工程噪声控制学02噪声控制中的声学基础-ENC2012.pptx

本 讲 内 容第二章 噪声控制中的声学基础本章简要介绍振动与声的关系，从声学基本概念出发 推导声学波动方程，并讨论平面波的基本性质，从声 传播的能量角度讲述声压、声强和声功率，在此基础 上介绍声的传播形式、声压级及声波的衰减。通过本 章的学习，应该掌握平面声波的波动方程及其基本特 性，熟知声传播的特点及能量关系。本 2. 1 振动与声讲内 2.1.1 声波的产生与传播容声音是由物体的振动所造成的，经由弹性介质(Elastic Medium)以声波(Sound Wave)的方式将能量传送出去。弹性介质可以是液体、气体、或固体物质，声音在 真空中因缺乏介质故无法传播出去。一般来说，波有两 种形式，即纵波与横波两种。纵波指物体振动方向与波 前进方向平行，又叫压力波或疏密波。横波指物体振动 方向与波前进方向互相垂直，又称剪力波。在空气和液体介质中，没有切变弹性，所以其内部仅能 传播纵波，而对于固体来讲，因其兼有容变弹性和切变 弹性，故固体中既能传播纵波，也能传播横波。声 波 的 产 生 与 传 播本 讲 内 容各种波的传播形式波的形成本 讲 内 容各种波的传播形式脉冲波本 讲 内 容各种波的传播形式绳脉冲波(横向)本 讲 内 容各种波的传播形式纵波本 讲 内 容各种波的传播形式横波本 讲 内 容各种波的传播形式水波本 讲 内 容各种波的传播形式瑞利表面波本 讲 内 容各种波的传播形式本 讲 内 容声波形成及传播小结机器运转会发出声音，若用手去摸机器的壳体多便会感到 壳体在振动。若切断电源，壳体在停止振动的同时，声音 也会消失。这说明物体的振动产生了声音。振动发声的物体被称为声源。声源可以为固体、液体与气体。机器、流水、风都会产生声音。并非所有物体的振动都能为人耳听见，只有振动频率在20-20000Hz的范围内产生的声音，人耳才能听到。这一频 率范围的振动称为声振动，声振动属于机械振动。物体振动所传出的能量，只有通过介质传到接收器(如人 等)，显示出来的才是声音。因而声音的形成是由振动的 发生、振动的传播这两个环节组成的。没有振动就没有声音，同样，没有介质来传播振动，也就没有声音。本 讲 内 容声波形成及传播小结作为传播声音的中间介质，必须是具有惯性和弹性的物质， 因为只有介质本声有惯性和弹性，才能不断地传递声源的 振动。空气正是这样一种介质，人耳平时听到的声音大部分也是 通过空气传播的。 传播声音的介质可以是气体，也可以是液体与固体。在空气中传播的声音称做空气声，在水中传播的声音称做水声，在固体中传播的声音称做固体声(或结构声)。声音在介质中传播时，介质的质点本身并不随声音一起传 递过去，是质点在其平衡位置附近来回地振动，传播出去 的是物质运动的能量，而不是物质本身。声音的实质是物质的一种运动形式，这种运动形式称做波 动。因此，声音又称做声波。声波是种交变的压力波，属 于机械波。本 讲 内 容2.1.2. 声压（1）当没有声波存在、大气处于静止状态时，其压强为大气压 强P0、及温度T0。当有声波存在时，局部空气产生压缩或 膨胀，在压缩的地方压强增加，在膨胀的地方压强减少， 这样就在原来的大气压上又叠加了一个压强的变化。这个 叠加上去的压强变化是由于声波而引起的，称为声压，用 p表示。无声扰动时媒质压强是称为P0静压强；有声扰动时媒质压 强为P，则有声扰动时压强与静压强的差值就是声压p，即： p=P- P0由于声传播过程中，同一时刻，对不同位置的扰动不同， 因而不同位置声压不同；对于同一位置，不同时刻扰动的 大小也不相同，因而不同时刻的声压也不相同，故声压表 现为时间和空间的函数，即：p=p(x,y,z,t)。本 讲 内 容2.1.2. 声压（2）同样，密度的增量ρ’=ρ-ρ0，也是时间和空间的函数，即：ρ’=ρ’(x,y,z,t)。质点振动速度也是描述声波的物理参量，但声压易测得，并可由此求得质点速度，故常用声压描述声波性质。一般情况下，声压与大气压相比是极弱的。声压的大小与 物体的振动有关，振幅愈大，则压强的变化也愈大，因而 声压也愈大，我们听起来就愈响，因此声压的大小表示了 声波的强弱。当物体振动时，空间某点产生的声压也是随时间变化的， 某一瞬间的声压称为瞬时声压pt。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。一般人耳听到的 声压即是有效声压。本 讲 内 容2.1.2. 声压（3）因此习惯上所指的声压往往是指有效声压，用p表示，它与瞬时声压之间的关系为：1TT2?0p ?p dtt当物体作简谐振动时，空间某点产生的声压也是随时间简谐变化的，因而上式变为：p ? pm / 2其中，pm为声压幅值。本 讲 内 容2.1.2. 声压（4）衡量声压大小的单位在国际单位制中是帕斯卡，简称帕，符号是Pa，1Pa=1N/m2。