聲學基礎:聲波的特性介紹 附聲學基礎杜功煥下載


1

聲壓

當聲波傳播時,空氣媒質各部分產(chǎn)生壓縮與膨脹的周期性變化,壓縮時壓強增加,膨脹時壓強減小。這變化部分的壓強與靜壓強的差值稱為聲壓。聲壓變化的平均值為零,因此平均聲壓是一個無用的量。通常用瞬時聲壓、峰值聲壓或有效聲壓(簡稱聲壓)。對于正弦形聲波,峰值聲壓是聲壓的幅值,它等于有效聲壓的1.414倍。


2

質點振動位移

聲波的質點振動位移是媒質中的質點,因聲波通過而引起的相對于平衡位置的位移。振動質點的最大位移稱為振動的振幅??諝庵新暡ㄕ駝拥姆确浅P?,大于10??mm~1mm之間。低限相應于聽閾,高限相應于痛閾。


3

質點振動速度

聲波的質點振動速度是在一定時刻,媒質中某一無窮小部分,由于聲波存在而引起的相對于整個媒質的速度。瞬時質點速度、峰值質點速度和有效質點速度的意義和聲壓中所用有關名詞相似。


4

聲阻抗

媒質在一定表面上的聲阻抗,是該表面上的平均有效聲壓對通過該表面上的有效體積速度的比值:

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聲阻抗的實數(shù)部分為聲阻,虛數(shù)部分為聲抗。而聲阻抗也可以用力阻抗表示,這時它等于力阻抗除以有關面積的平方。聲阻抗率是媒質中某一點的有效聲壓對該點的有效質點速度的比值:

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在一自由平面聲波中,某點的有效聲壓對該點的有效質點速度的比值稱為特性阻抗。它等于媒質密度ρ和媒質中聲速的乘積。

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在溫度為20℃和標準大氣壓時,空氣的特性阻抗大約為400Pa·s/m。


5

聲強

在某點按指定方向測定的聲強,是該點上在單位時間內通過與指定方向垂直的單位面積的聲能平均值。在自由平面聲波或球面波的情況,聲波在傳播方向上的聲強為

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式中,為有效聲壓,ρ為空氣密度,為空氣你中的聲速。


6

聲能密度

聲能密度是媒質中無窮小部分的聲能與這部分媒質體積的比值。聲能密度的瞬時值、最大值、峰值分別稱為瞬時聲能密度、最大聲能密度和峰值聲能密度。聲場中某點總的平均聲能密度為

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式中,為有效聲壓,ρ0 為媒質密度,為聲速。平均聲能密度必須說明是某一時刻的空間平均,還是某一點的時間平均,以免混淆。


7

聲源的聲功率

聲功率是單位時間內垂直通過指定面積的聲能。聲源的聲功率通常指,在單位時間內聲源向空間輻射的總能量。


8

聲譜

聲音的頻譜(簡稱聲譜)是把各分量的幅值按照頻率排列的圖形。根據(jù)聲音的不同特性,聲譜可能是線狀譜、連續(xù)譜或兩者的混合。線狀譜是頻率離散分量所組成的頻譜,也稱離散譜;連續(xù)譜則是由頻率在一定范圍內,連續(xù)變化的分量所組成的。


圖1(a)給出正弦信號的頻譜,它在頻譜圖上是頻率f 處幅值為的直線;圖1(b)給出直流分量為零的復雜周期波和它的頻譜,是一種線譜。矩形波的波形和頻譜如圖1(c)所示。典型的隨機信號的波形和頻譜如圖1(d)所示。

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圖1 聲信號及其頻譜圖


對于具有線狀譜的聲音,可以測出個別頻率的聲壓或聲壓級。但是對于具有連續(xù)譜的噪聲,只能測出某一頻帶Δf 內的聲壓或聲強。顯然Δf 不同,所得聲壓或聲強也不同,即通過濾波器可以得到不同的聲譜圖。為了描述連續(xù)譜中各頻率所含能量大小,采用單位頻帶(即Δf=1Hz)的聲壓均方值稱為聲譜密度。在實際測量中,測量在某頻帶Δf 內的聲壓均方值p2,并假設在此頻帶內其頻譜是平坦的,則得到譜密度

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某一頻率的譜密度與基準密度之比,取常用對數(shù)再乘以10稱為譜(密度)級,單位dB。聲壓譜級為

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式中,LΔf 頻帶內的聲壓級,使用時應該注明頻帶的中心頻率與帶寬。Δf0=1Hz。


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