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环境噪声控制工程. 宋娟娟. Chapter 2 声学基础知识. 2.1 声音的产生和传播 2.2 声波的描述 2.3 声波的传播特性 2.4 声源的辐射特性. 2.1 声音的产生和传播. 物体的振动是产生声音的根源 。 声源： 我们把产生声音的振动物体称作声源 。. 2.1.2 声音的产生和传播. 声波：这种向前推进着的空气振动称为声波。 声场 ： 有声波传播的空间叫声场。 声音传播的实质： 声音传播是指物体振动形式的传播。. 2.2 声波的描述. 2.2.1 描述声波的基本物理量 2.2.2 声音的物理量度 2.2.3 声波的 类型.
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环境噪声控制工程 宋娟娟
Chapter 2声学基础知识 • 2.1声音的产生和传播 • 2.2声波的描述 • 2.3声波的传播特性 • 2.4声源的辐射特性
2.1声音的产生和传播 物体的振动是产生声音的根源。 声源： 我们把产生声音的振动物体称作声源。
2.1.2声音的产生和传播 声波：这种向前推进着的空气振动称为声波。 声场：有声波传播的空间叫声场。 声音传播的实质： 声音传播是指物体振动形式的传播。
2.2声波的描述 • 2.2.1描述声波的基本物理量 • 2.2.2声音的物理量度 • 2.2.3声波的类型
2.2.1 描述声波的基本物理量 位移 振幅 周相 位移：物体离开静止位置的距离称为位移，最大的位移叫振幅，振幅的大小决定了声音的大小。
2.2.1 描述声波的基本物理量 1.周期： 质点振动每往复一次所需要的时间，单位为秒（s）。 2.声波频率： 一秒钟内媒质质点振动的次数，单位为赫兹(Hz)。
2.2.1 描述声波的基本物理量 3.波长： 声波两个相邻密部或两个相邻疏部之间的距 离叫做波长，或者说声源每振动一次，声波 的传播距离。
2.2.1 描述声波的基本物理量 4.声速：振动在媒质中传播的速度。 媒质特性的函数，取决于该媒质的弹性和密度； 声速会随环境的温度有一些变化。 表 21.1℃ 时声速近似值（m/s）
2.2.2声波的物理量度 • 1. 声压与声压级 • 2. 声强与声强级 • 3. 声功率与声功率级 • 4. 声能密度 • 5. 频谱和频程
2.2.2 声波的物理量度 1.声压和声压级： 静态压强
1.声压和声压级 a.瞬时声压：某一瞬间的声压。 b.有效声压（pe）：在一定时间间隔中将瞬时声压对时间求方均根值即得有效声压。
1.声压和声压级： 日常生活中声音的声压数据 (Pa)
1.声压和声压级： c. 声压级: 该声音的声压与参考声压的比值取以10为底 的对数再乘20，即： 声压级单位：分贝。
2.声强和声强级： a.声强: 在声传播方向上单位时间内垂直通过单位面 积的声能量，称为声音的强度，简称为声强， 单位是瓦每平方米。
2.声强和声强级： b.声强级: 该声音的声强与参考声强的比值取以10为底 的对数再乘10，即： 声强级单位：分贝。
3.声功率和声功率级 a.声功率: 声源在单位时间内辐射的总能量，单位是瓦。 意义： 声功率是衡量声源声能量输出大小的基本物理 量；声功率可用于鉴定各种声源。
b.声功率与声强的关系 球面辐射时： 波阵面面积
c.声功率级 声功率级单位：分贝。
4.声能密度 定义： 声场中单位体积媒质所含有的声能量。 对于在自由空间内传播的平面声波而言：
5.频程和频谱： a.频谱图： 以频率为横轴，以声压为纵轴，绘出的图叫声音 的频谱图。
5.频程和频谱： b.频程： 为方便起见，通常将宽广的音频变化范围划分 为若干个较小的频段，称为频段或频程。
噪声级的合成 1、噪声级合成是按照能量的叠加规律进行叠加的。 2、声强级：声强与能量成正比。总声强等于各声强之和。 假设有n个噪声源同时存在，声强与声强级分别为I1、 I2、… In和L1、 L2、… Ln。则： L1＝10lg I1/I0， L2＝10lg I2/I0 ， … Ln＝10lg In/I0 。 I1/I0＝10 0.1L1， I2/I0＝10 0.1L2， … In/I0＝10 0.1Ln 。 所以，总声强级L＝10lg （I1/I0＋ I2/I0… In/I0）＝10lg（ 10 0.1L1＋10 0.1L2＋…＋10 0.1Ln ）
噪声级的合成 3、声压级：能量与声压的平方成正比。总声压的平方等于各声压排放之和。 假设有n个噪声源同时存在，声压与声压级分别为p1、 p2、… pn和L1、 L2、… Ln。则： Lp1＝20lg p1/p0， Lp2＝20lg p2/p0， …，Lpn＝20lg pn/p0。 （p1/p0）2＝10 0.1Lp1， （p1/p0）2＝10 0.1Lp2， …， （p1/p0）2＝10 0.1Lpn 。 所以，总声压级Lp＝10lg（ 10 0.1L1＋10 0.1L2＋…＋10 0.1Ln ）
噪声级的合成 4、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，声级增加3dB。
噪声级的合成 5、不同噪声级的合成 假设存在两个噪声源，声压级分别为L1、L2，且L1>L2，则有： L－L1＝10lg（ 10 0.1L1＋10 0.1L2）－ L1＝10lg[ 10 0.1L1 ＋10 0.1L2）/ 10 0.1L1 ]＝ 10lg [1+ 10 —0.1(L1-L2 )] 设噪声合成的附加值△L＝ 10lg [1+ 10 —0.1(L1-L2 )]，则 L＝L1＋ △L 其中△L可查表，根据表可知，当L1-L2>6dB时， △L<1dB，所以当两个声源中的一个噪声级超出另一个噪声级6～8dB，则较弱的噪声可以忽略不计。
噪声级的合成 6、计算例题 • 例1 强度为80dB的噪声，其相应的声压为多少？ • 解：Lp＝20lg（p/p0），则，p＝p010 Lp/20 所以，p＝2×10－5×10 80/20＝0.2Pa 例2 声强为10－6 W/m2时的声强级是多少？ • 解：L＝10lg（I/I0）＝10lg（ 10－6 /10－12） • 所以，L＝60dB
噪声级的合成 • 例3 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
噪声级的合成 例4 、声压级分别为70、76、77、80、83dB，试计算合成声压级。 解：L＝86dB 例5 、声压级分别为70、84、78、82、86、89dB，试计算合成声压级。 解（1）首先将声压级按从大到小顺序排列：89、86、84、 82、78、70； （2）89与86合成：合成声压级＝89＋1.8＝90.8dB； （3）90.8与84合成：90.8＋0.84＝91.64dB； （4）91.64与82合成：91.64＋0.46＝92.1dB （5）由于92.1－78＝14.1dB，因而78、70dB两个声源可 忽略不计。则总声压级为92.1dB。
2.2.3 声波的类型 在均匀的理想流体中的小振幅声波的波 动方程为： 或
2.2.2 声波的类型 • 波阵面:是指空间同一时刻相位相同的各点的轨迹曲线。 根据波振面的形状可将声波分为不同的类型。 • 声线：常称为声射线，就是子声源发出的代表能量传播方向的直线，在各向同性的媒质中，声线就是代表波的传播方向且处处与波阵面垂直的直线。
2.2.2 声波的类型 1.平面声波： 声波的波阵面是垂直于传播方向的一系列平 面时，称其为平面声波。 波前： 声波传播时处于最前沿的波阵面称为波前。
1.平面声波： a.波动方程： 对于简谐振动而言：
1.平面声波： b.质点振动速度： 对于简谐振动而言： 质点振动的速度振幅
1.平面声波： c.声阻抗率： 对于平面声波而言： 媒质的特性阻抗，单位（Pa·s/m）
1.平面声波： d.声线： 相互平行的一系列直线。
2.球面声波： 波阵面是以任何值为半径的球面。 a.波动方程： 对于从球心向外传播的简谐球面声波而言： 特点：振幅随传播距离的增加而减少，二者成反比关系。
2.球面声波： b.声线： 是由声源点发出的半径线。
3.柱面声波： 波阵面为同轴圆柱面的声波称为柱面声波。 a.波动方程： 对于远场简谐柱面声波而言： 特点：振幅随径向距离的增加而减少，与距离的平方根成反比关系。
3.柱面声波： b.声线：是由线声源发出的径向线。
2.2.2声波的类型 声波的类型
Chapter 2声学基础知识 • 2.1声音的产生和传播 • 2.2声波的描述 • 2.3声波的传播特性 • 2.4声源的辐射特性
2.3 声波的传播特性 • 2.3.1 声场 • 2.3.2 声波的反射、透射、折射 • 2.3.3 声波的散射与衍射 • 2.3.4 声波的叠加 • 2.3.5 声波在传播中的衰减
2.3.1声场（Sound Field） 1.声场的概念： 声场是指传播声波的空间。 按声场的性质可以将声场分为： 自由声场； 扩散声场； 半自由声场
2. 声场的分类 自由声场: 我们把可以忽略边界影响，由各向同性的均匀 介质形成的声场称为自由声场。
