显⽰不同频率的声压级不相同,但⼈⽿感觉的响度相同。
19、等响曲线中，每条曲线上标注的数字是表⽰响度级。
20、⽤分贝表⽰放⼤器的电压增益公式是20lg（输出电压/输⼊电压）。
21、响度级的单位为phon。
22、声级计测出的dB值，表⽰计权声压级。
23、⾳⾊是由所发声⾳的波形所确定的。
24、声⾳信号由稳态下降60dB所需的时间，称为混响时间。
25、乐⾳的基本要素是指旋律、节奏、和声。
26、声波的最⼤瞬时值称为振幅。
27、⼀秒内振动的次数称为频率。
28、如某⼀声⾳与已选定的1KHz纯⾳听起来同样响，这个1KHz纯⾳的声压级值就定义为待测声⾳的响度。
29、⼈⽿对1~3KHZ的声⾳最为灵敏。
30、⼈⽿对100Hz以下，8K以上的声⾳感觉较迟钝。
31、舞台两侧的早期反射声对原发声起加重和加厚作⽤，属有益反射声作⽤。
32、观众席后侧的反射声对原发声起回声作⽤，属有害反射作⽤。
33、声⾳在空⽓中传播速度约为340m/s。
34、要使体育场距离主⾳箱约34m的观众听不出两个声⾳，应当对观众附近的补声⾳箱加0.1s延时。
声学基础
ρ1c1
pi
pt
pr
ρ 2 c2
o x
声压透射系数 D = Pt =
Pi
2 ρ 2 c2 2Z 2 = ρ 2 c 2 + ρ1c1 Z 2 + Z1
16
College of Underwater Acoustic Engineering
6 平面波在两种不同均匀介质界面上反射和折射
College of Underwater Acoustic Engineering
College of Underwater Acoustic Engineering 23
6 平面波在两种不同均匀介质界面上反射和折射
分界面上声波反射时的能量关系
垂直入射情况： I = I + I i r t 斜入射情况： I ≠ I + I i r t 两种介质的特性阻抗相差不大， 两种介质的特性阻抗相差不大，功率透射系数接 近1，例如换能器振子与透声外壳中，往往充以 ，例如换能器振子与透声外壳中， 蓖麻油或有机硅油。 蓖麻油或有机硅油。
第2章 声学基础
1 声波描述
声波：机械振动状态在介质中传播形成的波动形 声波：机械振动状态在介质中传播形成的波动形 状态在介质 式 分类： 分类：
<20Hz声波 次声 声波—次声 声波 >20kHz声波 超声 声波—超声 声波 20Hz～20kHz声波 音频声 ～ 声波—音频声 声波
流体介质：纵波（ 流体介质：纵波（压缩波 Compressional Wave） ） 固体介质：纵波、横波（ 固体介质：纵波、横波（切变波 Shear Wave） ）
1 2 1 1 2 = 2 r + 2 sinθ + 2 2 θ r sin θ 2 r r r r sinθ θ
pi
pt
pr
ρ 2 c2
o x
声压透射系数 D = Pt =
Pi
2 ρ 2 c2 2Z 2 = ρ 2 c 2 + ρ1c1 Z 2 + Z1
16
College of Underwater Acoustic Engineering
6 平面波在两种不同均匀介质界面上反射和折射
College of Underwater Acoustic Engineering
College of Underwater Acoustic Engineering 23
6 平面波在两种不同均匀介质界面上反射和折射
分界面上声波反射时的能量关系
垂直入射情况： I = I + I i r t 斜入射情况： I ≠ I + I i r t 两种介质的特性阻抗相差不大， 两种介质的特性阻抗相差不大，功率透射系数接 近1，例如换能器振子与透声外壳中，往往充以 ，例如换能器振子与透声外壳中， 蓖麻油或有机硅油。 蓖麻油或有机硅油。
第2章 声学基础
1 声波描述
声波：机械振动状态在介质中传播形成的波动形 声波：机械振动状态在介质中传播形成的波动形 状态在介质 式 分类： 分类：
<20Hz声波 次声 声波—次声 声波 >20kHz声波 超声 声波—超声 声波 20Hz～20kHz声波 音频声 ～ 声波—音频声 声波
流体介质：纵波（ 流体介质：纵波（压缩波 Compressional Wave） ） 固体介质：纵波、横波（ 固体介质：纵波、横波（切变波 Shear Wave） ）
1 2 1 1 2 = 2 r + 2 sinθ + 2 2 θ r sin θ 2 r r r r sinθ θ
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。
第一声学基础-
2020/2/20
第四节 人耳的听觉特性
一、掩蔽效应 二、双耳效应（方位感） 三、哈斯效应
2020/2/20
一、掩蔽效应
• 一个声音的听阈因另一声音的存在而提高 的现象，称为掩蔽效应
• 假设听清声音A的阈值为40dB，若同时又 听见声音B，这时由于B的影响使A的阈值 提高到52dB，即比原来高12dB。这个例子 中，B称为掩蔽声，A称为被掩蔽声。被掩 蔽声听阈提高的分贝数称为掩蔽量，即 12dB为掩蔽量，52dB称为掩蔽阈
• 常采用按对数方式分级的办法作为表示声 音大小的常用单位，这就是声压级、声强 级和声功率级
2020/2/20
级
级系数lg 参 测考 量值 值
2020/2/20
级：对数概念，无量纲单位，为表示方便，以dB为 单位
系数：用于扩大计算值的表示范围，对于力、长度 单位，取值为20 ，对于能量概念，取值为10
声波的产生
一、声波的产生与传播
点 声 源 的 传 播
2020/2/20
声音的传递
2020/2/20
二、频率、声速和波长
• 振动体每秒振动的次数称为频率，用符号f 表示，频率的单位是赫兹（Hz），简称赫 。
• 声波在传声介质中，每秒钟传播的距离称 为声波的传播速度，简称声速，用符号c表 示，单位是米/秒（m/s）
若n=2，则
L p总 L p 1l0 g 2L p3
2020/2/20
两个不等的声压级LP1和LP2（设 LP1≥LP2）叠加
L P 2 l0 g P 1 P 2 r P e 2 2 f 2 lP 0 g P r 1e 1 f l1 0 g P P 1 2 2 2 ( ) L P 1 1 l1 0 g 1 ( L P 1 0 1 L P 2 0 )
第四节 人耳的听觉特性
一、掩蔽效应 二、双耳效应（方位感） 三、哈斯效应
2020/2/20
一、掩蔽效应
• 一个声音的听阈因另一声音的存在而提高 的现象，称为掩蔽效应
• 假设听清声音A的阈值为40dB，若同时又 听见声音B，这时由于B的影响使A的阈值 提高到52dB，即比原来高12dB。这个例子 中，B称为掩蔽声，A称为被掩蔽声。被掩 蔽声听阈提高的分贝数称为掩蔽量，即 12dB为掩蔽量，52dB称为掩蔽阈
• 常采用按对数方式分级的办法作为表示声 音大小的常用单位，这就是声压级、声强 级和声功率级
2020/2/20
级
级系数lg 参 测考 量值 值
2020/2/20
级：对数概念，无量纲单位，为表示方便，以dB为 单位
系数：用于扩大计算值的表示范围，对于力、长度 单位，取值为20 ，对于能量概念，取值为10
声波的产生
一、声波的产生与传播
点 声 源 的 传 播
2020/2/20
声音的传递
2020/2/20
二、频率、声速和波长
• 振动体每秒振动的次数称为频率，用符号f 表示，频率的单位是赫兹（Hz），简称赫 。
• 声波在传声介质中，每秒钟传播的距离称 为声波的传播速度，简称声速，用符号c表 示，单位是米/秒（m/s）
若n=2，则
L p总 L p 1l0 g 2L p3
2020/2/20
两个不等的声压级LP1和LP2（设 LP1≥LP2）叠加
L P 2 l0 g P 1 P 2 r P e 2 2 f 2 lP 0 g P r 1e 1 f l1 0 g P P 1 2 2 2 ( ) L P 1 1 l1 0 g 1 ( L P 1 0 1 L P 2 0 )
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
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
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
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
第一章音频声学基础
正是由于各人的音色不同，所以在听者耳朵里同一频率的 声音依然存在差异。
第十二页，编辑于星期日：十二点 五十三分。
描述声波的物理量——振幅
振幅指在振动过程中，质点偏离平衡位置的最大值。它反 映质点振动的强度。
振幅
第十三页，编辑于星期日：十二点 五十三分。
描述声波的物理量——波长
波长是波在一个周期内传播的距离。常用λ表示。 通常我们把两个相邻的同相位点（如波峰或波谷）间
第二十四页，编辑于星期日：十二点 五十三分 。
声波的吸收
当声波遇到障碍物时，由于微粒的相互摩擦而损耗，即声 波被吸收。障碍物所吸收的声能被转化为热能。
被吸入的声能和入射声能的比值成为反射面的吸声系数。 石膏板、玻璃、木头、砖石、混凝土等都是坚硬的密度材 料，它们的吸声系数往往＜0.05。相反，软质、多孔材料 允许声波渗透传播，因而它们的吸声系数可接近1.00，即 全部吸收入射声能。
第四十三页，编辑于星期日：十二点 五十三分 。
人耳的听觉效应
耳壳效应
第四十四页，编辑于星期日：十二点 五十三分 。
人耳的听觉效应
双耳效应——人的双耳位于头颅两侧，它们不但在空间上 处于不同的位置，而且还被头颅阻隔，因此，由同一声源 传来的声波，到达两耳时，总会产生不同程度的差别。
第五页，编辑于星期日：十二点 五十三分。
声波
当媒体质点的震动方向与波动传播的方向平行时，称之为纵波。 声波就是一种纵波。是振动物体带动附近的空气质点的振动，并
使空气疏密间隔地向远方传递。 例如挤压一段弹簧、敲锣。
第六页，编辑于星期日：十二点 五十三分。
声波的形成
声波是机械振动或气流扰动引起周围弹性的介质发声波动 的现象。
第十七页，编辑于星期日：十二点 五十三分。
第十二页，编辑于星期日：十二点 五十三分。
描述声波的物理量——振幅
振幅指在振动过程中，质点偏离平衡位置的最大值。它反 映质点振动的强度。
振幅
第十三页，编辑于星期日：十二点 五十三分。
描述声波的物理量——波长
波长是波在一个周期内传播的距离。常用λ表示。 通常我们把两个相邻的同相位点（如波峰或波谷）间
第二十四页，编辑于星期日：十二点 五十三分 。
声波的吸收
当声波遇到障碍物时，由于微粒的相互摩擦而损耗，即声 波被吸收。障碍物所吸收的声能被转化为热能。
被吸入的声能和入射声能的比值成为反射面的吸声系数。 石膏板、玻璃、木头、砖石、混凝土等都是坚硬的密度材 料，它们的吸声系数往往＜0.05。相反，软质、多孔材料 允许声波渗透传播，因而它们的吸声系数可接近1.00，即 全部吸收入射声能。
第四十三页，编辑于星期日：十二点 五十三分 。
人耳的听觉效应
耳壳效应
第四十四页，编辑于星期日：十二点 五十三分 。
人耳的听觉效应
双耳效应——人的双耳位于头颅两侧，它们不但在空间上 处于不同的位置，而且还被头颅阻隔，因此，由同一声源 传来的声波，到达两耳时，总会产生不同程度的差别。
第五页，编辑于星期日：十二点 五十三分。
声波
当媒体质点的震动方向与波动传播的方向平行时，称之为纵波。 声波就是一种纵波。是振动物体带动附近的空气质点的振动，并
使空气疏密间隔地向远方传递。 例如挤压一段弹簧、敲锣。
第六页，编辑于星期日：十二点 五十三分。
声波的形成
声波是机械振动或气流扰动引起周围弹性的介质发声波动 的现象。
第十七页，编辑于星期日：十二点 五十三分。
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
• 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
声学基础与常识
5
0 20
140
120
100
80
60
40
20
0
-5
0
40
60
80
100
120
SPL VS. P(Pa)
5
10
15
20
25
声压·声压级·响度级·响度
为分析声压，响度级以及响度之间的关系，我们通过右上角表格数据绘制了如下曲线。从分析的曲线可以看出，人 耳所感受到的响度与物理意义的声压（帕）直接虽然是对数关系，但是其底a没有达到10。
声压级连续变化时的声压级变化分辨阈：对于声压级连续变化的
信号，声压级变化的分辨阈与声压级大小有关。当声压级较小的
时候，分辨阈较大；当声压级逐渐增大的时候，分辨阈会逐渐减 小。而且不同的声压级的声音，其声压级变化的分辨阈随频率的
7
变化也会不同。右图可以看到，当声压级在50dB以上的时候，人
耳能够分辨的最小声压级变化大约为1dB；当声压级小于40dB的
等响曲线中每条曲线显示不同频率的声压 级不相同,但人耳感觉的响度相同。 由此可见（我的理解），响度级考虑的是 折为整算“理人方p耳”pt的与频dB率的特物性理后意的义声类压似级。。可以认
声音三要素
响度与持续时间的关系：响度除了与声压级、频率 等相关因素有关以外，还与声音的持续时间有关。 大量的测试结果表明：在100ms~200模式的持续时 间以内，声音的响度随持续时间的增大而增大。所 以，从某种程度上说，听觉是由记忆功能的。
声音三要素
响度：人耳对于声音强弱的感觉，称为响度。声音的响度主要与声压有关，声压越大，响度也就越大。但是，响度与声
压并不是成线性比例关系，而是大致与声压的指数成比例关系。响度的这一听觉特性被称为“史蒂文指数定律”。
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
一、声学基础：1、名词解释（1）波长——声波在一个周期内的行程。
它在数值上等于声速（344米/秒）乘以周期，即λ=CT（2）频率——每秒钟振动的次数，以赫兹为单位（3）周期——完成一次振动所需要的时间（4）声压——表示声音强弱的物理量，通常以Pa为单位（5）声压级——声功率或声强与声压的平方成正比，以分贝为单位（6）灵敏度——给音箱施加IW的噪声信号，在距声轴1米处测得的声压（7）阻抗特性曲线——扬声器音圈的电阻抗值随频率而变化的曲线（8）额定阻抗——在阻抗曲线上最大值后最初出现的极小值，单位欧姆（9）额定功率——一个扬声器能保证长期连续工作而不产生异常声时的输入功（10）音乐功率——以声音信号瞬间能达到的峰值电压来计算的输出功率（PMPO）（11）音染——声音染上了节目本身没有的一些特性，即重放的信号中多了或少了某些成份（12）频率响应——即频响，有效频响范围为频响曲线最高峰附近取一个倍频程频带内的平均声压级下降10分贝划一条直线，其相交两点间的范围2、问答（1）声音是如何产生的？答：世界上的一切声音都是由物体在媒质中振动而产生的。
扬声器是通过振膜在空中振动，使前方和后方的空气形成疏密变化，这种波动的现象叫声波，声波使耳膜同样产生疏密变化，传级大脑，于是便听到了声音。
（2）什么叫共振？共振声对扬魂器音质有影响吗？答：如果物体在受迫振动的振动频率与它本身的固有频率相等时，称为共振当物体产生共振时，不需要很大的外加振动能量就能是使用权物体产生大幅度的振动，甚至产生破坏性的振动。
当扬声器振膜振动时，由于单元是固定在箱体上的，振动通过盆架传递到箱体上。
部分被吸收，转化成热能散发掉；部分惟波的形式再辐射，由于共振声不是声源所发出的声音，将会影响扬声器的重放，使音质变坏，尤其是低频部分（3）什么是吸声系数与吸声量？它们之间的关系是什么？答：吸声性能拭目以待好坏通常用吸声系级“α”表示，即α=1-K；吸声量是用吸声系数与材料的面积大小来表示。
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)
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（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。
声学基础知识(1)
射系数小的材料防止噪声。在音质设计中需要选择吸声材料, 控制 室内声场。
声音在室内传播
当一个声源在室内发声, 任一点听到的声音按照先后顺 序分为直达声、早期反射声和混响声。
声音在室内传播
直达声
直达声是室内任一点直接接收到声源发出的声音, 是接收声音的 主体, 不受空间界面的影响。
早期反射声
早期反射声是指延迟直达声50毫秒以内到达听音点的反射次数 较少的声音, 包括一次、二次或少数三次反射声。
40方等响
20 87dB 31.5 75dB 63 58dB 125 45dB 250 43dB 500 42dB 1K 40dB 2K 36dB 4K 32dB 8K 48dB
声波的透射与吸收
▪ 声波具有能量, 简称声能。
▪ 当声波碰到室内某一界面后（如天花、墙）, 一部分声能被反射, 一
部分被吸收（主要是转化成热能）, 一部分穿透到另一空间。
Eo E E E
透射系数:
Ei Eo
Er
反射系数: Eo
1 r 1 Er Ea Ei
Eo Eo
不同吸材声料,系不数同的: 构造对声音具有不同的性能。在隔声中希望用透
声音的基本性质
“声”由声源发出, “音”在传播介质中向外传播。 声音在固体中的传播速度最快, 其次是液体, 声音 在气体中传播的速度最慢。
声波的基本量
f: 频率，每秒钟振动的次数，单位Hz(赫兹）频率高的声音 称为高音，频率低的声音称为低音。
声音是声波作用于人耳引起的主观感受, 人耳对声波 频率的主观感觉范围为20Hz~20kHz, 通常称此范围为 音频；低于20Hz为次声波, 高于20kHz为超声波。 : 波长，在传播途径上，两相邻同相位质点距离。单位m(米 )。声波完成一次振动所走的距离。
声音在室内传播
当一个声源在室内发声, 任一点听到的声音按照先后顺 序分为直达声、早期反射声和混响声。
声音在室内传播
直达声
直达声是室内任一点直接接收到声源发出的声音, 是接收声音的 主体, 不受空间界面的影响。
早期反射声
早期反射声是指延迟直达声50毫秒以内到达听音点的反射次数 较少的声音, 包括一次、二次或少数三次反射声。
40方等响
20 87dB 31.5 75dB 63 58dB 125 45dB 250 43dB 500 42dB 1K 40dB 2K 36dB 4K 32dB 8K 48dB
声波的透射与吸收
▪ 声波具有能量, 简称声能。
▪ 当声波碰到室内某一界面后（如天花、墙）, 一部分声能被反射, 一
部分被吸收（主要是转化成热能）, 一部分穿透到另一空间。
Eo E E E
透射系数:
Ei Eo
Er
反射系数: Eo
1 r 1 Er Ea Ei
Eo Eo
不同吸材声料,系不数同的: 构造对声音具有不同的性能。在隔声中希望用透
声音的基本性质
“声”由声源发出, “音”在传播介质中向外传播。 声音在固体中的传播速度最快, 其次是液体, 声音 在气体中传播的速度最慢。
声波的基本量
f: 频率，每秒钟振动的次数，单位Hz(赫兹）频率高的声音 称为高音，频率低的声音称为低音。
声音是声波作用于人耳引起的主观感受, 人耳对声波 频率的主观感觉范围为20Hz~20kHz, 通常称此范围为 音频；低于20Hz为次声波, 高于20kHz为超声波。 : 波长，在传播途径上，两相邻同相位质点距离。单位m(米 )。声波完成一次振动所走的距离。
声学基础答案
（1） 当这一质点被拉离平衡位置 ξ 时，它所受到的恢复平衡的力由何产
生？并应怎样表示？ （2） 当外力去掉后，质点 M m 在此力作用下在平衡位置附近产生振动，它
的振动频率应如何表示？
（答：
f0
=
1 2π
g ， g 为重力加速度） l
图 习题 1－2 解：（1）如右图所示，对 M m 作受力分析：它受重力 M m g ，方向竖直向下；受沿
球表面的重力加速度为 g′
由虎克定律知 FM = −Kx, 又 FM = −Mg
则 =K
M=g x
1×=g 10g 0.1
=T 2=π 2π M= 1 则= M 1= 0g 10× 9.8 ≈ 2.5kg
ω0
K
4π 2 4π 2
又 x = 1 则 x′ = 0.04m x′ 0.4
Mg′ = Kx′ 则 g′ = K x′ =4π 2 × 0.04 ≈ 1.58 m s2 M
dt
d 2ε dt 2
= −ω 2 sin ωt − 2ω 2 sin 2ωt 。
令 dε = 0 ，得：ωt = 2kπ ± π 或ωt = 2kπ ± π ，
dt
3
经检验后得： t = 2kπ ± π 3 时，位移最大。 ω
令 d 2ε dt 2
= 0 ，得：
ωt = kπ 或ωt = 2kπ ± arccos(− 1) ， 4
ξ0
= Mg
又 ξ << ξ0 ，T ' ≈ T ，可得振动方程为
−2T
ξ0 +ξ l
= M dd2tξ2
2
即
M
d2 ξ dt2
+
4T l
01声学基本知识
都是反射的产物。 反射时间小于50ms的是混响声。 大于50ms的是回声。 混响声阻碍语言声音清晰度，但是有助音乐的和谐。 回声与原声听起来就是两个声音了。
（八）驻波和房间共振、混响时间、室内声压级
3、室内声压级 离声源不同距离处的声压级：
LpLw10lg( Q4)
4r2 R
R S (1 )
α= Eα / Eo
理论上，α的变化从0（无声能被吸收）到1.0(所有入射声 完全被吸收)。
% 反射 % 吸收和透射
吸声系数
开窗 5cm玻璃棉
24cm砖墙
4、吸声量 A
一个表面的吸声量A等于材料面积乘上它的吸声系数，单位 为平方米m2 ，又称等效吸声面积。
开窗
5cm玻璃棉
24cm砖墙
吸声系数
材料面积 S ( m2 ) 100 m2
1、点声源的声功率和声强：
声音球面扩散
I W 4 r 2
声强可以直接叠加：
I Ii
总声压：
p总 p12 p22...
声压相等的两个声源的总声压级：
LP20lg P10lg2 PO
总声压级增加3dB
例1、已知某车间总声压级是100分贝，当某设备停运后 背景噪音的声压级是93分贝，求该设备在运行时的声压 级是多少？
解：二者声压级差为7分贝，查表可知须在总声压级上减 1分贝，即该设备运行时的声压级为99分贝。
（四）频谱、音乐和噪音
声音频率与能量的关系用频谱表示。这种以频率范围为横 坐标与其相应得声压级为纵坐标所组成的图形成为声源的 频谱图。
音乐与普通声响的区别 音乐为非连续频谱，只含有
基频和谐频，谐频是基频的 整数倍。 普通声响频谱一般为连续的 频谱，无上述特征。
（八）驻波和房间共振、混响时间、室内声压级
3、室内声压级 离声源不同距离处的声压级：
LpLw10lg( Q4)
4r2 R
R S (1 )
α= Eα / Eo
理论上，α的变化从0（无声能被吸收）到1.0(所有入射声 完全被吸收)。
% 反射 % 吸收和透射
吸声系数
开窗 5cm玻璃棉
24cm砖墙
4、吸声量 A
一个表面的吸声量A等于材料面积乘上它的吸声系数，单位 为平方米m2 ，又称等效吸声面积。
开窗
5cm玻璃棉
24cm砖墙
吸声系数
材料面积 S ( m2 ) 100 m2
1、点声源的声功率和声强：
声音球面扩散
I W 4 r 2
声强可以直接叠加：
I Ii
总声压：
p总 p12 p22...
声压相等的两个声源的总声压级：
LP20lg P10lg2 PO
总声压级增加3dB
例1、已知某车间总声压级是100分贝，当某设备停运后 背景噪音的声压级是93分贝，求该设备在运行时的声压 级是多少？
解：二者声压级差为7分贝，查表可知须在总声压级上减 1分贝，即该设备运行时的声压级为99分贝。
（四）频谱、音乐和噪音
声音频率与能量的关系用频谱表示。这种以频率范围为横 坐标与其相应得声压级为纵坐标所组成的图形成为声源的 频谱图。
音乐与普通声响的区别 音乐为非连续频谱，只含有
基频和谐频，谐频是基频的 整数倍。 普通声响频谱一般为连续的 频谱，无上述特征。
声学基础_声波
p 声学基础_声波1. 声波的产生∙ 声音来源于物体的振动，凡能产生声音的振动特征统称为声源。
∙ 声源振动时，会引起周围弹性媒质，即空气分子的振动。
这些振动的空气分子又会使其周围的空气分子产生振动。
因此，声源产生的振动即以声波的形式向外传播。
∙ 声音在空气中传播时只能发生压缩和膨胀，空气质点的振动方向与声波的传播方向一致，所以空气中的声波是纵波。
∙ 将质点振动方向与声波传播方向相垂直的波称为横纵。
∙ 声波在液体中的传播一般也是纵波，但在固体中的传播则既有纵波也有横波。
Tips ：▪ 声波不能在真空中传播，因为在真空中不存在能够产生振动的弹性媒质。
▪ 声波是通过相邻质点间的动量传递，而非物质上的迁移来传播能量。
2 声波物理量2.1 声压∙ 声源振动进，邻近的空气分子受到交替的压缩和扩张，因而在声波传播过程中空气分子时疏时密。
∙ 当某一部分空气变密时，这部分的空气压强会比平衡状态下的大气压大； 当某一部分的空气变疏时，这部分的压强会比平衡状态下的大气压强小，从而在声波传播过程中空间各处的压强起伏变化。
∙ 空间某处压强与平衡状态下的大气压强的差，称为声压，记为，单位为帕（斯卡），211/Pa N m = 。
即，声波导致的压强波动是叠加在大气压 0P 之上的：Tips ：▪ 测量的声压是变化的声压与大气压强之差，声压变化的平均值为0，所以平均声压不是一个有用的参量，而人耳对瞬时声压波动也没有响应。
▪ 人耳对动压声压的均方值有响应，且平均响应时间间隔约为35ms 。
2.2 声速∙ 声波在空气媒质中的传播速度称为声速，记为 c ，单位为米每秒(m/s ）。
∙ 声波传播速度由热力学公式决定：c =式中，r 为介质常数。
对于空气，287.05/()r J kg K =；R 为比热比，对于空气，取 1.402R =；T 为开尔文温度，273.15o T t c =+；当空气温度20o t c = 时，343/c m s =。
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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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声波在室内的传播
LOGO PS：当室内声场达到稳态时，P点的声级什么有关？
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描述声波的物理量
LOGO 声强级：某一处的声强级，是指该处的声强与参考声强的比
值常用对数的值再乘以10，度量它的单位为分贝，符号为 dB。参考声强是10-12瓦/米2。
LI=10·lg（I/Ir） 请问：声压级的单位是分贝，声强级的单位也是分贝。两者
会不会弄混呢？ 因为 I=p2/ρc
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。
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。
动，是一种机械波
YOUR SITE H或气流扰动的声源 传播振动的媒介
❖ 声源：产生声波的物体叫做声源 ❖ 声场：声波所波及的空间称为声场 ❖ 媒体（介质）：传递振动的物质
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声波的产生
LOGO
PS:什么是扰动？ 简单地说，扰动是指在空气、固体和液体中密度、压力或者是速
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描述声波的物理量
LOGO ❖ 声强与声强级 声强：是指单位时间内通过制定方向垂直的媒质单位面积的
能量称为声强，用I表示。对自由平面声波或球面波，声 强与声压的平方成正比，与声阻率成反比，即
I=p2/ρc 声强的单位是W/m2（瓦/米2），空气的声阻率为 420kg/m2s；人耳从听阈到痛阈的声强范围是10-12 W/m2 ～ 102 W/m2。
单位为分贝，式中，基准声功率为W0=10-12W。
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描述声波的物理量
LOGO ❖ 声压级的叠加
请同学参看课本P7,注意声压的叠加和声压级的叠加 计算公式是不一样的，计算声压级的叠加时必须先计算出 总声压，然后按照声压级的计算公式进行计算。
两个声压级相同的声音相加，其总声压增加约3dB. 如果一个声音的声压级比另一个声音的声压级小10dB 以上，则其对总声压级基本没有贡献。
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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。
速有如下关系： c= fλ或c= λ/T
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描述声波的物理量
❖ 频带？ ❖ 上限频率 下限频率？ ❖ 截止频率？ ❖ 频程？ ❖ 倍频程？ ❖ 1/3倍频程？ ❖ 中心频率？ ❖ 带宽的计算？
LOGO
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描述声波的物理量
LOGO ❖ 波阵面与惠更斯原理 波阵面：从声源出发，在同一介质中按一定方向传播，在某
对平面波而言，声压p和质点运动速度v成正比，即 p=ρcv
其中，ρ为媒质密度，c为声波的传播速度，ρc又称 为声阻抗率。
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描述声波的物理量
LOGO 声压的单位是帕（Pa），有时也用微巴（μbra）， 它们的关系如下：
1帕（Pa）=1牛顿/米2（N/m2） 1微巴（μbra）=1达因/厘米2（dyn/cm2）
描述声波的物理量
LOGO ❖ 声波的速度、波长、频率和波阵面 波长：在传播路径上，两相邻同相位质点之间的距离称为波
长，记作λ，单位是m。 周期：声波传播了一个波长，也表明一个质点振动了一个周
期T，单位为s。 频率：质点在单位时间内振动的周期数，称为频率，用f表
示，单位为Hz。 在一定介质中声速是确定的，频率、波长、周期和声
提问：如果一个点声源在自由空间辐射声波，则在与声源相 同距离r的球面上任一点的声强I都相同，这时声源的声功 率时是多少呢？
W=I·4πr2
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描述声波的物理量
LOGO 声功率级：是声功率与基准声功率之比，取以10为底的对数
乘以10，用Lw表示，即。 Lw=10log(W/W0)
声波的吸收与透射
❖ 什么是声波的吸收？ ❖ 什么是声波的透射? ❖ 什么是透射系数？ ❖ 什么是反射系数？ ❖ 什么样的材料可以称为吸声材料？
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LOGO 思考：
能否用实验的方式观察到声波的干涉，如果可以，请 提出实验方案并加以论证！
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声波在室内的传播
一时刻所达到的各点的包络面称波阵面。波阵面为平面的 称为平面波，波阵面为球面的称为球面波。
人们常用声线表示声波的传播路径。在各向同性的媒 质中，声线与波阵面相垂直。 惠更斯原理：因为波动的传播是由于介质中质点间的相互作 用，在连续的介质中任何一点的振动将直接引起邻近质点 的振动。
所以，波面上的每一点（面元）都是一个次级球面波 的子波源，子波的波速与频率等于初级波的波速和频率， 此后每一时刻的子波波面的包络就是该时刻总的波动的波 面。
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描述声波的物理量
LOGO ❖ 声压与声压级 声压：声波在媒质中传播时，媒质各部分产生压缩和膨胀是
周期性变化的。压缩时压强增加，膨胀时压强减少，变化 部分的压强，即总压强与静压强的差值称为声压。更具体 的描述可以用瞬时声压、峰值声压和有效声压等，通常用 仪器测得的是有效声压，因而习惯上把有效声压简称为声 压，用p表示。
度的一个微小变化，这个变化在连续的弹性体中就会传播出去，值得 注意的是，传播出去的是能量，弹性物质本身并不会传播，也就是说 声音是能量的传递。 哪些是机械振动的声源？哪些是气流扰动的声源？
演奏打击乐器时的鼓皮等的振动 演奏管乐器时号嘴的气流扰动 声波只能在空气中传播吗？ 声波可以在气体、液体和固体中传播，在不同的介质中传播的速 度是不同的。 为了产生声音，声源的振动一定很剧烈！ 通常声源的振动的幅度是很小的，在繁华的大街上，我们听到很 嘈杂的声音，其空气质点的振动速度仅约0.24cm/s，与一般的机械振 动相比，声波只是一种微扰动。
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声波在室内的传播
❖ 圆柱形反射面的反射 条件：点声源处于圆弧的圆心 反射结果： 效果： ❖ 椭圆弧面的反射 条件：q=（3/4）r 反射结果： 效果：
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声波在室内的传播
❖ 抛物面的反射情况 条件：q=（1/2）r 反射结果： 效果 ❖ 双曲线形弧面的反射 条件：q=（1/4）r 反射结果： 效果
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描述声波的物理量
LOGO ❖ 声波的速度、波长、频率和波阵面 声速：
声波在弹性媒质中的传播速度称为声波，记作c，单 位是m/s。
声速不是质点的振动速度而是振动传播的速度，它的 大小与振源的特性无关，而与介质的弹性、密度以及温度 有关。
声速与温度的关系 声速的两面性
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第一章 声学基础
1.1 声音的基本特性
声波的产生
LOGO ❖ 波的产生
由振动理论可知，具有质量和弹性的物体，在一定条 件下都可以发生振动，便产生了波。这种波叫机械波。波 动传播的方式有两种，即横波和纵波 ❖ 横波
当媒质质点的振动方向和波动传播的方向垂直时，我 们称之为横波。手抖动绳子产生的波就属于横波。 ❖ 纵波
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声波在室内的传播
❖ 凸面的反射 条件：q<0 反射结果： 效果
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声波在室内的传播
❖ 室内声场与声压级的计算
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声波在室内的传播
LOGO ❖ 室内声场的统计分析
用几何作图法分析封闭空间声场的状况，其方法虽然简 单，但有很大的局限性，尤其是在声波多次反射后，反射 声的分布相当紊乱，往往难以得到明确的结果。因此，采 用统计分析法，就显得非常必要。对于体积很大、形状不 规则的封闭空间，声线的分布更加无规了，当用统计分析 法所得的结果就更为精确。
LOGO 瞬时声压：声场中某一瞬间的声压称为瞬时声压。 峰值声压：在一定时间内最大的瞬时声压称为峰值声压。 有效声压：是指在一定的时间间隔内，某点的瞬时声压的方
均根值。在周期性声压的情况下，所取时间应等于周期的 整数倍或比周期长得多。在非周期性声压的情况下，所取 时间应足够长，以使平均的结果基本上保持不变。
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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声波在室内的传播
LOGO PS：当室内声场达到稳态时，P点的声级什么有关？
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描述声波的物理量
LOGO 声强级：某一处的声强级，是指该处的声强与参考声强的比
值常用对数的值再乘以10，度量它的单位为分贝，符号为 dB。参考声强是10-12瓦/米2。
LI=10·lg（I/Ir） 请问：声压级的单位是分贝，声强级的单位也是分贝。两者
会不会弄混呢？ 因为 I=p2/ρc
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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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。
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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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。
动，是一种机械波
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❖ 声源：产生声波的物体叫做声源 ❖ 声场：声波所波及的空间称为声场 ❖ 媒体（介质）：传递振动的物质
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LOGO ❖ 声强与声强级 声强：是指单位时间内通过制定方向垂直的媒质单位面积的
能量称为声强，用I表示。对自由平面声波或球面波，声 强与声压的平方成正比，与声阻率成反比，即
I=p2/ρc 声强的单位是W/m2（瓦/米2），空气的声阻率为 420kg/m2s；人耳从听阈到痛阈的声强范围是10-12 W/m2 ～ 102 W/m2。
单位为分贝，式中，基准声功率为W0=10-12W。
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LOGO ❖ 声压级的叠加
请同学参看课本P7,注意声压的叠加和声压级的叠加 计算公式是不一样的，计算声压级的叠加时必须先计算出 总声压，然后按照声压级的计算公式进行计算。
两个声压级相同的声音相加，其总声压增加约3dB. 如果一个声音的声压级比另一个声音的声压级小10dB 以上，则其对总声压级基本没有贡献。
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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。
速有如下关系： c= fλ或c= λ/T
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❖ 频带？ ❖ 上限频率 下限频率？ ❖ 截止频率？ ❖ 频程？ ❖ 倍频程？ ❖ 1/3倍频程？ ❖ 中心频率？ ❖ 带宽的计算？
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LOGO ❖ 波阵面与惠更斯原理 波阵面：从声源出发，在同一介质中按一定方向传播，在某
对平面波而言，声压p和质点运动速度v成正比，即 p=ρcv
其中，ρ为媒质密度，c为声波的传播速度，ρc又称 为声阻抗率。
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LOGO 声压的单位是帕（Pa），有时也用微巴（μbra）， 它们的关系如下：
1帕（Pa）=1牛顿/米2（N/m2） 1微巴（μbra）=1达因/厘米2（dyn/cm2）
描述声波的物理量
LOGO ❖ 声波的速度、波长、频率和波阵面 波长：在传播路径上，两相邻同相位质点之间的距离称为波
长，记作λ，单位是m。 周期：声波传播了一个波长，也表明一个质点振动了一个周
期T，单位为s。 频率：质点在单位时间内振动的周期数，称为频率，用f表
示，单位为Hz。 在一定介质中声速是确定的，频率、波长、周期和声
提问：如果一个点声源在自由空间辐射声波，则在与声源相 同距离r的球面上任一点的声强I都相同，这时声源的声功 率时是多少呢？
W=I·4πr2
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LOGO 声功率级：是声功率与基准声功率之比，取以10为底的对数
乘以10，用Lw表示，即。 Lw=10log(W/W0)
声波的吸收与透射
❖ 什么是声波的吸收？ ❖ 什么是声波的透射? ❖ 什么是透射系数？ ❖ 什么是反射系数？ ❖ 什么样的材料可以称为吸声材料？
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能否用实验的方式观察到声波的干涉，如果可以，请 提出实验方案并加以论证！
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一时刻所达到的各点的包络面称波阵面。波阵面为平面的 称为平面波，波阵面为球面的称为球面波。
人们常用声线表示声波的传播路径。在各向同性的媒 质中，声线与波阵面相垂直。 惠更斯原理：因为波动的传播是由于介质中质点间的相互作 用，在连续的介质中任何一点的振动将直接引起邻近质点 的振动。
所以，波面上的每一点（面元）都是一个次级球面波 的子波源，子波的波速与频率等于初级波的波速和频率， 此后每一时刻的子波波面的包络就是该时刻总的波动的波 面。
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LOGO ❖ 声压与声压级 声压：声波在媒质中传播时，媒质各部分产生压缩和膨胀是
周期性变化的。压缩时压强增加，膨胀时压强减少，变化 部分的压强，即总压强与静压强的差值称为声压。更具体 的描述可以用瞬时声压、峰值声压和有效声压等，通常用 仪器测得的是有效声压，因而习惯上把有效声压简称为声 压，用p表示。
度的一个微小变化，这个变化在连续的弹性体中就会传播出去，值得 注意的是，传播出去的是能量，弹性物质本身并不会传播，也就是说 声音是能量的传递。 哪些是机械振动的声源？哪些是气流扰动的声源？
演奏打击乐器时的鼓皮等的振动 演奏管乐器时号嘴的气流扰动 声波只能在空气中传播吗？ 声波可以在气体、液体和固体中传播，在不同的介质中传播的速 度是不同的。 为了产生声音，声源的振动一定很剧烈！ 通常声源的振动的幅度是很小的，在繁华的大街上，我们听到很 嘈杂的声音，其空气质点的振动速度仅约0.24cm/s，与一般的机械振 动相比，声波只是一种微扰动。
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声波在弹性媒质中的传播速度称为声波，记作c，单 位是m/s。
声速不是质点的振动速度而是振动传播的速度，它的 大小与振源的特性无关，而与介质的弹性、密度以及温度 有关。
声速与温度的关系 声速的两面性
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1.1 声音的基本特性
声波的产生
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由振动理论可知，具有质量和弹性的物体，在一定条 件下都可以发生振动，便产生了波。这种波叫机械波。波 动传播的方式有两种，即横波和纵波 ❖ 横波
当媒质质点的振动方向和波动传播的方向垂直时，我 们称之为横波。手抖动绳子产生的波就属于横波。 ❖ 纵波
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用几何作图法分析封闭空间声场的状况，其方法虽然简 单，但有很大的局限性，尤其是在声波多次反射后，反射 声的分布相当紊乱，往往难以得到明确的结果。因此，采 用统计分析法，就显得非常必要。对于体积很大、形状不 规则的封闭空间，声线的分布更加无规了，当用统计分析 法所得的结果就更为精确。
LOGO 瞬时声压：声场中某一瞬间的声压称为瞬时声压。 峰值声压：在一定时间内最大的瞬时声压称为峰值声压。 有效声压：是指在一定的时间间隔内，某点的瞬时声压的方
均根值。在周期性声压的情况下，所取时间应等于周期的 整数倍或比周期长得多。在非周期性声压的情况下，所取 时间应足够长，以使平均的结果基本上保持不变。