[工程科技]声学基础

《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。

声学基础资料波长声波振动一次所传播的距离，用声波的速度除以声波的频率就可以计算出该频率声波的波长，声波的波长范围为17米至1．7厘米，在室内声学中，波长的计算对于声场的分析有着十分重要的意义，要充分重视波长的作用。

例如只有障碍物在尺寸大于一个声波波长的情况下，声波才会正常反射，否则绕射、散射等现象加重，声影区域变小，声学特性截然不同；再比如大于2倍波长的声场称为远场，小于2倍波长的声场称为近场，远场和近场的声场分布和声音传播规律存在很大的差异;此外在较小尺寸的房间内(与波长相比)，低音无法良好再现，这是因为低音的波长较长的缘故，故在一般家庭中，如果听音室容积不足够大，低音效果很难达到理想状态。

很多现场调音师都没有理会到音频与波长的关系，其实这是很重要的：音频及波长与声音的速度是有直接的关系。

在海拔空气压力下，21摄氏温度时，声音速度为344m／s，而我接触国内的调音师，他们常用的声音速度是34Om／s，这个是在15摄氏度的温度时声音的速度，但大家最主要记得就是声音的速度会随着空气温度及空气压力而改变的，温度越低，空气里的分子密度就会增高，所以声音的速度就会下降，而如果在高海拔的地方做现场音响，因为空气压力减少，空气内的分子变得稀少，声音速度就会增加。

音频及波长与声音的关系是：波长=声音速度／频率；λ=v／f，如果假定音速是344 m／s时，100Hz的音频的波长就是3．44 m，1000hz(即lkHz)的波长就是34．4 cm，而一个20kHz的音频波长为1．7cm。

动态范围音响设备的最大声压级与可辨最小声压级之差。

设备的最大声压级受信号失真、过热或损坏等因素限制，故为系统所能发出的最大不失真声音。

声压级的下限取决于环境噪声、热噪声、电噪声等背景条件，故为可以听到的最小声音。

动态范围越大，强声音信号就越不会发生过荷失真，就可以保证强声音有足够的震撼力，表现雷电交加等大幅度强烈变化的声音效果时能益发逼真，与此同时，弱信号声音也不会被各种噪声淹没，使纤弱的细节表现得淋漓尽致。

声学基础讲义1 声学基础声学基础讲义讲义讲义贺志坚教学内容教学内容：：声音的概念和特性；声音的构成与作用；声音的传播规律以及人耳的听觉特征。

通过本章节的学习使学生掌握声音现象的物理性质以及人耳听觉的主观感觉等方面的规律特点。

教学重点、难点：声音的构成声音的构成、、传播过程和方式以及人耳听觉的主观感受传播过程和方式以及人耳听觉的主观感受。

声音的物理学知识与应用声音的物理学知识与应用。

教学准备：声音的基础知识声学是一门具有广泛应用性的学科，涉及到人类生产、生活及社会活动的各个方面；同时声学又是一门具有很强交叉渗透性的学科，与各种新学科、新技术相互作用，相互促进，我从科学、技术与艺术等几个方面，介绍一些声学的基础知识和最新进展。

一、声学的基本概念声和音讲到声学，当然首先就要讲什么是声音。

所谓声，实际上有双重的含义，我们一般地理解，人的耳朵能够感觉到的声波的作用就称之为声，这么说大家都懂；但是从物理上讲，声是指在任何的弹性介质中传播的扰动，是一种机械波，从这个概念上来讲，声的范畴就很广。

什么叫扰动呢？扰动是说在空气、固体或液体中的一个密度的、或者是压力的、或者是速度的一个小的变化，这个变化在这种弹性体里面就会传播出去，是能量传播出去，弹性物质本身并不传播，这么一个传递的能量就是声。

在这么一个声的概念上，只要在弹性介质中有一个不稳定，就会产生声，所以声学研究的范畴相当的宽。

经常和声相连的一个字叫音，我们中国人讲声音声音，什么是音呢？音的定义是能够引起有声调的感觉的这么一种声，讲通俗一点，就是有意义的声。

我在讲话时发出的这个声，你的耳朵听到以后，能够体会到有某一种含义在里面，或者是感觉到了某种意思，这个就是音。

我国古代对声和音的关系已经有很好的认识和定义，老子就经常讲到声和音的关系，如“音声相和，前后相随”，“大音希声，大象无形，大器晚成”等等，这几句连着讲，意思就比较清楚了，所谓“大音希声”讲的通俗一点就是说有理不在言高，只要你道理能够说清，并不在于你的声波能量大小，这里的声就是物理的声了，而音就是说话里面的含义。