声波的特性

第八章声波测井

第八章声波测井 声波测井的物理基础 1．名词解释： (1)滑行波： (2)周波跳跃： (3)stoneley 波： (4)伪瑞利波： (5)声耦合率： (6)相速度： (7)声阻抗： (8)群速度： (9)频散： (10)衰减： (儿)截止频率： (12)声压： (13)模式波： (14)泊松比： (15)第一临界角： (16)第二临界角： 2．说明弹性系数K 和切变弹性系数μ的意义。他们与杨氏模量E 及泊松比σ有怎样 的关系? 3．介质质点弹性机械振动的过程是 的外力作用下， 与 的互相交替作用的过程，而声波传播，则是这种过程作用于 使之 的过程。 4．声波是介质质点的 振动在介质中的传播过程。声纵波是 变波，横波是 变波，它们均与此物理量(介质的) 有关。 5．某灰岩的V p =5500m/s ，密度ρb =2。73g ／cm 3，横波速度V s 按V p =1.73V 。给出。试 求杨氏模量E ，泊松比σ，体弹性模量K ，切变弹性模量μ及拉梅常数λ。 6．声纵波的质点振动方向与能量传播方向 ，它可在 态介质中传播；声横波的质点振动方向与能量传播方向 ，它能在 态介质中传达播，但不能在 态介质中传播。 7．声纵波的速度为p V =；声横波的速度为s V =故V P /V S = 。根据岩石的泊松比为0.155—0.4，于是V p /V s ；= 。这表明在岩石中，V p V S ，所以在声波测井记录上， 波总先于 波出现。 8．在 相介质中，由于μ=0，即 切应力，故 。 9．瑞利(Rayleigh)波发生在钻井的 界面上，其速度v R 很接近V S ，约为 ，此波随离开界面距离的加大而迅速 ；斯通利（Stoneley ）波产生在 中，并在泥浆中传播，它以低 和低 形式传传播，其速度 于泥浆的声速。 10．到达接收器的各声波中，全反射波因路径处在 中，波速 ，直达波行程 ，但波速 ，滑行波行程 但波速 。故以 波最早到达接收器。

i1声波的产生和传播(教案)

『课题』声波的产生和传播初中物理第二章The generation and propagation of sound waves 『教学目标』 知识目标1、使学生知道声音是由物体振动发生的。 2、使学生理解声波传播需要介质，不同的物质传播声波的速度不同。 3、使学生了解回声和利用回声可以加强原声、测量距离。 能力目标1、使学生了解科学探究的方法，培养实验和思维能力。 2、会把学到的知识解释各种现象。 情感目标1、在科学探究中体验成功的喜悦，激发学生学习物理的兴趣。 2、对学生进行热爱科学、热爱祖国的教育。 『教学重点』声波的产生原因和声波的传播特征。 『教学难点』声波的传播特征。 『教学方法』情景展示、实验探索、点拨启思、协作建构。 『教学器材』玻璃杯，音叉，乒乓球，玻璃罩，闹钟，抽气机，声音传播装置等。『课程类型』新授课（双语） 『教学过程』 (一) 引入新课（5min）The phenomenon of sound in the nature. 图一[情景展示] 自然界中常见的声音现象： 风声、雨声、蝉鸣声、汽车喇叭声，人说话声……[实验演示] 1、敲击七个装有不等水量的玻璃杯演奏音乐。 2、声音引发玻璃管内的微粒作奇妙的运动。 [图片展示] 1、日常生活中人与人的的交谈。 2、宇航员在月球上的交谈。（图一） [学生活动] 利用手中物品，发出不同的声音。 [现象质疑] 1、各种各样的声音是如何产生的？ 2、人类在地球和月球上的交谈方式为什么不一样？ 3、玻璃管内的微粒为什么会产生奇妙的舞动现象？ 要回答以上问题，下面我们一起通过活动来探索。

(二) 讲解新课（28min） The generation of sound waves. 图二 Any objects when beaten or stimulated will vibrate and produce sound. 声波的产生和传播 The generation and propagation of sound waves 一、声波的产生 [实验演示] 1、敲击图二所示的音叉。 现象：音叉发声且旁边的乒乓球震动。 2、拨动琴弦。 现象：琴弦振动且发出优美的声音。[体验感悟] 物体振动，发出声音。 [总结归纳] 1、物体受到击打或激发就会产生振动。 2、任何声音都是物体振动产生的现象。[质疑思考] 是不是只要有振动就有声音？ The propagation of sound waves. 图三 Sound waves can`t propagate through the vacuum. What can the sound waves propagate through? 二、声波的传播 [实验演示] 1、把闹铃放在玻璃罩中，逐渐抽出其中空气。（图三） 2、将空气逐渐回放到放有闹铃的玻璃罩。 现象：1、抽出玻璃罩中的空气，声音消失。 2、回放空气，声音复原。 [体验感悟] 声音在真空中无法传播。 [现象解析] 因为真空中没有物质粒子，振动物体无法在真空中产生声音。 [质疑思考] 真空中不能传播声音，那么声音靠什么传播。 [活动探索] 情景1：日常生活中人与人的交谈。 现象：人们能彼此听到对方的声音。 解析：空气中存在气体分子。 推论：气体可以传播声音。

初中物理-声波的产生和传播

我们生活的世界里充满了各种声音，声音无时不有，无处不在，声音是我们了解周围事物、获取信息的主要渠道之一。下图中的声音依次是如何产生的：_________________；__________________； ______________________。 【答案】翅膀振动；鼓面、锣面振动；腹部的鸣管振动 一、声波的产生 1、一切发声的物体都在___________。振动停止，_________也停止。 2、声源：_________________的物体，包括____________、________________。例如：橡皮筋用力拉没有声音，轻轻拨动却有声音；直尺用力弯曲没有声音，拨动拍打有声音；桌面用力按用力压没有声音，敲击拍打有声音。 3、科幻电影中能看到飞船在太空爆炸的惊悚画面，但却听不到爆炸的声音，这是因为___________________。 【答案】1、振动；发声2、一切正在发声；正在振动的声带、正在振动的音叉等 3、声音不能在真空中传播 二、声音在介质中的传播 知识梳理 声波的产生和传播

1、声音是以波的形式在介质中由近及远地传播开去，可以和水波 类比来认识声波。 2、声音传播的快慢用声速表示，它的大小等于声音在每秒内传播 的________，声音在介质中的传播速度跟温度有关，空气中温度低， 声速就小。声音在15℃的空气中的传播速度为__________。 3、声音在不同的介质中的传播速度不同。一般是________中最慢，液体中较快， ________中最快。古代行军宿营，士兵常头枕牛皮制的箭筒睡在地上，能听到 夜袭敌人的马蹄声，现代人们常把耳朵贴在铁轨上，能及早听到远处传来的火 车的声音，这是因为_______________________。 4、听到声音的必要条件：__________________________；__________________________； ________________________。 5、听录音机里自己的声音感觉不像自己的声音的原因：__________________________________ ____________________________________________________________。 【答案】2、距离；340m/s3、气体；固体；声音在固体中传播速度较快 4、声源在振动发声；有传播声音的介质，如空气；听觉器官完好 5、我们讲话时，声带的振动往往经过牙床、上下颌骨等骨头，传入内耳，引起听觉（骨传导）。但这跟接 收从空气穿来的声波的感觉并非完全一样 三、声音的利用 1、声音不仅具有能量，还能_____________。 2、回声：声波在传播过程中一部分声波遇到障碍物被反射回来的现象。不同的障碍物表面对声音的反射和 吸收能力不同。通常______________的表面反射声波的能力强，_______________的表面吸收声波的的能力强。声源距离障碍物的距离s=1/2s总=1/2vt总。 3、如果人的耳朵要将回声与原声区分开来，必须满足：传入人耳的原声与回声时间相差_______秒以上， 人距障碍物不得小于________米。否则，回声与原声混在一起使原声加强。 【答案】1、传递信息2、坚硬光滑；松软多孔3、0.1；17 四、探究实验

超声波的基本原理及传播特点 (1)

目录 摘要 (2) 引言 (3) 1.超声波的基本原理及传播特点 (4) 1.1什么是超声波 (4) 1.2超声波的基本原理 (4) 1.2.1压电效应及脉冲超声波的产生 (4) 1.2．2超声波波形 (5) 1.3超声波传播的特点 (6) 2.超声波的应用 (6) 2.1超声波在制浆造纸中的应用 (7) 2.2超声波传感器 (8) 2.3超声波测距 (9) 2.4超声波在医学诊断中的应用 (10) 2.5超声波在生物技术领域的应用 (11) 2.5.1用于培养液及药物的雾化 (11) 2.5.2提高种子发芽率和遗传物质的转化率 (11) 2.6超声波在军事中的应用 (11) 3. 结束语 (12) 参考文献 (12) 致谢 (13)

摘要 超声波是一种高能机械波，本文通过介绍超声波的产生机制和基本原理。让读者更深层次的认识超声波，文中根据超声波的自身特点从超声波传感器、超声波测距、及超声波在纸浆造纸中、医学诊断中、生物技术领域中、军事中的应用这六个方面进行详细讲述。超声波是一门年轻的学科，随着超声研究技术的不断成熟，未来将会更好的应用在生产生活中。 关键词：超声波；传感器；测距；医学诊断 Abstract Ultrasonic is a kind of high-energy mechanical wave, this paper introduces the basic principle of ultrasonic generation mechanism and give readers a deeper understanding of ultrasound, in this paper, according to the characteristics of ultrasonic sensors, ultrasonic distance measurement, and ultrasonic in pulp papermaking, medical diagnosis, in the field of biotechnology, the application of the military in these six aspects in detail. Ultrasonic is a young discipline, with the ultrasonic technology matures, the future will be better application in the production and living. Key words: ultrasonic ；the sensor ；ranging; medical diagnosis 引言 超声波最早被人类发现是在1793年由意大利科学家斯帕拉捷在蝙蝠身上发现其存在，随后的30多年里人们进行了有关超声波的产生机理方面的大量研究，直到1830年F ·Savar 用齿轮产生4104.2 HZ 的超声，首次实现了人类在人工控制下超声波的产生，开启了超声历史的新纪元，其他新技术如压电效应与逆压电效应的发现大大推动了超声波的快速发展，在随后的60年间，世界各地区有关超声技术的研究不断的取得突破性成果，20世纪的40年代超声技术开始应用于临床医疗方面，这也同样推动了人类医疗事业的发展，有关超声波在医学方面的应用与研究取得突破性进展，国际间也有过许多的交流与合作，共同推动了超声科技的发展和进步。我国在超声方面的研究相对落后于国际主流国家，我国由于当时特别的时期和特别的情况，20世纪60年代才开始超声方面的研究，有关超声学的相关研究始于也在这个时期真正开始，并且在随后的几年发展中取得了许多重要成果和重要的应用，如金属探伤、种子的培育、印染等。在基础研究方面也取得了重要进展，如研制出有关超声波在固体中衰减所用的检测设备，进行了有关超声乳化等课题的研究，研制出分子声学试验等设备，表面换能器的相关研究在1960年左右开始。改革开放的新时期，超声技术开始了实际应用之路，并且在该领域的一些列成果开始走进我们的生

超声波特性

2．1 超声波的定义 波是由某一点开始的扰动所引起的，并按预定的方式传播或传输到其他点上。声波是一种弹性机械波。人们所感觉到的声音是机械波传到人耳引起耳膜振动的反应，能引起人们听觉的机械波频率在20Hz~20KHz ，超声波是频率大于20KHz 的机械波。 在超声波测距系统中，用脉冲激励超声波探头的压电晶片，使其产生机械振动，这种振动在与其接触的介质中传播，便形成了超声波。 2．2超声波的物理特性 当声波从一种介质传播到另一种介质时，在两介质的分界面上，一部分能量反射回原介质，称为反射波；另一部分能量透射过分界面，在另一个介质内部继续传播，称为折射波，如图2．1所示，图中L 为入射波，S ?为反射横波，L ?为反射纵波，L ?为折射纵波，S ?为折射横波。 L 图2．1超声波的反射、折射及其波形转换 这些物理现象均遵守反射定律、折射定律。除了有纵波的反射波折射波以外，还有横波的反射和折射。 因为声波是借助于传播介质中的质点运动而传播的，其传播方向与其振动方向一致，所以空气中的声波属于纵向振动的弹性机械波。在理想介质中，超声波的波动方程描述方法与电磁波是类似的。描述简谐声波向X 正方向传播的质点位移运动可表示为： ()cos()A A x t kx ω=+ （2.1） 0()ax A x A e -= （2.2） 式中，()A x 为振幅即质点的位移，0A 为常数，ω为角频率，t 为时间，x 为传播距离，2/k πλ=为波数，λ为波长，α为衰减系数。衰减系数与声波所在介质和频率关系： 2af α= （2.3）

式(2．3)中，a 为介质常数，f 为振动频率。 2．2．1超声波的衰减 从理论上讲，超声波衰减主要有三个方面： (1) 由声速扩展引起的衰减 在声波的传播过程中，随着传播距离的增大，非平面声波的声速不断扩展增大，因此单位面积上的声压随距离的增大而减弱，这种衰减称为扩散衰减。 (2) 由散射引起的衰减 由于实际材料不可能是绝对均匀的，例如材料中外来杂质金属中的第二相析出、晶粒的任意取向等均会导致整个材料声特性阻抗不均，从而引起声的散射。被散射的超声波在介质中沿着复杂的路径传播下去，最终变成热能，这种衰减称为散射衰减。 (3) 由介质的吸收引起的衰减 超声波在介质中传播时，内于介质的粘滞性而造成质点之间的内摩擦，从而使一部分声能转变成热能。同时，由于介质的热传导，介质的稠密和稀疏部分之间进行热交换，从而导致声能的损耗，以及由于分子驰豫造成的吸收，这些都是介质的吸收现象，这种衰减称为吸收衰减。 扩散衰减仅取决于波的几何形状而与传播介质的性质无关。对于大多数金属和固体介质来说，通常所说的超声波的衰减，即p(衰减系数)表征的衰减仅包括散射衰减和吸收衰减而不包括扩散衰减。因此，空气介质的衰减系数也由两部分组成，可由下式表示： 22222238211()3v P f f K C C C C πηπβρρ=++ (2.4) 式中：K ：热传导系数 f ：超声波频率 η：动力粘滞系数 C ：超声波传播速度 v C ：定容比热 p C ：定压比热 ρ：传播介质密度 式(2．4)中第一项是由内摩擦引起的衰减系数，第二项是由热传导引起的衰减系数，由于后者比前者小得多，故在忽略热传导引起的超声波衰减的情况下，衰减系数可以由下式表示： 223 83f C πηβρ= （2.5） 把C = 2.5）可得： 3223 322283()M f R T β πηργ=?? (2.6) 由式(2．6)可知：温度一定时，η、 ρ、T 均一定，衰减系数与频率的平方成正比；频率越高，衰减的系数就越大，传播的距离也就越短。在实际应用

第12章 材料和结构的声学特性

第12章材料和结构的声学特性 建筑声环境的形成及其特性，一方面取决于声源的情况，另一方面取决于建筑环境的情况。而建筑环境，一方面是指建筑空间，另一方面是指形成建筑空间的物质实体——按照各种构造和结构方式“结合”起来的材料以及在建筑空间中的人和物。材料和结构的声学特性是指他们对声波的作用特性。 12.1 吸声材料和吸声结构 应用场所：早前：音乐厅（一般不做吸声处理）、剧院、礼堂、录音室、播音室等。 后来：教室、车间、办公室、会议室等。 作用：1、缩短和调整混响时间 2、控制反射声 3、消除回声 4、改善音质，改变声场分布 5、用于控制噪声 12.1.1 吸声系数和吸声量 1）吸声系数 用以表征材料和结构吸声能力的基本参量通常采用吸声系数，以“α”表示，定义为： α在0到1之间，数值越大，吸声能力越好。 吸声系数与频率有关，工程上通常采用125、250、500、1000、2000、4000Hz 六个频率来表示某一种材料和结构的吸声频率特性。有时也把250、500、1000、2000Hz四个频率吸声系数的算术平均值（取为0.05的整数倍）称为“降噪系数”（NRC）。 2）吸声量 用以表征某个具体吸声构件的实际吸声效果的量是吸声量，它与构件的尺寸大小有关。A＝α*S 12.1.2吸声材料和吸声结构的分类 1）吸声材料的选用原则： （1）、吸声系数高； （2）、吸声频带宽； （3）、材料的耐久性好。 （4）、材料的装饰性、防火防腐、防虫 驻、质轻、防潮等。 2）分类 吸声材料按吸声机理分为： （1）靠从表面至内吸声材料部许多细小的敞开孔道使声波衰减的多孔材料，以吸收中高频声波为主，有纤维状聚集组织的各种有机或无机纤维及其制品以及多孔结构的开孔型泡沫塑料和膨胀珍珠岩制品。 （2）靠共振作用吸声的柔性材料（如闭孔型泡沫塑料，吸收中频）、膜状材料（如塑料膜或布、帆布、漆布和人造革，吸收低中频）、板状材料（如胶合板、硬质纤维板、石棉水泥板和石膏板，吸收低频）和穿孔板(各种板状材料或金属板上打孔而制得，吸收中频)。以上材料复合使用，可扩大吸声范围，提高吸声系数。用装饰吸声板贴壁或吊顶，多孔材料和穿孔板或膜状材料组合装于墙面，甚至采用浮云式悬挂，都可改善室内音质，控制噪声。多孔材料除吸收空气声外，

声波的产生与传播及其特性的讲义

声波的产生与传播及其特性 要点一、声波的产生和传播 1.声波：发声体的振动在空气或其他物质中的传播叫做声波。 2.声源：正在发声的物体叫做声源。 3.介质：能够传播声音的物质叫做介质，气体、液体、固体都是介质。 要点诠释： 1、声波实际是声源振动的信息和能量通过周围的物质（通常叫介质）传播开去。声波无法在真空中传播，这是由于真空中没有可以传播振动的物质，不能形成疏密状的声波。 2、声音是由物体的振动产生的。振动停止，发声也停止，但是不能说振动停止，声音也消失。因为振动停止，只是不再发声，但是原来所发出的声音还在继续向外传播并存在。 3.声音的传播需要介质，真空不能传声。 类型一、声音的产生 例题： 1.如图所示小华将正在发声的音叉触及面颊，而不直接观察音叉是否振动的原因是___________。当小华用手捂住正在发声的音叉后，小华___________（填“能”、或“不能”）听到音叉发出的声音，这是因为______________________。 举一反三： 1.如图所示，当敲响的音叉接触悬挂的小球时，音叉能把小球弹开。该 实验证明了声音是由于物体产生。 2.下列哪一种情况声音不能传播（）

A ．在空气中 B.在水中 C.在地面以下 D.在太空中 3.下列现象中说明声音产生原因的是（ ） A ． 敲击音叉发声，与音叉接触着的乒乓球被弹开 B ． 敲击一下长铁管的一端，在另一端的人先后听到两次打击声 C ． 敲击打击乐器，发出不同的声音 D ． 敲击水中的石块，岸上的人也能听到敲击声 4.下列关于声现象的说法中，错误的是（ ） A ．真空不能传声 B ．15℃时空气中的声速是340m/s C ．声音在固体中比在空气中传播得慢 D ．喇叭发音时，放在纸盆上的纸屑在上下跳动，说明振动发声 5.在敲响大古钟时发现，停止了对大钟的撞击后，大钟“余音不止”，其原因是（ ） A ． 人的听觉发生“延长” B ． 是大钟的回声 C ． 大钟仍在振动 D ． 大钟虽停振动，但空气仍在振动 要点二、声速 回声 1.声速：声音在每秒内传播的距离叫声速，单位m/s,读作米每秒。15℃时空气中的声速是340m/s ，平 常我们讲的声速，指的就是此值。 2.影响声速的因素：（1）介质的种类，一般情况下v 固＞v 液＞v 气； （2）温度，同种介质，温度越高，声速越大。 3、回声：声波在传播过程中遇到大的障碍物一部分被反射回来，便形成回声。 4、回声测距：测出从发声到接受到回声的时间，知道了声速利用公式2 t s v ，可以算

§1.1声波的产生和传播

§1.1声音的产生与传播 学习目标: 1．知道声音是由物体振动发生的。 2．知道声音传播需要介质，声音在不同介质中传播的速度不同，知道声音在空气中的传播速度。 3．知道回声现象和回声测距离。 重点 声音发生和传播 难点: 回声测距离 一．重难点知识梳理： 1.声源：______________________。 正在发声的物体。 2.声音的发生：由物体的而产生。停止，发声也停止。 振动，振动 3.声音的传播：声音靠传播。不能传声。通常我们听到的声音是靠传来的。 介质，真空，空气 4.声音速度：在空气中传播速度是：。 340米/秒 5.声音在传播比液体快，而在液体中传播又比快。 固体，气体 6.人听到声音的条件： A.__________________________. B._____________________________ 。 C.______________ ________. D._________________________ A：有声源发出声音B：有传播声音的介质C：达到一定的强度 D：在一定的频率范围内 7.人耳的结构，着重讲清楚鼓膜（形成起振）、听小骨（放大震动）、听神经（传播声 刺激产生的神经冲动）、听觉中枢（形成听觉）这些部分的功能。 8.骨传导：人的头骨、颌骨等可接受声音刺激形成神经兴奋，并可把这些兴奋传递到 听觉中枢形成听觉。 9.回声 a.声波在传播过程中遇到障碍物时，一部分声波被反射回来，这就是____。 b.坚硬光滑的表面反射声波的能力____，松软多孔的表面吸收声波的能力____。 c.人耳能区分的最小声音间隔时间为____。 d.利用回声可以________。 a.回声； b. 强、强； c. 0.1s； d. 测距离 二．考点方法与技巧归纳 1.声音的产生与传播 例1.如图甲所示，用竖直悬挂的泡沫塑料球接触发声的音叉时，泡沫塑料球被弹起，这个现象说明___________________；如图乙所示，敲击右边的音叉，左边完全相同的音叉把泡沫塑料球弹起，这个现象说明_____________________________。

声波的传播特性

声波的传播特性 声源的方向性：虽然不同声源的辐射方向图形不同，但大部分声源符合下列规律：当辐射出来的声波波长比声源的尺寸大很多倍时，声波比较均匀地向各方向传播；当辐射出来的声波波长小于声源的尺寸时，声波集中地向正前方一个尖锐的圆锥体的范围内传播。例如我们讲话时，语音中的低频部分，由于其波长比声源的尺寸大得多，所以能绕着人的头部而向各个方向均匀地传播；而语音中的高频部分仅由发言者的嘴部向前直射。因此，当我们站在讲话者的背后时，听到的声音中的高频分量会有下降，常常感到听不清楚。 声波的反射和折射：当我们向河中投一小石块时，将会激起水波。此水波向四面传播，遇到河岸时，水波就会被反射回来。与其相似，在空气中传播的声波遇到长和宽都比声波波长大的坚硬障碍物（如平面墙），也会产生反射现象。其反射情况遵从反射定律。反射定律是：入射声线、反射声线，法线（在入射点作垂直该表面的垂直线）在同一平面上；入射声线、反射声线分居法线两侧；入射角（入射声线与法线的夹角）等于反射角（反射声与法线的夹角）。根据声波反射定律，在室内扩声时，如果天花板或墙面为凹面，会产生声聚焦现象，使声场分布有均匀，在聚集点附近放置传声器最容易出现声反馈，引起啸叫声。如果天花板或墙面形成凸面，则会将反射声扩散开来，使室内声场分布趋于均匀，有利于室内各座位上的听音要求。许多大型演播室、剧场的墙面分隔成一些柱形面，天花板做成拱形面，都是为了扩散反射声，以获得均匀的声场。 当声波遇到障碍物时，除了反射声波外，还有一部分声波将进入障碍物。进入声波的多少与障碍物的特性有关。如果传播路径中遇到的是坚硬障碍物，则大部分声音能量就会被反射回来，小部分声音能量被障碍物吸收掉；如果传播路径中遇到的是松软多孔障碍物，那么，大部分声波会被吸收，小部分声波被反射。由于此时声波从一种媒质进入到另一种媒质，其传播方向发生变化，我们把这种现象称为折射。 声波的绕射（衍射）和散射：我们仍以河面上的水波为例。当水面上有障碍物时，水波的传播发生了变化。当障碍物比较小时，水波可以绕过障碍物继续传播。当障碍物较大时，在障碍物背后的边缘附近没有水波，而其余部分仍有水波传播，我们称这类现象为绕射（衍射）。 声波遇到障碍物时也存在绕射现象。若障碍物的尺寸一声波波长相近时，声波像没有遇到障碍物一样继续传播。若障碍物的尺寸比声波波长大很多时，声波则会在障碍物的边缘产手子波，子波的频率与原声波相同，但幅度较小，并且继续向障碍物的阴影区传播。室内扩声，场地较大，听众座位平排水平放置，坐在后面各排的听众会听不见舞台音箱的直达声，只能听见前面排座上人头边传来的衍射声和天花板、墙面传来的反射声，声音既小又不清晰，这些区域叫声影区，这是建声的缺陷，扩声环境的听音多区应避免声影区的存在。 声波在传播过程中，如果遇到障碍物产生的绕射是无规则时则称为散射现象。如果遇到一厘米左右尺寸的障碍物时，那么，无论频率多高的声波，大部分都能绕过它而继续向前传播。 与上述现象相对照，当声波通过障碍物的洞孔时，也会发生绕射现象。此时，洞口好像一个新的点声源。当声波的波长比洞口尺寸大很多时，经过洞口后的声波从洞口向各个方向传播。而频率较高的声波则具有较强的方向性，从洞口向前方传播。因此当室内有一声源时，声波将会遇到墙壁、家具等物体，而产生反射、绕射等现象，而且声波还会通过门、窗的缝隙处传到室外。 声波干涉：两个声波在同一介质中传播，若振幅相同、频率相等、相位差为零或恒定，则在空间某些地方合成振幅最大，在空间某些地方合成振幅为零，这种现象称为声波干涉。这会造成厅堂各处的声音并不是一样响，甚至于很小。声驻波：两列反向传播的声波在

声波的产生和传播(B)

四．声波的产生和传播（B） 1．2008年5月12日14时28分，我国四川省汶川县发生里氏8.0级特大地震，振动波及半个中国！灾情发生后，天翔迅速上网搜索了一些关于地震的知识：地震的频率范围大约是1HZ～100HZ；在传播途中振动的幅度逐渐衰减，而且频率越高衰减得越快。请结合这些信息在下列说法中选出错误的一项（）A．5月12日14时28分，恩施州全境也产生了强烈震感 B．发生地震时，释放出巨大的能量 C．在汶川，人们可以听见地震时发出的声音，音调比较低沉 D．在距离汶川较远的地方，人们可能感受到了震动，但可能听不到声3．小孩用嘴巴把一个气球吹大，由于小孩用力太大，气球被吹破了，发出“嘭”的响声，这响声是由于（） A.球皮被吹大时振动发出的响声 B.吹气时球内空气振动发出的响声 C.破裂时球皮振动发出的响声 D.球皮破裂时引起周围空气振动发出的响声 5．你面向一高墙喊话，如果听到回声，那么你和高墙之间的距离至少为：（） A．大于34m B．大于17m C．等于17m D．等于34m 6．天坛公园的回音壁是我国建筑历史上的一大奇迹，回音壁应 用的声学原理是下面的（） A．声音的反射B．声音在墙壁中的传播 C．声音在空气中的传播D．利用回声增强原声的现象 9．在图所示，小明与小刚用细棉线连接了两个纸杯，制成了一个“土 电话”。 (1)他们用“土电话”能实现l0m间的通话，这表明。 (2)相距同样远，讲话者以同样的响度讲话，如果改用细金属丝连接土电话，则听到的声音就大些。这一实验现象表明。(3)如果在用土电话时，另一个同学用手捏住线上的某一部分，则的一方就听不到声音了，这是由于。 (4)如果在用土电话时，线没有拉直而处于松驰状态，则听的一方通过棉线 （选填“能”或“不能”）听到对方的讲话声。 5.如图所示，当敲响右边的音叉时，左边完全相同的音叉 ________(填“会”或“不会”)振动，靠在左边音叉的小球能 弹起.这说明________，这是由于________ 将右边音叉的振动 传给了左边音叉的缘故. 8.在课堂上老师提出一个问题“声音怎样从发声的物体传播到远处”小明和小刚进过讨论；提出一个猜想“声音传播出去，可能需要什么东西来作媒介”，为了验证这个猜想，他们设计了如下的试验： 1把两张课桌紧紧地挨在一起，小明轻敲桌面，小刚把耳朵贴在另一张桌上，他________听见小明轻敲桌面的声音。（选填“能”或“不能”） 2.两张桌子，离开一个小缝，小刚________ 听见小明轻敲桌面的声音。有此，他们的到了结论：。

第二章 声波的基本性质及其传播规律

第二章声波的基本性质及其传播规律 在日常生活中存在各种各样的声音。例如，人们的交谈声、汽车喇叭声、机器运转声、演奏乐器的乐声等等。在所有各种声音中，凡是有人感到不需要的声音，对这些人来说，就是噪声。简单地讲，噪声就是指不需要的声音。为了对噪声进行测量、分析、研究和控制，需要了解声音的基本特性。本章介绍声波的基本性质及其传播规律。 2. 1 声波的产生及描述方法 2. 1. 1 声波的产生 各种各样的声音都起始于物体的振动。凡能产生声音的振动物体统称为声源。从物体的形态来分，声源可分成固体声源、液体声源和气体声源等。例如，锣鼓的敲击声、大海的波涛声和汽车的排气声都是常见的声源。如果你用手指轻轻触及被敲击的鼓面，就能感觉到鼓膜的振动。所谓声源的振动就是物体（或质点）在其平衡位置附近进行往复运动。当声源振动时，就会引起声源周围空气分子的振动。这些振动的分子又会使其周围的空气分子产生振动。这样，声源产生的振动就以声波的形式向外传播。声波不仅可以在空气中传播，也可以在液体和固体中传播。但是，声波不能在真空中传播。因为在真空中不存在能够产生振动的媒质。根据传播媒质的不同，可以将声分成空气声、水声和固体（结构）声等类型。在噪声控制工程中主要涉及空气媒质中的空气声。 在空气中，声波是一种纵波，这时媒质质点的振动方向是与声波的传播方向相一致。与之对应，将质点振动方向与声波传播方向相互垂直的波称为横波。在固体和液体中既可能存在纵波，也可能存在横波。 需要注意，声波是通过相邻质点间的动量传递来传播能量的。而不是由物质的迁移来传播能量的。例如，若向水池中投掷小石块，就会引起水面的起伏变化，一圈一圈地向外传播，但是水质点（或水中的飘浮物）只是在原位置处上下运动，并不向外移动。 2. 1. 2 描述声波的基本物理量 当声源振动时，其邻近的空气分子受到交替的压缩和扩张，形成疏密相间的状态，空气分子时疏时密，依次向外传播（图2－1）。 图2－1 空气中的声波 当某一部分空气变密时，这部分空气的压强P变得比平衡状态下的大气压强（静态压强）P0大；当某一部分的空气变疏时，这部分空气的压强P变得比静态大气压强P o小。这样，在声波传播过程中会使空间各处的空气压强产生起伏变化。通常用p来表示压强的起伏变化量，即与静态压强的差p =（P－P o），称为声压。声压的单位是帕（斯卡），Pa。 1帕= 1牛顿 / 米2 如果声源的振动是按一定的时间间隔重复进行的，也就是说振动是具有周期性的，那么就会在声源周围媒质中产生周期的疏密变化。在同一时刻，从某一个最稠密（或最稀疏）的地点到相邻的另一个最稠密（或最稀疏）的地点之间的距离称为声波的波长，记为λ，单位为米，m。振动重复的最短时间间隔称为周期，记为T，单位为秒，s。周期的倒数，即单位时间内的振动次数，称为频率，记为f、单位赫兹，Hz，1赫兹 = 1秒－1。 如前所述，媒质中的振动递次由声源向外传播。这种传播是需要时间的，即传播的速度是有限的，这种振动状态在媒质中的传播速度称为声速，记为c ，单位为米每秒，m / s 。 在空气中声速 c = 331.45 + 0.61 t ( m / s ) ( 2 －1 ) 其中，t 是空气的摄氏温度（0 C）。可见，声速c随温度会有一些变化，但是一般情况下，这个变化

噪音的传播特性

噪声源总是体现在一定的空间中，因此必须研究声音在空间中传播的特性，包括声波传播过程中的衰弱、反射、折射、绕射和干涉等现象。传播声波的空间称为声场，声场分自由声场、扩散声场和半自由声场。自由声场是一种理想化的声场，严格地说在自然界中不存在这种声场，但是我们可以近似地将空旷的野外看成是自由声场。在声学研究中为了克服反射声和防止外来环境噪音的干扰，专门创造一种自由声场的环境，它可以用做听力实验，检验各种机器产品的噪音，测量声源的声功率，校准一些电声设备等。扩散声场与自由声场完全相反。在扩散声场中，声波接近全反射的状态。例如，在室内，人听到的声音除来自声源的直达声外，还有来自室内各表面的反射声。如果室内各表面非常光滑，声波传到壁面上会完全反射回来。如果室内各处的声压几乎相等，声能密度也处处均匀相等，那么这样的声场就叫做扩散声场(混响声场)。在声学研究中，可以专门创建具有扩散声场特性的房间，即混响室。它可用来测试声源的声功率和做不同混响时间下语言清晰度试验等。在实际生活中，遇到最多的情况，既不是完全的自由声场，也不是完全的混响声场，而是介于二者之间的半自由声场。根据环境吸声能力的不同，有些半自由声场接近自由声场一些，有的更接近扩散声场。粘贴了隔声吸声棉的车体，由于异型吸音槽对车辆噪音的高效抑制，可以有效改善驾驶室的声场。 声源发出的噪音在媒介中传播时，其声压或声强将随着传播距离的增加而逐渐衰减。高频声波比低频声波衰减得快，当传播距离较大时其衰减值是很大的，因此高频声波是传不远的。从远距离传来的强噪音如飞机声、炮声等都是比较低沉的，这就是在长距离的传播过程中高频成份衰减得较快的缘故。除了空气能吸收声波外，一些材料例如玻璃、毛毯、泡沫塑料等也会吸收声音，称为吸声材料。当声波通过这些多孔性吸声材料时，由于材料本身的内摩擦和材料小孔中的空气与孔壁间的摩擦，使声波能量受到很大的吸收并衰减，这种吸声材料能有效地吸收入射到它上面的声能。 噪音声波在传播过程中经常会遇到障碍物，这时声波将从一个媒质(空气)入射到另一媒质中去。由于这两种媒质的声学性质不同，一部份声波从障碍物表面上反射回去，而另一部份声波则透射到障碍物里面去。利用介质不同的特性阻抗，可以达到减噪目的。例如，在室外测量噪音时，坚硬的地面、公路和建筑物表面都是反射面，如果在反射面上铺以吸声材料，那么反射的声能将减少。由于声波的反射特性，在室内产生的某一噪音会从墙面、地面、天

关于声音特性

声音在人类生活中具有重要意义，人们就是靠声音传递语言、交流思想的。声音来源于物体的振动。例如人的发声是由声带动引起的；扬声器发声则产生于扬声器膜片的振动；锣、鼓是靠锣面、鼓面膜的振动发声的；弦乐器是靠弦的振动发声的；笛、箫等则依靠空气柱的振动发声……正在发出声音的振动物体称为声源，传播声音的必要条件。没有物体的振动有传声介质（如在真空中），同样也没有声音。声音不仅能在气体中传播，在固体和液体中也能够传播。当声源在空气中振动中，使邻近的空气随之产生振动并以波动的方式向四周传播，传至人耳将引起耳膜振动，最后通过听觉神经产生声音的感觉对于专业音响工作者来说,掌握一些声学基础和生理声学方面的知识是至关重要的。 声音信号的特性 语音和音乐信号都是不规则的随机信号，由基频信号和各种谐波（泛音）成分组成。要“原汁原味”地重放这些随即音频信号，扩声音响系统必须具备符合语言和音乐的平均特性。其中最重要的三个特性是平均频谱（频率响应特性）、平均声压级和声音的动态范围。 1.1、人声信号 人声信号是一种典型的随机过程，它于人的生理特点、情绪与语言内容等因素有关。 1）、语言基音的频率范130-350HZ包括全部谐波（泛音）频率范围为130-4000HZ 2）、演唱歌声的频率范围比较宽，可分为男低音、男中音、男高音、女高音等5个声部。基音的频率范80-1100HZ，包括全部谐波（泛音）频率范围为80-8000HZ。5个声部的范围是：80-294HZ；110-392HZ；147-523HZ；196-698HZ和262-1047HZ。 3）、声压级正常谈话时语言的声功率为1微瓦，大声讲话时可增加到1毫瓦。正常讲话时与讲话人距1米时的平均声压级为65-69dB。 4）、动态范围语言的动态范围（最大声压级与最小声压级之差值）为20-40dB，戏剧60-80dB。 1.2、音乐信号 音乐信号的频谱范围很宽。它与乐器的类型有关。在乐器中管风琴具有最宽的基音范围，从16-9000HZ，其次是钢琴，它的基音范围为27.5-4136HZ。民族乐器的基音范围为100-2000HZ。所有的乐器都包含有丰富的高次谐波（泛音）。因此音乐的频谱范围可扩展到15000-20000HZ。 高质量的音响系统（音乐重放）的频率响应（频率特性）范围不小于40-16000HZ。信号动态范围不小于50-55 dB。 描述一个音乐信号的特性还有另外一些量，例如颤音特性、持续时间以及声音的建立和衰减时间等，这些量反映了音乐的瞬态特性。 人声和音乐信号还有一个重要特性，就是最大声压级（持续时间较短的瞬时信号）与长时间内平均声压级之差称为声音信号的峰值因子，它是声音信号动态范围的组成之一，不同节目信号的峰值因子是不同的，为保证声音重放时不失真，系统的动态范围设计必须满足节目要求。 测量表明，语言信号的能量集中在130-4000HZ的中低音和中音范围内。音乐信号的能量分布范围很宽，从30-16000HZ随着频率的升高而减小，低音（包括80HZ以下的超低音）能量最大；中低音的强度稍低，高音强度则迅速下降。因此扬声器箱中的低音、中音和高音扬声器单元的功率配置必须与之相适应。当分频频率为570HZ时，低音和中高音的功率比为1.42；当分频频率为900HZ时，低音和中高音的功率比为1.78；当分频频率为1430HZ 时，低音和中高音的功率比为2.54。 1、复杂信号波形的频谱 无论人声、乐器声还是自然界中各种声音都不是单音（或纯音），而是复合音，其波形都不是正弦波，但它们都可以分解成若干强度的不同频率的谐波。声音的音色主要由这些谐波

第二章.声波-1

第二章.声波的基本性质及其传播规律 A 、 教学目的 1.声波的基本性质及其传播规律(C ：理解) 2.声波传播现象(B ：识记) B 、教学重点 (1)声波的基本特性 ①声源；②波动；③声波的传播特性 (2)噪声的客观物理量度 ①声强、声压、声功率；②声强级、声压级、声功率级；③分贝相加、分贝相减、分贝平均；④频程和滤波器；⑤频谱和频谱分析；⑥噪声的掩蔽效应。 C 、教学难点 1、声波的传播特性、级、频谱、掩蔽效应的概念 2、声波传播的现象知识。 D 、教学用具 多媒体——幻灯片 E 、教学方法 讲授法、讨论法 F 、课时安排 4(6)课时 G 、教学过程 基本概念： 声源：凡能产生声音的振动物体。P7 纵波：媒质质点的振动方向与声波的传播方向相一致的声波。P7 横波：媒质质点的振动方向与声波的传播方向相互垂直的声波。P7 声压：声源振动、传递，会造成邻近空气压强的起伏变化，其压强的起伏变化量p ，即与静态压强的差p=(P-P o )。P8 频率：单位时间的振动次数，单位赫兹（Hz ）,1Hz=1s -1 。P8 振幅：振动波离开平衡处的最大位移。P10 波阵面：音波传播空间同一时刻相位相同的各点的轨迹曲线。P10 平面声波：当波阵面是垂直于传播方向的一系列平面时的声波。一般远离声源的声波近似的看作为平面声波。P10 波前：声波传播时处于最前沿的波阵面。P10 波数：c k /ω=,其中ω——角频率，c ——声速。P10 声阻抗率：u p Z s /=，p ——声压；u ——质点振动速度；p11 点声源：当声波的几何尺寸比声波波长小得多时，或者测量点离开声源相当远时，则可以将声源看成为一个点，称为点声源。P12 线声源：当声波的几何尺寸相比声波波长不可忽略且声源形状可视为一条线时的声源。P32 面声源：当声波的几何尺寸相比声波波长不可忽略且声源形状可视为一个面域时的声源。P34 球面声波：在各向同性的均匀媒质中，从一个表面同步涨缩的点声源发出的声波，也就是在

声波分类

声波 一、声波概述 我们周围充满各种各样的声音：交谈声、音乐店、车辆运行声、自然界风雨声等等。从物理学角度讲，声音是由物体振动产生的一种波，并通过媒质（一般是空气）传播而作用于我们的耳鼓，使我们能够感知。声音的传播需要媒质，在真空中声波不能传播。声音的高低叫做音调，它是由声源振动的频率决定的，由于物体的振动有快有慢，所以发出的声音也就有高有低，一般来说，正常人能够听到频率为20Hz到20000Hz的声波。 声音作为一种波，它具有波的所有特性，包括反射、干涉、衍射等。我们应该会判断一些常见声现象的实质，如空谷回声、夏日雷声轰鸣不绝等属于声波的反射；“隔墙有耳”或“闻其声不见其人”属于声波的衍射等。 二、超声波和次声波 （1）次声波 频率低于20赫兹的声波，叫做次声波。次声波的特点是频率低、波长长、穿透力极强，它可传播至极远处而能量衰减很小，10Hz以下的次声波可以跨山越洋，传播数千千米以远。对于次声波人耳无法感受到，但鲸鱼、海豚之类的海生动物可以感受到，大洋彼岸的风暴、地震和海啸引起的次声波，数千公里外鲸鱼能感知到，并作出反应。在自然界，次声波的自然发生源有狂风暴雨、雷鸣电闪、台风寒潮、龙卷冰雹、晴空湍流、地震海啸、陨石落地、极光放电、太阳磁爆及日全食等，频率一般都在0.1Hz以下。人为发生源包括飞机飞行、车辆高速行驶、机器飞速运转、打桩机喷气打桩、火箭发射、核爆炸等，它们所产生的频率一般在1Hz～15Hz。 由于次声波的频率与人体固有频率相吻合，所以它对人体健康的危害是很大的，一旦高强度次声波作用于人体，就会引起人体某些器官的强烈振动，甚至共振，使人产生头晕、耳鸣、恶心、失眠、神经错乱、四肢麻木、失去知觉等症状，严重的可致人于死地，现在次声波已被用作武器。 （2）超声波 频率超过20000赫兹的波叫超声波。超声波人耳感受不到，但很多动物都有完善的发射和接收超声波的器官，如蚊子、蝙蝠、猫、狗和家畜就能听到超声波。西方人用一种叫做犬笛的口哨来呼唤爱犬，犬笛吹出的即是超声波。以昆虫为食的蝙蝠，视觉很差，飞行中不断发出超声波的脉冲，依靠昆虫身体的反射波来发现食物。海豚也有完善的“声纳”系统，使它能在混浊的水中准确地确定远处小鱼的位置。 超声波有两个特点：一个是能量大，一个是沿直线传播。它的应用就是按照这两个特点展开的。①如在我国北方干燥的冬季，如果把超声波通入水罐中，剧烈的振动会使罐中的水破碎成许多小雾滴，再用小风扇把雾滴吹入室内，就可以增加室内空气的湿度。这就是超声波加湿器的原理。对于咽喉炎、气管炎等疾病，药力很难达到患病的部位．利用加湿器的原理，把药液雾化，让病人吸入，能够增进疗效。利用超声波的巨大能量还可以把人体内的结石击碎。②超声探测：超声波基本上是沿直线传播的，可以定向发射。如果渔船载有水下超声波发生器，它旋转着向各个方向发射超声波，超声波遇到鱼群会反射回来，渔船探测到反射波就知道鱼群的位置了，这种仪器即为声纳。声纳也可以用来探测水中的暗礁、敌人的潜艇，测量海水的深度。根据同样的道理也可以用超声波探测金属、陶瓷混凝土制品，甚至水库大坝，检查内部是否有气泡、空洞和裂纹。人体各个内脏的表面对超声波的反射能力是不同的，健康内脏和病变内脏的反射能力也不一样。平常说的“B超”就是根据内脏反射的超声波进行造影，帮助医生分析体内的病变（如右图所示）。 三、噪声及噪声污染 随社会的发展，在我们生活的周围，噪声对环境的污染与大气、水质受污染一样，已逐渐成为一种危害人类环境的公害。 1、噪声的定义