声学基础知识
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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。
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。
声学基础知识声音,作为我们日常生活中最常接触到的感知,是一种形式的机械波,它通过物质的震动传播而产生。
声学是研究声音产生、传播和听觉效应等相关现象的学科。
本文将介绍声学的基础知识,包括声音的特性、声波的传播与衰减、和人类的听觉系统。
一、声音的特性声音有几个重要的特性,包括音调、音量和音色。
音调是指声音的高低,由声源的频率决定。
频率越高,音调越高;频率越低,音调越低。
音量是指声音的强弱,由声源振幅的大小决定。
振幅越大,音量越大;振幅越小,音量越小。
音色是指具有独特质感的声音特征,由声音的谐波成分和声源的包络形状决定。
不同的乐器演奏同一个音高,因为其谐波成分和包络形状不同,所以会有不同的音色。
二、声波的传播与衰减声波是指由声源振动产生的压力波。
声波传播时,需要介质作为传播介质,常见的介质包括空气、水、固体等。
在传播过程中,声波会经历衍射、反射、折射等现象。
衍射是指声波遇到障碍物时沿着障碍物的边缘传播,使声音能够绕过障碍物。
反射是指声波遇到障碍物后从障碍物上反弹回来,产生回声。
折射是指声波在介质之间传播时由于介质密度不同而改变传播方向。
声波在传播过程中会逐渐衰减,衰减的程度取决于声音传播的距离、传播介质的特性以及环境条件等。
一般来说,声音传播的距离越远,声波能量的衰减越大;传播介质的特性也会影响声波的衰减,固体传播声波的衰减相对较小,而空气和水传播声波的衰减相对较大。
环境条件如温度和湿度也会对声波的衰减产生一定影响。
三、人类的听觉系统人类的听觉系统是感知声音的重要器官。
它由外耳、中耳、内耳和大脑皮层等部分组成。
外耳包括耳廓和外耳道,它们的主要功能是接收和传导声音。
中耳包括鼓膜和听小骨(锤骨、砧骨和镫骨),它们的主要功能是将声音的机械能转换为神经信号。
内耳包括耳蜗和前庭,耳蜗负责感知声音,前庭负责维持平衡。
大脑皮层负责处理和解读声音信号。
人类听觉系统对不同频率的声音有不同的感知范围。
一般来说,人类可以听到频率范围在20Hz到20kHz之间的声音。
声学基础知识解析声学,作为物理学的一个分支,研究了声音的产生、传播和感知。
声波是一种机械波,是由固体、液体和气体中的物质震动引起的。
声学的研究对于我们日常生活和科学研究中都具有重要的意义。
本文将对声学的基础知识进行解析。
一、声的产生声音的产生是由物体的振动引起的。
当物体振动时,周围的空气分子也会跟随振动,形成一个机械波,即声波。
声波的频率越低,音调就越低,频率越高,音调就越高。
二、声的传播声波是通过介质传播的,大部分情况下是通过空气传播。
当我们发出声音时,声波会向四面八方传播,当声波到达一个物体时,它会撞击物体的表面,使表面振动,并且使介质内的分子也发生振动。
这种振动会一直传播下去,直到遇到障碍物或者被吸收。
三、声的特性声音具有以下几个基本特性:1. 音量:也称为声音的强度,是指声音的大小。
音量与声波的振幅有关,振幅越大,音量就越大。
2. 频率:也称为音调,是指声音振动的快慢。
频率与声波的周期有关,周期越短,频率就越高,音调就越高。
3. 声音色彩:是指声音的质地或音质,不同的乐器和人的声音都有独特的音色。
音色由声波的谐波分量决定。
四、声的吸收与反射当声波遇到物体时,它会发生吸收和反射。
当声波被吸收时,会转化为其他形式的能量,导致声音变弱或消失。
当声波被物体表面反射时,它会沿着其他方向传播,形成回声。
五、应用领域声学的研究在很多领域都有重要的应用,以下是一些常见的应用领域:1. 音乐:声学研究有助于了解乐器的原理和声音产生的机制,帮助人们更好地演奏乐器和欣赏音乐。
2. 建筑与环境:声学研究在建筑和环境设计中发挥重要作用,可以帮助减少噪音污染,改善室内声学环境。
3. 通讯:声学研究在通讯技术中起着关键作用,例如手机和音频设备的设计。
4. 医学:声学在医学中的应用广泛,包括超声波成像、听力研究等。
结论声学作为物理学的一个分支,研究了声音的产生、传播和感知。
通过学习声学的基础知识,我们可以更好地理解声音的产生和传播原理,并且可以应用于音乐、建筑、通讯和医学等领域。
声学基础知识点总结1. 声波的产生声波是由振动的物体产生的,当物体振动时,会产生压缩和稀疏的波动,这些波动以一定速度在介质中传播,就形成了声波。
声波的产生需要具备两个条件:振动源和传播介质。
一般来说,声波的振动源可以是任何物体,包括人类的声带、乐器的琴弦、机器的发动机等,而传播介质主要是固体、液体和气体。
声波在不同的介质中传播速度不同,气体中的声速最慢,固体中的声速最快。
2. 声波的传播声波的传播包括两种方式:纵波和横波。
纵波是指波动方向与传播方向相同的波动,即介质中的分子以与波动方向相同的方式振动。
在气体和液体中,声波主要是纵波。
横波是指波动方向与传播方向垂直的波动,即介质中的分子以与波动方向垂直的方式振动。
在固体中,声波主要是横波。
3. 声波的特性声波具有一些特性,包括频率、振幅和波长。
频率是指单位时间内声波振动的次数,单位是赫兹(Hz),通常用来表示声音的高低音调。
振幅是指声波振动的幅度,通常用来表示声音的大小。
波长是指声波在介质中传播一个完整周期所需要的距离,与频率和传播速度有关。
4. 声音的产生声音是由声波在空气中传播而形成的,但在声音产生的过程中,还需要经过声带的振动、共鸣腔的放大和嘴唇、舌头等器官的调节。
声带位于声音道中部分,当呼吸进入声音道时,声带会振动产生声波,不同的振动频率会形成不同的音调。
共鸣腔是指声音道中的空腔部分,不同的共鸣腔大小和形状会影响声音的音色。
嘴唇、舌头等器官的调节会改变声音的音调和音色,从而产生不同的语音。
5. 声波的接受人类的听觉系统能够接受声波并将其转化为神经信号传递给大脑,从而形成对声音的感知。
耳朵是人类的听觉器官,主要包括外耳、中耳和内耳。
外耳是声音的接收器,能够接受来自外界的声波并将其传递给中耳。
中耳是声音的传导器,能够将声波转化为机械波并传递给内耳。
内耳是声音的感受器,能够将机械波转化为神经信号,并传递给大脑进行处理。
6. 声波的用途声波在日常生活中有着广泛的应用,包括声音通讯、声波测量、声波成像等方面。
第1篇一、引言声学作为一门研究声音的产生、传播、接收和效应的科学,广泛应用于工业、建筑、医学、军事等多个领域。
本报告旨在总结声学领域的研究进展、技术应用以及未来发展趋势,为相关领域的研究和实践提供参考。
二、声学基础知识1. 声音的产生:声音是由物体振动产生的,振动频率决定了声音的音调,振动幅度决定了声音的响度。
2. 声音的传播:声音在空气、水、固体等介质中传播,传播速度与介质的密度和弹性有关。
3. 声音的接收:人耳通过外耳道收集声音,中耳将声音传递到内耳,内耳中的耳蜗将声音转化为神经信号,最终由大脑解析。
4. 声学参数:声学参数包括声压级、声强级、频谱等,用于描述声音的特性。
三、声学研究进展1. 声学材料研究:新型声学材料的研究取得了显著进展,如超细纤维、泡沫材料等,具有优异的吸声性能。
2. 声学仿真技术:计算机辅助声学仿真技术的发展,使得声学设计更加精确和高效。
3. 噪声控制技术:噪声控制技术不断发展,如吸声降噪、隔声降噪、消声降噪等,广泛应用于建筑、交通、工业等领域。
4. 声学测量技术:声学测量技术不断提高,如声级计、频谱分析仪等,为声学研究和应用提供了准确的数据。
四、声学技术应用1. 建筑声学:建筑声学设计注重室内声音的传播和反射,以创造舒适、安静的声学环境。
2. 工业声学:工业声学关注噪声对设备和人员的影响,采取有效措施降低噪声。
3. 医学声学:医学声学利用声波进行诊断和治疗,如超声波成像、超声治疗等。
4. 军事声学:军事声学研究声波在军事领域的应用,如声纳、声波武器等。
五、声学发展趋势1. 绿色声学:随着环保意识的提高,绿色声学成为研究热点,如开发低噪声设备、环保型声学材料等。
2. 智能声学:人工智能技术在声学领域的应用,如声学识别、噪声监测等,将进一步提高声学技术的智能化水平。
3. 跨学科研究:声学与其他学科的交叉融合,如声学与生物学、物理学、材料学等,将推动声学领域的创新发展。
六、结论声学作为一门重要的基础学科,在现代社会中具有广泛的应用前景。
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”。
声学必考知识点归纳总结声学是物理学的一个重要分支,主要研究声波的产生、传播、接收以及与物质的相互作用。
以下是声学必考知识点的归纳总结:1. 声波的基本概念:- 声波是一种机械波,需要介质传播。
- 声波的频率决定了音调的高低,人耳可以听到的频率范围大约在20Hz到20kHz之间。
2. 声速:- 声速是指声波在介质中传播的速度,与介质的密度和弹性模量有关。
- 在标准大气压下,声速在空气中约为340m/s。
3. 声波的反射、折射、衍射和干涉:- 反射是声波遇到障碍物时返回的现象。
- 折射是声波从一种介质进入另一种介质时速度改变,导致传播方向改变的现象。
- 衍射是声波绕过障碍物或通过小孔时发生的波前弯曲现象。
- 干涉是两个或多个声波相遇时,波峰和波谷相互叠加或抵消的现象。
4. 共振和共鸣:- 共振是指当外部激励的频率与系统的自然频率相匹配时,系统振动幅度达到最大。
- 共鸣是指在特定频率下,腔体或结构的振动增强的现象。
5. 声波的衰减:- 声波在传播过程中会因为介质的吸收、散射等原因逐渐减弱。
6. 声源和声场:- 声源是产生声波的物体或现象。
- 声场是指声波在空间中的分布情况。
7. 声级和分贝:- 声级是衡量声音强度的单位,常用分贝(dB)表示。
- 分贝是一个相对单位,用于描述声压或声强的相对变化。
8. 声学测量:- 包括声压、声强、声速、频率等的测量。
9. 声学材料:- 吸音材料、隔音材料、反射材料等,用于控制声波的传播。
10. 声学在建筑中的应用:- 建筑声学研究如何通过设计来控制室内的声学效果,包括声音的传播、吸收和反射。
11. 噪声控制:- 包括噪声的测量、评价和控制方法。
12. 超声波和次声波:- 超声波是频率高于人类听觉范围的声波,常用于医学成像和工业检测。
- 次声波是频率低于人类听觉范围的声波,可能由自然现象如地震或人为活动产生。
13. 声学在通信中的应用:- 包括声学在电话、无线电通信和声纳技术中的应用。
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,即入=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)声压一一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)音乐功率一-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“a"表示,即a=1—K;吸声量是用吸声系数与材料的面积大小来表示。
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”。
超声的频率还可以高1014Hz。
二是频率低于可听声下限的,即是频率低于20Hz的声音,对应有“次声学”,随着次声频率的继续下降,次声波将从一般声波变为“声重力波”,这时必须考虑重力场的作用;
频率继续下降以至变为“内重力波”,这时的波将完全由重力支配。
次声的频率还可以低至10-4Hz。
需要说明的是,从声波的特性和作用来看,所谓20Hz和20000Hz并不是明确的分界线。
例如频率较高的可听声波,已具有超声波的某些特性和作用,因此在超声技术的研究领域内,也常包括高频可听声波的特性和作用的研究。
从振幅上看,有振幅足够小的一般声学,也可称为“线性(化)声学”,有大振幅的“非线性声学”。
从传声的媒质上看,有以空气为媒质的“空气声学”;还有“大气声学”,它与空气声学不同的是,它主要研究大范围内开阔大气中的声现象;有以海水和地壳为媒质的“水声学”和“地声学”;在物质第四态的等离子体中,同样存在声现象,为此,一门尚未成型的新分支“等离子体声学”正应运而生。
从声与其它运动形式的关系来看,还有“电声学”等等。
声学的分支虽然很多,但它们都是研究声波的产生、传播、接收和效应的,这是它们的共性。
只不过是与不同的领域相结合,研究不同的频率、不同的强度、不同的媒质,适用于不同的范围,这就是它们的特殊性。
区别
声学方法与光学方法的比较
声学分析方法已成为物理学三个重要分析方法(声学方法、光学方法、粒子轰击方法)之一。
声学方法与光学方法(包括电磁波方法)相比有相似处,也有不同处。
相似处是:声波和光波都是波动,使用
两种方法时,都运用了波动过程所应服从的一般规律,包括量子概念(声的量子称为声子)。
不同处是:
①光波是横波,声波在气体中和液体中是纵波,而在固体中有纵波,有横波,还有纵横波、表面波等,情况更为复杂。
②声波比光波的传播速度小得多。
(在气体中约差百万倍,在液体和固体中约差十万倍)
③一般物体(固态或液态)和材料对光波吸收很大,但对声波却很小,声波在不同媒质的界面上几乎是完全反射。
这些传播性质有时造成结果上的极大差别,例如在普通实验室内很容易验证光波的平方反比定律(光的强度与到光源的距离平方成反比),虽然根据能量守恒定律声波也应满足平方反比定律,但在室内则无法测出。
因为室内各表面对声波来说都是很好的反射面,声速又比较小,声音发出后要反射很多次,在室内往返多次,经过很长时间(称为混响时间,严格定义见建筑声学)才消失。
任何点的声强都是这些直达声和反射声互相干涉的结果,与距离的关系很复杂。
这就是为什么直到1900年赛宾提出混响理论以前,人们对很多声学现象不能理解的原因。
声学的实际应用
应用
利用对声速和声衰减测量研究物质特性已应用于很广的范围。
测出在空气中,实际的吸收系数比19世纪G.G.斯托克斯和G.R.基尔霍夫根据粘性和热传导推出的经典理论值大得多,在液体中甚至大几千
倍、几万倍。
这个事实导致了人们对弛豫过程的研究,这在对液体以及它们结构的研究中起了很大作用(见声吸收)。
对于固体同样工作已形成从低频到起声频固体内耗的研究,并对诸如固体结构和晶体缺陷等方面的研究都有很大贡献。
表面波、声全息、声成像、非线性声学、热脉冲、声发射、超声显微镜、次声等以物质特性研究为基础的研究领域都有很大发展。
瑞利时代就已经知道的表面波,现已用到微波系统小型化发展中。
在压电材料(如石英)上镀收发电极,或在绝缘材料(如玻璃)上镀压电薄膜都可以作成表面波器件。
声表面波的速度只有电磁波的十万分之几,相同频率下波长短得多,所以表面波器件的特点是小,在信号存储上和信号滤波上都优于电学元件,可在电路小型化中起很大作用。
声全息和声成像是无损检测方法的重要发展。
将声信号变成电信号,而电信号可经过电子计算机的存储和处理,用声全息或声成像给出的较多的信息充分反应被检对象的情况,这就大大优于一般的超声检测方法。
固体位错上的声发射则是另一个无损检测方法的基础。
声波在固体和液体中的非线性特性可通过媒质中声速的微小变化来研究,应用声波的非线性特性可以实现和研究声与声的相互作用,它还用于高分辨率的参量声呐(见非线性声学)中。
用热脉冲产生的超声频率可达到1012Hz以上,为凝聚态物理开辟了新的研究领域。
次声学主要是研究大气中周期为一秒至几小时的压力起伏。
火山
爆发、地震、风暴、台风等自然现象都是次声源。
研究次声可以更深入地了解上述这些自然现象。
次声在国防研究上也有重要应用,可以用来侦察和辨认大型爆破、火箭发射等。
大气对次声的吸收很小,比较大的火山爆发,氢弹试验等产生的次声绕地球几周仍可被收到,可用次声测得这些事件。
固体地球内声波的研究已发展为地震学。
研究液氦中的声传播也很有意义。
早在40年代,Л;Д;朗道就预计液氦温度低于λ 点时可能有周期性的温度波动,后来将这种温度波称为第二声,而压力波为第一声。
对第一声和第二声的研究又得到另外两种声:第三声超流态氦薄膜上超流体的纵波,第四声多孔材料孔中液氦中超流体内的压缩波。
深入研究这些现象都已经成为研究液氦的物理特性尤其是量子性质的重要手段(见量子声学)。
声波可以透过所有物体:不论透明或不透明的,导电或非导电的,包括了其他辐射(如电磁波等)所不能透过的物质。
因此,从大气、地球内部、海洋等宏大物体直到人体组织、晶体点阵等微小部分都是声学的实验室。
近年来在地震观测中,测定了固体地球的简正振动,找出了地球内部运动的准确模型,月球上放置的地声接收器对月球内部监测的结果,也同样令人满意。
进一步监测地球内部的运动,最终必将实现对地震的准确预报,从而避免大量伤亡和经济损失。