聲音的物理特性和量度課件

第二節(jié)聲音的物理特性和量度

引言一、聲音的發(fā)生、頻率、波長(zhǎng)和聲速二、聲功率、聲強(qiáng)和聲壓和聲壓級(jí)三、分貝、聲功率級(jí)、聲強(qiáng)級(jí)四噪聲的相加和相減小結(jié)第二節(jié)聲音的物理特性和量度引言一、聲音的發(fā)生、頻率、波長(zhǎng)和聲速

當(dāng)物體在空氣中振動(dòng)，使周?chē)諝獍l(fā)生疏、密交替變化并向外傳遞，且這種振動(dòng)頻率在20～20000Hz之間，人耳可以感覺(jué)，稱為聲音。頻率低于20Hz的為次聲，高于20000Hz的為超聲，它們作用到人的聽(tīng)覺(jué)器官時(shí)不引起聲音的感覺(jué)，所以不能聽(tīng)到。聲源在一秒鐘內(nèi)振動(dòng)的次數(shù)為頻率，記作f。單位為Hz。振動(dòng)一次所經(jīng)歷的時(shí)間為周期，記作T，單位為s。頻率和周期互為倒數(shù)，即T＝1／f一、聲音的發(fā)生、頻率、波長(zhǎng)和聲速

沿聲波傳播方向，振動(dòng)一個(gè)周期所傳播的距離，或在波形上相位相同的相鄰兩點(diǎn)間的距離稱作波長(zhǎng)，記為λ，單位為m。一秒時(shí)間內(nèi)聲波傳播的距離叫聲波速度，簡(jiǎn)稱聲速，記作C，單位為m/s,頻率、波長(zhǎng)和聲速三者的關(guān)系是：沿聲波傳播方向，振動(dòng)一個(gè)周期所傳播的距離，或在波形上

二、聲功率、聲強(qiáng)和聲壓和聲壓級(jí)

1.聲功率（w）

聲功率是指單位時(shí)間內(nèi)，聲波通過(guò)垂直于傳播方向某指定面積的聲能量。在噪聲監(jiān)測(cè)中，聲功率是指聲源總聲功率。單位為w。

2.聲強(qiáng)（I）

聲強(qiáng)是指單位時(shí)間內(nèi)，聲波通過(guò)垂直于聲波傳播方向單位面積的聲能量。單位為w/s2。二、聲功率、聲強(qiáng)和聲壓和聲壓級(jí)

3.聲壓（P）和聲壓級(jí)（LP）

聲波振動(dòng)時(shí)空氣壓強(qiáng)必然比正常大氣壓力會(huì)有所增強(qiáng)或減弱,這種增強(qiáng)或減弱的壓強(qiáng),稱為聲壓。聲壓?jiǎn)挝粸镻a。1Pa＝1N/m2,1atm=105Pa。

對(duì)于球面波和平面波：聲壓與聲強(qiáng)的關(guān)系為3.聲壓（P）和聲壓級(jí)（LP）通常測(cè)量的噪聲聲壓都是瞬時(shí)聲壓瞬時(shí)聲壓的均方根值稱為有效聲壓。一般所說(shuō)的聲壓就是指的有效聲壓。正常人剛剛能聽(tīng)到的最微弱聲音的聲壓為2×10-5Pa，這個(gè)聲壓值稱為人耳的“聽(tīng)閾”。使人耳產(chǎn)生疼痛感覺(jué)的聲壓，如飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲的聲壓為20Pa，稱為人耳的“痛閾”。從聽(tīng)閾到痛閾，即從2×10-5Pa到20Pa，其間相差很大，達(dá)100萬(wàn)倍。通常測(cè)量的噪聲聲壓都是瞬時(shí)聲壓經(jīng)研究證實(shí)，人耳的聲音感覺(jué)與聲壓大小成對(duì)數(shù)關(guān)系。因此用聲壓比的對(duì)數(shù)來(lái)表示聲音的強(qiáng)弱,這就是聲壓級(jí)，即:式中：LP——聲壓級(jí)，單位是分貝，dB；

P——聲壓，帕，Pa；

P0——基準(zhǔn)聲壓，規(guī)定為P0=2×10-5Pa(即聽(tīng)閾升壓)。經(jīng)研究證實(shí)，人耳的聲音感覺(jué)與聲壓大小成對(duì)數(shù)關(guān)系。三、分貝、聲功率級(jí)、聲強(qiáng)級(jí)

1.分貝

所謂分貝是指兩個(gè)相同的物理量之比取以10為底的對(duì)數(shù)并乘以10。分貝符號(hào)為“dB”，它是一個(gè)相對(duì)單位，沒(méi)有物理量綱。分貝數(shù)越小，聲音就越小。如人耳的聽(tīng)閾聲壓級(jí)是0分貝（產(chǎn)生聲音感覺(jué)的最低值）三、分貝、聲功率級(jí)、聲強(qiáng)級(jí)

2.聲功率級(jí)式中：Lw——聲功率級(jí)（dB）；

W——聲功率（w）；

W0——基準(zhǔn)聲功率，為10-12W。

3.聲強(qiáng)級(jí)

式中：LI——聲強(qiáng)級(jí)（dB）；

I——聲強(qiáng)（W／m2）；

I0——基準(zhǔn)聲強(qiáng)，為10-12W／m2。2.聲功率級(jí)四、噪聲的相加和相減

1.噪聲的疊加:兩個(gè)以上獨(dú)立聲源作用于某一點(diǎn)，產(chǎn)生噪聲的疊加。聲能量是可以代數(shù)相加的，設(shè)兩個(gè)聲源的聲功率分別為W1和W2，那么總聲功率W總=W1+W2。而兩個(gè)聲源在某點(diǎn)的聲強(qiáng)為I1和I2時(shí)，疊加后的總聲強(qiáng)：I總＝I1＋I(xiàn)2

但聲壓不能直接相加四、噪聲的相加和相減例:現(xiàn)有兩個(gè)聲音,它們的聲壓分別為P1、P2，聲壓級(jí)為L(zhǎng)P1和LP2，求兩聲音疊加后的合成聲壓級(jí)LP。若LP1=LP2，則LP=？解：根據(jù)聲壓級(jí)的定義，可得：即即例:現(xiàn)有兩個(gè)聲音,它們的聲壓分別為P1、P2，聲壓級(jí)為L(zhǎng)P1又據(jù)聲壓與聲強(qiáng)的關(guān)系：所以：（兩聲音疊加后聲壓的平方等于單聲壓的平方和）所以：又據(jù)聲壓與聲強(qiáng)的關(guān)系：所以：（兩聲音疊加后聲壓的平方等于單聲故總聲壓級(jí)為：如LP1=LP2,即兩個(gè)聲源的聲壓級(jí)相等，則總聲壓級(jí)：故總聲壓級(jí)為：如LP1=LP2,即兩個(gè)聲源的聲壓級(jí)相等，則總當(dāng)聲壓級(jí)不相等時(shí)，按上式計(jì)算較麻煩?？梢岳脠D7-1查曲線值來(lái)計(jì)算。方法是：設(shè)LP1>LP2,LP1—LP2值按圖查得ΔLP，則總聲壓級(jí)LP總＝LP1＋ΔLP

例1兩聲源作用于某一點(diǎn)的聲壓級(jí)分別為L(zhǎng)P1=99dB。

LP2=93dB。由于LP1-LP2=6dB，查曲線得ΔLP＝1.0dB，因此LP總=99＋1.0=100dB

當(dāng)聲壓級(jí)不相等時(shí)，按上式計(jì)算較麻煩。聲音的物理特性和量度課件例2兩聲源作用于某一點(diǎn)的聲壓級(jí)分別為L(zhǎng)P1=90dB。LP2=75dB。由于LP1-LP2=15dB，查曲線得ΔLP＝0.2dB，因此LP總=90＋0.2=90.2dB結(jié)論：①兩個(gè)噪聲相加，總聲壓級(jí)不會(huì)比其中任一個(gè)大3分貝以上；②兩個(gè)聲壓級(jí)相差10分貝以上時(shí)，疊加增量可忽略不計(jì)。例2兩聲源作用于某一點(diǎn)的聲壓級(jí)分別為L(zhǎng)P1=90

例如，有八個(gè)聲源作用于一點(diǎn)，聲壓級(jí)分別為70、75、82、90、93、95、100dB，它們合成的總聲壓級(jí)可以任意次序查圖7-1的曲線兩兩疊加而得。任選兩種疊加次序如下：例如，有八個(gè)聲源作用于一點(diǎn)，聲壓級(jí)分別為70、75、82、

2.噪聲的相減噪聲測(cè)量中經(jīng)常碰到如何扣除背景噪聲問(wèn)題，這就是噪聲相減的問(wèn)題。通常是指噪聲源的聲級(jí)比背景噪聲高，但由于后者的存在使測(cè)量讀數(shù)增高，需要減去背景噪聲。2.噪聲的相減例：為測(cè)定某車(chē)間中一臺(tái)機(jī)器的噪聲大小，從聲級(jí)計(jì)上測(cè)得聲級(jí)為104dB，當(dāng)機(jī)器停止工作，測(cè)得背景噪聲為100dB，求該機(jī)器噪聲的實(shí)際大小。例：為測(cè)定某車(chē)間中一臺(tái)機(jī)器的噪聲大小，從聲級(jí)計(jì)上測(cè)得聲級(jí)為1解：由題可知104dB是指機(jī)器噪聲和背景噪聲之和