声学基础知识最新版本

【最新整理，下载后即可编辑】噪声产生原因空气动力噪声由气体振动而产生。

气体的压力产生突变，会产生涡流扰动，从而引起噪声。

如空气压缩机、电风扇的噪声。

机械噪声由固体振动产生。

金属板、齿轮、轴承等，在设备运行时受到撞击、摩擦及各种突变机械力的作用，会产生振动，再通过空气传播，形成噪声。

液体流动噪声液体流动过程中，由于液体内部的摩擦、液体与管壁的摩擦、或者流体的冲击，会引起流体和管壁的振动，并引起噪声。

电磁噪声各种电器设备，由于交变电磁力的作用，引起铁芯和绕组线圈的振动，引起的噪声通常叫做交流声。

燃烧噪声燃料燃烧时，向周围的空气介质传递了热量，使它的温度和压力产生变化，形成湍流和振动，产生噪声。

声波和声速声波质点或物体在弹性媒质中振动，产生机械波向四周传播，就形成声波（声波是纵波）。

可听声波的频率为20～20000Hz,高于20KHz 的属超声波，低于20Hz 的属次声波。

点声源附近的声波为球面波，离声源足够远处的声波视为平面波，特殊情况（线声源）可形成柱面波。

声频( f )声速( c )和波长( λ )λ= c / f声速与媒质材料和环境有关：空气中，c =331.6+0.6t 或t c +=27305.20 (m /s)在水中声速约为1500 m /s t —摄氏温度传播方向上单位长度的波长数，等于波长的倒数，即1/λ。

有时也规定2π/λ为波数，用符号K 表示。

质点速度质点因声音通过而引起的相对于整个媒质的振动速度。

声波传播不是把质点传走而是把它的振动能量传走。

声场有声波存在的区域称为声场。

声场大致可以分为自由场、扩散场（混响场）、半扩散场（半自由场）。

自由场在均匀各向同性的媒质中，边界影响可忽略不计的声场称为自由场。

在自由场中任何一点，只有直达声，没有反射声。

消声室是人为的自由场，是由吸声材料和吸声结构做成的密闭空间，静谧无风的高空或旷野可近似为自由场。

扩散场声能量均匀分布，并在各个传播方向作无规则传播的声场，称为扩散场，或混响场。

声学基础知识声音，是我们生活中无处不在的一部分。

从清晨鸟儿的鸣叫，到城市道路上的车水马龙声，从悠扬的音乐旋律，到人们日常的交谈，声音以各种形式存在着，并对我们的生活产生着深远的影响。

那么，什么是声学呢？声学是研究声音的产生、传播、接收和效应的科学。

让我们一起走进声学的世界，了解一些声学的基础知识。

首先，我们来聊聊声音的产生。

声音的产生源于物体的振动。

当一个物体振动时，它会引起周围介质（比如空气）的振动，这种振动以波的形式向外传播，就形成了声音。

不同的物体振动方式和频率不同，产生的声音也就不同。

例如，琴弦的振动产生了美妙的音乐，而人的声带振动则产生了说话的声音。

那么声音是如何传播的呢？声音的传播需要介质。

在地球上，最常见的介质就是空气。

当声音在空气中传播时，其实就是空气分子在振动并依次传递能量。

声音在不同介质中的传播速度是不一样的。

比如，声音在固体中的传播速度通常比在液体和气体中快。

在 20 摄氏度的空气中，声音的传播速度约为 343 米每秒。

接下来谈谈声音的频率和波长。

频率指的是物体在单位时间内振动的次数，单位是赫兹（Hz）。

而波长则是声音在一个周期内传播的距离。

频率和波长之间存在着密切的关系，它们的乘积等于声音的传播速度。

人耳能够听到的声音频率范围大约在 20Hz 到 20000Hz 之间。

低于 20Hz 的声音称为次声波，高于 20000Hz 的声音称为超声波。

次声波和超声波在生活中也有广泛的应用，比如次声波可以用于地震监测，超声波可以用于医疗诊断和清洗。

声音的强度也是声学中的一个重要概念。

声音的强度用分贝（dB）来表示。

日常生活中的环境声音强度各不相同，安静的图书馆可能只有 30dB 左右，而繁忙的交通路口可能会达到 80dB 以上。

长期处于高强度的噪音环境中会对人的听力造成损害，因此，控制噪音是非常重要的。

在声学中，还有一个重要的概念是声波的反射、折射和衍射。

当声波遇到障碍物时，会发生反射。

《声学基础知识概述》一、引言声学是一门研究声波的产生、传播、接收和效应的科学。

从我们日常的言语交流到音乐演奏，从医学超声诊断到建筑声学设计，从水下声呐探测到航空航天领域的噪声控制，声学无处不在。

它不仅在科学研究中具有重要地位，也在工程技术、医学、艺术等领域发挥着关键作用。

本文将对声学基础知识进行全面的概述，包括基本概念、核心理论、发展历程、重要实践以及未来趋势。

二、声学的基本概念1. 声波的定义与性质声波是一种机械波，是由物体的振动产生的。

它通过介质（如空气、水、固体等）传播，引起介质分子的振动。

声波具有以下主要性质：（1）频率：指声波每秒振动的次数，单位为赫兹（Hz）。

人耳能够听到的声音频率范围大约在 20Hz 到 20kHz 之间。

（2）波长：指声波在一个周期内传播的距离。

波长与频率和波速之间的关系为：波长=波速/频率。

（3）波速：声波在不同介质中的传播速度不同。

在空气中，声速约为 343 米/秒；在水中，声速约为 1480 米/秒；在固体中，声速则更高。

（4）振幅：表示声波的强度，即介质分子振动的幅度。

振幅越大，声音越响亮。

2. 声音的三要素声音的三要素是音调、响度和音色。

（1）音调：由声音的频率决定，频率越高，音调越高。

例如，女高音的音调比男低音高。

（2）响度：与声音的振幅和距离有关，振幅越大、距离越近，响度越大。

通常用分贝（dB）来表示声音的响度。

（3）音色：也称为音品，是由声音的波形决定的。

不同的发声体发出的声音具有不同的音色，这使得我们能够区分不同的乐器和人的声音。

3. 噪声与乐音噪声是指那些杂乱无章、令人厌烦的声音。

噪声的来源广泛，如交通噪声、工业噪声、建筑施工噪声等。

噪声对人的身心健康会产生不良影响，如引起听力损伤、心理压力等。

乐音则是有规律、悦耳动听的声音，如音乐演奏中的声音。

三、声学的核心理论1. 波动方程波动方程是描述声波传播的基本方程。

对于一维情况，波动方程可以表示为：$\frac{\partial^{2}u}{\partialt^{2}}=c^{2}\frac{\partial^{2}u}{\partial x^{2}}$ 其中，$u$表示介质的位移，$t$表示时间，$x$表示空间坐标，$c$表示波速。

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;。

第一讲声学基本知识简介§1.1声学的范围§1.2声音的本质§1.3声波的传播§1.4声波的衰减§1.5声音强弱的度量声学的范围可听声次声超声可听声频率范围：生命科学、艺术科学、工程技术、数理科学20Hz ≤f ≤20000Hz涉及的一级学科：声学分支：电声学、噪声学、音乐声学、语言声学、建筑声学、心理声学、生理声学、生物声学应用领域：机械工程、建筑工程、表演艺术、语言艺术、环境工程、医学、生物学、心理学、生理学、电机工程等次声频率范围：地球科学、数理科学、工程技术涉及的一级学科：声学分支：地声学、大气声学、海洋声学应用领域：海洋、地球气候的预测与预报，如地震、海啸、海浪、台风、龙卷风等f ≤20Hz超声频率范围：地球科学、生命科学、数理科学、工程技术f ≥20000Hz涉及的一级学科：声学分支：海洋声学、物理声学、量子声学、分子声学、超声学、等离子体声学应用领域：海洋气候的预测与预报，海底地貌的探测，机械工程，化学工程，化学，计算机，通讯，生物学，医学，农业工程等声学音乐超声工程分子声学量子声学物理声学建筑声学音乐声学语言声学心理声学生理声学生物声学大气声学电声学噪声学地声学水声学等离子体声学等离子体物理海洋学大气科学工程技术理论物理地球物理数理科学地球科学生命科学艺术化学工程电机工程机械工程视觉艺术凝聚态物理建筑学语言学心理学生理学医学图1-1 声学各主要分支与一些基础领域的联系声音的本质声音是什么描述声波的基本要素波阵面声音是什么声音的原始定义：人耳所能听到的声音的产生：声源(振动着的物体)传声介质(如空气)+声源的振动传声介质的波动(介质密度的疏、密变化)振动能量由近及远的传播(物质本身不传递，物质粒子只在其平衡位臵附近很小范围内来回振动，并不向前运动)声音：振动能量在介质中的传播，是一种机械波．在空气中，声音是一种弹性纵波．在固体中可以存在横波形式的弹性波，广义上讲也属于声波．按振动方向与波传播方向是一致的还是相互垂直的，波分为纵波和横波．图1-2 声波在大气介质中产生的稠密稀疏及其正弦波图示描述声波的基本要素描述包括声波在内的任何一种波的基本要素是其频率、振幅和波形．对于声波来说还有声速和波长．频率：单位时间内波的振动次数，常用f表示．单位为赫兹(简称赫，Hz)其倒数就是振动一次所需时间，称为周期(T)，单位为秒(s)．一般在频率很低的次声波中多愿用周期而不用频率．振幅：振幅是指振动着的某个物理量(如密度r、声压p、粒子运动速度v等)偏离其平衡值的最大量值，单位自然就是这个物理量本身的单位．波形：波的具体形状．正(余)弦波只对应于一个频率(单频波或纯音)，实际声音的波形复杂得多，包含着许许多多(甚至是无限多)个频率，对应于各个频率的波称为谐波或分音．将分音按频率顺序排列起来的图形称频谱，是表示波形的重要方法．频谱主要有分立谱(由单个分开的线组成)和连续谱(由联成一片的连续图形组成)．任何一个波形都可被分解为许多个正弦波之和，这就是极为有用的傅里叶分析．实际上这里隐含着波的一个重要属性，即所谓波的叠加性：若干个同类型的波的作用可以相加，即总的波是各个分波的矢量和(即相加时不仅考虑振幅还须考虑位相)，而各个分波并不相互影响，分开后仍保持各自的性质不变．叠加原理只对小振幅的线性波成立，对于大振幅的非线波就不再成立了．声速：单位时间内声波在一特定介质中传播距离，常用c 表示，单位为米/秒(m/s)．这是描述声波的另一重要物理量．声速取决于传声介质的特性，主要是密度和弹性系数．由于这两个量，特别在气体中，又依赖于温度和压力，所以声速也与这两个量有关．对于理想气体有()()21210M RT P c γr γ==其中γ为比热容比(定压比热容cp ／定容比热容cV)、P为无声波时的气体静压力、r为其密度、R为摩尔气体常数、M为摩尔质量、T为热力学温度．由此可见，对于一定气体，声速与热力学温度的平方根成正比．对于空气，c随温度t的变化可采用下列近似公式tc61.045.331+≈波长：声波中两个相邻“同相点”(即位相相差3600的两点)之间的距离，常用l表示，单位为米(m)．这是描述声波的又一重要物理量．fc=l波阵面声波在空间中传播时，其位相相同(为叙述简单起见，以后将位相相差3600整数倍的均称为“同相”，而将相差1800奇数倍的均称为“反相”)的各点某一时刻形成一定的曲面，这一曲面称为波阵面，其中最前面的一个波振面称为波前．按波阵面形状之不同，波通常可分为三种主要形式，平面波、柱面波和球面波．平面波平面波中的扰动只在一个方Array向上传播，即在垂直于传播方向的任一平面上任一给定时刻的扰动状态处处相同，也就是说，用一个空间变量加上时间变量就可以描述这种波，因此平面波是一维波．图1-3 平面波柱面波则要用两个空间变量来描述，即其扰动状态的分布对垂直于柱轴的各个平面来说都是一样的，因此柱面波是二维波．柱面波球面波则必须用三个空间变量来描述，因此是三维波．柱面波严格来说，平面波应是无头无尽的，而球面波应是由点源所发出，柱面波是由径向振动的线源发出．但实际上，在自由空间中距任何声源足够远的地方其所发的波都可看成是球面波，而在一相对小的范围内又可看成是平面波．图1-4 柱面波图1-5 球面波声波的传播反射和折射全内反射&侧面波多普勒效应散射和衍射反射和折射当声波遇到两种不同介质的分界面时，由于声速发生突然变化，声波的传播路径也要发生突变．这时波的一部分返回原来介质而产生反射，另一部分进入第二介质中而产生折射，从另一种意义上讲也叫透射． 图1-6 声波在在分界面上的反射与折射 θi θrφ反射线入射线 c 1 c 2 折射线 φθθθsin sin 21c c i ri ==只要存在声速的突变面就会发生声波的反射和折射，而与这种突变面是如何产生的无关．如果是同一种介质，但在两部分之间存在相对运动，以致其中的有效声速存在差异，那么类似的情况也会发生，即在这两部分的分界面上同样会发生反射和折射．所以当计入介质的运动时，折射定律就被修正为：2211sin sin v c v c i +=+φθ反射和折射分别服从适用于一切形式的波的反射定律和折射定律，即全内反射&侧面波若c 2>c 1，则φ>θi ，即折射线比入射线更偏离法线，若c 2<c 1，则情况相反．当c 2＞c 1时，连续改变入射角θi ，会使折射角φ愈来愈大，最后达到900，即折射线就与分界面平行了，这时就没有声线进入第二介质．当θi 再增大时，声线就全部反射回原来介质．这种现象就叫“全(内)反射”．而相应于φ＝900的入射角称为临界入射角θic ，由折射定律立即可得：21arcsin c c ic =θ全内反射侧面波当球面声波从分界面声速较小的一侧入射到声速较大的一侧时，会发生一种有趣的特异现象．这时除了通常的反射波和折射波以外，还会产生一种特殊的、被称为“侧面波”的波．一个对于包括声波在内的所有波动都适用的、著名的费马(Fermat)原理：波总是沿着“波程”为极小值的路径传播，简单地说，波总是沿着所需时间为最短的路径传播．反射、折射定律以及介质性质连续变化时的声线路径都遵循费马原理．球面波的反射如图1-7所示．图1-7 球面波在反射时形成侧面波O ＇c 1直射波阵面侧面波阵面反射波阵面折射波阵面 c 2>c 1BA C OP φ0φ φ0 φφ φ0散射和衍射以上所讨论的声波在界面上的反射和折射应该说是一种比较狭义的情形．更普遍地说，当声波在其传播路径上碰到任何障碍物时，其一部分就要偏离其原来路径而产生“散射”．这时应按障碍物尺寸与声波波长的相对大小而区别开三种情况：第三种是中间情形，即障碍物大小与波长可相比拟，这时产生各种奇妙的干涉现象．一种是障碍物比波长大得多(这种对光波极为常见的情况对声波却很少见)，“散射波”的一半从散射体沿所有方向或多或少均匀地散开，这就是通常的(漫)反射，而另一半则集中到障碍物后面，就像是与障碍物后面未受干扰的原入射波发生相消干涉而在那儿产生一边缘清晰的影区．第二种情况是障碍物比波长小得多(对声波为常见情况)，这时所有散射波向所有方向传播开去而不存在清晰的影区．多普勒效应多普勒效应与声源存在相对运动的观察者所接收的声音频率与声源原有频率不同．介质和观察者均为静止，而频率为f 的声源以速度v s 向着观察者运动(这正是上述火车的情形)，则观察者测得的声波频率为()[]f v c c f s -='频率变化(称为多普勒频移)()[]0'>-=-=∆f v c v f f f s s 介质静止、波源不动，而观察者以匀速v 0向着声源运动，这时的频移()00>=∆f c v f 如观察者背着声源“背道而驰”，则因v 0<0，所以∆f 亦小于0．最普遍的情况是介质、声源、观察者三者部分别以速度v M 、v s 、v 0运动着，则()()[]f v v c v v f s M s -++=∆0如果v s 和v 0不在一个方向，则以上各式中的v s 和v 0应分别理解为声源和观察者速度在两者连线上的投影．声波的衰减几何衰减经典吸收分子弛豫吸收吸收衰减声波在空间中自然不可能无休止地传播下去，而是要随着时间和距离的推移逐渐消失，这种现象叫衰减．但能量是“不灭”的，那么声波这种能量到底“消失”到哪里去了呢?这里应区别开两种情况：一是声波由于其本身原因而减弱其强度或偏离开原来路径，但声波本身仍然存在，这种由几何原因造成的衰减称为“几何衰减”；二是声波能量转化为其他形式的能量(主要是热)，这时称声波被介质“吸收”了，即所谓“吸收衰减”．几何衰减平面波只是一种理想情况，实际上绝大部分声源发出的波都可看成是球面波，即声能是均匀分布在球面上的，随着传播距离r的不断延伸，球的表面积按r的平方迅速扩展，但在每一瞬间所对应的每一球面波阵面上的能量是恒定的，因此分布在单位面积上的声能必须也按r2减小，从而导致声强的衰减，这就是由于声波波阵面本身几何形状而引起的“球面衰减”．仅在理想的“均匀”介质中声线才能是直线，而实际介质几乎都是不均匀的，这样就导致了声线的弯曲，而不能或不能全部到达预定目标，这种由于介质的“宏观”不均匀性使声波反射和折射以致改变其传播路径的情况也是一种“几何衰减”．另外，介质“微观”不均匀性产生的散射也导致声能的分散，同样是一种“几何衰减”．经典吸收几何衰减不涉及能量的转换．另一方面，声在实际介质中传播时还会不断地转变为热，也就是说要被介质吸收而引起声衰减．声吸收主要有三个方面．当声波通过介质时，使介质粒子之间产生相对运动．而实际流体介质均有粘性，并且有两种：一种是由质点间的“内摩擦”形成的切变粘性；一种是当体积即密度随时间剧烈变化时出现的容变粘性或第二粘性．经典吸收的另一部分由介质的导热性引起．声波传播过程基本上是绝热的，介质中因声波通过而受到压缩的稠密区温度升高，反之，受到膨胀的稀疏区则温度降低，因而在交替出现的稠密和稀疏之间形成温度梯度而引起热传导．这个不可逆过程就导致了声能的耗散．经典吸声系数(斯托克斯—基尔霍夫公式)⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛++⎪⎭⎫ ⎝⎛+=P V c c c 113422κζηr ωα重要结论即声吸收与频率的平方成正比．还应指出，α的量纲为长度的倒数，亦即表示每单位长度的损耗量，这就解释了一个声源发出的声音在较远距离处原来包含的高频成分衰减得比低频成分多，因而听起来变“钝”了．分子弛豫吸收多原子分子存在着三个运动自由度：平动、转动和振动，第一个属于外自由度，后两个为内自由度．当介质未受干扰时，其分子的内、外自由度能量分配处于平衡状态，当声波通过时，这种平街状态随之发生变化，从而导致内、外自由度能量的重新分配，并向一个新的平衡状态过渡，这就需要一定的时间．这一过程称为弛豫过程，建立新平衡状态所需要的时间称为弛豫时间t．建立平衡的过程是不可逆过程，因而伴随着熵量的增长，即导致有规的声能向无规的热能转化，亦即声波的弛豫吸收，这种吸收必须由第二粘性系数ζ决定，而在过程的弛豫时间长时ζ的值就很大．在这里可以回过头来说明一下：在弛豫时间短时，ζ与η和κ的量值是差不多大的．耗散过程的强度以及与之相伴随的物理量ζ必然依赖于压缩—膨胀过程的速度和膨胀时间，因而ζ不仅是表征介质的一个参量，还依赖于声波频率．并且通常把ζ对频率的依赖关系称为“频散”．频散也表现为声速对频率的依赖关系，而之所以得名也正因为声速因频率之不同而异，所以不同频率的声音通过一段距离后就“分散”开来了．弛豫吸收的定量表示及其对频率的依赖关系比经典吸收复杂得多．一般说来，在低频时(ωt<<1)大致与频率平方成正比(这一点基本上与经典吸收一致)，当频率上升到使得ωt≈1时，吸收达到极大值，这是因为这时最有利于内、外自由度能量的交换．此后吸收开始下降，直到高频(ωt>>1)时基本上与频率无关．声音强弱的度量声压声强声功率分贝/级声压声压——由于声波引起的介质压力的变化量，用p 表示，单位为帕(Pa)．声强根据能量守恒定律，要使一物体改变状态必须对它做功，即运动物体要从使其运动的物体那里获得能量．所以，声波传播时，因后部介质的运动是由前部介质引起的，所以在此过程中必然有能量从前部介质传递到后部介质．声强既有大小，又有方向，是矢量．在指定方向上单位时间内通过与此方向垂直的单位面积的声能量称为声波在该方向上的声强，用I 表示，单位为瓦/平方米(W/m 2)．声功率声功率——声源在单位时间内辐射的总功率，用W 表示，单位为瓦(W )．分贝/级若用线性表度声压大小，所得数据巨大，应用很不方便；人耳对声音强弱的感觉与实际声压p 不成线性关系，近似成对数关系；若用对数表示声压，则巨大数字相对变小，且接近于人耳对声音的感觉．1大气压=1.013×105Pa听阈——2×10-5Pa ，约为一个大气压的1/5000000000痛阈——2×101Pa ，约为一个大气压的1/5000听阈和痛阈在数量级上为1:100万为参考声功率，声功率级为参考声强，声强级为参考声压，声压级W 10lg 20 m /W 10lg 10 Pa 102lg 20 122125---====⨯==ref refref ref ref ref W W W SWL I I I SIL p p p SPL日常生活中常见声音的大小正常人耳所能听到的最弱声2×10-5Pa，f=1000Hz 0 dB 普通说话声2×10-2Pa 60 dB 公共汽车内2×10-1Pa 80 dB 织布车间内2×100Pa 100 dB 柴油机、钢铁厂2×101Pa 120 dB 喷气式飞机起飞2×102Pa 140 dB。

声学基本知识一、声音的基本性质声音来源于振动的物体。

辐射声音的振动物体称为“声源”。

声源要在弹性介质中发声并向外传播。

声波是纵波。

(1)人耳所能听到的声波的频率范围为20~20000Hz，称为可听声。

低于20Hz的声音称为次声;高于20000Hz的声音称为超声。

次声与超声不能使人产生声音的感觉。

(2)室温下空气中的声速为340m/s.声速c，波长λ和频率f有如下关系：频率为100～10000Hz的声音的波长为3.4～0.034m.这个波长范围与建筑物室内构件的尺度相当，在室内声学中，对这一频段的声波尤为重视。

-f2.每一频带以其中心频率fc标度，.建筑声学设计和测量中常用的有倍频带和1/3倍频带;在倍频带分析中，上限频率是下限频率的两倍，即fl=2f2;在1/3倍频带分析中，在可听声范围内，倍频带及1/3倍频带的划分及其中心频率如表3—l所示。

表中第一行为1/3倍频带中心频率，第二行为倍频带中心频率。

(4)波阵面与声线声波从声源出发，在同一介质中按一定方向传播，声波在同一时刻所到达的各点的包络面称为波阵面。

声线表示声波的传播方向和途径。

在各向同性的介质中，声线是直线且与波阵面垂直。

依据波阵面形状的不同，将声波划分为：1)平面波——波阵面为平面，由面声源发出;2)柱面波——波阵面为同轴柱面，由线声源发出;3)球面波——波阵面为球面，由点声源发出。

一个声源是否可以被看成是点声源，取决于声源的尺度与所讨论声波波长的相对尺度。

当声源的尺度比它所辐射的声波波长小得多时，可看成是点声源。

所以往往一个尺度较大的声源在低频时可按点声源考虑，而在中高频则不可以。

(5)声绕射声波在传播过程中，遇到小孔或障板时，不再沿直线传播，而是在小孔处产生新的波形或绕到障板背后而改变原来的传播方向，在障板背后继续传播。

这种现象称为绕射，或衍射。

(6)声反射声波在传播过程中，当介质的特性阻抗发生变化时，会发生反射。

从几何声学角度，可更直观地解释为，声波在传播过程中遇到尺寸比声波波长大得多的障板时，声波将被反射。

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。

以下是由店铺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”。

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。