第9章 声波的吸收
什么是声波和光波的频率和波长如何计算和区分
什么是声波和光波的频率和波长如何计算和区分知识点：声波和光波的频率和波长的计算与区分声波和光波是两种不同类型的机械波，它们在传播过程中具有频率和波长这两个重要参数。
下面将分别介绍声波和光波的频率和波长的计算方法以及它们的区分方式。
1.频率：声波的频率是指声波在单位时间内完成的振动次数，单位为赫兹（Hz）。
声波的频率与声源的振动频率有关。
人耳能听到的声波频率范围约为20Hz～20000Hz。
2.波长：声波的波长是指声波在传播过程中一个完整波形的长度，单位为米（m）。
声波的波长与声速和频率有关，计算公式为：波长 = 速度 / 频率。
在常温下（约为20℃），空气中的声速约为340m/s。
3.频率：光波的频率是指光波在单位时间内完成的振动次数，单位为赫兹（Hz）。
光波的频率与光源的振动频率有关。
光波的频率范围很广，从红光的约400THz到紫光的约700THz。
4.波长：光波的波长是指光波在传播过程中一个完整波形的长度，单位为米（m）。
光波的波长与光速和频率有关，计算公式为：波长 = 速度 / 频率。
在真空中，光速约为3×10^8m/s。
三、声波和光波的区分1.传播介质：声波需要介质（如空气、水、固体）来传播，而光波可以在真空中传播。
2.速度：声波的传播速度远小于光波的传播速度。
在空气中，声速约为340m/s，而光速约为3×10^8m/s。
3.频率范围：声波的频率范围相对较低，人耳能听到的声波频率范围约为20Hz～20000Hz；光波的频率范围很广，从红光的约400THz到紫光的约700THz。
4.波动性质：声波是机械波，需要介质粒子振动来传播；光波是电磁波，由电场和磁场交替变化产生。
通过以上介绍，我们可以了解到声波和光波的频率和波长的计算方法以及它们的区分方式。
希望对您有所帮助。
习题及方法：1.计算声波的频率：已知声速为340m/s，声波的波长为2m，求声波的频率。
解题方法：使用公式频率 = 速度 / 波长，将已知数值代入计算得到频率 = 340m/s / 2m = 170Hz。
第9章噪声污染与防治措施
(1) n个相同噪声级合成的总噪声级
L＝10lg（ 10 0.1L1＋10 0.1L2＋… ＋10 0.1Ln ） ＝10lg（n 10 0.1L1 ）＝L1＋10lgn
当n＝2时， L＝L1＋10lg2＝ L1＋3 即表示两个相同的声压级相加，能量增加一倍，
例1 室内洗衣机工作时，测得噪声声压p＝ 0.02Pa；电冰箱单独开动时声压级是54dB，试计 算两者同时开动时的合成声压级。
解：洗衣机单独工作时声压级为：
L1＝20lg0.02/（2×10－5）＝20×3＝60dB 电冰箱声压级L2＝54dB L1- L2＝6dB，所以△L＝1dB
则两者同时工作时L＝60＋1＝61dB
噪声冲击指数（NII）
针对城市区域环境噪声评价中，不仅要考
虑噪声对个人的影响，还要对评价区域中
的人口数加以计权，这样就对不同区域的
噪声影响的比较提供了依据。
NII
WiPi Pi
其中：Pi---噪声影响范围内的人口数；
Wi---干扰因子，有昼夜等效声级Ldn决定。
三、噪声标准
噪声标准主要分为声环境质量标准、环境噪声排放标准以 及技术方法标准三类。
(二) 环境噪声评价量
A声级（LA） 噪音主要是人对声音的主观听觉感受，人
耳对声音的感受不仅与声压级有关，也与频 率有关。声压级相同，高频声音比低频声音 响。因此，在声学测量仪器中，设置“A计权 网络”，使接收到声音中低频部分衰减，而高 频部分不衰减甚至放大，从而使测得的噪声 值较接近人耳的感觉。这样测得值单位称为A 声级。
声的三要素：声源、介质、接收器 产生机理：机械噪声、空气动力性噪声、电磁性噪声 噪声来源：工厂噪声、交通噪声、施工噪声、社会生
09 第九章 消声器
第九章 消声器消声器是一种既能允许气流顺利通过，又能有效地阻止或减弱声能向外传播的装置。
一个合适的消声器，可以使气流声降低20~40dB ，相应响度降低75%~93%，因此在噪声控制工程中得到了广泛的应用。
值得指出的是，消声器只能用来降低空气动力性设备的进排气口噪声或沿管道传播的噪声，而不能降低空气动力设备的机壳、管壁、电机等辐射的噪声。
9.1 消声器的分类、评价和设计程序9.1.1 消声器的基本要求不论何种类型的消声器，一个好的消声器应满足以下五方面的要求：1.声学性能 在使用现场的正常工况下（一定的流速、温度、湿度、压力等），在所要求的频率范围内，有足够大的消声量。
2.空气动力性能 消声器对气流的阻力要小，阻力系数要低，即安装消声器后增加的压力损失或功率损耗要控制在实际允许的范围内。
气流通过消声器时所产生的气流再生噪声要低，不应影响空气动力设备的正常运行。
3.机械结构性能 消声器的材料应坚固耐用，对于耐高温、耐腐蚀、耐潮湿、耐粉尘等特殊要求，尤其应注意材质和结构的选择。
另外，消声器要体积小，重量轻，结构简单，便于加工、安装和维修。
4.外形和装饰 除消声器几何尺寸和外形应符合实际安装空间的允许外，消声器的外形应美观大方，表面装饰应与设备总体相协调，体现环保产品的特点。
5.价格费用要求 在选材、加工等要考虑减少材料损耗，在具有一定消声量的同时，消声器要价格便宜，使用寿命长，有一个较好的价格性能比。
9.1.2 消声器声学性能评价量消声器的降噪能力用消声量来表征。
测量方法不同，所得消声量也不同。
当消声器内没有汽流通过而仅有声波通过时，测得的消声量称为静态消声量；当有声波和气流同时通过时，测得的消声量称为动态消声量。
评价消声器声学性能好坏的量有下列四种：1.插入损失(IL L )插入损失指系统中插入消声器前后在系统外某定点测得的声功率级之差。
在实验室内测量插入损失一般应采用混响室法或半消声室法或管道法，这几种方法都应进行装置消声器以前和以后两次测量，测出通过管口辐射噪声的各倍频带或1/3倍频带声功率级，然后用消声器换下相应的替换管道，保持其它实验条件不变，测出各频带相应的声功率级。
建筑物理(声学复习)
第10章 建筑声学基本知识1. 声音的基本性质①声波的绕射当声波在传播途径中遇到障板时，不再是直线传播，而是绕到障板的背后改变原来的传播方向，在它的背后继续传播的现象。
②声波的反射当声波在传播过程中遇到一块尺寸比波长大得多的障板时，声波将被反射。
③声波的散射(衍射）当声波传播过程中遇到障碍物的起伏尺寸与波长大小接近或更小时，将不会形成定向反射，而是声能散播在空间中，这种现象称为散射，或衍射. ④声波的折射像光通过棱镜会弯曲，介质条件发生某些改变时，虽不足以引起反射，但声速发生了变化，声波传播方向会改变。
这种由声速引起的声传播方向改变称之为折射.白天向下弯曲 夜晚向上弯曲 顺风向下弯曲 逆风向上弯曲 ⑤声波的透射与吸收当声波入射到建筑构件（如顶棚，墙）时，声能的一部分被反射，一部分透过构件，还有一部分由于构件的振动或声音在其内部传播时介质的摩擦或热传导而被损耗（吸收)。
根据能量守恒定理:0E E E E γατ=++0E --单位时间入射到建筑构件上总声能；E γ——构件反射的声能; E α——构件吸收的声能； E τ-—透过构件的声能。
透射系数0/E E ττ=； 反射系数0/E E γγ=;实际构件的吸收只是E α，但从入射波和反射波所在空间考虑问题，常常定义吸声系数为：11E E E E E γαταγ+=-=-=⑥波的干涉和驻波1.波的干涉：当具有相同频率、相同相位的两个波源所发出的波相遇叠加时,在波重叠的区域内某些点处,振动始终彼此加强、而在另一些位置，振动始终互相削弱或抵消的现象。
2。
驻波：两列同频率的波在同一直线上相向传播时，可形成驻波.2.声音的计量①声功率指声源在单位时间内向外辐射的声能。
符号W . 单位：瓦(W)或微瓦（μW). ②声强定义1：是指在单位时间内，改点处垂直于声波传播方向的单位面积上所通过的声能。
定义2：在声波传播过程中单位面积波阵面上通过的声功率。
符号：I ，单位：W/m 2dWI dS=意义:声强描述了声能在空间的分布；衡量声波在传播过程中声音强弱的物理量。
声波的反射、折射、衍射、扩散、吸收和透射
声波的反射、折射、衍射、扩散、吸收和透射波阵面与声线声波从声源出发，在同一介质中按一定方向传播。
声波在同一时刻所到达的各点的包络面称为波阵面。
波阵面为同心球面的波称为球面波。
它是由点声源所发出的。
当声源的尺度比它所辐射的声波波长小得多时，可以看成是点声源。
波阵面为同轴柱面的波，称为柱面波。
它是由线声源发出的。
如果把许多靠的很近的单个点声源沿一直线排列，就形成了线声源。
波阵面为与传播方向垂直的平行平面的波称为平面波。
它是由面声源发出的。
在靠近一个大的振动表面处，声波接近于平面波。
如果把许多距离很近的声源放置在一平面上，也类似于平面波声源。
声波的反射、折射、扩散、衍射、扩散、吸收和透射声波的反射：声波在传播过程中遇到介质密度变化时，会有声音的反射。
房间界面对在室内空气中传播的声波反射情况取决于其表面的性质。
平面的反射下图表示大而平的光滑表面对声音反射的情况，反射的声波都呈球状分布，它们的曲率中心是声源的“像”，即与平方反比定律一致。
因此，反射声强度取决于它们与“像”的距离以及反射表面对声音的吸收程度。
光滑平面对声波的反射反射的定律：1）入射线、反射线法线在同一侧。
2）入射线和反射线分别在法线两侧。
3）入射角等于反射角。
曲面的反射弯曲表面对声音的反射仍然用声线表示声波的传播方向，下图表示由平面反射的声线是来自“像”声源的射线，呈辐射状分布，入射线、反射线和反射面的法线在同一平面内，入射线和反射线分别在法线的两侧，入射角等于反射角。
投射到凸曲面上的声线都分别被反射，反射波的波阵面并不是圆的一部分，而是必须由画总长度相等的各条声线求得。
声波遇到平面和凸曲面反射的比较下图分别表示对由平面、凸曲面及凹曲面形成的反射声线及波阵面的比较。
从声源到反射面的距离都相等，所分析的入射声波立体角相同，所画的波阵面的时间间隔也相同。
可以看出，来自凸曲面的波阵面比来自平面的波阵面大得多，而来自凹曲面的波阵面则小得多，并且缩小了。
物体的声音特性和噪音的控制
物体的声音特性和噪音的控制一、声音的特性1.音调：声音的高低，由振动频率决定。
2.响度：声音的强弱，与振幅和距离声源的距离有关。
3.音色：声音的品质和特色，由发声体本身的材料和结构决定。
二、声音的传播1.声音的传播需要介质，固体、液体和气体都能传声，真空不能传声。
2.声音在介质中以波的形式传播。
3.声音的传播速度与介质的种类和温度有关。
三、噪声的控制1.噪声的定义：噪声是指影响人们正常学习、工作、休息的声音，以及对人们要听到的声音起干扰作用的声音。
2.噪声的控制途径：a)在声源处控制：通过降低声源的振动幅度或改变声源的结构来减小噪声。
b)在传播过程中控制：通过隔音、吸音、反射等方法来减弱噪声的传播。
c)在人耳处控制：通过佩戴耳塞、耳机等防护用品来减少噪声对人的影响。
四、声音的应用1.声波传递信息：如隆隆的雷声预示着一场可能的大雨，利用超声波探测海底深度等。
2.声波传递能量：如利用声波清洗牙齿、清洗精细机械等。
五、噪声的危害1.噪声会影响人们的正常休息和学习，长期处于噪声环境中可能导致听力下降、神经衰弱等问题。
2.噪声会影响工作效率，增加事故发生的风险。
3.噪声对动物和植物的生长和发育也会产生不良影响。
六、噪声的控制标准1.我国《环境噪声污染防治法》规定，城市居民区、文教区等区域的日间噪声标准为55分贝，夜间噪声标准为45分贝。
2.工业生产、交通运输等产生的噪声，应按照国家相关标准进行控制。
七、减少噪声污染的举措1.加强城市规划，合理布局住宅区、工业区、商业区等。
2.提高工业设备的噪声控制水平，采用低噪声设备和技术。
3.加强对交通运输噪声的监管，如限制车辆鸣笛、规定噪声低的车辆上路等。
4.提高公众对噪声污染的认识，加强噪声防护意识。
八、与噪声控制相关的科技发展1.噪声控制技术：如数字信号处理技术、噪声抑制算法等。
2.噪声监测技术：如智能噪声计、噪声监测系统等。
3.噪声防护技术：如降噪耳机、隔音材料等。
第九章声波的吸收
I(1) 为声中心1m处的声强 声强
2 pa 1 2 I 0c0va 2 0c0 2
3 几何衰减：
声波在传播过程中，波阵面逐渐扩展引 起的声强衰减。 与介质无关，无能量损失 A j ( t kr ) 对球面声波 p e
r
TL 20lg r
声波的吸收
一般的扩展损失写为: TL n 10lg r 常用的几种n取值
I0 p0 10 20 lg lg x I声功率用级和分贝（dB）来量度。他们是：
p2 I L 10 log I 10 log c I 0
2 p p0 20 log p Lp c 0
参考值
1
声压级和声强级的关系修正
p2 I L 10 log 10 log c I I0
n=0 平面声波，无扩展损失
n=1 柱面波，表面声道和深海声道 n=1.5 计及海底吸收时浅海均匀声道适用 n=2 n=4 开阔水域适用 偶极子声源远场适用
声波的吸收
4 纯净介质产生吸收的原因
粘滞、热传导、弛豫效应
粘滞：由于粘滞力引起的声波损失 热传导吸收： 非理想介质，由于压缩 区和膨胀区的温度梯度，发生了热交换， 引起机械能转换为热能而产生的声能量 的衰减。 弛豫过程：外自由度能量和内自由度能 量过程
声波的吸收
弛豫吸收：在弛豫过程中声振动转换为热运动 的附加能量耗散 5 ： 散射 声场中有障碍物存在时，会在障碍物中激起次 级声波，它与原来的传输形式和方向不同，从 而引起声波的衰减。
无损失能量
空气：灰尘 水汽 水中：泥沙、气泡、浮游生物等悬浮粒子及介 质的不均匀性。
声波的吸收
声音的吸收与衍射声波在不同介质中的传播特性
声音的吸收与衍射声波在不同介质中的传播特性声音是一种机械波，可以在不同的介质中传播。
声波在传播过程中会受到介质的吸收与衍射的影响，这些特性对于声音的传播和感知具有重要影响。
一、声波的吸收特性声波在传播过程中会与介质的分子或介质内部的微粒发生相互作用，从而产生能量损失，这种现象称为声波的吸收。
声波的吸收主要受到以下几个因素的影响：1. 声源频率：不同频率的声波在介质中的吸收程度不同。
通常情况下，高频声波比低频声波更容易被介质吸收。
这是因为高频声波具有更高的能量，能够更容易地激发介质内部的分子或微粒的振动。
2. 介质性质：不同物质对声波的吸收具有不同的能力。
一般来说，固体对声波的吸收较小，液体次之，气体最大。
这是因为固体分子之间的结合较强，液体次之，气体分子之间的结合较弱，容易被声波能量所激发。
3. 温度：介质的温度对声波的吸收也有影响。
通常情况下，温度越高，分子的振动越剧烈，从而导致声波能量更容易被吸收。
二、声波的衍射特性衍射是指声波在传播过程中遇到障碍物时发生偏折的现象。
声波的衍射特性受到以下因素的影响：1. 障碍物的大小和形状：障碍物的大小和形状决定了声波衍射的程度。
当障碍物的尺寸远大于声波的波长时，声波衍射的效果显著。
而当障碍物的尺寸接近或小于声波的波长时，声波的衍射效果较弱。
2. 声波的波长：声波的波长越长，其衍射效果越明显。
短波声波（高频）衍射效果相对较弱。
3. 介质的性质：不同介质对声波的衍射特性也有所差异。
固体和液体介质对声波的衍射一般较小，而气体介质对声波的衍射较大。
三、不同介质中声音传播的特点声音在不同介质中的传播速度也有所差异。
一般情况下，固体中的声音传播速度最快，液体次之，气体最慢。
这是因为固体分子之间的结合较强，声波能量在固体中能够迅速传递；液体分子之间的结合较弱，因此声波传播速度较慢；气体分子之间的结合最弱，导致声音在气体中传播速度较慢。
此外，不同介质对声音的衰减程度也有所差异。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
2
15
特点：与频率的平方成正比！——频率越高，吸收越大！ ——低频声在空气中能传播很长距离，而高频声很快衰 减！超声(MHz)几乎不能在空气中传播！ 空气超声：100kHz左右——热门课题！
ik r
——现在k不可能是实数！
10
(1 i v )( k ) k 0 1,
2 2
v 2 0 c0
k
k0
2
1 i v
2
k i ，( 保 证 声 是 衰 减 的)
k 0 (1 i v ) 1 ( v ) k0
振动自由度具有能量
k BT
k BT / 2
声波通过时：平动能量通过分子间碰撞传递给转动 和振动自由度！
外自由度：平动和转动，建立平衡时间较短，跟得上 声波频率变化。 内自由度：振动，能级高，建立平衡时间较长，跟不 上声波频率变化。
19
系统总能量和比热
U Ui Ue dU dT dU i dT dU e dT
4
分子弛豫吸收：声传播过程引起媒质的压缩和膨胀 压缩过程 1、媒质质点的平动能转化成分子的内 部振动或者转动能量； 2、分子结构的变化：松散的分子结构 转变成紧密分子结构； 3、化学溶液(如海水)：离子的结合和 解离。 膨胀过程：过程相反，如果逆过程能在瞬间完成— —可逆过程——不引起声能量的损失 ——但是，建立新的平衡需要时间——弛豫时间—— 在此弛豫过程中，有规的声能量转化成无规的热运动 能量——引起声吸收！
N
i 1
i 2 2 1 i
23
经典吸收公式存在的问题
As
f
2
1 1 A A 3 3 3 0 c0 0 c 0 cV cP 8
2
2
2
1、As的实验值远大于理论值，特别是多原子气体； 2、 As与频率有关，特别是多原子气体。 ——存在新的吸收机理！
16
理论值
21
吸收 当
注意：这里的低频条件与粘滞 情况的不同。在那里，几乎 MHz的声波都能够满足！
1
2
2 cV i R P0 2 ——仍然与频率的 3 3 平方成正比！ 2 0 c0 cV 2 0 c 0
R P0
cV i cV
vx ( y )
x 动量交换相当于存在摩擦力
fx vx y
——摩擦力作功，声能量转 化为热
3
热传导吸收：理想媒质，声传播过程引起媒质的压缩 和膨胀
体积膨胀，温度下降
体积压缩，温度上升
理想媒质：温度的变化与体积的变化同步——温度极 大，体积极小；温度极小，体积极大——可逆过程。 非理想媒质：存在热传导，热量从高温区流向低温 区——声能转化成热能——不可逆过程——声吸收！
t ( v ) 0
运动方程：理想和非理想流体不一样了 理想流体
dv dt
p
7
非理想流体
dv dt
p v ( v )
2
——Navier-Stokes方程 （—切变粘滞系数；—容变粘滞系数） 利用矢量运算关系
( v ) ( v ) v
2 2 2
k
2
2 2 k i源自1 ( v ) k ;
2 2
k0 v
2
1 ( v )
2
2 k
11
一般可取近似条件
2 2
v 1
2 2
——MHz都成立！
k 0 k ; k 0 v 2 k
k k0
2
dv dt
p ( ) ( v ) ( v )
——最后一项：表示流体作有旋运动！
8
物态方程：假定对理想和非理想流体仍然成立
p P P0 P ( s , ) P0
三个线性化方程
t v t 0 v 0; p c0
i t
时间简谐解
p ( x, y, z, t ) p ( x, y, z ) e
i ( ) 2 2 1 p k 0 p 1, 2 0 c0
2 2 k0 2 c0
空间平面波解
p ( x, y, z ) p0 e
13
声波衰减量的单位
——Neper/m (Np/m)
声强衰减
I (x) p0
2
2 0 c0
e
2 x
I (0 ) e
2 x
声强级表示
S IL (0 ) S IL ( x ) 1 0 lo g I (0 ) I (x) 1 0 lo g e
2 x
8 .7 x a x
P0
20
色散 当 1
P0 R P0 2 c 1 c0 0 cV 0
2
——理想气体的 声速。
当 1
P0 cV e c 1 R 2 0 cV e
2
P0 R 2 2 1 c c0 0 cV e
2
P0 R
cV i cV cV e
,
cV e cV
当 1
cV cV i R ——与频率无关！ 3 2 0 c 0 c V e P0
22
当 1
3 2 2 2 0 c0 1
a 8.7 ——dB/m (注意：乘8.7才是dB)
14
9.2 媒质的热传导吸收
吸收系数表达式
2 0 c 0 cV
3 2 1
1 cP
——对气体，热传导引起的声吸收略小于粘滞效应， 但在同一数量级！对非金属流体，热传导效应可忽略。
经典吸收公式 当声吸收比较小，热传导效应和粘滞效应引起的声吸 收是可加的——称为经典吸收
2 2
k 0 ( v )
4
2
4k
2
;
k0 v
2
2k
2 ( v ) 2 2 2 2 k k 0 1 k0 ; 3 4 3 0 c0 2
2 3 2
12
声波衰减解 假定：衰减方向与传播方向一致，因为空间是均匀 和各向同性的！
cV cV i cV e
声速和吸收公式
2 2 P0 cV cV e 2 c 1 R 2 2 2 2 0 cV cV e 2 cV i R 2 3 2 2 2 2 0 c 0 cV cV e
2
——与频率有复杂的关系！
如果存在多个内自由度弛豫过程
2 3
2 0 c0
N
i 1
i 2 2 1 i
因此，流体中声吸收的一般公式为
4 1 1 3 2 0 c0 3 cP cV
2
5
9.1 媒质的粘滞吸收
n F t n t
F
F Fn n
F Fn n Ft t
理想流体
非理想流体
6
粘滞流体中的波动方程
如何定量表达非理想流体中任意一个面受到的力？ 理想流体：
F pSn
非理想流体： 必须用应力张量来描述流体中一点受力 情况！ 质量守恒：理想和非理想流体都成立
2
在线性声学中 可假定流体作 无旋运动
v 0
0
p ( ) ( v )
1 p
2
c0 t
2
2
( ) 2 1 p 2 0c0 t
9
粘滞流体中的波动方程的解
1 p
2
c0 t
2
2
( ) 2 1 p 2 0c0 t
k k iα k 0 iα
p ( x, y , z , t ) p0 e
一维情况容易理解
i ( t k r )
p0 e
α r
e
i ( t k 0 r )
p ( x, t ) p0 e
x
e
i ( t k0 x )
1、声速基本不变！2、衰减与频率的平方成正比！
实验值
17
9.3 分子弛豫吸收理论
为什么对多原子分子气体，经典吸收公式存在矛盾？ 单原子分子气体(Ar, He): 只有平动！ 多原子分子气体: 除质心平动，还存在相对转动和振 动！ C O C O
平衡点附近振动
围绕质心转动
18
双原子分子
6个自由度：3个平动；2个转动；1个振动。
平衡态：每个平动和转动自由度具有能量
第9章 声波的吸收
9.1 媒质的粘滞吸收 9.2 媒质的热传导吸收 *9.3 分子弛豫吸收理论
1
声波的衰减
波阵面扩展：引起衰减
p ~ 1 r
——球面波
p ~
1
——柱面波
声波散射：能量传播方向变化，引起衰减
媒质吸收：声能量转化成热能，引起衰减 规律是什么？
2
媒质吸收的三个机理
粘滞吸收：媒质质点速度不同，引起动量交换 y