声学基础(1)
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第1章声学基础
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：
c? E
?
G c?
?
c? B
?
(纵波 ) (横波 ) ( 气体纵波
p＝P0
sin??
(t
?
x) ? c
?
??
P0
sin?2?f
(t
?
x) ? 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。
? pe ?
1 T p 2dt ? P0
T0
2
说明：声学所谈声压一般是指有效声压。
六、声压(*)
4.人耳对声压的感受范围 听阈声压： 2×10-5Pa 痛阈声压： 20Pa
人耳所能感受到的最小声强为： 10-12 W/m2.
九、声功率
单位时间穿过某一平面或曲面总声能量。 ?
dS ?
?
I
?
dS ? I
穿过微小面积单元的声 功率： ??
dW ? I ?dS ? I ?dS cos ?
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。
3.振动与力学参数的关系：
?＝ k m
或
f＝ 1
2?
k m
?
t(? t)
?
二、波动
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：
c? E
?
G c?
?
c? B
?
(纵波 ) (横波 ) ( 气体纵波
p＝P0
sin??
(t
?
x) ? c
?
??
P0
sin?2?f
(t
?
x) ? 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。
? pe ?
1 T p 2dt ? P0
T0
2
说明：声学所谈声压一般是指有效声压。
六、声压(*)
4.人耳对声压的感受范围 听阈声压： 2×10-5Pa 痛阈声压： 20Pa
人耳所能感受到的最小声强为： 10-12 W/m2.
九、声功率
单位时间穿过某一平面或曲面总声能量。 ?
dS ?
?
I
?
dS ? I
穿过微小面积单元的声 功率： ??
dW ? I ?dS ? I ?dS cos ?
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。
3.振动与力学参数的关系：
?＝ k m
或
f＝ 1
2?
k m
?
t(? t)
?
二、波动
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。
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。
初中物理声学基础知识
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延时;35、反射系数小的材料称为吸声材料;36、透射系数小的材料称为隔声材料;37、透射系数大的材料,称为透声材料;38、全吸声材料是指吸声系数α=1;39、全反射材料是指吸声系数α=0;40、岩棉、玻璃棉等材料主要吸收高频和中频;41、聚氨酯吸声泡沫塑料主要吸收高频和中频;42、薄板加空腔主要吸收低频;43、薄板直接钉于墙上吸声效果很差;44、挂帘织物主要吸收高、中频;45、粗糙的水泥墙面吸声效果很差;46、人耳通过声源信号的强度差和时间差,可以判断出声源的空间方位,称为双耳效应;47、两个声音,一先一后相差5ms--50ms到达人耳,人耳感到声音是来自先到达声源的方位,称为哈斯效应;48、左右两个声源,声强级差大于15dB,听声者感到声源是在声强级大的声源方位,称为德波埃效应;49、一个声音的听音阈因为其它声音的存在而必须提高,这种现象称为掩敝效应;50、厅堂内某些位置由于声干涉,使某些频率相互抵消,声压级降低很多,称为死点;51、声音遇到凹的反射面,造成某一区域的声压级远大于其它区域称为声聚焦;52、声音在室内两面平行墙之间来回反射产生多个同样的声音,称为颤动回声;53、由于反射使反射声与直达声相差50ms以上,会出现回声;54、房间被外界声音振动激发,从而按照它本身的固有频率振动,称为房间共振;55、房间出现几个共振频率相同的重叠现象,称为共振频率的简并;56、由于简并等原因使原声音信号频谱发生改变而被赋予外加的音色导致失真,称为声染色;57、声场中直达声声能密度等于混响声声能密度的点与声源的距离称为混响半径;58、听音点在混响半经以内时,直达声起主要作用;59、听音点在混响半经以外时混响声起主要作用;60、声源振动使空气产生附加的交变压力,称为声波;61、质点振动方向与波的传播方向相垂直,称为横波;62、质点振动方向与波的传播方向相平行,称为纵波;63、一般点声源在空间幅射的声波,属于球面波;64、声波在不同物质中传播,速度最快的是金属;65、声波在不同物质中传播速度最慢的是空气;66、声波在不同物质中传播,其速度快慢依次为金属>木材>水>空气;67、回声的产生是由于反射声与直达声相差50ms以上;68、颤动回声的产生是由于声音在两个平行光墙之间来回反射;69、声聚焦的产生是由于声音遇到凹的反射面;70、声扩散的产生是由于声音遇到凸的反射面;71、在礼堂某坐位听到台上讲话变成两个重复的声音,其可能原因是由于反射声与直达声相差50ms以上;72、人耳对不同频率的听觉特性是对中音最敏感,其次是高音,频率越低越不敏感;73、不同频率声波的指向性特点为高音指向性强,低音指向性弱;74、不同频率声波的绕射能力为低音容易绕射,高音不易绕射;75、音箱布局通常的做法是高音音箱挂高,并调好角度；低音音箱靠近地面;76、厅堂低频混响过长,较有效的措施是墙上装带空腔的薄板;77、隔音效果最好的材料是双层砖墙,中间留空气层;78、50HZ非正弦周期信号,其4次谐波为200HZ79、100HZ非正弦周期信号的3次谐波为300HZ;80、300HZ非正弦周期信号的5次谐波为1500HZ;81、80HZ非正弦周期信号的5次谐波为400HZ;82、要使体育场距离主音箱约17m的观众听不出两个声音,应当对观众附近的补声音箱加50ms延时;83、均衡器按63、125、250、500、1K、2K、4K、8K、16K划分频段,是1/1倍频程划分;84、均衡器按50、200、800、、12K、划分频段,是4倍频程划分;85、均衡器按40、50、63、80、100、125、160、200、250、315、400…20K划分频段,是1/3倍频程划分;86、最佳混响时间选择最长的场所是音乐厅;87、最佳混响时间选择最短的场所是多轨分期录音棚;88、适宜设计混响时间可调节的场所是多功能厅;89、赛宾公式适用于计算吸声系数较小的房间的混响时间;90、艾润公式适用于计算各类房间的混响时间;91、赛宾公式的内容为：混响时间等于房间容积/房间表面积X吸声系数;92、为减少房间的简并现象,避免声染声,房间最佳的长：宽：高比例为2：3：5;93、在大型剧场中,最易听到回声的坐位是前座;94、解决大型剧场前座观众听到回声的主要方法是观众席后墙加强吸声;95、分贝的正确写法是dB;96、音乐简谱中的1与ⅰ之间相距一个倍频程;97、音乐简谱中的1与2之间相距1度;98、声速C、声波频率、声波波长λ,其间关系是C=fxλ;99、声波频率与声波周期Τ的关系是f=1/T;100、驻波形成的条件是反向传播、振幅相同、频率相等、相位差为0或恒定;101、效果器中CHORUS表示合唱;102、由声波的扰动引起的媒质局部压强发生变化,叫做声压;103、声压级的单位为dB;104、声级的单位为dB;105、声压的单位为帕Pa;106、声强的单位为w/m2;107、闻阈的声压约为2×10-5Pa;108、痛阈的声压约为2×10Pa;109、痛阈的声压级约为120dB;110、闻阈的声压级约为0dB;111、凹曲面对声波形成集中反射,使声能集中于某一点或某一区域,称为声聚焦;112、凸曲面对声波反射,使声能形成扩散;113、人耳分辨两个声音的最小时间间隔是50ms;114、音乐中的旋律包括声乐和器乐旋律;115、在音乐简谱中1--ⅰ叫八度;116、室内混响声是由反射声引起的;117、基本音升高半音叫升音,用记号表示;118、基本音降低半音叫降音,用b记号表示;119、已升高或降低的音要变成基本音叫还原,用ㄆ记号表示;120、MIDI的意思是乐器数字接口;121、声源在距离大于一定数值的两个平行界面间产生反射而形成一系列回声,称为颤动回声;122、声压与基准声压2×10-5Pa之比,取10为底的对数乘以20,称为声压级;123、音乐中的音色大部分都是复合音;124、室内早期反射声指只经过一次反射,进入听耳的反射声;125、音乐中基本音有7个;126、常用的两种吸声材料：多孔材料,薄板后留空腔;127、不属于隔声结构：穿孔钢板;128、属于隔声结构：双层砖墙;129、由于室内频率响应的变化,使原信号频谱有了某种改变,称为声染色;130、不属于多孔吸声材抖：石膏板;131、属于多孔吸声材料：岩棉;132、薄板共振结构吸声的特点是具有低频吸声特性,同时还有助于声波的扩散;133、将木板固定在框架上,板后留有一定的空气层,就可以构成薄板共振吸声结构;134、录音师录制树上鸟声是,录制军号演奏声是1 Pa,两种声音相差40dB ;135、混响声可以延长声音的持续时间,提高声音的丰满度;136、两个波源的频率相同或相近,发出的波相遇叠加时,便有可能产生波的干涉;137、两个在同一直线上沿相反方向传播的波,若振幅、频率相同,在两个波源的连线上便会出现驻波;138、语言与音乐兼用厅堂总噪声级一级指标为NR30;139、歌厅总噪声级一级指标为40dB〔A〕;140、室内产生的声聚焦对室内声场产生不均匀影响,其原因是室内存在凹形反射面;141、室内听音存在死点,是由于室内声源产生干涉现象或形成驻波;142、声影区是指室内听不到直达声的区域;143、物体的隔声量Ｒ与物体厚度有关,且与其表面结构和密度有关;144、在凹形面上铺设足够的吸声材料,可以解决声聚焦的缺陷;145、调节扬声器位置或加设补声扬声器可以解决声影区的缺陷;146、后墙面上做强吸声或加凸形扩散体,可以解决长延时回声的缺陷;147、两面平行墙表面加扩散体或改变平行角度,可以解决颤动回声的缺陷;148、一支电容话筒最高声压级为126dB,等效噪声级为20dB,其动态范围为106dB;149、声频的中高频段决定声音的明亮度,清晰度;150、声频的高频段决定声音的色彩;151、声频中的低频段决定声音的浑厚度,丰满度;152、声频的中低频段决定声音的结实有力;153、波线是指波的传播方向;154、回声是由声反射引起的;155、室内声场设计时,房间墙壁采用吸声材料的吸声性能越强,早期反射声的幅度就越小,混响时间就越短;156、吸声系数α越小的物体,其反射声越大;吸声系数越大的物体,其反射声越小;157、早期反射声的效果是给人以亲切感;158、室内装修完毕,如果其自然混响时间Ｔ60偏长,可以采用窗门加装厚重织物帘幕给予改善;159、在大型厅堂设计中对近次反射声应充分利用;160、混响声与早期反射声两种声音相配合使人听起来感觉声音更丰满.161、声压级与声强级在数值上是相同的;162、声染色现象对扩声产生不利影响;163、室内声音频率传输特性与周围物体吸声系数有关;164、音调与声频率直接相关;165、不同房间的房间均衡补偿曲线是不相同的;166、点声源的声强与其距离成平方反比关系;167、采样频率必须比被采样信号最高频率高出二倍以上;168、频率越低的波,其绕射作用越强;169、声功率的单位为W;170、声压级的单位为dB;171、声强单位为瓦/平方米;172、声压的单位为帕Pa;173、声源与听声人相处于运动状态,听声人会感到声源所发出的频率有变化,这种现象称为多普勒效应;174、直达声经过延时并倒相180度,叠加在直达声上,使人耳产生空间印象,称为劳氏效应;175、人们区别具有相同频率和相同幅度的两个不同声音的主观感觉,称为音色;176、声音三要素中,主要与声音的频率有关的要素称为音调;177、两个声音的音调间的距离,称为音程;178、将声音按一定音程进行排列,称为音阶;179、瞬时电压随时间作正弦变化的信号,称为纯音信号;180、由一系列间断和持续时间有一定要求的、每列波包含一定个数的正弦波组成的脉冲信号,称为猝发声;181、包含有20Hz到20kHz的各种频率成分,且各频率的能量分布是均匀的噪声信号,称为白噪声;182、包含有20Hz到20kHz的各种频率成分,且功率谱密度与频率成反比的噪声信号,称为粉红噪声;183、两只指向性为心形或无指向性的传声器,相距为人头两耳之间的距离进行拾音,称为A/B制立体声制式;184、两只传声器组合一体,一只指向性为8字形传声器,主指向左侧面；另一只心形或无指向性传声器指向正面;将两个传声器信号接入矩阵进行“和”“差”变换后输出,称为M/S制立体声制式;185、两只指向性为心形或8字形的传声器极头,一上一下地安装在同一传声器壳体内,两者主轴的夹角在0---360度内变化,称为X/Y制立体声制式;186、在室内某一点听到声音到达人耳的先后次序为直达声、近次反射声、混响声;。
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。
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
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 )
声学基础第一章-弹性波理论基础1-3(2012年新版)
1 －3
弹性体振动问题之一：均匀细棒的纵振动
集总参数振动系统：在同一空间位置上，振动系统只 有弹性，或者只有惯性（或阻尼）。
例如：第一章研究的振动问题涉及的振动系统就是
‘集总(中）参数振动系统’。
分布参数振动系统：在同一空间位置上，振动系统既
具有弹性又有惯性（或阻尼）。
本节研究的均匀细棒的纵振动中的均匀细棒就是‘分 布参数振动系统’
n a n cos( z ) cos( n t n ) L n 1
其中：a n 和 n由初条件确定。
( n 0项无意义，舍去）
分析： n 定义， n ( z , t ) an cos( z ) cos( nt n）；为两端 L 自由均匀细棒纵振动的 第n阶简正振动位移函数。 前2阶简正振动的振幅在棒 中的分布示意图：
[2]均匀细棒纵振动的比阻抗转移公式：
分析棒中波场的传播特性：棒为有限长，则由于端面 的反射，在棒中存在相向传播的平面波：
位移函数为：
（z , t ) Ae j (t kz) Be j (t kz) ;
Ae
j (t kz )
k ;
c0
ARe
j (t kz )
作业：理想流体 c，在z 0处有法线声阻抗率为 Zn的 界面；有谐合平面波沿 z坐标轴正向传播入射到 的界面 上。试求： （ 1 ）界面的声压反射系数 和振速反射系数； （2）波场在z处的波阻抗；
2-87、2-88、2-89（选）
2-91、2-96
sin(k z L ) 0 k z L n
n kz kn L
n 0,1,2,3...... k z n n k n c0 c0 L
弹性体振动问题之一：均匀细棒的纵振动
集总参数振动系统：在同一空间位置上，振动系统只 有弹性，或者只有惯性（或阻尼）。
例如：第一章研究的振动问题涉及的振动系统就是
‘集总(中）参数振动系统’。
分布参数振动系统：在同一空间位置上，振动系统既
具有弹性又有惯性（或阻尼）。
本节研究的均匀细棒的纵振动中的均匀细棒就是‘分 布参数振动系统’
n a n cos( z ) cos( n t n ) L n 1
其中：a n 和 n由初条件确定。
( n 0项无意义，舍去）
分析： n 定义， n ( z , t ) an cos( z ) cos( nt n）；为两端 L 自由均匀细棒纵振动的 第n阶简正振动位移函数。 前2阶简正振动的振幅在棒 中的分布示意图：
[2]均匀细棒纵振动的比阻抗转移公式：
分析棒中波场的传播特性：棒为有限长，则由于端面 的反射，在棒中存在相向传播的平面波：
位移函数为：
（z , t ) Ae j (t kz) Be j (t kz) ;
Ae
j (t kz )
k ;
c0
ARe
j (t kz )
作业：理想流体 c，在z 0处有法线声阻抗率为 Zn的 界面；有谐合平面波沿 z坐标轴正向传播入射到 的界面 上。试求： （ 1 ）界面的声压反射系数 和振速反射系数； （2）波场在z处的波阻抗；
2-87、2-88、2-89（选）
2-91、2-96
sin(k z L ) 0 k z L n
n kz kn L
n 0,1,2,3...... k z n n k n c0 c0 L
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。
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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
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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。
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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。
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声学基础
思考问题
第一章 绪论
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Pi
ρ 2 c2 + ρ1c1
Z 2 + Z1
Pt 声压透射系数： 声压透射系数 D = = 2 ρ 2 c 2 = 2Z 2 Pi ρ 2 c 2 + ρ1c1 Z 2 + Z1
由上述各式可知，声波在分界面上反射和透射 的大小决定于媒质的特性阻抗，具体分析如下：
当
Z1 = Z2
时，有
R=0
，
，全部透射 全部透射
College of Underwater Acoustic Engineering
3
2、给定水下声压 p 为 100 µPa ，那么声强 I 是多大， 、 是多大， I0 比较， 与参考声强 比较，以分贝表示的声强级是多 ？（取声速 取声速C=1500m/s，密度为 少？（取声速 ，密度为1000kg/m3）
即：
( x , t ) x =0 = u 2 ( x , t ) x =0
Pi Pt Pr − = ρ1c1 ρ1c1 ρ 2 c 2
14
College of Underwater Acoustic Engineering
声压反射系数： 声压反射系数 R = Pr = ρ 2 c2 − ρ1c1 = Z 2 − Z1
Pt 2 ρ 2 c 2 cos θ i 2Z 2 n 声压透射系数： 声压透射系数： = = D = Pi ρ 2 c 2 cos θ i + ρ1c1 cos θ t Z 2 n + Z1n
声压连续 法向质点振速连续
注意：法向声阻抗率： 注意 法向声阻抗率：声压与法向振速之比 法向声阻抗率
Z 1n = ρ1c1 cos θ i
无指向性声源的声源级： ND 无指向性声源的声源级： 声源的声源级 SL
I ND = 10 log I0
= 10 log Pa + 170.77 = 217 dB
设指向性声源的轴向声强为： 设指向性声源的轴向声强为： I D
College of Underwater Acoustic Engineering 5
在介质2中 在介质 中：
p 2 = Pt e
边界条件： 边界条件
•
i (ωt − k 2 x )
Pt i (ωt −k2 x ) u2 = e ρ 2 c2
p1 ( x , t ) x =0 = p 2 ( x , t ) x =0
界面上声压连续： 即：
Pi + Pr = Pt
•
界面上法向振速连续：u1
D =1
当 时，有 ， ，硬边界 硬边界，反射波 硬边界 声压和入射波声压同相 D > 0 Z1 < Z2 R 同相 >0
College of Underwater Acoustic Engineering
15
当 Z1 > Z2 时，有 R < 0 ，D > 0 ，软边界 软边界，反射 软边界 波声压和入射波声压反相 反相 当 Z1 << Z2时，有 R ≈ 1 ， D ≈ 2 ，绝对硬 绝对硬，反射 绝对硬 波声压和入射波声压大小相等，相位相同，所以在 分界面上合成声压为入射声压的两倍，实际上发生 的是全反射 全反射。 全反射
p = P − P0
质点振速： 质点振速：由于声波扰动引起的介质质点运动 速度的变化量： 速度的变化量： = U − U 0 变化量 u
10
College of Underwater Acoustic Engineering
2、介质的特性阻抗与声阻抗率 、
介质的特性阻抗: 介质的特性阻抗
ρ0 c
声阻抗率： 声压与振速 声阻抗率：声场中某点声压 振速 声压 振速之比 Z = p u
1. 2.
3. 4.
College of Underwater Acoustic Engineering
7
主要内容
声学基础知识（了解） 声学基础知识（了解） 介质的特性阻抗与声阻抗率（了解） 介质的特性阻抗与声阻抗率（了解） 平面波在两种不同均匀介质界面上的反射和折 了解） 射（了解） 等间距均匀点源离散直线阵的声辐射（了解） 等间距均匀点源离散直线阵的声辐射（了解） 了解） 均匀连续直线阵的声辐射（了解） 了解） 无限大障板上平面辐射器的声辐射（了解） 了解） 声波的接收方向特性（了解）
在介质1中 在介质 中：
p1 = Pi e
i (ωt − k1 x )
+ Pr e
i (ωt + k1 x )
pi
pt
Pi i (ωt −k1x ) Pr i (ωt + k1x ) u1 = e − e ρ1c1 ρ1c1
pr
ρ1c1
o
ρerwater Acoustic Engineering
第二章 声学基础
第一章知识要点
声纳参数的定义、物理意义
SL、TL、TS、NL、DI、DT、RL、DIT
组合声纳参数的物理意义
SL-2TL+TS NL-DI+DT RL+DT (SL-2TL+TS)-(NL-DI+DT)
主动声纳方程的选择问题（如何判断干扰） 声纳方程的两个重要的基本用途
College of Underwater Acoustic Engineering 2
College of Underwater Acoustic Engineering 8
1、声学基础知识 、
声波：机械振动状态在介质中传播 声波：机械振动状态在介质中传播 状态在介质 形成的一种波动形式 分类： 分类：
20Hz以下的振动称为次声 以下的振动称为次声 以下的振动称为 高于20kHz的振动称为超声 的振动称为超声 高于 的振动称为 20Hz至20kHz的声振称为音频声 至 的声振称为音频声 的声振称为
斜入射
pi
ρ1c1
o x
θi
pr
θt
ρ 2 c2
pt
斜入射平面波在分界面上的反射和折射
College of Underwater Acoustic Engineering 17
边界条件
Pr ρ 2 c 2 cosθ i − ρ1c1 cosθ t Z 2 n − Z1n 声压反射系数： 声压反射系数：R = P = ρ c cosθ + ρ c cosθ = Z + Z i 2 2 i 1 1 t 2n 1n
指向性声源的声源级： 指向性声源的声源级： 的声源级
ID 1 SL = 10 log = 10 log Pa + 10 log + DI T 4πI 0 I0
College of Underwater Acoustic Engineering 6
第一章作业
什么是声纳？声纳可以完成哪些任务？ 什么是声纳？声纳可以完成哪些任务？ 请写出主动声纳方程和被动声纳方程。 请写出主动声纳方程和被动声纳方程。声纳方程中各参 数的物理意义是什么？ 数的物理意义是什么？ 声纳方程的两个重要的基本用途是什么？ 声纳方程的两个重要的基本用途是什么？ 环境噪声和海洋混响都是主动声纳的干扰， 环境噪声和海洋混响都是主动声纳的干扰，在实际工作 中如何确定哪种干扰是主要的？ 中如何确定哪种干扰是主要的？
第一章思考题： 第一章思考题：
1、取下列声压作为参考级， 1微帕声压的大小 取下列声压作为参考级， 取下列声压作为参考级 达因/厘米 微帕） 为： （10-5达因 厘米2 =1微帕） 微帕
取参考声压为1微帕时， 取参考声压为1微帕时，其大小为 0dB； 取参考声压为0.0002达因 厘米2 时，其大小 达因/厘米 取参考声压为 达因 为-26dB； 取参考声压为1达因 达因/厘米 取参考声压为 达因 厘米2 时，其大小为 -100dB ；
，它为一个复数 复数（表明声压与振速存在相位差）。 复数 • 平面波 Z = ± ρ 0 c 平面波：
说明：平面波声压和振速处处同相（正向波） 说明 或反向（反向波），声强处处相等，其声阻抗 率与频率无关。
College of Underwater Acoustic Engineering 11
球面波
透射损失TL： 透射损失
Z2 1 Ii Z2 TL = 10 lg = 10 lg Z D 2 = 10 lg Z − 20 lg D It 1 1
空气入射到水中，透射损失约29.5dB 例：声波由空气 空气 水
College of Underwater Acoustic Engineering 16
3、发射换能器发射40kW的声功率，且方向性指数 、发射换能器发射 的声功率， 的声功率 为多少？ 为15dB，其声源级 为多少？ ，其声源级SL为多少
解： 由题意知： 由题意知：
I D / I0 ID DI T = 10 log = 10 log = SLD − SLND I ND I ND / I 0
流体介质中，声波表现为压缩波 流体介质中，声波表现为压缩波 ），即纵波 （Compressional Wave），即纵波 ）， 在固体中既有纵波也有横波（ 在固体中既有纵波也有横波（切变 纵波也有横波 波-Shear Wave） ）
College of Underwater Acoustic Engineering 9
−15
dB
4
3、发射换能器发射40kW的声功率，且方向性指数 、发射换能器发射 的声功率， 的声功率 为多少？ 为15dB，其声源级 为多少？ ，其声源级SL为多少
I 声源级定义： 解：声源级定义： SL = 10 log I0 Pa 无指向性声源的声强 声源的声强： 无指向性声源的声强： I ND = 4π
(kr )2 Z = ρ0c 2 1 + (kr )
+ iρ 0 c 1 + (kr ) kr
ρ 2 c2 + ρ1c1
Z 2 + Z1
Pt 声压透射系数： 声压透射系数 D = = 2 ρ 2 c 2 = 2Z 2 Pi ρ 2 c 2 + ρ1c1 Z 2 + Z1
由上述各式可知，声波在分界面上反射和透射 的大小决定于媒质的特性阻抗，具体分析如下：
当
Z1 = Z2
时，有
R=0
，
，全部透射 全部透射
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2、给定水下声压 p 为 100 µPa ，那么声强 I 是多大， 、 是多大， I0 比较， 与参考声强 比较，以分贝表示的声强级是多 ？（取声速 取声速C=1500m/s，密度为 少？（取声速 ，密度为1000kg/m3）
即：
( x , t ) x =0 = u 2 ( x , t ) x =0
Pi Pt Pr − = ρ1c1 ρ1c1 ρ 2 c 2
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声压反射系数： 声压反射系数 R = Pr = ρ 2 c2 − ρ1c1 = Z 2 − Z1
Pt 2 ρ 2 c 2 cos θ i 2Z 2 n 声压透射系数： 声压透射系数： = = D = Pi ρ 2 c 2 cos θ i + ρ1c1 cos θ t Z 2 n + Z1n
声压连续 法向质点振速连续
注意：法向声阻抗率： 注意 法向声阻抗率：声压与法向振速之比 法向声阻抗率
Z 1n = ρ1c1 cos θ i
无指向性声源的声源级： ND 无指向性声源的声源级： 声源的声源级 SL
I ND = 10 log I0
= 10 log Pa + 170.77 = 217 dB
设指向性声源的轴向声强为： 设指向性声源的轴向声强为： I D
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在介质2中 在介质 中：
p 2 = Pt e
边界条件： 边界条件
•
i (ωt − k 2 x )
Pt i (ωt −k2 x ) u2 = e ρ 2 c2
p1 ( x , t ) x =0 = p 2 ( x , t ) x =0
界面上声压连续： 即：
Pi + Pr = Pt
•
界面上法向振速连续：u1
D =1
当 时，有 ， ，硬边界 硬边界，反射波 硬边界 声压和入射波声压同相 D > 0 Z1 < Z2 R 同相 >0
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当 Z1 > Z2 时，有 R < 0 ，D > 0 ，软边界 软边界，反射 软边界 波声压和入射波声压反相 反相 当 Z1 << Z2时，有 R ≈ 1 ， D ≈ 2 ，绝对硬 绝对硬，反射 绝对硬 波声压和入射波声压大小相等，相位相同，所以在 分界面上合成声压为入射声压的两倍，实际上发生 的是全反射 全反射。 全反射
p = P − P0
质点振速： 质点振速：由于声波扰动引起的介质质点运动 速度的变化量： 速度的变化量： = U − U 0 变化量 u
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2、介质的特性阻抗与声阻抗率 、
介质的特性阻抗: 介质的特性阻抗
ρ0 c
声阻抗率： 声压与振速 声阻抗率：声场中某点声压 振速 声压 振速之比 Z = p u
1. 2.
3. 4.
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主要内容
声学基础知识（了解） 声学基础知识（了解） 介质的特性阻抗与声阻抗率（了解） 介质的特性阻抗与声阻抗率（了解） 平面波在两种不同均匀介质界面上的反射和折 了解） 射（了解） 等间距均匀点源离散直线阵的声辐射（了解） 等间距均匀点源离散直线阵的声辐射（了解） 了解） 均匀连续直线阵的声辐射（了解） 了解） 无限大障板上平面辐射器的声辐射（了解） 了解） 声波的接收方向特性（了解）
在介质1中 在介质 中：
p1 = Pi e
i (ωt − k1 x )
+ Pr e
i (ωt + k1 x )
pi
pt
Pi i (ωt −k1x ) Pr i (ωt + k1x ) u1 = e − e ρ1c1 ρ1c1
pr
ρ1c1
o
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第二章 声学基础
第一章知识要点
声纳参数的定义、物理意义
SL、TL、TS、NL、DI、DT、RL、DIT
组合声纳参数的物理意义
SL-2TL+TS NL-DI+DT RL+DT (SL-2TL+TS)-(NL-DI+DT)
主动声纳方程的选择问题（如何判断干扰） 声纳方程的两个重要的基本用途
College of Underwater Acoustic Engineering 2
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1、声学基础知识 、
声波：机械振动状态在介质中传播 声波：机械振动状态在介质中传播 状态在介质 形成的一种波动形式 分类： 分类：
20Hz以下的振动称为次声 以下的振动称为次声 以下的振动称为 高于20kHz的振动称为超声 的振动称为超声 高于 的振动称为 20Hz至20kHz的声振称为音频声 至 的声振称为音频声 的声振称为
斜入射
pi
ρ1c1
o x
θi
pr
θt
ρ 2 c2
pt
斜入射平面波在分界面上的反射和折射
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边界条件
Pr ρ 2 c 2 cosθ i − ρ1c1 cosθ t Z 2 n − Z1n 声压反射系数： 声压反射系数：R = P = ρ c cosθ + ρ c cosθ = Z + Z i 2 2 i 1 1 t 2n 1n
指向性声源的声源级： 指向性声源的声源级： 的声源级
ID 1 SL = 10 log = 10 log Pa + 10 log + DI T 4πI 0 I0
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第一章作业
什么是声纳？声纳可以完成哪些任务？ 什么是声纳？声纳可以完成哪些任务？ 请写出主动声纳方程和被动声纳方程。 请写出主动声纳方程和被动声纳方程。声纳方程中各参 数的物理意义是什么？ 数的物理意义是什么？ 声纳方程的两个重要的基本用途是什么？ 声纳方程的两个重要的基本用途是什么？ 环境噪声和海洋混响都是主动声纳的干扰， 环境噪声和海洋混响都是主动声纳的干扰，在实际工作 中如何确定哪种干扰是主要的？ 中如何确定哪种干扰是主要的？
第一章思考题： 第一章思考题：
1、取下列声压作为参考级， 1微帕声压的大小 取下列声压作为参考级， 取下列声压作为参考级 达因/厘米 微帕） 为： （10-5达因 厘米2 =1微帕） 微帕
取参考声压为1微帕时， 取参考声压为1微帕时，其大小为 0dB； 取参考声压为0.0002达因 厘米2 时，其大小 达因/厘米 取参考声压为 达因 为-26dB； 取参考声压为1达因 达因/厘米 取参考声压为 达因 厘米2 时，其大小为 -100dB ；
，它为一个复数 复数（表明声压与振速存在相位差）。 复数 • 平面波 Z = ± ρ 0 c 平面波：
说明：平面波声压和振速处处同相（正向波） 说明 或反向（反向波），声强处处相等，其声阻抗 率与频率无关。
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球面波
透射损失TL： 透射损失
Z2 1 Ii Z2 TL = 10 lg = 10 lg Z D 2 = 10 lg Z − 20 lg D It 1 1
空气入射到水中，透射损失约29.5dB 例：声波由空气 空气 水
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3、发射换能器发射40kW的声功率，且方向性指数 、发射换能器发射 的声功率， 的声功率 为多少？ 为15dB，其声源级 为多少？ ，其声源级SL为多少
解： 由题意知： 由题意知：
I D / I0 ID DI T = 10 log = 10 log = SLD − SLND I ND I ND / I 0
流体介质中，声波表现为压缩波 流体介质中，声波表现为压缩波 ），即纵波 （Compressional Wave），即纵波 ）， 在固体中既有纵波也有横波（ 在固体中既有纵波也有横波（切变 纵波也有横波 波-Shear Wave） ）
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dB
4
3、发射换能器发射40kW的声功率，且方向性指数 、发射换能器发射 的声功率， 的声功率 为多少？ 为15dB，其声源级 为多少？ ，其声源级SL为多少
I 声源级定义： 解：声源级定义： SL = 10 log I0 Pa 无指向性声源的声强 声源的声强： 无指向性声源的声强： I ND = 4π
(kr )2 Z = ρ0c 2 1 + (kr )
+ iρ 0 c 1 + (kr ) kr