电声学基础

电声学基础

绪论

?什么是声学？

?产生——传播——接收——效应。

?研究范围

?人类对声学现象的研究

?我国，11世纪，沈括

?西方，17世纪，索沃提出acoustique的名称。如今，acoustics代表声学，音质。

?人们观察声学现象，研究其规律，几乎是从史前时期开始的。

?近代声学

?伽利略（1564～1642）开创

?1638年，“有关两种科学的对话”

?林赛（R. Bruce Lindsay）在“声学的故事”中提到科学家79人

?19世纪末，瑞利《声之理论》二卷（1000页）

?20世纪开始，赛宾，建筑声学

?1936年，莫尔斯《振动和声》一书，反映了声学基础理论的发展

?古人的声学研究理论成果

?关于声的知识和分类

?“音”（即乐音）

?“乐”

?“噪”，“群呼烦扰也”

?“响”，“响之应声”

?乐律

?在《管子》中首先出现，理论是“三分损益法”。

?十二律是十二个标准音调，实际上基本的标准音调只有一个，即黄钟，《史记》：“黄钟（管）长八寸一分”，或提：长九寸。

三分损益十二律

?欧洲乐律起源：毕达哥拉斯（Pythagoras），公元前六世纪

?1584年，明代王子朱载堉完成《律学新说》，详细提出十二平均律理论

?荷兰人斯蒂文（Simon Stevin），

?共振、回声、混响

?“应”

?“鼓宫宫动，鼓角角动，音律同矣”

?11世纪，沈括，“共振指示器”

?波动论

?亚里士多德（Aristotle，公元前384～322年）

?高度、强度、品质

?空气运动的速度、被激动的空气量、发声器官的构造

?频率

?伽利略(Galileo Galilei)，单摆及弦的研究

?声速

?法国的梅尔新，加桑地

?1687年，牛顿，《自然哲学的数学原理》

?1816年，法国数学家拉普拉斯

?电声学

?20世纪20年代，电子管

?1920年，美国肯尼迪（A. E. Kennedy）把类比概念和方法引入电声系统和机械振动系统

?电声学这门科学主要是研究电能和声能彼此转变的问题。各种换能器的构造和理论，录音和放音的各种方法，都是属于“电声学”的范畴。

?电声学与其他声学部门的关系

?电声学和建筑声学、生理声学、超声学、水声学都有很密切的关系。

第一章振动和声波的特性

1-1 振动与声波

1-1-1 振动

?什么是振动？P6

?振动的特性

1-1-2 声波

?几个基本概念：

?声波——物体的振动引起周围媒质质点由近及远的波动

?声源——发声的物体，即引起声波的物体

?媒质——传播声波的物质

?声场——声波传播时所涉及的空间

?声音——声源振动引起的声波传播到听觉器官所产生的感受

?声线——声波传播时所沿的方向

?结论

?声波的产生应具备两个基本条件：物体的振动，传播振动的媒质

?声波是一种机械波，媒质

?传播的只是能量

?气体中的声波是纵波，即疏密波

?声波具有一般波动现象所共有的特征：反射、折射、衍射、干涉等

声波的反射

声波的全反射

声波的折射

波的衍射：惠更斯定律

干涉与拍频

?当一列有明显波长和振幅的正弦声波由左向右传播时，遇到另一列具有同样波长和振幅，却由右向左传播的声波，此时在任何一点观察所产生的效果，都要依据在不同时间两列波叠加的情况而定。

?“同相”（in phase），相长干涉（constructive interference）

?“倒相”（out of phase），相消干涉（destructive interference）

?“拍频”（beating）。

多普勒效应

?当声源和听者彼此相对运动时，会感到某一频率确定的声音的音调发生变化，这种现象称为多普勒效应。频率的变化量称为多普勒频移。

?声波的一些基本参数

?波长

?波数——即沿着声波传播方向上单位长度内的相位变化

?声速——声波在媒质中每秒内传播的距离称为声速，用C表示，单位为m/s。

?空气中的声速等于

?当温度为15°C时，声波在空气、水、钢、玻璃中的声速分别为340m/s，1450m/s，5100m/s，6000m/s

?速度随着媒质密度增大而增加。

?声音的传播速度与媒质的密度、弹性和温度（变化1度，变化0.6m/s）有关，与声波的频率、强度和空气湿度无关。

?声速比光速慢得多，这对方位感的辨别起到了很重要的作用。

?必须把声速和振速严格区分开来

预习：

?声波的基本参量有哪些？各自的含义是什么？

?平面波和球面波有哪些区别？

1-2 声波的基本参量与波动方程

?三个基本参量：

?媒质密度、媒质质点振动速度、声压，它们都是位置与时间的函数

?媒质密度ρ=ρ（x,y,z,t）

?在没有声波时，媒质密度称为静态密度ρ0，

?ρ是指该处媒质密度的瞬时值。

?媒质质点振动速度v

?它是一个向量，反映微观质点振动，单位m/s

?声压P

?P=P（瞬态）－P0（静态）

?是标量，单位Pa

?三个声波方程式

?声振动作为一个宏观的物理现象，必然要满足三个基本的物理定律，即牛顿第二定律、质量守恒定律及上述压强、温度与体积等状态参数关系的状态方程。

?为了使问题简化，必须对媒质及声波过程做出一些假设，P21

?运用这些基本定理就可以分别推导出媒质的：

?运动方程（牛顿第二定律的应用），即p与v之间的关系

?状态（物态）方程（绝热压缩定律的应用），即p与ρ之间的关系

?连续性方程（振动过程的统一性），即ρ与v之间的关系

1-2-1 波动方程

?由上述三个基本方程，可以导出声波传播方程，波动方程：

?推导

1-2-2 平面波球面波波阻抗率

?平面波

?什么是平面波？

?方程推导

?由于波阵面是平面，波阵面面积不再随传播距离而变化，即S不再是r的函数，讨论这种声波归结为求解一维声波方程：

?方程式的解及分析

?设方程式有下列形式的解：

?代入一维声波方程，

?得

?其中

?对于讨论声波向无限空间传播的情况，取成复数的解将更为适宜，即

?假设没有反射，则B＝0，得

讨论：

?首先讨论任一瞬间时，位于任一位置处的波经过时间后位于何处？

?任一时刻t0时，具有相同相位的质点φ0是一个平面

?波（声）阻抗率Zs

?媒质特性阻抗

?球面波

?什么是球面波？

?当声波的波阵面为球面时，该声波称为球面波。

?一个点声源发出的声波为典型的球面波。

?方程推导：

?柱面声波

?什么是柱面声波？

?若声源为长圆柱形，其长度远大于波长，则辐射的声波为圆柱面声波，此时S=2πrl，其中l为圆柱长度。

?方程推导：

?平面波与球面波的区别

?波阵面不同

?平面波的幅度不变，球面波的幅度随距离增大而减小，在距离很大时，球面波近似于平面波

?平面波声压与质点振速相位一致，而球面波不一致

?平面波Zs为一常数，球面波Zs为一复数

预习：

?比较在相同声压时，水中和空气中的声强度？

1-3 声波的特性——能量关系

?1-3-1 声压

?什么是声压？

?声波传播时，空气媒质各部分产生压缩与膨胀的周期性变化，这变化部分的压强与静态压强的差值称为声压。

?瞬时声压、峰值声压与有效值声压

?Pp=1.414Prms

1-3-2 质点振动位移

1-3-3 质点振动速度

1-3-4 声阻抗

声阻抗Z A

?

声阻抗率Z S

?

平面声波中的特性阻抗Z C

?

1-3-5 声能量与声能密度

?声能量ΔE

?声能密度ε

?定义——单位体积内存在的声能量（瞬时值）

?平均声能密度

?对于平面波：

?对于球面波：

1-3-6 声功率与声强

?平均声功率定义

?又称平均声能量流，是指单位时间内通过垂直于声传播方向的面积S的平均声能量。声波在单位时间内沿传播方向通过某一波阵面所传递的能量。

?因为声能量是以声速Co传播的，因此平均声能量流应等于声场中面积为S，高度为D的柱体内所包括的平均声能量，即

?平均声能量流，单位为瓦，1瓦=1牛顿·米／秒。

?声强I

?定义

?通过垂直于声传播方向的单位面积上的平均声能量流就称为平均声能量流密度或称为声强，即

?自由平面波或球面波的情况下声波在传播方向上的声强为

?根据声强的定义，它还可用单位时间内、单位面积的声独向前进方向毗邻媒质所作的功来表示，因此它也可写成

?对于平面波：

?对于球面波

?声强的单位是瓦／米2

?例：

?一讲话者发出的声功率约为20μW，在离其1米的地方声强为多少？在离其2米的地方声强为多少？

?注意：切不可将声源的声功率与声源实际损耗的功率混淆。

?例：

?（a）比较在相同声压时，水中和空气中的声强度。

?（b）比较在相同频率和位移幅值时，水中和空气中的声强度。

?1-3-7 声谱

?1-3-8 工程计算用声学常数

?自学内容P15

?预习：可以从哪几方面来描述人的主观听觉？它们对应的客观量分别有哪些？

1-4 听觉心理——主观听觉与电声标准

?人的主观听觉与客观实际是否一致？

?音质四要素:

?振幅（幅度）——音强——响度，大小

?频率——音高——音调，高低

?频谱（相位）——音色——品质

?波的时程特征——音品

?客观主观

1-4-1 声压级与声强级（dB）

?为什么要采用声压级或声强级？

?声压和声强的量度问题，声音从最弱到最强用Pa表示麻烦

?人耳听觉增长规律的非线性

?声压级

?定义

?在空气中参考声压P ref，一般取为2×10-5帕

?人耳听力范围：

?0dB（闻阈）～120dB（痛阈）

?是否存在小于0dB的声音？

?声强级

?定义

?空气中参考声强I ref，一般取10-12W／m2

?声压级与声强级数值上近于相等

?例：

?如果一个声波的强度为I A，另一个声音是I A的1000倍，则这两个声波强度差为多少？

?声功率级

?意义与应用

?电平控制器

?误差

?级和分贝

?分贝是级的单位，不能按照一般自然数相加的方法求和。当以分贝为单位的声学量进行相加时，必须从能量的角度考虑，按照对数运算的法则进行计算。

?问题：声压提高一倍，声强提高一倍，功率提高一倍，电平提高一倍

?声源的叠加

?功率

?W1+2=W1+W2

?声压

?一般在多个声源声波相遇处的振动，是各个声波所引起的分振动形成的和振动，而其质点上的位移，则是各个声波在这点上所引起的分位移的矢量和，这就是声波叠加的原理。

?如果这两个声源为不相干声源，则

?例：设两个声源的声功率分别是90分贝和80分贝，试求叠加后的总声功率。

?例：若在某一声场中有一组不相干声源，在这一声场某点测得声压级分别为80，90，98，100，95，90，82，75及60分贝，求该点的总声压级。

1-4-2 人对声音频率的感觉特点

——音高与音阶

?倍频程P40

?定义

?频程的单位，符号为oct，等于两个声音的频率比（或音调比）的以2为底数的对数，在音乐中常称八度。

?十二平均律

?定义

?所谓十二平均律，是在一个倍频程的频率范围内，按频率的对数刻度分成十二个等份划分音阶的。

?这十二个音阶中，相邻的两个音称为半音关系，它们的频率比为

?关键词

?21/12——相临键音高频率关系

?2n——每n个八度频率相差2n倍

f A = 440Hz = f a1

?

?分组

?大字二组C2~B2

?大字一组C1~B1

?大字组C~B

?小字组c～b

?小字一组c1～b1

?小字二组c2～b2

?例：

f e1

?

f B1

?

f d1

?

?人耳频率听觉范围

?次声<20Hz~20kHz<超声，10个倍频程

?电声上认为：中频1k~3k

?另一种观点：500Hz

?小于150Hz 低音

?150Hz~500Hz 中低音

?500Hz~5kHz 中高音

?大于5kHz 高音

?极低频20~40：低音大提琴、低音巴松管、管风琴、钢琴、土巴号

?低频40~80：大鼓、法国号、巴松管、低音单簧管

?中低频80~160：定音鼓、男低音、上述乐器

?中频160~1280：所有乐器、人声、厚实与否

?中高频1280~2560：中提琴上限、长笛、单簧管、双簧管高端、短笛低端、三角铁、钹

?高频2560~5120：小提琴上限、钢琴、短笛高端、泛音

?极高频5120~20k：泛音（谐波）

?音色

?为什么频率相同的乐器听起来音色不同？

?由于各乐器的谐波不同（谐音数目与强度分布不同），音色不同

?谐频——音色

?任何声音的实际音色，均取决于在基频之上出现的谐频（又叫谐音）

?谐音的频率总是基频的整数倍，这种音在主观上是和谐的；噪声通常是由许许多多频率与强度都不同的各种成分杂乱无章的组合而成。

?音色：成分音结构

?音品：时间结构，波的时程包络，从起始——稳定——衰减的特性

1-4-3 听觉的基本特性

?听觉的韦伯定律

?听觉的欧姆定律

?双耳听觉

?听觉疲劳

?听阈（闻阈）

?痛阈

?听觉住留

?听力谐音

1-4-4 响度与响度级听觉的频率响应音调

?对于两个声压级相同的声音，人耳听起来是否一样响？

?人对同样强度但是不同频率的声音主观感觉的强弱是不同的

?对声强和频率变化的分辨力

?人类听觉频率响应（图）

?人类听觉频响的特点：

?声压级越高，人的听觉频响会越趋平直；而随着声音声压级的降低，人的听觉频响会相应变坏，其中低频尤甚

?对于高于18~20kHz和低于16~20Hz的简谐声音，不论声级多高，一般人都不会听到

?不论声压级高低，人们对3kHz~5kHz的频率分量最敏感

?既然人耳对20～20kHz以外的声音是听不到的，为什么在高保真技术中规定的频率要远远大于这个范围？

?等响曲线——为了更全面地表示人类的听觉频响特性（P53）

?等响曲线图，图中每一条曲线上对应的各个频率的声音强度听起来是等响的

?响度级的概念：习惯上以曲线在1kHz时的声压级数定为响度级数，用“方”作为响度级的单位

?人耳对响度的听力范围：0～120（140）方

?响度效应（loudness effect）与等响开关（响度控制器）LOUDNESS

?没有响度控制器的设备如何满足人耳的听觉？

?响度级与声压级

?分贝数与方数仅在1000Hz的时候数值是相同的

?同样强的声音在不同频率时并不一样响

?例：频率为1000Hz和60Hz的两个声音，声压级均为60dB，问响度级差多少？

?例：在上题中，欲使两个声音一样响，问60Hz的声音需要增强多少？

?响度与响度级

?响度与响度级的关系

?问题：响度提高一倍，响度级提高多少？输出功率提高多少？

?计权

?根据主观听觉对客观值的修正，即如果要用仪器测量声音的响度级，必须模仿上述人的听觉频响。

为了简化测量设备，一般只选取三种计权特性来代表人的听觉频响。

?A计权——模仿声压级在0～30dB时的听觉频响

?B计权——30～60

?C计权——60～130

?D计权——表征飞机噪声在听觉上的反映

?线性计权——为了排除超声与次声信号而设置的，也称宽带计权

?音调

?自学内容P54

1-4-5 掩蔽效应（frequency masking）

?定义：P55

?原因

?纯音掩蔽时的听阈

?当响度较大时，低频声会对高频声产生较显著的掩蔽作用

?高频声对低频声只产生很小的掩蔽作用

?掩蔽音和被掩蔽音的频率越接近，掩蔽作用越大；当它们频率相同时，一个音对另一个音的掩蔽作用最大。

?噪声掩蔽时的听阈

?自学内容P56

?应用

?电声设备中的不可避免的本底噪声究竟该多么低，取决于有用声音信号电平相对多高，即要根据有用声音信号的强度来规定允许的最大噪声强度，这就是电声技术标准中的“信号噪声比”指标的来源。

?鸡尾酒会效应（cocktail party effect）

?定义

?原因

1-4-6 方向听觉

?双耳效应

?哈斯效应（优先效应，延时效应）

?5~35ms：几乎不能察觉，后一个起丰满作用（补充）

?30~50ms：有一点儿察觉，但以第一个为主

?50ms以上：可分辨，可感到回声

?德?波埃效应

?声像的概念

?德?波埃效应与双耳效应的区别

?劳氏效应

1-5 常见声音信号的特点电声系统的基本要求

1-5-1 声音信号的特点与电声系统的要求——主、客观的结合

?声音信号的时程特点：增长、稳定、衰减与电声设备的稳态与瞬态的要求

?声音信号的频谱特点与电声设备的频带要求

?声音信号的声色与电声设备的线性与非线性要求

?声音信号波形不对称的特点

1-5-2 声音信号强度的测量

?峰值、有效值、平均值、准峰值、准平均值、峰值因数、峰平比

?常用音量表

?自学内容：VU表，PPM表区别

?预习：直达声，反射声，混响声

第二章室内声学

2-1 历史研究

?室内声学（room acoustics）的现代研究

?华莱士·克莱蒙特·赛宾（Wallace Clement Sabine）

?自由声场与扩散声场

?自由声场：无界空间的声场，声源向四周辐射而无任何界面或物体的反射

?扩散声场：声能密度均匀在各个传播方向为无规律分布的声场

扩散声场的理想条件：

?声以声线方式以声速Co直线传播，声线所携带的声能向各方向的传递几率相同，即声场中任一点的声波应由各个方向上以相同强度传来的声波叠加而成

?声场中各个方向传播的声波的相位是任意的，各声线是互不相干的，声线在迭加时，它们的位相变化是无规的

?声场中各处声能密度相同

?房间对室内声场的影响：P312

?引起了反射

?改变了语言和音乐的瞬态特性

?增加了房间内声能密度

?改变了声能在室内的空间分布

?房间的声学类型：P312

?直接听音的房间

?使用电声耦合系统的房间

?使用扩声系统的房间

2-2 室内声的组成

?室内声构成

?直达声（Direct Sound）

?反射声（Reflection）：

?前期（近次）反射声（50ms以内）

?混响声Reverberation

?混响声P62

?人们对于语言与音乐的混响时间的要求是不一样的

?例如，一般小型的播音室、录音室，最佳混响时间要求在0.5秒或更短一些，主要供演讲用的礼堂或电影院等，最佳混响时间要求在1秒左右，主要供演奏音乐用的剧院和音乐厅一般要求在1.5秒左右为佳。

?人工混响

?回声Echo

?如果到达听者的直达声与第一次反射声之间，或者相继到达的两个反射声之间在时间上相差50毫秒以上，而反射声的强度又足够以使听者能明显分辨出两个声音的存在，那么这种延迟的反射声叫做回声。

?回声与混响是不同的概念。

?空间感

?空间感与声场中方向分布的均匀性有关，室内声场扩散越充分，空间感程度越高。

?除了方向听觉外，人耳尚能对声源距离定位和对声源高度定位

?初始声能的作用

2-3 闭室的混响声与混响时间

2-3-1 闭室的简正频率

?驻波简正波固有频率P322

?驻波

?“进行波”（progressive wave）

?干涉

?当某一频率声波的1/2波长恰好与房间长度相等时，就形成了驻波

?“室内模式”（room mode）

?“轴向驻波”（axial），“切线驻波”（tangential），“间接驻波”（oblique）

?简正波与固有频率

?室内驻波是一种三维驻波——简正波，每一个简正方式都有其特有的对应频率，对应频率为简正频率，也称室内固有频率。

?简正频率及其分布情况对于确定的房间是确定的，因此可以作为表征房间特性的一个基本参量，但它们必须在声源的激发下才能表现出来。

?矩形硬墙面闭室的固有频率fn P322

?固有频率的分布特点

?频率在f以内的房间简正频率数N

?房间的共振和共振频率

?共振的产生

?结果：简并，声染色

?简并——几个方向上的简正频率相重合的现象

?例：有一间房间3×4.5×6m3，（l z＝2l x），用f n数低于100Hz以下房间简正频率数。?染色P328

?假如只有个别频率分量能激发出简正波，会使室内声音在这些个别频率分量上突出地加强和拖尾，导致听觉上的“染色”现象。

?如何避免过多的简并现象？P319

?足够大的房间（与声波波长相比），（避免低频共振）

?矩形闭室的长、宽、高不能成简单正比关系，最好取无理数

?房间应具有散射声波的扩散体

?吸声材料应分散在各个壁面上

?分析室内情况主要分析3R声

?Reflect（反射）

?Reverberation（混响）

?Resonance（共鸣）

?房间均衡器（EQUALIZER）——弥补房间频率不均匀

2-3-2 闭室的混响声扩散与混响时间

?混响时间T60P316

?定义：混响声声能密度在声源停止发声后衰减60dB所需要的时间

?赛宾公式：

?例，室内有20只木椅，每只木椅的吸声量为0.2米2，则20只木椅的吸声量为：?艾润公式：

?赛宾－努特生公式：

?m——空气的声能衰减常数（1/m）

室温20°C，相对湿度50％时的4m值

?艾润－努特生公式：

?T60的意义：

?已知V，S，α，可求T60

?已知V，S，确定T60，可进行房间音质设计

?已知V，S，测定T60可求材料的α

?当α=1，T60→0，自由声场（消声室）

?当α=0 ，T60→∞，扩散声场（混响室）

?几个公式的关系

?平均自由程P315

?定义——平均自由程是声波相邻两次反射所经过的平均距离

?使用平均自由程推导T60

?例：有一lx×ly×lz=6×7×5米3的混响室，室内除了有一扇4米2的木门外，其他壁面都由磨光水泥做成。己知磨光水泥的平均吸声系数在250赫时为0.01，在4000赫时为0.02，木门的平均吸声系数在此二频率分别为0.05与0.1。假定房间的温度为摄氏20度，相对湿度为50%，试求该混响室在此二频率时的混响时间。

2-4 混响半径（室内稳态声场的分析）

2-4-1 稳态混响平均声能密度

?定义

?与房间常数R

?公式推导

?结论

2-4-2 总稳态声压级

?室内声场总平均声能密度

?室内总稳态声压级SPL

?混响半径r c

?声能比k s

?声源指向性的影响

?Q的定义——声源的指向性因数P315

?室内总稳态声压级SPL公式修正

?例：有一10×7×4m3的矩形空间，已知室内的平均吸声系数＝0.2，试求该房间的平均自由程d，房间常数R与混响时间T60(忽略空气吸收)。

2-5 室内吸声处理与常用吸声材料和结构

2-5-1 概念

?吸声系数——用以表征材料和结构吸声能力的基本参量P337

?某一种材料和结构对于不同频率的声波有不同的吸声系数，工程上通常采用125、250、500、1000、2000、4000 Hz六个频率的吸声系数来表示某一种材料和结构的吸声频率特性。

2-5-2 吸声材料的类型

?多孔材料

?结构组成

?吸声原理

?频响：

?薄——高频，厚——中、高频，空气层——中低频

?穿孔板结构

?结构组成

?吸声原理：类似于LC谐振回路

?频响

?共振板结构

?结构组成

?吸声原理

?频响

?低频吸收，吸声量小，当声波频率与这一系统的固有频率相同而发生共振时，消耗大量能量。

?幕帘

?中高频吸声体：一般可以将帘幕看成是薄的多孔材料。

?如果将它贴墙悬挂时，主要吸收高频声

?空间吸声体

?壁面吸声不够用时

?计算吸声系数常大于1。

?尖劈——全频响应，用于消声室

?可变吸声体

?观众和座椅

2-5-3 吸声材料的选用

?按频率分：

?全频带100~5KHz 多孔材料+空气层+穿孔板（厚度）

?中高频500（或1K）~5KHz 多孔材料（较厚）

?高频2KHz以上多孔材料（较薄）

?中频300~2KHz 穿孔板

?低频300Hz以下共振板

?五种基本方式和典型的吸声特性P338

?吸声材料与结构的选用原则

?满足声学环境的要求

?室内空气质量

?建筑节能

?装饰效果和美学要求

?吸声材料合理搭配

2-5-4 房间结构设计

?防止厅堂的音质缺陷

?厅堂的音质缺陷主要指回声、颤动回声、声聚焦、声影、声染色等声学现象。

?音质缺陷的出现主要与厅堂的体型有关。

?曲面反射与声聚焦

?其中Z为圆心，r为曲率半径，Q为声源，q为声源到反射面的距离，F为接收点，b为反射面到接收点的距离

?r，q，b的关系为：

?r=q=b

?q>r，r/2

?q=r/2

?q

?r<0

2-6 噪声控制隔声

?标准

?措施

2-6-1 噪声控制的一般要求

?厅堂内的噪声主要来自三个方面：

?一是建筑物内设备的噪声

?二是外界传入观众厅的噪声

?三是与本建筑物相关设施的其他噪声源

2-6-2 室内噪声标准

?“安静的衡量标准”——信噪比

?A计权

?NC——噪声评价曲线

?NR——ISO提供

各类观众厅内噪声限值

2-6-3 隔声措施的一般原则

?外界噪声传入室内的两个途径：P340

?空气声

?固体声

?隔声原则

?抑制噪声源

?正确选址

?隔声措施

?隔声：

?空气声高频

?隔振：

?固体声低频振动

2-6-4 建筑构件的空气声隔声量

?透声系数与隔声量

?单层密实均匀结构的隔声——“质量作用”定律

?例：有一堵砖墙，厚度D=0.1m，ρ=2000kg/m3，对于f=1000Hz的声波的隔声量是多少？

?双密实均匀结构的隔声

?双层墙同样随f增加而TL增加

?避免声桥

?中间可悬挂吸声材料

?谐振点

2-7 房间音质设计

2-7-1 最佳混响时间

?不同大小、不同用途、不同节目、不同演出规模的厅堂的最佳混响时间是不同的。

?一般来讲，用于音乐的厅堂对混响时间的要求长一些，使人们听起来有丰满感，而用于语言的厅堂则要求短一些的混响时间，以保证足够的清晰度。

播音室吸声处理设计实例

?房间参数

?5.9*4.5*3.0 m

?S=115.5m2

?V=79.65m3

?主要用途

?汉语播音，查得最佳混响时间曲线

?设计

?计算公式：努特森公式

500座电影院音质设计

?厅堂音质设计的要求

?五大基本要求，即合适的响度、均匀的声场分布、合适的混响时间、较高的清晰度和丰满度以及无音质缺陷等。

?所研究电影院的参数

?厅堂的容积确定，厅堂的体型设计

?预计使用的吸声材料

?混响时间的估算（空场、满场）

?改造

第三章电——力——声类比

?什么是类比？

?为什么要运用电力声类比？

换能器：话筒、扬声器

3-1 机械振动系统

?3-1-1 声

?从振动和波动理论来讨论“声”和“声源”

?声源的几种类型

?自由振动

?衰减振动

?受迫振动

3-1-2 质点的振动（单振子）

?自由振动P8

?衰减振动

?受迫振动

3-2 动力类比法

3-2-1 电——力类比

?电路的基本概念

?电源是电动势为

?电路运动方程为

?回路中电流为

?Ze

?电——力类比

?F——E，v——I，M M——Le，C M——C e，R M——R e

?正类比，阻抗型类比

?F——I，v——E，M M——C e，C M——L e，R M——1/R e

声学基础试题

一、 名词解释（3分×4＝12分） 自由振动――系统只在弹性力作用下的振动。 临界入射――入射角等于临界角时的声波斜入射。 声功率――单位时间内通过垂直于声传播方向的面积S 的平均声能量。 体应变――在外力作用下，介质体积的变化率。 二、 填空（1分×23＝23分） 1、 对于强迫振动系统而言，当外力频率__等于___系统固有频率时，系统的 振动速度出现__共振现象__。 2、自由振动系统的固有频率 。 3、由于阻尼力的作用，使得衰减振动系统的固有频率__低于__自由振动系统的固有频率。 4、声波在两种流体分界面上产生反射、折射时，应满足边界条件。即分界面两侧介质内声场的__声压_________、____质点振动速度____在分界面上____连续_______。 5、声波在两种流体分界面上产生反射、折射时，声功率的反射系数与折射系数之和___1_____。 6、声波在两种流体分界面上产生临界斜入射的条件是___入射波速度v1小于折射波速度v2__，临界入射角为___12arcsin()v v θ=___。 7、一维情况下理想流体媒质中的三个基本方程分别为__运动方程_、 ____连续性方程__、____物态方程_____。 8、媒质的特性阻抗（即波阻抗）等于_媒质声波速度与媒质密度的乘积。 9、两个同相小球源的指向特性__sin(2)()2sin() k D k θ?=?__。 10、辐射声波波长为λ，间距为l 的n 个同相小球源组成的声柱的主声束的角宽度_2arcsin()nl λ θ=__。

11、均匀各向同性线弹性介质的正应力与正应变的关系___2ii ii T λθμε=+_；切应力与切应变的关系__jj jj T με=_。 12、根据质点振动特点，薄板中的兰姆波可分为___对称型_和____非对称型两类。 13、根据瑞利波和兰姆波的周期方程可知，瑞利波的速度与频率___无关__，是无频散波；而兰姆波相速度与频率___有关__，是__频散波_。 三、 判断并改错（2分×7＝14分） 1、 在无限大介质中传播的波称为瑞利波。错误 沿无限大自由表面传播的波称为瑞利波。 2、 当考虑弹簧质量时，自由振动系统的固有频率增大。错误 当考虑弹簧质量时，自由振动系统的固有频率降低。 3、 对于强迫振动系统而言，当外力频率等于系统固有频率时，系统的振 动位移出现共振现象。 错误 对于强迫振动系统而言，当外力频率等于系统固有频率时，系统的振 动速度出现共振现象。 4、 衰减振动的衰减系数δ与系统所受的阻力系数Rm 、振子质量Mm 成反 比。错误 衰减振动的衰减系数δ与系统所受的阻力系数成正比，与振子质量成反比。 5、 声场对小球源的反作用力与小球源的辐射阻抗、表面质点振动速度的 关系为 r r F Z u =- 正确 6、 声波在两种流体分界面上发生反射、折射时，声强的反射系数与折射 系数之和等于1。 错误 声波在两种流体分界面上发生反射、折射时，声功率的反射系数与折射系数之和等于1。 或 声波在两种流体分界面上发生反射、折射时，声强的反射系数与折射系数之和不一定等于1。

电声学基础知识

电声学基础知识 （参考资料之一） 《音频声学简介》（5页）《电声学名词及物理意义》（4页） 深圳市美欧电子股份有限公司 南京电声技术中心

《音频声学简介》 §１声波的概念 右运动时，使空气层质点产生压缩，空气层的密度增加，压强增大，使空气层处于“稠密”状态；活塞向左运动时，则空气层质点膨胀，空气层的密度将减小，压强亦将减小，使空气层处于“稀疏”状态。活塞不断地来回运动，将使空气层交替地产生疏密的变化。由于空气分子之间的相互作用，这种交替的疏密状态，将由近及远地沿管子向右传播。这种疏密状态的传播，就形成了声波。 §２描述声波的物理量 一、声压 大气静止时的压强即为大气压强。当有声波存在时，局部空气产生稠密或稀

疏。在稠密的地方，压强将增加，在稀疏的地方压强将减小；这样，就在原有的大气压上又附加了一个压强的起伏。这个压强的起伏是由于声波的作用而引起的，所以称它为声压；用p 表示。声压的大小与物体（如前述的活塞）的振动状态有关；物体振动的振幅愈大、则压强的起伏也愈大，声压也就愈大。然而，声压与大气压强相比，是及其微弱的。 存在声压的空间，称为声场。声场中某一瞬时的声压值，称为瞬时声压)(t p 。在一定的时间间隔中最大的瞬时声压值，称为峰值声压。如果，声压随时间的变化是按简谐规律的，则峰值声压就是声压的振幅。瞬时声压)(t p 对时间取方均根值，即 ?=T e dt t p T p 02) (1 〔１〕 称为声压的有效值或有效声压。T 为取平均的时间间隔。它可以是一个周期或比周期大得多的时间间隔。一般我们用电子仪器所测得的声压值，就是声压的有效值；而人们习惯上所指的声压值，也是声压的有效值。 声压的大小，表示了声波的强弱。目前国际上采用帕（a P ）作为声压的单位。以往也用微巴作为单位，它们的换算关系为； １帕＝１牛顿/米2 （MKS 制） １微巴＝１达因/厘米2 CGS (制） １微巴＝０．１帕 １大气压＝a P 5100325.1? （常温下） 为了对声压的大小数值，有一个感性的了解，在表一中列出了几种声源所发出的声音的声压的大小。 表一

声学基础课后题答案

声学基础（南京大学出版社） 习题1 1-1 有一动圈传声器的振膜可当作质点振动系统来对待,其固有频率为f ，质量为m ，求它的弹性系数。 解：由公式m m o M K f π21 =得： 1-2 设有一质量m M 用长为l 的细绳铅直悬挂着，绳子一端固定构成一单摆，如图所示，假设绳子的质量和弹性均可忽略。试问： （1） 当这一质点被拉离平衡位置ξ时，它所受到的恢复平衡的力由何产 生？并应怎样表示？ （2） 当外力去掉后，质点m M 在此力作用下在平衡位置附近产生振动，它 的振动频率应如何表示？ （答：l g f π21 0=，g 为重力加速度） 图 习题1－2 解：（1）如右图所示，对m M 作受力分析：它受重力m M g ，方向竖直向下；受沿 绳方向的拉力T ，这两力的合力F 就是小球摆动时的恢复力，方向沿小球摆动轨迹的切线方向。 设绳子摆动后与竖直方向夹角为θ，则sin l ξθ= 受力分析可得：sin m m F M g M g l ξ θ== （2）外力去掉后(上述拉力去掉后)，小球在F 作用下在平衡位置附近产生摆动，加速度的方向与位移的方向相反。由牛顿定律可知：22d d m F M t ξ=- 则 22d d m m M M g t l ξξ-= 即 22d 0,d g t l ξξ+= ∴ 20g l ω= 即 0f = 这就是小球产生的振动频率。

1-3 有一长为l 的细绳，以张力T 固定在两端，设在位置0x 处，挂着一质量m M ，如图所示，试问： (1) 当质量被垂直拉离平衡位置ξ时，它 所受到的恢复平衡的力由何产生？并应怎样 表示？ (2) 当外力去掉后，质量m M 在此恢复力作用下产生振动，它的振动频率应如何表示？ (3) 当质量置于哪一位置时，振动频率最低？ 解：首先对m M 进行受力分析，见右图， （0x ??ε ，2022020220)()(,x l x l x x -≈+-≈+∴εε 。） 可见质量m M 受力可等效为一个质点振动系统，质量m M M =，弹性系数)(00x l x Tl k -=。 （1）恢复平衡的力由两根绳子拉力的合力产生，大小为ε)(00x l x Tl F -=，方向为竖直向下。 （2）振动频率为m M x l x Tl M K )(00-==ω。 （3）对ω分析可得，当20l x = 时，系统的振动频率最低。 1-4 设有一长为l 的细绳，它以张力T 固定在两端，如图所示。设在绳的0x 位置处悬有一质量为M 的重物。求该系统的固有频率。提示：当悬有M 时，绳子向下产生静位移0ξ以保持力的平衡，并假定M 离平衡位置0ξ的振动ξ位移很小，满足0ξξ<<条件。 图 习题1－4 图 习题1-3

驻波在乐器中的应用研究剖析

驻波在乐器中的应用研究 摘要：本文先从声学的基本理论研究开始，以弦振动为主体对驻波的产生、传播及引起的声学规律进行研究，再把这些原理应用到弦乐器中进行分析，从物理学的角度以吉他为例讨论了驻波在弦乐器中的应用。 关键字：声学；驻波；弦乐器；音乐 1.引言 声学是近代科学中发展最早、内容最丰富的学科之一，它是物理学的一个分支，是一门既古老又迅速发展着的学科。在19世纪末已发展成熟，对声学的研究达到高潮，其应用渗透到几乎所有重要的自然科学，与各门学科相互交叉，从而具有边缘学科的特点[1]。从历史上讲，声学的发展离不开音乐，我国如此在国外也是如此。我国古代曾侯乙编钟就是一组杰出的声学仪器，外国的亥姆霍兹发展声学也是与乐器联系在一起的。物理学的发展，在理论上、方法上或技术上都会用到音乐上，比如非线性理论、瞬态分析等。 乐器是什么？从物理的角度来看，它就是一种仪器，一种人造的为人们所用产生音乐声的仪器[2]。那么对于音乐从物理的角度来看，它的实质就是一种声波，要产生声波还得有相应的振动[3]。比如乐器吉他、二胡的弦振动都是利用了驻波的传播而发声，然而声学在物理学中“外在性”最强，所以具体事物要具体分析。 从古至今踊跃出许多的音乐家、乐器演奏家，现时的音乐已经深入到我们生活的许多方面，琴声、歌唱声、说话声，电话、电铃的响声……其中，音乐声占了很大的比重。由此可见，音乐是每个人、每个家庭生活不可缺少的一部分。可以想象，如果生活中没有了音乐，世界将会变成怎样！然而不是任何一种声音都可以叫做音乐，必须是一定音调的声音才可以算得上是音乐。那影响音调的因素又有哪些，它们又有什么样的规律？那么本文将以吉他来研究，从根本上说明其发声的物理本质。 2.弦乐器的发声 在声学中我们知道，声音是一种波，是由物体的振动产生的，声波使它附近

电声学名词及物理意义

电声学名词及物理意义 一、一般名词术语 1.1电声学 electracoustics 研究声电相互转换的原理和技术，以及声信号的存储、加工、传递、测量和应用的科学。它研究的内容覆盖所有的声频范围，从次声到特超声，通常仅局限于可闻声范围。 1.2可闻声 audible sound a.引起听觉的声振动。 b.由声振动引起的听觉。 1.3 音调 pitch 听觉的属性。根据它可以把声音排成由低到高的序列。 1.4 响度 loudness 听觉的属性。根据它可以把声音排成由轻到响的序列。 1.5 音品、音色 timbre 是声觉的属性，它使听者区别同时存在的同样响度和音调的两个声音之所以不同。 1.6 纯音 pure sound，pure tone，simple tone a．有单一音调的声觉。 b．简谐声振动。 1.7 噪声 noice a.紊乱不定的或统计上随机的振荡。 b．不希望的或不需要的声音，或其他干扰。 1.8 声压 sound pressure 指由声扰动产生的压强增量（逾压）。 1.9参考声压 reference sound pressure 用级来表示声压时所选用的基准，通常选用20μPa。 1.10 级 level 某一量与该量的参考量之比的对数。对数的底、参考量和级的类别必须加以说明。 注：①级的类别用复合名词来表示，如声压级或声功率级； ②不论所选的是峰值、均方根值还是其他的量，参考量应保持不变；

③对数的底通常用与该底有关的级的单位来说明。 1.11 贝〔尔〕 bel 是一种级的单位，其对数的底是10，适用于功率类的量；当对数的底是10的平方根时，也是场量的级的单位。 注：例如功率类的量是声功率和声能量，场量是声压和电压。 1.12 分贝 decibel 贝〔尔〕的十分之一。 注：分贝是比贝〔尔〕更常用的级的单位。； 1.13 声压级 sound pressure level 声压与参考声压之比的对数，以分贝表示的声压级是20乘以该比率的以10为底的对数。 1.14 声级 sound level，weighted sound pressure level 在一定的时间内，通过标准化的频率计权和时间计权得到的声压与基准声压之比的对数。用分贝表示的声级为20乘以该比率的以10为底的对数。 1.15 响应 response 在一定条件下，器件或系统由激励所引起的运动或其他输出。所用的输入和输出的类别必须表明。 1.16 失真 distortion 不希望的波形变化。 注：①输入和输出之间的非线性关系； ②不同频率的传输的不一致； ③相移与频率不成比例。 1.17共振 resonance 系统受迫振动时的一种现象，激励频率的微小变化都将导致该系统的响应减小。 注：应说明所测响应的量，例如，速度共振。 1.18 共振频率 resonance frequency 共振时的频率。 注：在可能混淆时，则应说明共振的类型，例如，速度共振频率。 1.19 品质因数 quality factor 系统的共振尖锐度的度量，是在一周内储存的最大能量与耗散的能量之比的2π倍。 注：历史上，字母Q是一个任意选择的符号，以表示一个电路单元的阻抗与阻之比，后来才引入“品质因

电声学是研究声电相互转换的原理和技术

耳机之基本常识

耳机线技术 音乐在我们的日常生活中无处不在,美妙的乐声使枯橾的或烦闷的心情带来了欢乐.音乐使人们对生活充满希望.要想掌握耳机(电声)技术.必须对以下几个方面有有入的了解. 1.电声基础知识 2.仪器使用 3.维修技巧 以下将在这三个方面进入电声知识这个领域. 一,电声基础知识 所要知道的概念 电声学是研究声电相互转换的原理和技术，以及声信号的存储、加工、传递、测量和利用的科学。它所涉及的频率范围很广泛，从极低频的次声一直延伸到几十亿赫的特超声。不过通 常所指的电声，都属于可听声范围。 电声技术的历史最早可以追溯到19世纪，由爱迪生发明留声机和贝尔发明用于电话机的碳粒传声器开始，1881年曾有人以两个碳粒传声器连接几对耳机，作了双通路的立体声传递表演。大约在1919年第一次用电子管放大器和电磁式扬声器做了扩声实验。 在第一次世界大战以后，科学家们把机电方面的研究成果应用于电声领域中，于是电声学就有了理论基础。随着电声换能器理论的发展，较为完善的各类电声设备和电声测量仪器相继问世，较别是20世纪70年代来，电子计算机和激光技术在电声领域中的应用，大大促进了电声学的发展。

电声转换器是把声能转换成电能或电能转换成声能的器件，对它的研究是电声学的一个重要内容分支。广义的电声换能器应用的频率范围很宽，包括次声、可听声、超声换能器。属于可听声频率范围内的电声换能器有传声器、扬声器、送受话器、助听器等等。按照换能方式，它们又可以分成电动式、静电式、压电式、电磁式、碳粒式、离子式和调制气流式等。其中后三种是不可逆的，碳粒式只能把声能变成电能，离子式和调制气流式的只能产生声能。而其他类型换能器则是可逆的，即可用作声接收器，也可用作声发射器。 各种电声换能器，尽管其类型、功用或工作状态不同，它们都包含两个基本组成部分，即电系统和机械振动系统。在换能器内部，电系统和机械振动系统之间通过某种物理效应相互联系，以完成能量的转换；在其外部，换能器的电系统与信号发生器的输出回路，或前级放大器的输入回路相匹配；而换能器的机械振动系统，以其振动表面与声场相匹配。所以设计电声换能器要同时考虑到力-电-声三个体系。 这三种体系是互相牵制的，处理得不好往往会顾此失彼。例如，一个有效的磁系统可能会非常笨重，变成一种令人不能接受的声障碍物；或者声输入阻抗或电输出阻抗的数值，可能根本不能与周围媒质或附属设备相匹配。由此可见，电声换能器的设计总是在许多相互矛盾的因素中采取折衷的办法，因而在一定程度上可能还带有许多主观判断的技巧在内。 电声技术是电声领域中发展得比较快的一个分支，在政治、军事、文化各个领域内有着广泛的应用。例如，应用于有线或无线通信系统，有线或无线广播系统以及会场、剧院的扩声；录音棚、高保真录放系统等；此外还应用于发展中的声控语控技术；以及语言识别和声测等新技术。总起来说，它主要包括录放声技术、扩声技术以及与它们有关的电声仪器和电声测试技术等。 录放声技术是指把自然声音经过一系列技术设备(如传声器、录音机、拾声器等)进行接收、放大、传送、存储、记录和复制加工，然后再重放出来供人聆听的技术。它研究的主要问题是如何保持自然声的优良的音质，即在各个环带以及整个系统，都具有逼真地保持声音信号原来面貌的能力，包括对声音信号进行必要的美化和加工。

音响基础知识之绝对基础

新音响基础知识之绝对基础 一、声学基础 1、人耳能听到的频率范围是20—20KHZ。 2、把声能转换成电能的设备是传声器。 3、把电能转换成声能的设备是扬声器。 4、声频系统出现声反馈啸叫，通常调节均衡器。 5、房间混响时间过长，会出现声音混浊。 6、房间混响时间过短，会出现声音发干。 7、唱歌感觉声音太干，当调节混响器。 8、讲话时出现声音混浊，可能原因是加了混响效果。 9、声音三要素是指音强、音高、音色。 10、音强对应的客观评价尺度是振幅。 11、音高对应的客观评价尺度是频率。 12、音色对应的客观评价尺度是频谱。 13、人耳感受到声剌激的响度与声振动的频率有关。 14、人耳对高声压级声音感觉的响度与频率的关系不大。 15、人耳对中频段的声音最为灵敏。 16、人耳对高频和低频段的声音感觉较迟钝。 17、人耳对低声压级声音感觉的响度与频率的关系很大。 18、等响曲线中每条曲线显示不同频率的声压级不相同,但人耳感觉的响度相同。 19、等响曲线中，每条曲线上标注的数字是表示响度级。 20、用分贝表示放大器的电压增益公式是20lg（输出电压/输入电压）。 21、响度级的单位为phon。 22、声级计测出的dB值，表示计权声压级。 23、音色是由所发声音的波形所确定的。 24、声音信号由稳态下降60dB所需的时间，称为混响时间。 25、乐音的基本要素是指旋律、节奏、和声。 26、声波的最大瞬时值称为振幅。 27、一秒内振动的次数称为频率。 28、如某一声音与已选定的1KHz纯音听起来同样响，这个1KHz纯音的声压级值就定义为待测声音的响度。 29、人耳对1~3KHZ的声音最为灵敏。 30、人耳对100Hz以下，8K以上的声音感觉较迟钝。 31、舞台两侧的早期反射声对原发声起加重和加厚作用，属有益反射声作用。 32、观众席后侧的反射声对原发声起回声作用，属有害反射作用。 33、声音在空气中传播速度约为340m/s。 34、要使体育场距离主音箱约34m的观众听不出两个声音，应当对观众附近的补声音箱加0.1s延时。 35、反射系数小的材料称为吸声材料。 36、透射系数小的材料称为隔声材料。 37、透射系数大的材料，称为透声材料。 38、全吸声材料是指吸声系数α=1。 39、全反射材料是指吸声系数α=0。 40、岩棉、玻璃棉等材料主要吸收高频和中频。 41、聚氨酯吸声泡沫塑料主要吸收高频和中频。 42、薄板加空腔主要吸收低频。

声压法和声强法在车身隔声性能测量中的应用和对比

2012年2月噪声与振动控制第1期文章编号：1006-1355(2012)01-0174-03 声压法和声强法在车身隔声性能测量中的 应用和对比 程志伟1,叶子文2,刘雯3,叶志刚1 (1.广州汽车集团股份有限公司汽车工程研究院NVH中心，广州510640； 2.重庆大学数理学院，重庆401331； 3.华南理工大学机械与汽车工程学院，广州510640) 摘要：在汽车车身的隔声性能试验中，对声压和声强的两种测量法，进行了比较分析。结果表明,这两种测量方法各有其特点，对汽车车身隔声量的改进及降噪圴有较好的指导作用。 关键词：声学；汽车车身；隔声；声压法；声强法 中国分类号：TB95文献标识码：A DOI编码：10.3969/j.issn.1006-1355-2012.01.041 Comparison of Sound Pressure Method and Sound Intensity Method in Application to the Measurement of Sound Insulation Preformance of Vehicle’s Body CHENG Zhi-wei1,YE Zi-wen2,LIU Wen3，YE Zhi-gang1 (1.NVH Center Guangzhou Automotive Engineering Institute,Guangzhou510640,China; 2.College of Mathematics and Physics,Chongqing University,Chongqing401331,China; 3.College of Mechanics and Auto,South China University of Technology, Guangzhou510640,China) Abstract:In this paper,two measurement methods,sound pressure method and sound intensity method,for the measurement of sound insulation performance of vehicle’s body are compared and discussed.It shows that the two methods have their own characteristics,and both of them play instructive role in improvement of sound insulation effect and noise reduction. Key word:acoustics;vehicle body;sound insulation;sound pressure method;sound intensity method. 为了改善汽车的车内噪声，需要对汽车车身的隔声量进行分析。只有车身的前围（或称防火墙）、顶棚、后盖、车门、地板、前后风挡玻璃等各面的隔声量提高后，车身各面才能有效地阻隔发动机和车外其他噪声进入车内。利用声压测量法或声强测量法都可以得到车身各面关键部位的声压衰减频谱图和总的隔声量，经过数据分析后我们就可以采取对应措施改进隔声薄弱部位。 收稿日期：2011-03-10；修改日期：2011-04-29 作者简介：程志伟（1979-），男，湖北天门人，工程师，目前主要从事汽车噪声、振动工程。 E-mail:chengzw79@126.con 1隔声量的定义和测量评价 1.1隔声量的定义 根据文[2]关于隔声定义的描述，隔声材料(隔声构件或隔声结构)一侧的入射声能与另一侧的透射声能相差的分贝数就是该隔声材料的隔声量，以符号R(dB)表示。 R=10lg(I i I t )=20lg(P i P t )(1) 式(1)中I i 和P i 分别为隔声材料前的声强和声压，I t 和P t 分别为经过隔声材料衰减后的声强和声压。如下图1所示表示方法。 可见隔声量表示隔声材料本身固有的隔声能力。

声学排名

070206 声学 声学是研究媒质中机械波的产生、传播、接收和效应的物理学分支学科。媒质包括各种状态的物质，可也可以是非弹性媒质；机械波是指质点运动变化的传播现象。 就该词的本义，系指任何与听觉有关的事物。但依通常所用，其一系指物理学中关于声音的属性、产生学科；其二系指建筑物适合清晰地听讲话、听音乐的质量。 声音由物体（比如乐器）的振动而产生，通过空气传播到耳鼓，耳鼓也产生同率振动。声音的高低（p 体振动的速度。物体振动快就产生“高音”，振动慢就产生“低音”。物体每秒钟的振动速率，叫做声音的“频率的响度（loudness）取决于振动的“振幅”。比如，用力地用琴弓拉一根小提琴弦时，这根弦就大距离地向左右此产生强振动，发出一个响亮的声音；而轻轻地用琴弓拉一根弦时，这根弦仅仅小距离左右摆动，产生的振个轻柔的声音。 较小的乐器产生的振动较快，较大的乐器产生的振动较慢。如双簧管的发音比它同类的大管要高。同样琴的发音比大提琴高；按指的发音比空弦音高；小男孩的嗓音比成年男子的嗓音高等等。制约音高的还有其如振动体的质量和张力。总的说，较细的小提琴弦比较粗的振动快，发音也高；一根弦的发音会随着弦轴拧不同的乐器和人声会发出各种音质（quality）不同的声音，这是因为几乎所有的振动都是复合的。如一小提琴弦不仅全长振动，各分段同时也在振动，根据分段各自不同的长度发音。这些分段振动发出的音不易来，然而这些音都纳入了整体音响效果。泛音列中的任何一个音（如G，D或B）的泛音的数目都是随八度增。泛音的级数还可说明各泛音的频率与基音频率的比率。如大字组“G”的频率是每秒钟振动96次，高音谱五泛音）的振动次数是5*96=480，即每秒钟振动480次。 声学是物理学中很早就得到发展的学科。声音是自然界中非常普遍、直观的现象，它很早就被人们所认国还是古代希腊，对声音、特别是在音律方面都有相当的研究。我国在3400多年以前的商代对乐器的制造和丰富的知识，以后在声音的产生、传播、乐器制造、乐律学以及建筑和生产技术中声学效应的应用等方面，的经验总结和卓越的发现和发明。国外对声的研究亦开始得很早，早在公元前500年，毕达哥拉斯就研究了题，而对声学的系统研究则始于17世纪初伽利略对单摆周期和物体振动的研究。17世纪牛顿力学形成，把械运动统一起来，促进了声学的发展。声学的基本理论早在19世纪中叶就已相当完善，当时许多优秀的数学都对它作出过卓越的贡献。1877年英国物理学家瑞利（Lord John William Rayleigh，1842～1919）发表理》集其大成，使声学成为物理学中一门严谨的相对独立的分支学科，并由此拉开了现代声学的序幕。 声学又是当前物理学中最活跃的学科之一。声学日益密切地同声多种领域的现代科学技术紧密联系，形独立的分支学科，从最早形成的建筑声学、电声学直到目前仍在“定型”的“分子—量子声学”、“等离子体声学等等，目前已超过20个，并且还有新的分支在不断产生。其中不仅涉及包括生命科学在内的几乎所有主要的还在相当程度上涉及若干人文科学。这种广泛性在物理学的其它学科中，甚至在整个自然科学中也是不多见在发展初期，声学原是为听觉服务的。理论上，声学研究声的产生、传播和接收；应用上，声学研究如音响效果，如何避免妨碍健康和影响工作的噪声，如何提高乐器和电声仪器的音质等等。随着科学技术的发声波的很多特性和作用，有的对听觉有影响，有的虽然对听觉并无影响，但对科学研究和生产技术却很重要声的传播特性来研究媒质的微观结构，利用声的作用来促进化学反应等等。因此，在近代声学中，一方面为究和应用得到了进一步的发展，另一方面也开展了许多有关物理、化学、工程技术方面的研究和应用。声的在听觉范围以内，声振动和声波有更广泛的含义，几乎就是机械振动和机械波的同义词了。 自然界从宏观世界到微观世界，从简单的机械运动到复杂的生命运动，从工程技术到医学、生物学，从言、音乐、艺术，都是现代声学研究和应用的领域。 声学的分支可以归纳为如下几个方面： 从频率上看，最早被人认识的自然是人耳能听到的“可听声”，即频率在20Hz～20000Hz的声波，它们涉房间音质、噪声等，分别对应于语言声学、音乐声学、房间声学以及噪声控制；另外还涉及人的听觉和生物生理声学、心理声学和生物声学；还有人耳听不到的声音，一是频率高于可听声上限的，即频率超过20000

弹性波及其应用

《弹性波理论及其应用》教学大纲 编写人：陆铭慧审核人：卢超 学时：48 学分:3 第一部分大纲说明 1．课程说明：09004 2．课程类型：非学位课 3．课程性质：专业选修课 4．学时/学分：48/3 5．课程目标：通过学习超声的产生、接收和在媒质中的传播规律，超声的各种效应，以及超声在基础研究和国民经济各部门的应用等内容，使学习者对超声的性质有比较清楚的理解，能够处理工业应用中的一般超声问题。 6. 教学方式：课堂讲授、自学与讨论相结合 7. 考核方式：考查 8．预修课程：数学物理方法，弹性力学基础，声学基础，声学检测技术 10、教材及教学参考资料： 参考资料： 1、《超声学》，应崇福主编，北京：科学出版社， 1990年12月出版。 2、《固体中的声场和波》，（美）B.A. 奥尔特，北京：科学出版社，孙承平译，1982年12月出版。 3、《超声手册》，冯若主编，南京：南京大学出版社，1999年10月出版。 4、《压电换能器和换能器阵》，栾桂冬等编著，北京：北京大学出版社，2005年7月出版。 5、《固体中的超声波》，（美）J.L.罗斯，北京:科学出版社，何存富等译。 6、《声波导》，（英）M.R.雷特伍特著，上海：上海科学技术出版社，严仁博译，1965年7月出版。 第二部分教学内容和教学要求 由于固体的特性和声波形式的多样型，使得声波在固体介质中传播具有复杂的特性。在

弹性固体中传播的不仅有纵波，还有横波以及与介质形状有关的导波等。了解和掌握固体中各种波型的激发和传播规律，对无损检测、压电换能器设计、声成像等研究具有指导意义。 第1章引言 教学内容： 1.1 弹性波研究的早期重要工作 1.2 弹性波研究的近、现代发展状况 1.3 超声波及其特点 教学要求： 了解弹性波研究的历史，超声波的特点。 教学建议： 1. 教学重点：超声波的特点。 2．教学方法：讲解与自学结合。 第2章无限大弹性介质中的波 教学内容： 2.1 弹性介质中的应力、应变、弹性常数 2.2 弹性介质中的波动方程及其解－体波 2.3 表面波 2.4 声波的传播特性 2.4 声波的散射 教学要求： 了解和掌握弹性介质中的波动方程及其解、声波在弹性介质中的传播特性、波型转换。教学建议： 1. 重点与难点：平面波动方程及其解。 2. 教学中应注意：体波与表面波的概念。 3．教学方法：讲解与讨论结合。 第3章波导介质中的波 教学内容： 3.1 引言 3.2 固体板中的连续波 3.3 固体板中的脉冲波 3.4 管中的声波 教学要求： 了解导波的产生条件和频散特性。 教学建议： 1. 重点与难点：导波的频散特性、相速度和群速度的概念。 2. 教学中应注意：相速度和群速度的表述。 3．教学方法：讲解与讨论结合。 第4章声波的产生与接收 教学内容： 4.1 产生和接收超声的方法

电声学基础

电声学基础 绪论 ?什么是声学？ ?产生——传播——接收——效应。 ?研究范围 ?人类对声学现象的研究 ?我国，11世纪，沈括 ?西方，17世纪，索沃提出acoustique的名称。如今，acoustics代表声学，音质。 ?人们观察声学现象，研究其规律，几乎是从史前时期开始的。 ?近代声学 ?伽利略（1564～1642）开创 ?1638年，“有关两种科学的对话” ?林赛（R. Bruce Lindsay）在“声学的故事”中提到科学家79人 ?19世纪末，瑞利《声之理论》二卷（1000页） ?20世纪开始，赛宾，建筑声学 ?1936年，莫尔斯《振动和声》一书，反映了声学基础理论的发展 ?古人的声学研究理论成果 ?关于声的知识和分类 ?“音”（即乐音） ?“乐” ?“噪”，“群呼烦扰也” ?“响”，“响之应声” ?乐律 ?在《管子》中首先出现，理论是“三分损益法”。 ?十二律是十二个标准音调，实际上基本的标准音调只有一个，即黄钟，《史记》：“黄钟（管）长八寸一分”，或提：长九寸。 三分损益十二律 ?欧洲乐律起源：毕达哥拉斯（Pythagoras），公元前六世纪 ?1584年，明代王子朱载堉完成《律学新说》，详细提出十二平均律理论 ?荷兰人斯蒂文（Simon Stevin）， ?共振、回声、混响 ?“应” ?“鼓宫宫动，鼓角角动，音律同矣” ?11世纪，沈括，“共振指示器” ?波动论 ?亚里士多德（Aristotle，公元前384～322年） ?高度、强度、品质

?空气运动的速度、被激动的空气量、发声器官的构造 ?频率 ?伽利略(Galileo Galilei)，单摆及弦的研究 ?声速 ?法国的梅尔新，加桑地 ?1687年，牛顿，《自然哲学的数学原理》 ?1816年，法国数学家拉普拉斯 ?电声学 ?20世纪20年代，电子管 ?1920年，美国肯尼迪（A. E. Kennedy）把类比概念和方法引入电声系统和机械振动系统 ?电声学这门科学主要是研究电能和声能彼此转变的问题。各种换能器的构造和理论，录音和放音的各种方法，都是属于“电声学”的范畴。 ?电声学与其他声学部门的关系 ?电声学和建筑声学、生理声学、超声学、水声学都有很密切的关系。 第一章振动和声波的特性 1-1 振动与声波 1-1-1 振动 ?什么是振动？P6 ?振动的特性 1-1-2 声波 ?几个基本概念： ?声波——物体的振动引起周围媒质质点由近及远的波动 ?声源——发声的物体，即引起声波的物体 ?媒质——传播声波的物质 ?声场——声波传播时所涉及的空间 ?声音——声源振动引起的声波传播到听觉器官所产生的感受 ?声线——声波传播时所沿的方向 ?结论 ?声波的产生应具备两个基本条件：物体的振动，传播振动的媒质 ?声波是一种机械波，媒质 ?传播的只是能量 ?气体中的声波是纵波，即疏密波

噪声控制工程自学考试大纲

湖北省高等教育自学考试大纲 课程名称：物理污染控制技术课程代码：06613 第一部分课程性质与目标 一、课程性质与特点 本课程是环境工程与管理专业的必修课。 课程主要论述与人类生活密切相关的噪声、振动、放射性、电磁、光、热等物理性污染的基础理论知识和基本控制原理与技术。通过本课程的学习，使学生了解物理性污染的危害及其评价方法和标准，理解和掌握物理性污染的基本规律、测试和监测方法、控制方法和技术等，具备解决环境物理性污染问题的实际能力。 二、课程目标与基本要求 通过本课程的学习，使学生系统地掌握有关物理性污染的成因、传播规律、评价指标、评价标准和方法、基本控制技术等，并初步具倍分析和解决一些环境噪声控制、电磁污染控制、放射性防治、振动防治等方面实际问题的能力。提高学生分析问题和解决问题的能力，为从事专业工作、科学研究和环境管理等打下良好的基础。具体要求如下： 1. 了解物理性污染的危害、特征。 2．了解热污染、光污染的评价方法及防治技术。 3．理解和掌握声学基础知识和噪声测量方法，熟悉噪声和振动控制有关规范、标准的基本内容，掌握噪声和振动控制的基本原理和技术。 4．理解和掌握电磁辐射基础知识，熟悉电磁辐射防护标准，了解电磁辐射污染防治技术。 5．了解放射性废物的来源和特点，理解和掌握辐射剂量学的基础知识，了解放射性废物处理技术。 三、与本专业其他课程的关系 该课程为环境工程与管理的专业主干课程，与本课程平行进行的课程有水污染控制工程、大气污染控制工程、固体废弃物处理与处置等，分别从环境各不同要素介绍污染控制的原理和工艺。

第二部分考核内容与考核目标 第一章绪论 （一）学习目的与要求 了解物理性污染的概念及基本危害，了解物理性污染控制的研究内容。（二）课程内容 第一节物理环境与环境物理学 物理环境、环境物理学的产生和发展、环境物理学的学科体系、环境物理学的研究特点。 第二节物理性污染及其研究内容 物理性污染及其特点、物理性污染的研究内容。 （三）考核知识点 1、物理性污染及其特点 2、物理性污染的研究内容 （四）考核要求 1、物理环境与环境物理学 ⑴识记：物理环境的定义 ⑵理解：无 ⑶应用：无 2、物理性污染及其特点 ⑴识记：物理性污染的概念及特点 ⑵理解：物理性污染的概念 ⑶应用：无 第二章噪声污染及其控制 （一）学习目的与要求 了解噪声的概念、危害，理解和掌握声学基础知识和声波的传播规律，掌握噪声测量技术和评价方法，熟悉噪声控制有关规范、标准的基本内容，掌握噪声控制的基本原理和技术。 （二）课程内容

声学专业研究生培养方案 - 南京大学研究生院

物理学院声学专业研究生培养方案 一、培养目标 培养国家建设需要，热爱祖国，思想先进，情操高尚，品德优良，具备严谨科学态度和优良学风，适应面向二十一世纪的德、智、体全面发展的声科学与工程技术专业人才。 1、硕士研究生： 掌握声学的基本理论和实验技能，了解本领域的研究动态，具有一定的分析问题和解决问题的能力，学位论文应具有一定的创新性或应用前景。 2博士研究生： 具有深厚的数理基础，掌握声学的基本理论和实验技术以及与本学科相邻或相关学科的知识，具有分析问题和独立解决问题的能力。能进行国际上声学领域前沿性课题或有重要应用前景的课题研究，并具有一定的创造性，掌握1－2门外语，能熟练阅读文献并撰写论文。 二、研究方向 1、非线性声学 振动和声激励下的液体和颗粒物质中的孤立子与混沌；孤立波的传播特性及其和缺陷的相互作用；非线性系统中的反常热传导；复杂信号与非线性信号处理的理论与方法、及其在声学中的应用。 2、强声学 强声和功率超声：液体中的声空化、声致发光 3、光声科学 激光激发超声的理论及新型超声换能技术，脉冲光声瞬态效应对超快物理、化学及生物过程的研究，光声效应新技术及其在材料表征、工业检测和医学诊断中的应用研究，光声热波成象及其逆问题。超声源器件的理论、结构和应用研究。 4、超声学 声人工结构；超声信号处理；声表面波传播理论及器件；声电荷器件及在通讯、雷达和电子对抗中的应用；多相媒质中声传播理论；生物媒质及固体中超声检测和声测井新技术；新型低衰减透声材料、新型超声换能器、声传感、声化学等。 5、生物医学超声 流体、生物媒质、固体及界面的非线性特性；非线性声参量组织定征与成像；超声造影剂的非线性特性及其在医学超声领域的应用；声孔效应机理及在生物化学领域中的应用；固体中的非经典非线性效应及在无损检测中的应用；高强度聚焦超声的非线性特性；微泡及细胞的声学操控。 6、环境声学 噪声与振动的有源控制；环境噪声评价与监测。 7、电声学 扬声器等电声器件和系统的振动分析、计算机辅助设计和测试以及电声参数测量新技术。

电-力-声 类比汇总

电－力－声类比 引言：电－力－声类比是应用电路理论来解决力学与声学问题。 定义：根据描述电振荡系统的微分方程和描述力学振动系统及声振动系统的微分方程在形式上的相似性，常将力学量和声学量与相应的电学量作类比，以便借助电路理论来分析力学振动和声振动的规律，称电－力－声类比。 类比方法有二种：一种为阻抗型类比，也称正类比；另一种为导纳型类比，也称反类比。§5-1电路元件及基本的电振荡器 在电学系统的分析中，经常用电路图来描述元件与元件之间的关系，从而研究电磁运动的规律。通过电路分析，有时不必去求解微分方程，而能直接了解系统的工作情况和特点。即使要作定量分析研究，通过形象的电路图，利用克希霍夫电路定律，再去建立微分方程，也要简单得多。 电路图最容易应用于集中参数的系统，因为集中参数元件的唯一变量是时间。在电声学研究的系统中（如电声换能器），在低频时，大都近似地等效成集中参数系统，只要采用类比的办法，把力学或声学系统画成等效类比线路图，然后利用电路理论来研究系统的工作情况和特点。 1.基本电路元件： 电容元件： 瞬态：E＝ 1 C e ∫I dt I＝Ｃe dE dt E 瞬态：E= L e dI dt I= 1 L e∫E dt 电阻抗：Z e＝ E I 2.基本的电振荡器： （1）串联谐振电路： I R L 如左图：I－电流（安培），E－电压（伏特） e Lｅ－电感（享利），Ｃｅ－电容（法拉），Rｅ－电阻（欧姆）

由上图可得：E ＝ R ｅI ＋ L e dI dt + 1 C e ∫I dt 对于作简谐变化的稳态电流值有：I ＝ I 0 e j ωt 则：E ＝R e I + jωL e I + 1jωC e I=(R e + jωL e + 1 jωC e ) I = Z e I 式中Z e 为串联回路的阻抗 I ＝ E Z e 即为熟知的欧姆定律 （2）并联谐振电路 I '－为电流（安培），E ' －为电压（伏特）， E ' ｅ ' L ｅ' －为电感（享利），Ｃｅ ' －为电容（法特）， ○ R ｅ'－为电阻（欧姆） 由上图可得：I ' ＝E 'R e ' + 1L e ' ∫E 'dt +C e ' dE ' dt 对于作简谐变化的电压有：E '=E 0' e jωt 则：I ' =E ' R e ' +1jωL e ' E '+ jωC e 'E ' = (1R e ' + 1jωL e 1 + jωC e ')E ' = 1Z e ' E ' 1Z e ' =(1R e ' +1jωL e ' + jωC e ') = 1R e ' + j(ωC e '－1 ωL e ' ) §5-2力学元件和基本的力学振动系统： 1.力学元件： F 表示外力 F K 表示弹性力 F R 表示阻力 M M 表示质点质量 K M 表示弹性系数 C M 表示顺性系数 R M C M ＝1 K M 又称为力顺 R M 表示阻力系数，又称为力阻

《多媒体技术与应用》课程考试大纲

《多媒体技术与应用》课程考试大纲 第一部分考试说明 一、考试性质 《多媒体技术原理及应用》是计算机相关专业的必选课。本课程综合讲述了多媒体技术的基本原理、关键技术及其开发和应用。是一门有一定的理论性，但实践性和实用性都很强的课程。本课程使学生掌握多媒体技术的基本概念、基本原理、主要方法和实用技术, 为今后从事多媒体相关领域的工作打下良好的基础。 二、考试目标 通过考试，检测学生对多媒体技术的基本概念、基本原理和多媒体相关的处理技术等内容的掌握情况。另外，也督促了学生以有效的时间，系统的掌握相关内容，并理论联系实际，使学生具备一定的应用技术知识。重点考察学生对多媒体基本概念、原理的掌握，同时也考察了学生学习文本、图像、音频和视频媒体的制作方法和工具的能力。 三、考试形式与试卷结构 （一）答题方式 闭卷，笔试。 答案必须全部答在答题纸上，答在试卷上无效。（如有答题卡，请注明选择题的答案必须答在答题卡上，非选择题的答案答在答题纸上。） （二）答题时间 90分钟。 （三）基本题型 基本题型有四种：单项选择题、填空题、名词解释、问答题。 第二部分考查的知识范围与要求 第一章多媒体技术综述 熟练掌握媒体的分类，多媒体的概念、多媒体技术的基本概念和特点、超文本、超

媒体、CSCW、虚拟现实等一些基本的思想方法, 了解基于内容的检索过程，了解多媒体技术的发展、组成以及所包含的基本元素。 第二章多媒体数据压缩技术 要求了解数据压缩的必要性；熟练掌握数据冗余的分类及概念、压缩编码的分类和评价标准；了解有关量化操作的基本原理方法；熟练掌握预测编码的基本思想、变换编码的基本原理、Huffman编码的基本原理和算术编码的基本原理；了解Huffman编码步骤及如何编码；了解算术编码的编码过程。 第三章数字图像技术 要求了解数字图像技术的起源与应用现状；熟练掌握颜色的基本概念、计算机中的颜色模式及几种典型的彩色空间；掌握常用的数字图像文件格式，重点区分与其他多媒体信息类型文件的不同之处；了解JPEG的压缩原理；了解不经过压缩图像文件的数据量的求解。了解常用数字图像格式的文件结构，了解图层、通道、滤镜等基本概念，掌握Photoshop中处理图形图像的基本方法。 第四章数字音频技术 要求熟练掌握数字音频技术的声学基础、常见音频格式和MIDI的基本概念，了解虚拟环绕声技术原理，了解音频压缩编码原理，会计算不经过压缩的音频文件的数据量；熟练掌握语音识别的相关概念，并了解其基本原理和关键技术；掌握Cool Edit中处理音频所使用的基本方法。 第五章数字视频技术 了解模拟与数字电视技术，掌握几种典型彩色电视制式的基本原理，并加以区分；了解视频压缩编码技术的基本原理；了解常见数字视频文件格式，了解MPEG和JPEG 的区别，MPEG系列标准各自适用的范围；了解ITU编码标准；掌握Premiere中处理视频文件所使用的基本方法。 第六章数字动画技术 掌握动画的基本概念、基本原理及其分类。了解数字动画常见的格式；了解数字动画制作软件；区分二维三维动画，了解帧、图层等概念，掌握flash中制作动画的几种基本动画类型：运动补间动画、形状补间动画、引导线动画、遮罩动画的基本原理及使用方法。能够使用flash进行简单的动画制作。