第二章声波的基本性质课件.pptx

1、1.1噪声噪声定义为人们不需要的声音：在物理上，指不规则的、间歇的或随机的声振动。在心理上，指任何难听的、不和谐的声或干扰。1.噪声及危害.噪声污染的特点：（1）噪声污染是局部的，多发性的，一般从声源到受害者的距离很近，不会影响很大的区域。（2）噪声污染是物理性污染，没有污染物，也没有后效作用。（3）与其他污染相比，噪声的再利用问题很难解决。.2.1振动与声波2.1.1声波的产生（1）声源各种各样的声音都起始于物体的振动。凡能产生声音的振动物体统称为声源。.2.1振动与声波（2）声波在弹性介质中传播当声源振动时，就会引起声源周围弹性媒质空气分子的振动。这些振动的分子又会使其周围的空气分子产生振

2、动。这样，声源产生的振动就以声波的形式向外传播（见下图）。.2.1.2声波的基本物理量(1)声压衡量声波强弱的物理量。声压是一种逾量压力，可正也可负。p 声压；P 空气绝对压力；P0平衡状态压力。p=P-P0单位：Pa（帕）（1 Pa=1N/m2).2.1.2声波的基本物理量（2）波长（3）频率（4）振幅（5）声速.材料钢铝玻璃铜混凝土水铅空气橡胶声速(m/s)6100487739623901323114331158343150表2.1 19时的声速近似值.2.1振动与声波（2）频谱线状谱(离散谱)连续谱复合谱.2.1振动与声波2.1.4声波方程声场的特性可通过媒质中的声压、媒质密度变化量以及

3、质点速度来表征。声波方程就是根据声波过程的物理性质，建立声压、密度变化量和质点速度随空间位置和时间变化的关系。.2.1振动与声波声波在传播过程中媒质应满足三个基本物理定律：牛顿第二定律媒质的运动方程质量守恒定律连续性方程绝热压缩定律物态方程.为了使问题简化，对声波传播过程和媒质作出如下假定：(1)媒质为理想流体，即媒质中不存在粘滞性，声波在这种理想媒质中传播时没有能量的耗损。(2)没有声扰动时，媒质在宏观上是静止的，即初速度为零。同时媒质是均匀的，数。因此媒质中静态压强P 0、静态密度0都是常2.1振动与声波.uy或称为连续性方程，它把质点振动速度与流体密度联系起来。)0(tuxx yuzz

4、0ut2.1振动与声波连续性方程连续性方程是物质不灭定律在流体质点运动中的运用。.程 ）或上式为理想气体得物态方程，它描述了声场中瞬时声压随时间的变化与密度对时间变化的关系。cpt2 t c2p2.1振动与声波物态方程（运用理想气体绝热物态方.2.1.5惠更斯原理惠更斯原理内容为：介质中，波传到的各点不论在同一波阵面或不同波阵面上，都可看作是发射子波的波源。在任一时刻这些子波的波迹就是该时刻的波阵面。基于惠更斯原理新波阵面的形成示意图.声学多普勒效应指在声源相对介质运动,观察者相对介质静止;声源相对介质静止,观察者相对介质运动;声源和观察者相对介质都运动三种情况下,观察者接收到的声波频率和声源

5、的振动频率不相同的现象。2.1.6多普勒效应.2.2声波的特性2.2.1声压大气在无声波传播时所具有的压强，称为静压强。当在有声波传播时，该处的空气用，分辨不出声压的起伏，而是一个稳定的有效值，称为有效声压。在某瞬间即产生了附件压强 p 。这个超过（或低于）静压的量 p，称为瞬时声压。瞬时声压传入人耳，由于耳膜的惯性作.2.2.2声能量声波在媒质中传播，一方面使媒质质点在平衡位置附件往复运动，产生动能。另一方面又使媒质产生了压缩和膨胀的疏密过程，使媒质具有形变的势能。这两部分能量之和就是由于声扰动使媒质得到的声能量。声场中单位体积媒质所含有的声能量称为声能密度，记为D，单位为焦（耳）每立方米（

6、J/m3）.p e2.2声波的特性2.2.3声强在垂直于声波传播方向上的单位面积单位时间内通过的声波的平均能量。在自由场中任一点的声强与声压关系是(W/m2)为介质密度（kg/m3），C为此介质中声速（m/s），它们的乘积称为介质的特性阻抗，在声学中是十分有用的物理量。20时空气的特性阻抗为415瑞利。2 CI .2.2.4声功率声源在单位时间内发射的总能量称为声源功率，单位为瓦(W)。(W)S为包围声源的封闭面积（m2）。SW I ds.2.3声波的叠加傅里叶关于复杂波合成的概念为当代声学家提供了最强大的分析和振动工具。当两个或两个以上的声波叠加时，它们以线性的方式相加，即在任一时间的空间某

7、点上的振幅为单独每个波振幅的代数和。由于这种叠加，一个复杂的波通常可以由几个基本的正弦波合成。.2.3.1相干波与驻波两个声波在同一媒质中传播，且两个声波的频率相同，以同样的相位到达某一点时，则两个声波加强，其合成振幅是两波振幅之和；两个声波相位相反时，则其声波相互减弱或完全抵消，其合成振幅是两波振幅之差。这就是声波的干涉现象。.振幅相同、频率不同的波的叠加2.3.2不相干波与拍频（或节拍）振幅不同、频率不同的波的叠加.2.4声波的反射、折射、散射和衍射反射定律：入射角等于反射角。i r折射定律：入射角的正弦与折射角的正弦之比等于两种媒质中声速之比。c1c2sinisinr.2.5噪声的物理度

8、量噪声的物理测量度量常用声压、声强、声功率来表示。由于人耳对声振动的响度感觉近似地与其强度的对数成正比，因此采用“级”进行度量。分贝是最常用的级的单位，表示两个功率之比的无量纲单位，分贝数等于功率比值的常用对数的十分之一。.声音的强度不是用线性量来描述的，而是用这样的一个变化量与基础量的比值的以十为底的对数值描述，单位是贝尔(纪念发明家贝尔)。2.5噪声的物理度量代表的是人们对声音的主观反映。韦伯定理感觉 变化量基础量.2.5噪声的物理度量2.5.1声压与声压级正常人耳刚刚能听到的声压是2105Pa（频率为1000Hz时），称为听阈声压，而刚刚使人耳产生疼痛感觉的声压是20Pa，称为痛阈声压。

9、声压级的定义是某一声压与基准声压（频率为1000Hz时可听阈声压）之比的常用对数乘以20。.2.5噪声的物理度量2.5.2声强与声强级、声功率与声功率级声强是在垂直于声波传播方向上，单位时间内通过单位面积的声能，常用I表示，单位是瓦/米2 （W/m2 ）。声功率是声源在单位时间内辐射的总声能，通常用W表示，单位是瓦(W)。.I 2.5噪声的物理度量声功率与声强的关系为式中，S包围声源的封闭面面积。在自由声场中（即声波无反射的自由传W IdS播的地方），点声源作球面均匀辐射时，按球面平均的声强 I球 为W4 r 2.0I2.5噪声的物理度量声强级声功率级式中基准声强，取II 0L I 10 lg

10、LWWW 0 10 lgI0 1012W/m2基准声功率，取 W0 1012WW0.点声源线声源2.7.2空气吸收的附加衰减r2r 1Lp2 Lp1 20lgLp2r2r 1 Lp1 10lg2.7声波在传播中的衰减2.7.1随距离的衰减 LW Lp 10lgS b.2.7.3地面吸收的附加衰减绿化降噪绿化的降噪效果与树种搭配、种植方式、季节和绿化带宽度等有关。单一的乔木林，噪声衰减大约为1dB/10m；由乔、灌、草搭配的郁闭度大的绿化带噪声衰减可以达到23dB/10m。.图4 温度梯度对声传播速度的影响2.7.5气象条件对声传播的影响.2.8声源的辐射声场中的声压大小、空间分布、时间特性、频

11、率特性等都与声源的辐射性质密切相关。.2.8声源的辐射2.8.1点声源假如声源尺寸比其波长小得多，则可以把此声源作为点声源。点声源辐射的声波以声源为中心按球面波的方式向四面八方扩散。点声源的波阵面是球形表面，因而是球面波。球面波的声压与离开声源的距离成反比，声强与距离的平方成反比。.2.8声源的辐射2.8.2线声源线声源可以认为是由大量的分布在同一条直线上且十分靠近的点声源所组成，如马路上接连不断行驶的汽车噪声，一列火车的噪声等。线声源所发出的声波是一个柱面波。柱面波的声强与到柱面轴线的距离成反比。.2.8声源的辐射2.8.3面声源假定各个点声源所辐射的声波是不相干的，因此其合成声级可用能量叠加原理求出。2.8.4声源的指向性声源在不同方向上具有不同的声辐射本领，声源辐射声能这种随方向分布的不均匀性，称为声波辐射的指向性。比如人说话时前面的声压级就比他背后的声压级高。.