第1章 声学基础..
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声学基础
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。
最新【资料精品】第一章 声学基础知识幻灯片课件
如：1000Hz的声音：
用声压表示
计算麻烦
听阈声压为 2×10- 5 Pa→0dB 痛阈声压为 20 Pa → 120dB
不符合人耳听觉特性
用声压级表示
计算简单 符合人耳听觉特性
1.5 声压级的叠加
——按能量法则、对数运算法则进行叠加
P1— 声波1在A点引起的有效声压 P2— 声波2在A点引起的有效声压
L- L 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 △ L 3.0 1.8 1.6 1.3 1.0 0.8 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.2 0.1
得△L= 0.8分贝， 则 L1=L- △ L=89-0.8=88.2分贝。
注意：当（L-L2）=3分贝时，△ L =3分贝， L1=L2
0.6
0.7
0.8
0
3.0 3.0
2.0
2.0
2.8
2.8
2.7
2.7
2.6
1
2.5 2.5
2.5
2.4
2.4
2.3
2.3
2.3
2.2
2
2.1 2.1
2.1
2.1
2.0
2.0
1.9
1.9
1.8
3
1.8 1.7
1.7
1.7
1.6
1.6
1.6
1.5
1.5
4
1.5 1.4
1.4
1.4
1.4
1.3
1.3
1.3
P 1 T P2(t)•dt T0
1.4.2 声压级声压级：一个音的声压级等于这个声音的声压与
基准声压的比值取常用对数，再乘以20
第一章音频声学基础
一般来说，声压级在0dB（1kHz）以上的声音人们是可以 听到的，超过120dB人们听起来就觉得太响，耳朵会有痛 感。
第三十九页，编辑于星期日：十二点 五十三分 。
人耳的听觉效应
掩蔽效应——当轻度不同的两个声音同时出现时，强度大 的声音会把强度弱的声音淹没掉，此时人耳只能听到强度 大的声音而听不到强度弱的声音。要听到强度弱的声音， 必然要提高若声音的强度，这种一个声音的阈值因另一个 声音的出现而提高的现象称为听觉掩蔽效应。如下图所示。
第三十页，编辑于星期日：十二点 五十三分。
对声音的主观感受——响度
声压是“客观”的，响度是“主观”的。
声学上常用响度级来描述响度。响度级的定义是：将一个 声音与1kHZ的纯音作比较，当听起来两者一样响时，这 是1kHZ纯音的声压级数值就是这个声音的响度级。响度 级的单位是方（phon）。响度的单位是宋（sone）。
例如：标准钢琴的中央C音，每秒钟振弦261次半，即 261.5 Hz. 简单来说，频率越低，声音就越低沉、飘渺；反之频率越 高，声音则越明亮、高吭。
第十页，编辑于星期日：十二点 五十三分。
描述声波的物理量——频率
对于各种生物来说，太高和太低的声音是听不见的，存在 一个“可听范围”。人的平均听觉范围是 20～20000 Hz。 即次声频率低于20HZ、可闻声率20～20000 Hz、超声频 率高于20000HZ。
越来越小。
第三十三页，编辑于星期日：十二点 五十三分 。
例如：在听音乐时，若把音量开大到声强级80dB以上，会 感到高、低音都很丰满。
第三十四页，编辑于星期日：十二点 五十三分 。
音调
音调是人耳对声音调子高低的主观感受。 音调的高低主要取决于声音的频率。
频率越高，音调越高； 频率越低，音调越低。
第三十九页，编辑于星期日：十二点 五十三分 。
人耳的听觉效应
掩蔽效应——当轻度不同的两个声音同时出现时，强度大 的声音会把强度弱的声音淹没掉，此时人耳只能听到强度 大的声音而听不到强度弱的声音。要听到强度弱的声音， 必然要提高若声音的强度，这种一个声音的阈值因另一个 声音的出现而提高的现象称为听觉掩蔽效应。如下图所示。
第三十页，编辑于星期日：十二点 五十三分。
对声音的主观感受——响度
声压是“客观”的，响度是“主观”的。
声学上常用响度级来描述响度。响度级的定义是：将一个 声音与1kHZ的纯音作比较，当听起来两者一样响时，这 是1kHZ纯音的声压级数值就是这个声音的响度级。响度 级的单位是方（phon）。响度的单位是宋（sone）。
例如：标准钢琴的中央C音，每秒钟振弦261次半，即 261.5 Hz. 简单来说，频率越低，声音就越低沉、飘渺；反之频率越 高，声音则越明亮、高吭。
第十页，编辑于星期日：十二点 五十三分。
描述声波的物理量——频率
对于各种生物来说，太高和太低的声音是听不见的，存在 一个“可听范围”。人的平均听觉范围是 20～20000 Hz。 即次声频率低于20HZ、可闻声率20～20000 Hz、超声频 率高于20000HZ。
越来越小。
第三十三页，编辑于星期日：十二点 五十三分 。
例如：在听音乐时，若把音量开大到声强级80dB以上，会 感到高、低音都很丰满。
第三十四页，编辑于星期日：十二点 五十三分 。
音调
音调是人耳对声音调子高低的主观感受。 音调的高低主要取决于声音的频率。
频率越高，音调越高； 频率越低，音调越低。
1 声学基础
低频泛音丰富，音色浑厚、坚实、有力 中频泛音丰富，音色圆润、和谐、自然
高频泛音丰富，音色明亮、清透、纯净
各频段声音对听觉的影响 最 低 音 域 30 深 沉 感 30 低频段 浑浊 单薄乏力 60 低 音 域 中 音 低 域 200 浓 厚 感 150 力 度 感 500 中 音 域
音域分类
中 音 高 域
寂静办公室内的低声谈话
自己的呼吸声
轻
微弱
2.声强与声强级 • 单位时间内通过与指定方向垂直的媒质单位面积 的声能量称为声强，用Ｉ表示．单位：Ｗ／m2 • 人耳对声波强弱的感受大致上和声强（或声压） 的对数成正比例。为适应人耳听觉这一特性及计 算方便，我们常将两个声波的强度（或声压）之 比取对数来表示其声波的强弱，并用dB来表示。 • 例如，一个声波的强度为IA，另一个声波的强度 比IA强1000倍,则这两个声波的强度差别用dB表 示为 10· lg（I2/I1）= 10· lg（1000I1/I1）=30 dB
第1章 声学基础
学习内容
本章主要讲述声学的基础知识： （1）声音特性、听觉特性及室内声学，对 声学基本概念和术语加以解释，并给出有 关参量的计算公式，对室内声学有关参量 的计算也将作出阐述； （2）立体声基础知识，包括立体声的特点、 产生的原理、系统等。
学习目标
• 了解声音的物理特性 • 理解人类的听觉特性。 • 了解室内声学特性；理解室内声学的主要 指标。 • 了解立体声的概念、特点；理解立体声的 基本原理和系统种类。
Decay Attack Sustain
Release
音色——声音的包络2
• 起音（Attack），决定声音从开始发出到最初的最大 音量所需的时间长短。在打击乐音色里这部分当然要 很短。 • 衰减（Decay），是在声音达到最大音量后立即发生 衰减的时间长短，衰减后的音量大小就是后面保持的 音量大小。 • 延持（Sustain），决定在衰减后音量保持的长短， 形象地说当你按下键不松手，持续发声时的音量大小 就是延持决定的。 • 消逝（Release），是声音最后的价段，代表着声音 从保持的音量逐渐衰减到0电平（最小音量）的时间 长短。
第1章声学基础
b.扩散声场：
声源置于全反射材料构成的密闭空间中，声音在各个方 向上均发生全放射。
声源
扩散声场
二、声场
c.半自由（半扩散）声场
介于自由与扩散声场之间，声源部分声音被反射，部 分 投向无穷远，如开着窗户的教室。
半自由声场
声源
三、声音的反射与透射
1. 声音的反射角与折射角
(1) 反射： ?1 ? ?1?
声源
波振面 声线
三、声波种类
（2）声波按波振面分类 球面波： 波振面为球面，点声源产生； 柱面波： 波振面为柱面，线声源产生； 平面波： 波振面为平面，平面声源产生；
注：当距离声源足够远时，所有声波均可 视为平面波。
四、声音的频率、波长、振幅
1.频率f： 单位Hz(1/秒)
人耳可听频率范围：20～20000Hz 次声波：低于20Hz 超声波：高于2000Hz
?
? 0.9994
?p
?
2? 空c空 ＝
2? 1.29 ? 340
? 水c水＋? 空c空 1000 ? 1500＋1.29? 340
?
0.0006
说明： （1）从水中入射的声波声压反射系数为负值， 相位改变180°。 （2）从空气透射进入密介质时，声压近似加倍。
三、声音的反射与透射
3. 声强反射与透射系数（垂直入射）
（1）声强反射系数
rI
?
Ir Ii
?
( ? 2c2 ? ?1c1 )2 ? 2c2 ? ?1c1
?
rp2
（2）声强透射系数
介质1：c1ρ1 Ii
Ir
?I
?
It Ii
?
4?1c1? 2c2 ? 2c2 ? ? 1c1
声源置于全反射材料构成的密闭空间中，声音在各个方 向上均发生全放射。
声源
扩散声场
二、声场
c.半自由（半扩散）声场
介于自由与扩散声场之间，声源部分声音被反射，部 分 投向无穷远，如开着窗户的教室。
半自由声场
声源
三、声音的反射与透射
1. 声音的反射角与折射角
(1) 反射： ?1 ? ?1?
声源
波振面 声线
三、声波种类
（2）声波按波振面分类 球面波： 波振面为球面，点声源产生； 柱面波： 波振面为柱面，线声源产生； 平面波： 波振面为平面，平面声源产生；
注：当距离声源足够远时，所有声波均可 视为平面波。
四、声音的频率、波长、振幅
1.频率f： 单位Hz(1/秒)
人耳可听频率范围：20～20000Hz 次声波：低于20Hz 超声波：高于2000Hz
?
? 0.9994
?p
?
2? 空c空 ＝
2? 1.29 ? 340
? 水c水＋? 空c空 1000 ? 1500＋1.29? 340
?
0.0006
说明： （1）从水中入射的声波声压反射系数为负值， 相位改变180°。 （2）从空气透射进入密介质时，声压近似加倍。
三、声音的反射与透射
3. 声强反射与透射系数（垂直入射）
（1）声强反射系数
rI
?
Ir Ii
?
( ? 2c2 ? ?1c1 )2 ? 2c2 ? ?1c1
?
rp2
（2）声强透射系数
介质1：c1ρ1 Ii
Ir
?I
?
It Ii
?
4?1c1? 2c2 ? 2c2 ? ? 1c1
1声学基础知识
声音是一种波动现象。当声源（ 机械振动源） 声音是一种波动现象。当声源（ 机械振动源） 振动时， 振动体对周围相邻媒质产生扰动， 振动时， 振动体对周围相邻媒质产生扰动， 而被扰动的媒质又会对它的外围相邻媒质产 生扰动， 这种扰动的不断传递就是声音产生 生扰动， 这种扰动的不断传递就是声音产生 与传播的基本机理。 与传播的基本机理。 存在着声波的空间称为声 存在着声波的空间称为声 场。声场中能够传递上述 扰动的媒质称为声场媒质。 扰动的媒质称为声场媒质。
第一章 声学基础知识
现实世界是声音的世界。我们会听到各 现实世界是声音的世界。 种各样的声音：歌声、说话声、乐器声、 种各样的声音：歌声、说话声、乐器声、 噪声等等，且不但能感觉到声音的强度、 噪声等等，且不但能感觉到声音的强度、 音调和音色， 音调和音色，而且还能感觉出声源的方 向和距离，即空间印象感——立体感。 ——立体感 向和距离，即空间印象感——立体感。 本章将介绍声学基础知识。 本章将介绍声学基础知识。
2音乐1
影视音乐有一般音乐艺术的共性，善于表 现丰富的感情，但它也有影视艺术方面的 属性，必须与影片的思想内容、结构形式、 艺术风格协调一致。 影视作品中的音乐分为两种，一种是有声 源音乐，一种是无声源音乐。
2音乐2
有声源音乐也称客观音乐，即音乐的原始声源出 现在画面所表现的事件内容之中，使得观众在听 到音乐声的同时也能看到声源的存在。 无声源音乐也称主观音乐，是指从画面上见不到 或感受不到有原始声源的音乐。通常是来自画面 之外，为烘托画面内容而配置的主题音乐，主要 作用在于表达画面内容的情绪、渲染特定的环境 气氛、刻画人物内心世界等。
作业1 作业1
影视声音的三大元素是什么？请四人一组， 观看2 观看2段影片（喜欢的、经典的、特别的）， 找出其中的声音元素并分析其作用。 写在16K纸上，顶部注明学号、姓名。 写在16K纸上，顶部注明学号、姓名。 下周带上所分析的影片，随堂交流，提交 作业，逾期不收。 5分
第1章_声学基础_绪论
声学基础
1
课程的目标与任务
基础性专业课程 从声音的物理学原理出发，利用高等数学、大学
物理等课程的基础理论知识，解决声学问题。 从人耳的听觉特性出发，解决人对的声音的感知
问题。
2
课程的主要内容
➢ 振动与波 ➢ 声波的基本概念和性质 ➢ 人耳的听觉心理 ➢ 声音信号分析 ➢ 音律分析 ➢ 乐器声学 ➢ 声乐和语音分析 ➢ 噪声控制 ➢ 室内声学原理 ➢ 音质评价
各声部在不同时间、不同地点分别录制 适用类型：流行音乐
声学基础
同期录音
优点：融合度好，感染力强 缺点：录制难度大
第一章 绪论
声学基础
分期录音
第一章 绪论
优点：时间、空间不受限制；缺点：融合性不好
流程：前期录音 后期缩混 母带处理 输出成品
Recording
Mixing Down Mastering Product Manufacture
13
声学基础
思考问题
第一章 绪论
➢ 物体围绕它的平衡位置的往复运动叫做振动, 而振动在连续介质中的传播就产生声音。
➢ 声波有两个基本要素：
① 声源，即振动的物体。 ② 声波赖以传播的介质，这种介质可以是固体、液
体或气体。
14
声学基础
思考问题
声音是怎么传播的
第一章 绪论
声音经过各次反射最 终到达人耳，其时域 和频域的波形在这过 程中发生很大变化
鼻腔 口腔
鼻输出 口输出
语音产生的动力源于肺，肺产生 压缩空气，然后通过气管、喉、 口腔、鼻腔、牙齿、嘴唇等这一 套发声器官调制以后，再喷射出 来，就产生了语音。
18
声学基础
思考问题
第一章 绪论
1
课程的目标与任务
基础性专业课程 从声音的物理学原理出发，利用高等数学、大学
物理等课程的基础理论知识，解决声学问题。 从人耳的听觉特性出发，解决人对的声音的感知
问题。
2
课程的主要内容
➢ 振动与波 ➢ 声波的基本概念和性质 ➢ 人耳的听觉心理 ➢ 声音信号分析 ➢ 音律分析 ➢ 乐器声学 ➢ 声乐和语音分析 ➢ 噪声控制 ➢ 室内声学原理 ➢ 音质评价
各声部在不同时间、不同地点分别录制 适用类型：流行音乐
声学基础
同期录音
优点：融合度好，感染力强 缺点：录制难度大
第一章 绪论
声学基础
分期录音
第一章 绪论
优点：时间、空间不受限制；缺点：融合性不好
流程：前期录音 后期缩混 母带处理 输出成品
Recording
Mixing Down Mastering Product Manufacture
13
声学基础
思考问题
第一章 绪论
➢ 物体围绕它的平衡位置的往复运动叫做振动, 而振动在连续介质中的传播就产生声音。
➢ 声波有两个基本要素：
① 声源，即振动的物体。 ② 声波赖以传播的介质，这种介质可以是固体、液
体或气体。
14
声学基础
思考问题
声音是怎么传播的
第一章 绪论
声音经过各次反射最 终到达人耳，其时域 和频域的波形在这过 程中发生很大变化
鼻腔 口腔
鼻输出 口输出
语音产生的动力源于肺，肺产生 压缩空气，然后通过气管、喉、 口腔、鼻腔、牙齿、嘴唇等这一 套发声器官调制以后，再喷射出 来，就产生了语音。
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声学基础
思考问题
第一章 绪论
声学基础知识
科学家已经通过录像证明，海豚是靠声波来攻击并找 到它们的捕获物，他们发现海豚在靠近捕获物时发出 低沉的轰声，其频率足以破坏捕获物的听觉器官。海 生哺乳动物受到惊吓会快速由海下深处上浮。一般来 说，潜艇在水下潜航时，需要借助声呐系统来发现目 标。而声呐产生的水底噪音会惊吓鲸豚类哺乳动物， 使它们异常加速浮上水面，进而导致它们搁浅死亡。
1.1 声波、声音与声学的概念
当声源（机械振动源）振动时，振动体对周 围相邻媒质（气体、液体、固体等）产生扰 动，而被扰动的媒质又会对它周围的相邻媒 质产生扰动，这种扰动的不断传递就是声波 产生与传播的基本原理。 声源：通过机械振动发出声波的物体。 声波：声源的振动所引起周围媒质质点由近 及远的波动。
蜜蜂和蚊子翅膀的振动频率在人 的听觉范围内，而蝴蝶翅膀振动频率 不在人的听觉范围内。 提示：蝴蝶翅膀的振动频率小于10Hz，
而蚊子的翅膀振动频率为500—600Hz。
动物发出声音和听觉的频率范围
大象的耳朵之大可谓诸多动物之最。大象可以发出和收 听到次声波，对于大象之间相互传递信号大有裨益：次 声波衰减较慢，因此可以传递到更远的地方。
蝙蝠利用 超声波导航 人们受到 （回声定位） 启示
声 呐
探测海深、 海底暗礁等
探测鱼群、 潜艇位臵等
绘水下数千米 地形图
仿生学
海豚利用声波识别食物、敌人和它们周围的环境。
核潜艇利用海豚仿生制造了声纳系统，使自己知道 与海岸的距离、猎物的行踪、深度。
美国海军曾认为是他们的核潜艇声纳系统干扰了海滩，在 他们的演习范围海域内也出现了大规模海豚自杀现象。
动物发出声音和听觉的频率范围
海豚可谓超声波歌唱家， 发出的“海豚音”名副 其实。 人类听到的所谓“海豚 音”只不过是对于“音 调极高”的歌声的形容 而已。
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水c水 空c空 2 10001500 1.29 340 2 rI ( ) ＝( ) 0.9988 水c水＋空c空 10001500 1.29 340
4空c空 水c水 2 1.29 34010001500 I ＝ 0.0012 2 2 ( 水c水＋空c空 ) (10001500 ＋ 1.29 340)
一、振动
2.简谐振动函数： ＝0 cos(t ) 0 cos(2ft ) ＝0 sin(t ) 0 cos(2ft )
3.振动与力学参数的关系：
k ＝ m
或
1 f＝ 2
k m
投影
t (t )
Байду номын сангаас
t0
二、波动（多个质点的振动）
水c水 空c空 10001500 1.29 340 rp ＝ 0.9994 水c水＋空c空 10001500 1.29 340
2水c水 2 10001500 p ＝ 2 水c水＋空c空 10001500 ＋ 1.29 340
三、声音的反射与透射
sin 1 c1 sin 2 c2
c空气＝331.4 0.61t
低温层
高温层
高温层
低温层
白天声线
夜间声线
三、声音的反射与透射
声 影 区
白天声场
白声 天音 传在 得夜 更晚 远比
夜晚声场
三、声音的反射与透射
低温层
高温层
高空飞机声场
三、声音的反射与透射
2.声压反射与透射系数（垂直入射）
振动方向
传播方向
力学原理：靠介质中的剪切应力传播振动。 存在介质: 固体
注：空气中只存在纵波。
三、声波种类 2. 按波振面分类 （1）概念
波振面：所有振动相位相同的点构成的面 （客观存在） 声 线：沿传播方向与波振面垂直或正交 的一系列直线（假想线）
波振面 声源 声线
三、声波种类
（2）声波按波振面分类 球面波：波振面为球面，点声源产生； 柱面波：波振面为柱面，线声源产生； 平面波：波振面为平面，平面声源产生； 注：当距离声源足够远时，所有声波均可
c c c E (纵波) (横波) (气体纵波)
其中：E —— 压伸（杨氏）弹性模量 G —— 切变弹性模量 B —— 体变弹性模量
G
B
ρ —— 介质质量密度
？问题
高空中空气密度与地面明显不同，那么， 高空与地面声速会有明显不同吗？
碳钢拉压弹性模量： E=2×1011帕(N/m2) 密度：7800kg/m3 钢材理论声速：5063m/s 空气的体变弹性模量：B＝1.42×105Pa 空气密度：1.29kg/m3 空气理论声速：332m/s
声场中单位体积介质中声能，用D表示，单位为J/m3。
2.平均声能密度
声场中每一位置的声能密度随时间变化，取一个周期内的 平均值为平均声能密度 D 。
3. 声能密度计算公式
p D c
2 e 2
八、声强(*)
1.声强定义
单位时间通过垂直于声波传播方向的单位面积 的声能在一个振动周期内的平均值,用I表示。
例： (2)声音从水垂直进入空气中:
空c空 水c水 1.29 340 10001500 rp ＝ 0.9994 水c水＋空c空 10001500 1.29 340
2空c空 2 1.29 340 p ＝ 0.0006 水c水＋空c空 10001500 ＋ 1.29 340
c—— 声速
二、波动
波动图：
t t0
t t0 t
x
传播方向
x
三、声波种类
1. 按振动方向分类
（1）纵波：介质的振动方向与波的传播方向一致。
振动方向
传播方向
力学原理：靠介质的拉或压应力传播振动
存在介质：固体、液体、气体均可传播纵波
三、声波种类
（2）横波：介质的振动方向与波的传播方向垂直
六、声压(*)
2.用声压表示的波动函数
x x p＝P0 sin (t ) P0 sin 2f (t ) c c
3.有效声压pe
人耳不能感觉声压的瞬时起伏，只能感受声压的有效值， 即声压对时间的均方值。
P0 1 T 2 pe p dt T 0 2
说明：
（1）从水中入射的声波声压反射系数为负值，
相位改变180°。
（2）从空气透射进入密介质时，声压近似加倍。
三、声音的反射与透射
3. 声强反射与透射系数（垂直入射）
（1）声强反射系数
Ir 2c2 1c1 2 2 rI ( ) rp Ii 2c2 1c1
（2）声强透射系数
半自由声场
声源
三、声音的反射与透射
1. 声音的反射角与折射角 (1) 反射：
1 1
介质1：c1 介质2：c2
sin 1 sin 2 (2) 折射： c c 1 2 sin 1 c1 或： sin 2 c2
1 1
2
声速决定声音的折射角度：
声速高，折射角大。
三、声音的反射与透射
a. 自由声场： 声音在任何方向上无反射，声场中任何一点只有 来自声源的直达声。如空旷的原野，高空飞机。
空旷原野自由声场
草地不反射声音
二、声场
b.扩散声场：
声源置于全反射材料构成的密闭空间中，声音在各个方 向上均发生全放射。
声源
扩散声场
二、声场
c.半自由（半扩散）声场
介于自由与扩散声场之间，声源部分声音被反射，部 分 投向无穷远，如开着窗户的教室。
5.声压p与振幅ξ之间关系（了解）
p B 2f B
其中：B —— 空气绝热体变模量：1.42×105Pa
ρ—— 空气密度：1.29kg/m3
1000Hz声压声压与振幅关系 声压（Pa） 听阈 2×10-5 振幅（cm） 1.7×10-9
痛阈
20
1.7×10-3
七、声能密度
1.声能密度定义
c空气＝331.4 0.61t
(t 温度)
空气声速一般取：340m/s
六、声压(*)
1.声压定义p：声波扰动引起介质压强的变化量。 p=p声－p静 其中： p声—— 声音存在时介质压强 p静—— 无声音时介质压强 声压单位：帕（Pa） 说明：声压易于测量，人耳感受的也是声压，所以声学
中一般用声压p替代振幅ξ来描述声音的强弱。
五、声速c
1. 波动函数的力学解法
a. 对微小介质单元进行受力分析，并根据介质力学特
性参数（弹性模量、质量密度）列出微分方程； b. 解微分方程，并由介质边界条件和初始条件确定波 动函数； c. 由波动函数确定声波的各个参数：声波的频率构成、 波长、振幅、声速等。
五、声速c 2.声速c
决定声速的因素是什么？频率f？波长λ ？ 由波动函数力学解法，可得：
穿过任意曲面声功率： W I dS I cos dS
九、声功率
穿过波振面的声功率可直接用面积乘以声强。
I
r
S
I
声强均匀的平面波功率：
指向均匀点声源功率：
W IS
W 4r I
2
第二节 声音的传播
本节讨论问题： 1。声源：种类、指向性 2。声场：自由、扩散、半自由声场 3。声音的反射、透射 4。声音的衍射 5。声音的叠加
一、声源
1.声源分类
（1）点声源 满足下列条件之一可看作是点声源： a. 声源的几何尺寸远远小于声音波长； b. 与声源距离远大于声源几何尺寸。 （2）线声源 一系列在一条直线上的发声点构成的声源，有两种： a.相干线声源：各发声点相位相同； b.不相干线声源：各发声点相位无关系，如一串汽车。 （3）面声源 平面发声。
声强I
声能传 播方向 单位面积
声强是矢量，单位为W/m2。
八、声强(*)
2.声强与声能密度及声压关系
p I Dc c
声强与有效声压的平方成正比 人耳所能感受到的最小声强为：10-12 W/m2.
2 e
九、声功率
单位时间穿过某一平面或曲面总声能量。
dS
dS
I
I
穿过微小面积单元的声 功率： dW I dS I dS cos
（1）声压反射系数
pr 2c2 1c1 rp pi 2c2 1c1
介质1：c1ρ1 pi pr 介质2：c2ρ2 pt
（2）声压透射系数
pt 2 2c2 p pi 2c2 1c1
三、声音的反射与透射
例： ρ水＝1000kg/m3; c水＝1500m/s; ρ空＝1.29kg/m3; c空＝340m/s (1)声音从空气垂直进入水中:
第一章 声学基础
本章内容： 1。声学基本概念（基本） 2。声音的传播（了解） 3。声级:声级加法与减法（重点） 4。声音的衰减（了解） 5。频程与频谱（重点）
第一节 声学基本概念与参数
一、振动
1.简谐振动 （一个质点的振动）
振动是声音产生的原因，最基本的振动形式是 “简谐振动” k m
力学特征：
F k
波动是振动在介质中的传播。 1. 波动产生的原因：
介质中各个质点间相互力学作用： 拉压应力或剪切应力。
2. 波动函数 可通过质点受力分析导出波动函数：
x x ＝0 cos (t ) 0 cos 2f (t ) c c
其中：x —— 某质点距振源的距离
视为平面波。
四、声音的频率、波长、振幅
1.频率f： 单位Hz(1/秒)
人耳可听频率范围：20～20000Hz 次声波：低于20Hz 超声波：高于2000Hz