聲學(xué)基礎(chǔ)教學(xué)ppt課件

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1、2-3平面聲波在流體介質(zhì)中傳播的基本性質(zhì)10波陣面：聲場(chǎng)中具有相同振動(dòng)狀態(tài)各點(diǎn)構(gòu)成的空間曲面。20平面聲波是指波陣面為平面的聲波。30平面聲波是一種函數(shù)形式最簡(jiǎn)單的聲波，是一種理想的波場(chǎng)。工程實(shí)際情況下的實(shí)現(xiàn)：①輻射器的瑞利距離附近②輻射器輻射聲場(chǎng)的遠(yuǎn)場(chǎng)的局部③剛性壁聲管中0階簡(jiǎn)正波的波場(chǎng)……2-3-1平面行波場(chǎng)的一般特點(diǎn)設(shè)波陣面為平行y-0-z面的平面，亦聲場(chǎng)函數(shù)與y、z空間變量無(wú)關(guān)，則波動(dòng)方程簡(jiǎn)化為：此為達(dá)朗貝爾方程，其解為：（數(shù)理方程課中內(nèi)容）其中，為二次可微函數(shù)。分析：取其中的一個(gè)解聲壓：時(shí)空綜量確定波場(chǎng)的振動(dòng)狀態(tài)，t時(shí)刻具有相同振動(dòng)狀態(tài)的空間函數(shù)為：

2、常數(shù)a不同,表示不同的波陣面;是彼此平行的垂直x軸的平面。同一波陣面（常數(shù)a不變），隨時(shí)間t增加，x增加；表明，隨時(shí)間t增加，波陣面向x正方向移動(dòng)——波動(dòng)的傳播，是正向傳播的平面行波。波陣面移動(dòng)的速度為何？波陣面移動(dòng)的速度，也即波的傳播速度：[結(jié)論1]平面行波(簡(jiǎn)稱平面波)的波陣面?zhèn)鞑ニ俣仁浅?shù)c0；聲壓函數(shù)在傳播過(guò)程中時(shí)間波形（信號(hào)）不變，波形（信號(hào)）傳播的速度也是常數(shù)c0。關(guān)于常數(shù)c0關(guān)于常數(shù)c0：它為介質(zhì)某種熱力學(xué)過(guò)程的波速(等熵波速或等溫波速或多方過(guò)程波速)；取介質(zhì)哪種熱力學(xué)過(guò)程的波速,決定于聲壓作用下介質(zhì)質(zhì)團(tuán)的實(shí)際熱力學(xué)過(guò)程。例如：空氣中，音頻范圍內(nèi)

3、，聲波的熱力學(xué)過(guò)程是等熵絕熱過(guò)程；因此，常數(shù)c0，為空氣的等熵波速：空氣中，次音頻范圍內(nèi)，聲波的熱力學(xué)過(guò)程是等溫過(guò)程；因此，常數(shù)c0，應(yīng)為空氣的等溫波速：一般，聲波的熱力學(xué)過(guò)程是等熵絕熱過(guò)程。據(jù)運(yùn)動(dòng)方程（尤拉方程）：得：[結(jié)論2]平面波行波場(chǎng)的質(zhì)點(diǎn)振速函數(shù)等于聲壓函數(shù)除以介質(zhì)的特性阻抗。定義：介質(zhì)的特性阻抗，介質(zhì)的質(zhì)量密度與介質(zhì)波速之積，稱為介質(zhì)的特性阻抗。記，介質(zhì)的特性阻抗是介質(zhì)的固有參數(shù)，反映了介質(zhì)的聲學(xué)性質(zhì)。2-3-2諧和律振動(dòng)的平面波：（穩(wěn)態(tài)波場(chǎng)）10方程和邊條件及解：可解出：其中：對(duì)于諧合平面行波場(chǎng)，定義：為波數(shù)；是波傳播單位距離，落后的相位角。它與

4、時(shí)間上的角頻率ω對(duì)應(yīng),是波的空間角頻率。為波長(zhǎng)；是波在一個(gè)周期傳播的距離。它與時(shí)間上的周期T對(duì)應(yīng)（是波的空間周期）。有，波長(zhǎng)與波數(shù)的關(guān)系：為諧合函數(shù)的幅值（振幅）。諧合波場(chǎng)等相位面：振動(dòng)相位相同的空間點(diǎn)構(gòu)成的曲面，稱作諧合波場(chǎng)的等相位面。諧合平面行波場(chǎng)的相位函數(shù)為：的等相位面為：諧合波場(chǎng)的某一聲學(xué)量的等相位面?zhèn)鞑ニ俣?，稱作該聲學(xué)量的相速度。記cp因?yàn)椋C合平面行波場(chǎng)聲壓函數(shù)：所以，諧合平面行波場(chǎng)的的聲壓相速度，為：對(duì)于諧合平面行波場(chǎng)，其復(fù)聲壓為：諧合波場(chǎng)的復(fù)數(shù)表示：如果諧合波場(chǎng)聲壓：則，稱復(fù)函數(shù)為諧合波場(chǎng)聲壓的復(fù)聲壓。據(jù)尤拉公式，復(fù)質(zhì)點(diǎn)振速為：上式中，不同時(shí)刻

5、，聲壓和振速的空間分布（t1

6、速值[結(jié)論4]諧合律平面行波場(chǎng)中任意點(diǎn)的聲能流密度均為時(shí)間的函數(shù)；聲能流密度矢量方向?yàn)槁暡▊鞑シ较颍魏螘r(shí)刻均無(wú)反向聲能流。（3）諧合律平面行波的聲波強(qiáng)度[結(jié)論5]諧合律平面行波聲場(chǎng)中各點(diǎn)聲強(qiáng)相等，為聲壓幅值的平方除2倍的介質(zhì)特性阻抗（或?yàn)檎袼俜档钠椒匠艘越橘|(zhì)的特性阻抗除2）。引入有效值的概念后，[結(jié)論5]可表述為：諧合律平面行波聲場(chǎng)中各點(diǎn)聲強(qiáng)相等，為聲壓有效值的平方除介質(zhì)特性阻抗（或?yàn)檎袼儆行е档钠椒匠艘越橘|(zhì)的特性阻抗）。[推論]同樣聲強(qiáng)的聲波，在不同特性阻抗的介質(zhì)中傳播：則，特性阻抗大的介質(zhì)中聲壓大，振速??；*平時(shí)談話的聲功率很低(10微瓦量級(jí)),300

7、萬(wàn)人同時(shí)高聲喊叫的聲能量集中起來(lái)能點(diǎn)亮一個(gè)300瓦的燈泡*人耳能聽到的聲壓幅度范圍很大：20微帕-200帕，有107量級(jí)。什么是分貝？‘級(jí)’：用‘比例對(duì)數(shù)’表示能量或功率大小的方法?！?jí)’的基本單位：貝爾（Bell）分貝（dB）：是‘級(jí)’基本單位貝爾（Bell）的1/10。例：聲強(qiáng)級(jí)：SIL=10lg（I/Iref）dB（分貝）；其中，Iref參考聲強(qiáng)；聲功率級(jí)：SWL=10lg（W/Wref）dB（分貝）；其中，Wref參考聲功率；‘級(jí)’的擴(kuò)大使用：也可用‘比例對(duì)數(shù)’表示一個(gè)與能量有關(guān)的物理量的大?。焕郝晧杭?jí)：SPL=20lg（P/Pref）dB（分貝）；

8、其中，Pref參考聲壓，也可用‘比例對(duì)