第二章 聲學(xué)基本知識

1、環(huán)境噪聲控制工程宋娟娟宋娟娟Chapter 2 聲學(xué)基礎(chǔ)知識 o2.1 聲音的產(chǎn)生和傳播o2.2 聲波的描述o2.3 聲波的傳播特性o2.4 聲源的輻射特性2.1聲音的產(chǎn)生和傳播物體的振動是產(chǎn)生聲音的根源。 聲源：我們把產(chǎn)生聲音的振動物體稱作聲源。2.1.2 聲音的產(chǎn)生和傳播 聲波：這種向前推進著的空氣振動稱為聲波。聲場：有聲波傳播的空間叫聲場。聲音傳播的實質(zhì)：聲音傳播是指物體振動形式的傳播。2.2 聲波的描述 o2.2.1 描述聲波的基本物理量o2.2.2 聲音的物理量度o2.2.3 聲波的類型2.2.1 描述聲波的基本物理量2.2.1 描述聲波的基本物理量)2sin(ftx振幅位移位移：物

2、體離開靜止位置的距離稱為位移，最大的位移叫振幅振幅，振幅的大小決定了聲音的大小。周相2.2.1 描述聲波的基本物理量1.1.周期：質(zhì)點振動每往復(fù)一次所需要的時間，單位為秒（s）。2 2.聲波頻率：一秒鐘內(nèi)媒質(zhì)質(zhì)點振動的次數(shù)，單位為赫茲(Hz)。頻率范圍(Hz)20000聲音次2000超低頻聲 中頻聲 高頻定義聲音頻聲聲2.2.1 描述聲波的基本物理量3.波長：聲波兩個相鄰密部或兩個相鄰疏部之間的距離叫做波長，或者說聲源每振動一次，聲波的傳播距離。cTfcTf12.2.1 描述聲波的基本物理量4.聲速：振動在媒質(zhì)中傳播的速度。媒質(zhì)特性的函數(shù)，取決于該媒質(zhì)的彈性和密度；聲速會隨環(huán)境的溫度有一些變化

3、。媒質(zhì)名稱空氣水混凝土玻璃鐵鉛軟木硬木聲速3441372304836535182121933534267表 21.1 時聲速近似值（m/s）o1. 聲壓與聲壓級o2. 聲強與聲強級o3. 聲功率與聲功率級o4. 聲能密度o5. 頻譜和頻程2.2.2 聲波的物理量度聲波的物理量度2.2.2 聲波的物理量度聲波的物理量度1.聲壓和聲壓級：)(0PPp靜態(tài)壓強1.聲壓和聲壓級 a.瞬時聲壓：某一瞬間的聲壓。 b.有效聲壓（pe）：在一定時間間隔中將瞬時聲壓對時間求方均根值即得有效聲壓。TedttpTp02)(1 1.聲壓和聲壓級：聲音種類聲壓聲音種類聲壓正常人耳能聽到最弱聲210-5織布車間2普通說

4、話聲（1m遠處）210-2柴油發(fā)動機、球磨機20公共汽車內(nèi)0.2噴氣飛機起飛200日常生活中聲音的聲壓數(shù)據(jù) (Pa)c. 聲壓級:該聲音的聲壓與參考聲壓的比值取以10為底的對數(shù)再乘20，即：0lg20ppLpapp50102 1.聲壓和聲壓級：聲壓級單位：分貝。 2.聲強和聲強級：a.聲強:在聲傳播方向上單位時間內(nèi)垂直通過單位面積的聲能量，稱為聲音的強度，簡稱為聲強，單位是瓦每平方米 。cPI2b.聲強級:該聲音的聲強與參考聲強的比值取以10為底的對數(shù)再乘10，即：0lg10IILI212010mWI2.聲強和聲強級：聲強級單位：分貝。0lg10IILIccPPcPcPLI00000202lg

5、10lg20lg10cPI2cLLpI400lg10聲壓級和聲強級的關(guān)系：3.聲功率和聲功率級a.聲功率:聲源在單位時間內(nèi)輻射的總能量，單位是瓦。意義：聲功率是衡量聲源聲能量輸出大小的基本物理量；聲功率可用于鑒定各種聲源。b.聲功率與聲強的關(guān)系SWI 球面輻射時：24 rWI波陣面面積c.聲功率級0lg10WWLWWW12010聲功率級單位：分貝。4.聲能密度定義：聲場中單位體積媒質(zhì)所含有的聲能量。 對于在自由空間內(nèi)傳播的平面聲波而言： 202cpDe5.頻程和頻譜：a.頻譜圖：以頻率為橫軸，以聲壓為縱軸，繪出的圖叫聲音的頻譜圖。常見噪聲的頻譜圖5.頻程和頻譜：b. 頻程：為方便起見，通常將寬

6、廣的音頻變化范圍劃分為若干個較小的頻段，稱為頻段或頻程。nff21212fff ffnn)212(噪聲級的合成噪聲級的合成1、噪聲級合成是按照能量的疊加規(guī)律進行疊加的。、噪聲級合成是按照能量的疊加規(guī)律進行疊加的。2、聲強級：聲強與能量成正比?？偮晱姷扔诟髀晱娭?。、聲強級：聲強與能量成正比?？偮晱姷扔诟髀晱娭?。假設(shè)有假設(shè)有n個噪聲源同時存在，聲強與聲強級分別為個噪聲源同時存在，聲強與聲強級分別為I1、 I2、 In和和L1、 L2、 Ln。則：。則：L110lg I1/I0， L210lg I2/I0 ， Ln10lg In/I0 。I1/I010 0.1L1， I2/I010 0.1L2，

7、 In/I010 0.1Ln 。所以，總聲強級所以，總聲強級L10lg （I1/I0 I2/I0 In/I0 ）10lg（ 10 0.1L110 0.1L2 10 0.1Ln ） 噪聲級的合成噪聲級的合成3、聲壓級：能量與聲壓的平方成正比。總聲壓的平方等于各聲壓排放、聲壓級：能量與聲壓的平方成正比?？偮晧旱钠椒降扔诟髀晧号欧胖汀Ｖ?。假設(shè)有假設(shè)有n個噪聲源同時存在，聲壓與聲壓級分別為個噪聲源同時存在，聲壓與聲壓級分別為p1、 p2、 pn和和L1、 L2、 Ln。則：。則：Lp120lg p1/p0， Lp220lg p2/p0， ，Lpn20lg pn/p0 。（p1/p0）210 0.1

8、Lp1， （p1/p0）2 10 0.1Lp2， ， （p1/p0）210 0.1Lpn 。所以，總聲壓級所以，總聲壓級Lp10lg（ 10 0.1L110 0.1L2 10 0.1Ln ） 噪聲級的合成噪聲級的合成4、n個相同噪聲級合成的總噪聲級個相同噪聲級合成的總噪聲級L10lg（ 10 0.1L110 0.1L2 10 0.1Ln ） 10lg（n 10 0.1L1 ）L110lgno當(dāng)當(dāng)n2時，時， LL110lg2 L13即表示兩個相同的聲壓級相加，能量增加一倍，聲級即表示兩個相同的聲壓級相加，能量增加一倍，聲級增加增加3dB。噪聲級的合成噪聲級的合成5、不同噪聲級的合成、不同噪聲級

9、的合成假設(shè)存在兩個噪聲源，聲壓級分別為假設(shè)存在兩個噪聲源，聲壓級分別為L1、L2，且，且L1L2 ，則有：，則有：LL110lg（ 10 0.1L110 0.1L2） L1 10lg 10 0.1L1 10 0.1L2）/ 10 0.1L1 10lg 1+ 10 0.1(L1-L2 )設(shè)噪聲合成的附加值設(shè)噪聲合成的附加值L 10lg 1+ 10 0.1(L1-L2 )，則，則LL1 L其中其中L可查表，根據(jù)表可知，當(dāng)可查表，根據(jù)表可知，當(dāng)L1-L26dB時，時， LL/，線聲源視為點聲源。LAr012lg10rrAdd.矩形面聲源的擴散衰減r0a /，聲源輻射平面聲波，聲壓不衰減。a /r0b

10、 /，面聲源視為點聲源。LabAr0ab2.空氣吸收引起的附加衰減o空氣吸收：聲波在空氣中傳播時，因空氣的粘滯性和熱傳導(dǎo)，在壓縮和膨脹過程中，使一部分聲能轉(zhuǎn)化為熱能而損耗，稱為空氣吸收。這種吸收稱為經(jīng)典吸收。o弛豫吸收：所謂弛豫吸收是指空氣分子轉(zhuǎn)動或振動時存在固有頻率，當(dāng)聲波的頻率接近這些頻率時要發(fā)生能量交換。能量交換的過程都有滯后現(xiàn)象，這種現(xiàn)象稱為弛豫吸收。2.空氣吸收引起的附加衰減o對于噪聲控制工程，可以采用下面的半經(jīng)驗公式來估算空氣吸收衰減。在20時： 82104 . 7dfAa聲波的頻率，Hz相對濕度傳播距離，m2.空氣吸收引起的附加衰減o對于不同溫度，可采用下式來估算： TfCATA

11、aa1),20(),(與20相差的攝氏溫度=410-63.地面吸收的附加衰減當(dāng)?shù)孛媸欠莿傂员砻鏁r：地面吸收將會對聲傳播產(chǎn)生附加衰減，但短距離（30-50m）其衰減可以忽略，而在70m以上應(yīng)予以考慮。3.地面吸收的附加衰減聲波在厚的草地上面或穿過灌木叢傳播時，在頻率為1000Hz時的附加衰減較大，可高達 25/100m dB。附加衰減量的近似計算公式為：dfAg31. 0lg18. 01聲波的頻率，Hz傳播距離，m3.地面吸收的附加衰減聲波穿過樹木或者森林時，不同樹林的衰減相差很大，在1000赫茲時：濃密的常綠樹樹冠 23 dB100m地面上稀疏的樹干 3 dB100m各種樹林平均的附加衰減大致

12、為：dfAg3/1201. 04.聲屏障衰減當(dāng)聲源與接收點之間存在密實材料形成的障礙物時會產(chǎn)生顯著的附加衰減，這樣的障礙物稱為聲屏障。4.聲屏障衰減聲波遇到屏障時會產(chǎn)生反射、透射和衍射三種傳播現(xiàn)象。屏障的作用：阻擋直達聲的傳播，隔絕透射聲，并使衍射聲有足夠的衰減。o聲屏障的附加衰減與聲源及接收點相對屏障的位置、聲屏障的高度及結(jié)構(gòu)以及聲波的頻率密切相關(guān)。4.聲屏障衰減聲屏障的附加衰減與聲源及接收點相對屏障的位置、聲屏障的高度及結(jié)構(gòu)以及聲波的頻率密切相關(guān)。5.氣象條件的影響o雨、雪、露等對聲波的散射會引起聲能的衰減。但這種因素引起的衰減量很小，大約每1000m衰減不到0.5dB，因此可以忽略不計。o風(fēng)和溫度梯度對聲波傳播的影響很大。為什么逆風(fēng)傳播的聲音難以聽清？為什么聲音在晚上要比晴朗的白天傳播的遠一點？2.4聲源的輻射特性o聲源的指向性：聲源發(fā)出的聲波，在各個方向上的聲壓分布并不一定相同，這種隨方向分布的不均勻性，稱為聲源的指向性。o指向性因數(shù)指向性因數(shù)：在離聲源中心不同距離處，測量球面上各點的聲強，求得所有方向上的平均聲強，將某一方向上得聲強與其相比就是該方向的指向性因數(shù)：IIR2.4聲源的輻射特性o考慮到聲源的指向性，需要對聲壓