第二章声波的基本性质

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引言：《fundamentals of acoustics中文版》是一本介绍声学基础知识的重要书籍。

本文将一步一步回答关于这本书的相关问题，帮助读者更好地了解声学的基础知识。

第一步：导论（Introduction）《fundamentals of acoustics中文版》的导论部分主要介绍了声学研究的背景和应用，以及声学的基本概念和研究方法。

声学是研究声音的传播、产生、接收和效果的学科，它涉及到物理学、工程学、心理学、计算机科学等多个学科的知识与方法。

第二步：声波的基本性质（Basic properties of sound waves）声波是一种机械波，通过物质传播的机械振动。

声波的主要性质包括频率、振幅、波长和速度。

频率是声波振动的频率，单位是赫兹；振幅是声波的强度，通常用分贝表示；波长是声波在介质中传播一个完整周期所需的距离，单位是米；速度是声波在介质中传播的速度，通常与介质的密度和刚度有关。

第三步：声学传感器（Acoustic sensors）声学传感器是一种用于测量和检测声波的设备。

常见的声学传感器包括麦克风、声纳和超声波传感器。

它们可以将声波转化为电信号或其他形式的信号，以便进一步处理和分析。

第四步：声音的感知和人类听觉（Perception of sound and human hearing）声音的感知是指人类对声波的接受和理解过程。

人类听觉是一种非常复杂的生理和心理过程，涉及到外耳、中耳、内耳和大脑的多个部分。

人类能够感知不同频率和振幅的声音，并且对声音的方向和位置有一定的判断能力。

第五步：声音的传播（Propagation of sound）声音通过振动的介质传播，主要通过压缩和稀疏的机制来传播。

声音传播的常见现象包括衍射、折射、干涉和多次反射。

声音的传播速度取决于介质的特性，例如空气中声速约为343米/秒。

第一章绪论噪声的定义与分类第二章声波基本性质及传播规律概念声阻抗率:频率：一秒钟内媒质质点振动的次数，单位为赫兹(Hz)。

波长：声波两个相邻密部或两个相邻疏部之间的距离叫做波长，或者说声源每振动一次，声波的传播距离声速：振动在媒质中传播的速度。

瞬时声压：某一瞬间的声压。

有效声压（pe）：在一定时间间隔中将瞬时声压对时间求方均根值即得有效声压。

声强:在声传播方向上单位时间内垂直通过单位面积的声能量，称为声音的强度，简称为声强，单位是瓦每平方米。

声功率:声源在单位时间内辐射的总能量，单位是瓦。

声密度：声场中单位体积媒质所含有的声能量。

波阵面:是指空间同一时刻相位相同的各点的轨迹曲面。

根据波振面的形状可将声波分为不同的类型。

声线：常称为声射线，就是子声源发出的代表能量传播方向的直线，在各向同性的媒质中，声线就是代表波的传播方向且处处与波阵面垂直的直线。

波前：声波传播时处于最前沿的波阵面称为波前。

衍射：在声波传播过程中，遇到的障碍物或孔洞时，如果声波的波长比障碍物尺寸大得多，声波会绕过障碍物而使传播方向改变，这种现象称为声波的衍射。

散射：在声波传播过程中，遇到的障碍物表面较粗糙或者障碍物的大小与波长差不多，则当声波入射时，就产生各个方向的反射，这种现象称为散射。

简谐振动：（①物体在受到大小跟位移成正比，而方向恒相反的合外力作用下的运动，叫做简谐振动。

②物体的运动参量，随时间按正弦或余弦规律变化的振动，叫做简谐振动）简谐波：（简谐振动在空间传递时形成的波动即为简谐波，其波函数为正弦或余弦函数形式。

）声场：（声场是指传播声波的空间。

按声场的性质可以将声场分为：自由声场；扩散声场；半自由声场）自由声场：我们把可以忽略边界影响，由各向同性的均匀介质形成的声场称为自由声场，如消声室扩散声场（混响声场）：如果室内（某一块区域）各处的声压级几乎相等，声能密度也处处相等，那么这样的声场就叫做扩散声场（混响声场）。

半自由声场：在宽阔的广场上空，或者室内有一个面是全反射面，其余各面都是全吸声面，这样的空间称半自由声场声偶极子：幅值相同，相位相反，且靠近的两个点生源声源的指向性：声源发出的声波，在各个方向上的声压分布并不一定相同，这种随方向分布的不均匀性，称为声源的指向性。

物理污染控制—环境声学部分习题第二章声波的基本性质及其传播规律习题4 试问在夏天40℃时空气中的声速比冬天0℃时快多少在这两种温度情况下1000Hz声波的波长分别是多少解：依据公式：c =+和公式λ=c/f0℃时c=, λ=1000=0.33145m40℃时c=+×40=, λ=0.35585m故夏天40℃时空气中的声速比冬天0℃时快24.4m/s,波长分别是0.35585m 和0.33145m6 在空气中离点声源2m距离处测得声压p=，求此处的声强I、质点振速U、声能密度D和声源的声功率W各是多少解：依据公式：I=pe 2/ρc=×10-4 (W/m2)D= pe2/ρc2=×10-6(J/m3)W=I×S=I×4piR2=×10-2WU=Pe/ρc=415(PaS/m)=×10-3m/s10. 噪声的声压分别为、、、×10-5Pa，问它们的声压级各为多少分贝解：依公式Lp=20lg(p/p)P=2×10-5Pa, 分贝值分别为, , ,11. 三个声音各自在空间某点的声压级为70dB、75dB和65dB，求该点的总声压级。

解：由分贝相加曲线有： 65分贝+70分贝=70+=+75分贝=75+=分贝,故该点的总声压级为。

12. 在车间内测量某机器的噪声,在机器运转时测得声压级为87dB，该机器停止运转时的背景噪声为79dB，求被测机器的噪声级。

解：由分贝相减曲线有,87分贝-79分贝==分贝,被测机器噪声级为分贝习题13频率为500Hz的声波,在空气中、水中和钢中的波长分别为多少（已知空气中的声速是340m/s;水中是1483m/s,钢中是6100m/s）解： 由公式C fl =则在空气中，λ=340/500= 在水中，λ=1483/500= 在钢中，λ=6100/500=第三章 噪声的评价和标准 习题1.某噪声各倍频谱如下表所示,请根据计算响度的斯蒂文斯法,计算此噪声的响度级.解:查表得对应的响度指数如下表:S ≈14sone, L N =40+10log 2N ≈802.某发电机房工人一个工作日暴露于A 声级92dB 噪声中4小时,98dB 噪声中24分钟,其余时间均在噪声为75dB 的环境中.试求该工人一个工作日所受噪声的等效连续A 声级.解:方法1,依公式)(1Sm Si F Sm S i -•+=∑=48010lg108021∑•+=-nnn eq T L各段中心声级和暴露时间,minn 为中心声级的段号数,Tn 为第n 段中心声级在一个工作日内所累积的暴露时间,min;92dB 噪声所对应的段号数为3, 98dB 噪声所对应段号为5, 75dB 的噪声可以不予考虑.故L eq =80+10×lg((10(3-1)/2×240 + 10(5-1)/2×24)/480)=90dB方法2, 依公式Leq=10lg{(4×60×+24×+216×/480}=75+10lg{(240×+24×+216×)/480}=75+=3.为考核某车间内8小时的等效A 声级.8小时中按等时间间隔测量车间内噪声的A 计权声级, 共测得96个数据.经统计,A 声级在85dB 段(包括83-87dB)的共12次,在90dB 段(包括88-92dB)的共12次,在95dB 段(包括93-97dB)的共48次,在100dB 段(包括98-102dB)的共24次.试求该车间的等效连续A 声级.解:依公式0.11110lg(10)AiNL eq i L N==åL eq =10lg(12÷96×+12÷96×+48÷96×+24÷96×=85+=4.某一工作人员环境于噪声93dB 计3小时,90dB 计4小时,85dB 计1小时, 试求其噪声暴露率,是否符合现有工厂企业噪声卫生标准)10/1lg(1011.0∑=•=ni Li eq N L )10/1lg(1011.0∑=•=ni Li eq N L解:依公式,暴露Li 声级的时数为Ci,Li 允许暴露时数为Ti.《工业企业噪声控制设计规范》车间内部容许噪声级(A 计权声级)D=3/4+4/8=>1答:其噪声暴露率为,不符合现有工厂企业噪声卫生标准. 5.交通噪声引起人们的烦恼,决定于噪声的哪些因素答:噪声污染级公式可以看出交通噪声引起人们的烦恼是哪些因素所决定的σ是规定时间内噪声瞬时声级的标准偏差; 第一项反映的是干扰噪声的能量,第二项取决于噪声事件的持续时间,起伏大的噪声K σ也大,也更引起人的烦恼。

声波的基础特性与应用声波是一种机械波，是由物质的震动传播而产生的波动现象。

声波在空气、水、固体等介质中传播，是人类日常生活中不可或缺的一部分。

本文将介绍声波的基础特性以及其在各个领域中的应用。

### 声波的基础特性声波是一种纵波，其传播方向与振动方向一致。

声波的传播速度取决于介质的性质，一般在空气中的传播速度约为343米/秒。

声波的频率决定了声音的音调，频率越高，音调越高。

而声波的振幅则决定了声音的大小，振幅越大，声音越响亮。

声波的传播遵循波动方程，可以用以下公式表示：$$v = f \times \lambda$$其中，$v$表示声波的传播速度，$f$表示声波的频率，$\lambda$表示声波的波长。

声波的波长与频率成反比关系，频率越高，波长越短。

### 声波在医学领域的应用在医学领域，声波被广泛应用于超声波检查和超声波治疗。

超声波检查利用声波在人体组织中的传播特性，通过探头发射声波并接收回波来获取人体内部器官的影像，用于诊断疾病。

超声波治疗则利用声波的机械作用，对人体组织进行治疗，如碎石治疗、肿瘤消融等。

### 声波在通信领域的应用在通信领域，声波被应用于声纹识别技术。

声纹识别是一种生物特征识别技术，通过分析个体的声音特征来进行身份识别。

声波在此过程中起到传输和识别信息的作用，具有较高的安全性和准确性。

### 声波在工业领域的应用在工业领域，声波被应用于无损检测技术。

超声波无损检测是利用声波在材料中传播的特性，通过检测声波的传播时间和回波强度来判断材料内部是否存在缺陷，如裂纹、气孔等。

这种技术可以帮助工程师及时发现材料缺陷，确保产品质量。

### 声波在生活中的应用除了以上领域，声波在生活中还有许多其他应用。

例如，声波在音响系统中的应用，使人们能够享受高品质的音乐和影视体验；声波在声纳系统中的应用，用于水下通信和探测；声波在声波清洗中的应用，可以去除物体表面的污垢等。

总的来说，声波作为一种重要的机械波，在各个领域都有着广泛的应用。

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 实际介质流体介质因具有不可压缩性，同时其粘滞系数较小，对剪切应力的传递能力有限，因此其中只能传播纵波。

第二章流体中声波的基本性质第二章流体中声波的基本性质¡流体中的波动方程, 平面波¡能量、声压级、边界条件¡声波垂直入射和斜入射两种流体界面¡非均匀波、声波垂直透过中间层¡矩形声波导¡柱面波，圆柱波导¡球面波、点声源¡偶极源、相控线阵声源¡活塞型声源的辐射特性¡活塞源轴线上的远近场临界距离§2-1 概述¡振动是如何在媒质中传播的？¡用哪些物理量描述流体中的声传播？¡流体中声传播满足什么规律？本章将重点讨论：声波传播的定性认识纵波的传播质点的振动方向与波的传播方向相同可以存在于流体和固体介质中。

声波传播的定性认识横波的传播质点的振动方向与波的传播方向垂直.一般来说，在固体介质中才存在横波。

弹性波存在的条件¡弹性媒质的存在是声波传播的必要条件™气体、流体和固体等介质都是连续弹性介质；™连续媒质：由无限多连续分布的物质点所组成的介质.™这里所谓质点只是宏观上是足够小、以至各部分物理特性可看作是均匀的一个小体积元, 在微观上却仍包含大量数目的分子.显然这样的质点(媒质微团) 既具有质量又具有弹性.¡弹性波波源(声源)§2-2 基本概念¡连续媒质¡声压¡密度¡理想流体等(描述流体中声传播的物理量和基本概念)描述声场(声波过程)的物理量¡连续媒质¡声压¡密度¡位移¡振速¡加速度¡…1. 连续媒质¡由无限多个连续分布的物质点所组成的介质.¡各质点之间相隔很近，以至于一个质点的运动必然影响相邻的质点，即认为媒质中各质点是连续分布的。

¡当然这里所谓质点只是宏观上是足够小、以至各部分物理特性可看作是均匀的一个小体积元, 实际上质点在微观上却仍包含大量数目的分子.¡这样的质点(媒质微团) 既具有质量又具有弹性.2．声压因为声传播过程中,在同一时刻,不同体积元内的压强P 都不同; 对同一体积元,其压强P 又随时间而变化;所以声压p (瞬时声压),一般是时间和空间的函数, 即设流体体积元受声扰动后压强由P 0改变为P ,则由声扰动产生的逾量压强(简称逾压)就称为声压.声场: 存在声压的空间称为声场P P p −=),,,(t z y x p p =3．密度的变化量类似地，由声扰动引起的密度的变化量'ρρρ−=也是空间和时间的函数,即()t z y x ,,,''ρρ=也可以用来描述波动过程.4．质点(小体元）的振动速度既然声波是媒质质点振动的传播, 那么媒质质点的振动速度自然也是描述声波的合适的物理量之一。

大学声学知识点总结一、声波的基本特性1. 声波的定义和特点声波是由物体振动产生的机械波，可以在各种介质中传播。

声波的传播受介质的性质影响，可以是固体、液体或气体。

2. 声波的频率和波长声波的频率是指声波振动的次数，通常以赫兹（Hz）为单位。

声波的波长是声波在介质中传播一个完整波周期所需要的距离。

3. 声波的速度声波在不同介质中的传播速度不同，一般情况下在空气中的速度约为343米/秒。

声波的速度与介质的物理性质有关。

4. 声波的幅度和声压声波的幅度影响声音的大小，通常以分贝（dB）为单位来表示。

声波的声压是声波引起的气体压力变化，通常以帕斯卡（Pa）为单位。

二、声音的传播1. 声音的传播方式声音可以通过空气、水或固体传播，传播方式主要有远场传播和近场传播两种。

2. 声音的传播路径声音传播的路径包括直接传播、反射传播和绕射传播。

在不同环境中，声音的传播路径会发生改变。

3. 驻足波和行波声音传播时会形成驻足波和行波，行波是指声波的传播波动过程，而驻足波是指声波在固定位置上形成的波动。

三、声学原理1. 声源和声响声音产生的物体称为声源，声音在空间中的传播形成声响。

声源和声响的关系影响了声音的传播和接收。

2. 声音的特性声音具有频率、强度、音色和音高等特性，这些特性影响了声音的识别和分析。

3. 振动和声波声音是由物体的振动产生的声波，振动和声波的频率和幅度对声音的质量和响度有影响。

四、声音的接收和分析1. 声音接收器件常见的声音接收器件包括麦克风、声纳和耳朵等，它们可以将声音转换成电信号或神经信号。

2. 声学信号处理声学信号处理是将声音信号进行采集、分析和处理的过程，包括信号的滤波、压缩、识别和定位等操作。

3. 声学信息识别声音的频率、强度和音色等特性可以帮助人们识别声音的来源和含义，如语音识别和环境声音识别等。

五、声学应用1. 声学测量和监测声学可以用于测量和监测环境中的声音和振动，包括噪声、震动和声场等参数的检测。