声波可在气、液、固中传播。
第四章 声波
3.声强 （声波的强度） 声强：单位时间内通过垂直于声波传播 方向的单位面积的声波能量
I

1 2
u 2 A2

1 2
Zv
2 m

Pm2 2Z
单位：J﹒s-1 ﹒ m-2 = W ﹒ m-2
I 与Pm2成正比， I与Z反比
第四章
反射与折射
Z1
Z2
Ii
Ir
It
单位：N·m-2
第四章 声波 2.声阻抗
介质质点振动速度幅值： vm A
声阻抗： 声压幅值Pm与速度幅值Vm之比。
Z Pm uA u
vm
A
Z u
单位：kg﹒m-2 ﹒ s-1
是表征介质声学特性的一个物理量。
第四章 声波 几种介质的声速和声阻抗
介质
空气(0 ℃) 空气(20℃) 水(20 ℃)
关于 u
•波速：与介质和波的类型有关而与波源无关 或换言之：
波一旦从振源发出就忘记了自己的来源， 而以介质给定的特定速度在介质中传播。
•波的频率：介质中某点单位时间内振动的次数。
波的频率是波源振动的频率，与介质无关
•波长：一个完整波在介质中沿波线展开的长度。
关系式 u 是介质中某点三量的关系。

u

u u
40
39000
=40000Hz
u o u u 40 40000 =41000Hz
u s
u
例题：一观察者坐在带有喇叭的车上，喇叭
连
续
地
发
出
频
率
为300H
的
z
声
波
。
车
以5.56m
/
s
的速度向着一面积很大的垂直墙面运动。设想
墙面的声能吸收系数很小。问：1观察者接收从 墙面反射回来的声波的频率是多少？2观察者
频率（HZ）
1000HZ的听觉域：I =10-12 ~ 100 W/m2
二、声强级
声强每增加10倍，人耳听觉才改变1倍左右； (采用对数来表示声强的等级)
标准参考声强：I0=10-12W/m2
声强级： L lg I I0
单位：贝尔（B）
L 10 lg I I0
单位：分贝（dB）
1B=10dB
2 波源不动，观察者相对介质以速度 Vo 运动
A）观察者朝向波源运动
VO u
t时刻的波阵面
' u Vo
u Vo
uTS

(1

Vo u
)
S
(1)
t+1秒时刻 的波阵面
接收频率 提高！
B）观察者远离波源运动
u
VO
t时刻的波阵面
' u Vo

u Vo
uTS
第四章 声波
例题
如果超声波经由空气传入人体，问进入人体的声
波强度是入射前强度的百分之几？如果经由蓖麻油 （Z=1.36×106kg/m2s）传入，则进入声波的强度又是 入射前强度的百分之几？
解：② Z1= 1.36×106kg/m2, Z2= 1.63×106kg/m2
∵
ir

Ir Ii

(1.36 106 (1.36 106
等响曲线：
痛阈曲线
120方
在听觉域中把不同频 率、不同声强,响度相 同的点连成一条曲线.
60方
旧单位： 新单位：方
听阈曲线
0方
①1000HZ纯音响度级与声强级(dB)数值相同 ②同一等响曲线具有相同的响度级
例题 面积为1平方米的窗户开向街道，街中有频率
为1000Hz的声源在窗口 的声强级为80 dB，则每秒 钟传入窗口声波的能量为（ ）J，若街中有频率 为1000Hz的声源在窗口 的声强级各为80 dB，则这 两个声源同时传到窗口的响度 级 为 （ ）方。
V0 周期、频率分别为 Ts. s
观察者
O'
波源的速度为： VS
观察者速度：V0
观察者接受到的频率为： '
1 波源与观察者均相对媒质静止
' u u uTS S
观察者
接收的频率就是波 源振动的频率
u t时刻的波阵面
t+1秒时刻的波阵面
启示：
接收的频率就是接 收者单位时间内接 收到的波的个数
脂肪 肌肉 密质骨
钢
声速 u
(m/s) 3.32×102 3.44×102 14.8×102 14.0×102 15.7×102 36.0×102 50.5×102
密度ρ (kg/m3)
1.29 1.21 988.2 970 1040 1700 7800
声阻抗ρu (kg/m2s) 4.28×102 4.16×102 1.48×106 1.36×106 1.63×106 6.12×106 39.4×106

(1

Vo u
)
S
(2)
接收频率 t+1秒时刻 降低了！ 的波阵面
3 观察者不动，波源相对介质以速度 Vs 运动
波源运动时，波的频率不再等于波源的频率。这
是由于当波源运动时，它所发出的相邻的两个同相振 动状态是在不同地点发出的，这两个地点相隔的距离 为VSTS，TS为波源的周期。 y
(2) 当Z1<< Z2或Z1>> Z2时, Ir Ii; It 0。
Z1 Ii
Z2
It
Z1 Ii
Ir
Z2
第二节、声强级与响度级
一、听觉区域
引起人耳听觉的声波
与频率有关（声调）（20--20 kHz） 与声强有关（响度）（10-12--1 W/m2）
听阈：能引起听觉的最小声强剌激量（最低可闻声强）
公式归纳：波源和观测者运动方向与波传播方向共线。

'

u (u
Vo VS

)
S
其中：波源静止 VS 0
观察者静止 VO 0
'
'(1uVo )
u VuS
SS
VS ((13)) V0
二者相互靠近 VS .VO取正值代入
二者相互远离 VS .VO 取负值代入。
波源Βιβλιοθήκη 观测者第四章 声波 (Sound wave)
声波：频率( )在２0Ｈz—２０００0Ｈz之间
的机械波(纵波），能引起人的听觉。 超声波(Ultrasonic wave)：频率高于２００0０Ｈz的声波。 次声波(Infrasonic wave)：频率低于２０Ｈz的声波。
2.次声波 特点：频率低、能量损失少。
声波
设入射波强度：Ii
反射波强度：Ir 透射波强度：It
强度反射系数：
ir

Ir Ii

(Z2 (Z2

Z1 ) 2 Z1 ) 2
强度透射系数：
it

It Ii

4Z1Z 2 (Z2 Z1)2
ir it 1
第四章 声波
例题
如果超声波经由空气传入人体，问进入人体的声
波强度是入射前强度的百分之几？如果经由蓖麻油 （Z=1.36×106kg/m2s）传入，则进入声波的强度又是 入射前强度的百分之几？
L 10 lg I 80 I0
I0=10-12w/m2
I=10-4w/m2 E=I. t .s
L 10 lg 2I 83dB I0
第三节 多普勒效应
（Doppler effect)
多普* 多勒普效应勒是效由应生：在因德波国的源奥或地观利测物者理相学对家多介普质勒运 （动jo，ha而nn使do观pp测le频r 1率80与2-波185源3 频）率发不现的同．的现象。
声强（dB）
0 10 20 30 60~70 90 140 170
例题
1、某马达开动时产生的噪声声强为10-7 W/m2， 求①开动一台马达，其噪声声强级为多少dB？②同时 开动两台马达，其噪声声强级为多少dB？
解：①∵ I1= I = 10-7 W/m2 ，I0= 10-12 W/m2
∴
L1

10 lg
与地球、海洋及大气的大规模运动有关。如火山爆发、地震、 大气湍流等都有次声波产生
第四章 声波 一、声压与声强
声波在空气中以纵波的形式传播
P x
1.声压：在某一时刻，介质中某一点的压强与
无声波通过时的压强之差
P uAcos[(t x) ]
u
2
声压幅值： Pm uA
vs＜0
vs＞0 vo ＞0
vo＜0
第四章 第三节 多普勒效应
波源 α
vo
观测者
β vs
u vo cos u vs cos
多普勒频移：由多普勒效应引起的接收频率 与发射频率之差
频移 0
第四章 第三节 多普勒效应 补充例题
1、当一列火车以96km/h的速度由你身边开过， 同时用2kHZ的频率鸣笛时，问你听到的频率是多少？ （空气中的声速为340m/s）
解：① Z1= 0.0004×106kg/m2, Z2= 1.63×106kg/m2
∵
ir

Ir Ii

(0.0004 (0.0004
106 106
1.63106 )2 1.63106 )2
0.999
∴
it
It Ii
1 ir 1 0.999 0.001 0.1%
1000HZ的听觉域：
L = 0 ~ 12 B L = 0 ~ 120 dB