環(huán)境噪聲控制工程

第二章聲音的基本性質(zhì)及其傳播規(guī)律教學(xué)內(nèi)容：2.1聲波的產(chǎn)生及描述方法2.2聲波的基本類型2.3聲波的疊加2.4聲波的反射、透射、折射和衍射2.5級(jí)的概念2.6聲波在傳播中的衰減2.7聲源的輻射教學(xué)要求：1.了解聲波的產(chǎn)生及描述方法掌握聲波的疊加的方法掌握級(jí)的概念通過(guò)分析聲波的基本性質(zhì)來(lái)掌握噪聲傳播的規(guī)律重點(diǎn)及難點(diǎn)：聲波的疊加、級(jí)的概念、聲波在傳播中的衰減2.1聲波的產(chǎn)生聲源：凡是發(fā)出聲音的振動(dòng)體，稱為聲源。（車(chē)世光p2圖）（鄭長(zhǎng)聚p4圖）?是縱波（密處壓力高）.疏密往復(fù)運(yùn)動(dòng)的傳播，空氣質(zhì)點(diǎn)并不移動(dòng)質(zhì)點(diǎn)在平衡處左右振動(dòng)是機(jī)械波描述聲波的物理量:聲壓P、頻率f、波長(zhǎng)A、相位@傳播介質(zhì)：除空氣外，在液體、固體等彈性媒質(zhì)中均可無(wú)切向恢復(fù)力而只有體積彈性時(shí)為縱波(氣體、液體)在固體中可以縱波或橫波兩種形式傳播聲壓：空氣中密處：p>p0(靜止大氣壓)疏處：P<P0人耳及聲級(jí)測(cè)量?jī)x器均以聲壓為敏感量.人耳聽(tīng)閾2xlO-5N/m2(Pa);聲壓為正弦波規(guī)律,有效值為:Pe=^波長(zhǎng)：入(m)聲速c(m/s):C=Xxf < A空氣中：C=331.4+0.611? (m/s)一般可取340m/s(15-20?)

鋼中聲速：5000m/s;水中聲速：1450m/s頻率：f,(Hz=1/s),周期T=1/f,(s)人耳可聽(tīng)的頻率范圍：(次聲) 20Hz—20,000Hz(20k) (超聲)波長(zhǎng)： 17m 1.7cm語(yǔ)言聲：100-4kHz,入:3.4m—8.5cm相位:用于描述振動(dòng)的狀態(tài)及其傳播關(guān)系的參數(shù)(行波)2.2聲波的基本類型l.平面波均勻的理想流體媒質(zhì)中,小振幅平面聲波的波動(dòng)方程為:d2P1d2P=x—dx2 c2 dt2設(shè):x=0,p(0,t)=p0cos(3t)是一個(gè)簡(jiǎn)諧波，3=2〃f為振動(dòng)的圓頻率，其中f為頻率至x處的傳播時(shí)間為t，=x/cp(x,t)=p0cos[3(t-t，)]=p0cos[3(t-x/c)]定義波數(shù)k為:k=3/c=2n/入（長(zhǎng)度為2n（m）上含波長(zhǎng)入的數(shù)目）則有：p（x,t）=p0cos（3t-kx）振動(dòng)速度為:u=（p/pc）cos3t-kx）=ucos（3t-kx）x0 0定義聲阻抗率Zs為：Zs=Po/uo=Pc（Pa?s/m）稱為媒質(zhì)的特性阻抗,單位定義為瑞利對(duì)于空氣：Pc=4152.球面波、柱面波聲能量、聲功率和聲強(qiáng)1．聲功率定義：聲源單位時(shí)間向外輻射的能量。記為W,量綱是（w）W=F?u（作用力，速度）F=p?S（聲壓，表面積）則有：W=S?p?u，是一個(gè)交變量時(shí)間平均值為：W二—JTS-p-u-dtTo—T=S-JTp-u-dt

To人講話：約50yw;演員：5000-10000yw;汽車(chē)?guó)Q笛：0.1w; 噴氣飛機(jī)10kw將p,u的表達(dá)式代入積分得：TOC\o"1-5"\h\zp2W二S-pu二S-o-00 2pccu2Xpcc cp2二S?—o 二S-p-u二Sx—■二Sxpcxu22 ee pc e其中：!jfT 7ppe=XTJop2dt二芒是聲壓的有效值（均方根值）同樣 Ue=U0/1.414e0作業(yè)：推導(dǎo)平均聲功率的表達(dá)式2.聲強(qiáng)I單位時(shí)間垂直于波的傳播方向上單位面積所通過(guò)的聲能量，稱為聲強(qiáng)WP2I= =e=U2XPC=PUS Pc e ee對(duì)點(diǎn)聲源：3.聲能密度8聲場(chǎng)中媒質(zhì)的單位體積內(nèi)包含的聲能量，8I P2￡=二一e—c Pc2AE=￡xAV微元體積的聲能量為:理想媒質(zhì)中平面聲波的聲場(chǎng)中,平均聲能密度處處相等波陣面:與傳播方向垂直的包絡(luò)面點(diǎn)源:球面波揚(yáng)聲柱（線源）:柱面波面源:平面波聲波的反射、折射、透射、散射和繞射由邊界條件：p二p:P+P二P12ritu二u:U+U二U12irt聲壓反射系數(shù)：PPi聲壓透射系數(shù)：P2Pc* — cct 厶厶PPc+Pci2211

同理類似可得到聲強(qiáng)反射、透射系數(shù)I(P)2 (pc-pc=—^=(—^)2=(—2~2 1-^)22IPiiT)(pc+pc)21122pc=—1-^X(—J)2=pc2211pc

pc22XT2p由上式可見(jiàn)：t+r=1II符合能量守恒定律材料吸聲系數(shù)aE-Ea= 0-r介于0~1之間E0E0-入射到材料表面的總聲能耳-被材料反射回去的聲能幾種簡(jiǎn)化情況：1)硬邊界pc>>pc,ra1,Ta2,ra1,Ta022 11ppII聲波反射，大小相等，相位相同，界面聲壓加倍媒質(zhì)2中只有靜壓無(wú)聲波，界面振動(dòng)速度為0。2)軟邊界pc<<pc,ra-1,Ta0,ra1,Ta022 11p pII聲波反射后反相，界面上無(wú)聲壓。媒質(zhì)2中亦無(wú)聲波，但媒質(zhì)1中產(chǎn)生駐波聲場(chǎng)。非垂直入射時(shí)：

TOC\o"1-5"\h\zi rsin0 _/sin0_■ t符合涅耳反射折射定散射墻面：圓弧，凹凸處理，鋸齒形等，當(dāng)九ud時(shí)，則不是定向反射，而產(chǎn)生“漫射”，多方向均勻反射劇場(chǎng)中常加“擴(kuò)散體”繞射（惠更斯原理）當(dāng)X>>d時(shí)，發(fā)生繞射現(xiàn)象，與光波看似不同（產(chǎn)生影子）?小孔，以之為新的源重新發(fā)散?小障礙，可繞射而不受影響相反，當(dāng)X<<d時(shí)，則會(huì)產(chǎn)生聲影（光波有立竿見(jiàn)影），高頻聲比較明顯可利用該原理設(shè)計(jì)路邊屏障等聲波的疊加和駐波一般聲壓疊加：p_p+p+ +p_乙p1 2 n ii_1兩聲源頻率相同時(shí)：p_Pcosgt—kr)_Pcosgt—申)1 1111p_ P cos@t —kr )_P cos@t—申)22222則：p_p+p_Pcosgt—p)+Pcosgt—p)_Pcos@t—p)121122T0P2_P2+P2+2PPcos(p—p)T121221相位差a—仰2一叩r（r2-〔）只與空間位置有關(guān)，此時(shí)產(chǎn)生干涉現(xiàn)象，出現(xiàn)駐波聲場(chǎng)。p二p+pTOC\o"1-5"\h\zTmax1 2PT.二lP-p2I

Tmm 1 2合成后聲場(chǎng)的能量密度為：+￡+血COS?2 pc2 2p2 p2￡= 1——,￡= 2—1 2pc2 2 2pc2一般噪聲頻率不同，相位差是隨機(jī)變化的，因此不出現(xiàn)駐波。進(jìn)行時(shí)間平均后：JTcosApdt=00TOC\o"1-5"\h\z