声学原理及声学测试概要

次声波 特点一 频率在10－4～20 Hz之间 的机械波，人耳听不到。
由于它具有衰减极小的特 点，具有远距离传播的突出 特点。
特点二
用途
因为大气湍流、火山爆发、地震、 陨石落地、雷暴、磁暴等大规模自 然活动中，都有次声波产生，因此， 它是研究地球、海洋、大气等大规 模运动的有力的工具。
2、声学分类及研究内容
2 p1 p2 p12 p2 10 10 Lp 10lg 10 lg( 10 10 ) 2 p0
L
L
1、响度和响度级
响度是人耳判别声音由轻到响的强度等级概念，响度的单位叫 “宋”，1宋的定义为声压级为40dB，频率为1000Hz，且来自 听者正前方的平面波形的强度。如果另一个声音听起来比这个 大n倍，则声音的响度为n宋。
p2 p Lp 10lg 2 20lg p0 p0
式中：Lp——声压级，dB； p——声压，Pa； p0——基准声压。 在空气中规定p0为2×10－5Pa，该值是正常青 年人耳朵刚能听到的1000Hz纯音的声压值。 在水中取1×10－6Pa。
10.倍频程
将频谱分为若干个频段，每个频段为一个频 程，以直方图表示。
第二部分 声学测量
1、声学测量的分类、难点 2、换能器、传声器、测量仪器 3、混响室、消声室测量材料性能 4、声管测量材料性能 5、应用类及外场测量 6、声阵列测量 （声全息、波束形成）
7、声振联合测量（传递路径分析）
1、声音和声波及振动
声音的本质是波动。受作用的空气发生振动，当振 动频率在20～20000Hz时，作用于人的耳鼓膜而产生 的感觉称为声音。低于称次声波、高于称超声波。 波源处质点的振动通过弹性介质中的弹性力将振动 传播开去，从而形成机械波。 波动(wave) (或行波)是振动状态的传播，是能量的传 播，而不是质点的传播。
声波的吸收
声波在空气中传播时，由于振动的空气质点之间摩擦使一小部分 声能转化为热能，常称为空气对声能的吸收。高频吸收较多，低频吸 收较少。
E0 Er EO
声波投射到材料或部件引起 的声吸收，取决于材料及其表面 的状况、构造等。材料的吸声效
E＋E EO
率是用它对某一频率的吸声系数
3.声功率（W） 声功率是指单位时间内，声波通过垂直于传播 方向某指定面积的声能量。在噪声监测中，声功率 是指声源总声功率，单位为W。 4.声强（I） 声强是指单位时间内，声波通过垂直于声波传 播方向单位面积的声能量，单位为W/s2。 5.声压（p） 声压是由于声波的存在而引起的压力增值。声 波是空气分子有指向、有节律的运动。声压单位为 Pa。
fu / fl 2
…
N
中心频率：
fc
带宽：
fu fl
N 2
N=1: 一倍频程，简称倍频程 N=1/3: 三分之一倍频程 N=1/12: 十二分之一倍频程
w fu fl (2
2
( N ) 2
) fc
倍频程最常用的中心频率值（fm），以及上、下截 止频率。
中心频率 fm/Hz 31.5 63 125 250 500
下截止频率 f1/Hz 707.100 1 414.20 2 828.40 5 656.80 11 313.6
4、声波的反射、吸收、折射、散射、绕射
平面、凸曲面及凹曲面形成的反射声线及波阵面的比较。
与平的反射面相比，凸曲面反射声的强度较弱
，凹曲面反射声的强度较强。
声波在传播过程中，遇到不同介质的分界面 时，还会发生折射，从而改变声波的传播方向。 即使在空气中传播，随着离地面高度不同而存 在的气温变化，也会改变声波传播方向。
如果数据符合正态分布，则可用下面近似公 式计算：
LAeq,T L50 d 2 / 60, d L10 L90
L10，L50，L90为累积百分声级，其定义是： L10——测定时间内，10％的时间超过的噪声级， 相当于噪声的平均峰值； L50——测量时间内，50％的时间超过的噪声级， 相当于噪声的平均值； L90——测量时间内，90％的时间超过的噪声级， 相当于噪声的背景值。
图 A、B、C、D计权特性曲线
3、等效连续声级
等效连续声级 一个用噪声能量按时间平均方法来评价噪声对 人影响的问题，即等效连续声级，符号“Leq”或 “LAeq,T”。
LAeq ,T 1 10 lg( T

T
0
10
0 .1 L p A
dt )
式中：LpA——某时刻t的瞬时A声级，dB； T ——规定的测量时间，s。
海洋学
电工和 化工
声学基础
声学研究的范围很广，分支很多，粗略地说来，包括大气声学、水声学、电声学、 超声学、建筑声学、音乐声学、语言声学、心理声学、生理声学等．
物理声学和理论声学是各分支的基础．它研究各种机械振动的原理和声
波的收、发器．近年来，非线性声学也有引人注目的发展． 音乐声学探讨各种乐器制作过程中的定音、音调及音色的机理，为向人们提 供各种悦耳的乐器提供理论指导． 水声学是近代声呐设计和海洋开发的技术基础．军事上所用的声呐设备及海 洋开发中所用的地震勘探设备、剖面仪等都是利用水声技术研制出来的． 语言声学和生理声学研究人类发声和对声音的感受．随着近代信息科学的发 展，语言合成，语言识别的理论得到迅速发展．人机对话系统正在成为研究 的热点．生理声学的研究和心理声学相结合为环境噪声的评价及噪声控制标 准提供基础． 建筑声学为现代大型剧场、大会堂的设计提供声学指导，也为城市噪声控制 提供标准．对噪声和振动的研究还是和国防密切相关的课题．火箭、导弹飞 行时的振动及其控制一直是衡量它们总体性能的重要指标． 电声学的发展和近代通讯技术紧密相关．通讯、广播及日常生活中所使用的 各种高音质音响设备为丰富人们的文化生活起着越来越大的作用． 超声及其应用是近代声学发展最迅速的新兴分支．超声无损检测、超声诊断、 超声医疗已在工业及生活方面发挥作用．
与声源不同距离处的压力变化，中间的一条水平线代表空气 处于正常的大气压力，起伏曲线代表因声波经过时压力的增加和 减少，亦即增加或减少的大气压。 对于中等响度的声音，这种压力变化仅为正常大气压的百分 之一。
超声波
特点 * 超声波：频率高，波长短，定向传播性好， 穿透性好，在液体、固体中传播时，衰减很小， 能量高等。 定位、测距、探伤、显象，随着激光全息 用途 的发展，声全息也日益发展，它在地质、医 学等领域有重要的意义； 由于能量大而集中,可用来切削、焊接、钻孔、 清洗机件，还可用来处理种子和催化。 超声波的传播速度对于介质的密度、浓度、成 分、温度、压力的变化很敏感。利用这些可间接测 量其他有关物理量。这种非声量的声测法具有测量 精密度高、速度快的优点；
（a）对频率为100Hz声音的定向反射，声音的波长（3.4m）远
远大于表面的不规则性； （b）对频率为1kHz声音的扩散反射，声音的波长（0.34m）与 表面不规则的尺度相当； （c）对频率为10kHz声音的定向反射，声音的波长（0.034m） 远远小于表面不规则的尺度，这是由各表面产生的定向反射。
LN 40 N 2( ) 10
或
LN 40 33 lg N
响度级的合成不能直接相加，而响度可以相 加。
计权声级
A计权声级是模拟人耳对55dB以下低强度噪声 的频率特性。
来自百度文库
B计权声级是模拟55～85dB的中等强度噪声的 频率特性。
C计权声级是模拟高强度噪声的频率特性。 D计权声级是对噪声参量的模拟，专用于飞机 噪声的测量。
7.声功率级
声功率级常用LW表示，定义为：
W LW 10 lg W0
式中：LW——声功率级，dB； W——声功率，W；
8.声强级 声强级常用LI表示，定义为：
I LI 10 lg I0
式中：LI——声强级，dB； I——声强，W/m2； I0——基准声强。
9.声压级 声压级常用Lp表示，定义为：
1
x
x

cos 2π t
x cos 2 π
2π
x
随 x 而异,与时间无关
0
x 1 2 π (k ) π k 0,1,2, 2
衍射是声波绕过障壁弯折的能力。 声波进入声影区的程度与波长和障壁的相对尺度 有关。
在这两种情况下声波的频率相同，因反射板的 宽度不同，从反射波中分离出的衍射波能量也不同 。 对于一既定频率的声音，小尺度反射板的反射 能力较小。
声波在传播过程中，如果遇到表面有凸凹变化的反射面， 就会被分解成许多小的比较弱的反射声波，这种现象称为扩散 反射。
响度级
定义1000Hz纯音声压级的分贝值为响度级的数值，任何其他频率 的声音，当调节1000Hz纯音的强度使之与这声音一样响时，则这 1000Hz纯音的声压级分贝值就定为这一声音的响度级值。响度级 的单位叫“方”。
图 等响曲线(又称ISO等响曲线)
响度与响度级的关系 根据大量实验得到，响度级每改变10方，响度 加倍或减半。
7、行波与驻波 驻波的形成
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二 驻波方程
正向 负向
y1 A cos 2π (t x

)
y2 A cos 2π (t
x
x
y y1 y2
A cos 2π (t

)
x
2 A cos 2π
x

) A cos 2π (t

)

cos 2π t
驻波方程 y 2 A cos 2π (1)振幅 2 A cos 2π
衡量。
材料的吸声效率是用它对某一频率的吸声系数衡量。
声波的透射
声波入射到建筑材料或建筑部件时，除了被反射
、吸收的能量外，还有一部分声能透过建筑部件传播 到另一侧空间去。
Er
E
Eo E

E ＝ E0
5、平面波、柱面波和球面波
波阵面与声线 声源向各个方向辐射声能，在某一时刻，波动所达到的各 点的包迹面。称为波阵面。 波振面的形状：点声源——球面波 线声源——柱面波 面声源——平面波
声学基本原理及声学测量 简 介
第一部分 声学基本问题 第二部分 声学测量
第一部分 声学的基本问题 1、声音和声波及振动
2、声学分类及研究内容 3、声波的物理特性和量度 4、声波的反射、吸收、折射、散射、绕射 5、平面波、柱面波、球面波的特性 6、噪声及噪声量度
第一部分 声学的基本问题
7、行波与驻波 8、远场与近场 9、传播波与倏逝波、波导及简正波 10、瑞利波、乐福波、斯通利波 11、赫姆霍兹共振腔、多普勒效应
上截止频率 f2/Hz 44.547 3 89.094 6 176.775 353.550 707.100
下截止频率 f1/Hz 22.273 7 44.547 3 88.387 5 176.775 353.550
中心频率 fm/Hz 1 000 2 000 4 000 8 000 16 000
上截止频率 f2/Hz 1 414.20 2 828.40 5 656.80 11 313.6 22 627.2
稳态平面波
P A exp(ikx)
A exp ik x sin cos y sin sin z cos
稳态球面波
P 1 exp ikr P r
6、噪声及噪声量度
噪声的叠加
人们生活和工作所不需要的声音 叫噪声。
声能量是可以代数相加的，设两个声源的声功率分别为W1和W2，那 么总声功率W总=W1+W2。而两个声源在某点的声强为I1和I2时，叠加后 的总声强I总=I1+I2。 声压不能直接相加。
3、声波的物理特性和量度
1.频率 声源在一秒钟内振动的次数叫频率，记作f，单 位为Hz。 2.波长 沿声波传播方向，振动一个周期所传播的距离， 或在波形上相位相同的相邻两点间的距离称为波长， 用λ表示，单位为m。 3.声速 一秒时间内声波传播的距离叫声波速度，简称声 速，记作c，单位为m/s。
3、声波的物理特性和量度
3、声波的物理特性和量度
6.分贝 分贝是指两个相同的物理量（如A1和A0）之比 取以10为底的对数并乘以10（或20）。
A1 N 10 lg A0
分贝符号为“dB”，它是无量纲的，是噪声测量中 很重要的参量。上式中A0是基准量（或参考量），A1 是被量度量。被量度量和基准量之比取对数，该对数 值称为被量度量的“级”，亦即用对数标度时，所得 到 的是比值，它代表被量度量比基准量高出多少“级”。