声学基础(1)
Pi
ρ 2 c2 + ρ1c1
Z 2 + Z1
Pt 声压透射系数: 声压透射系数 D = = 2 ρ 2 c 2 = 2Z 2 Pi ρ 2 c 2 + ρ1c1 Z 2 + Z1
由上述各式可知,声波在分界面上反射和透射 的大小决定于媒质的特性阻抗,具体分析如下:
当
Z1 = Z2
时,有
R=0
,
,全部透射 全部透射
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2、给定水下声压 p 为 100 µPa ,那么声强 I 是多大, 、 是多大, I0 比较, 与参考声强 比较,以分贝表示的声强级是多 ?(取声速 取声速C=1500m/s,密度为 少?(取声速 ,密度为1000kg/m3)
即:
( x , t ) x =0 = u 2 ( x , t ) x =0
Pi Pt Pr − = ρ1c1 ρ1c1 ρ 2 c 2
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声压反射系数: 声压反射系数 R = Pr = ρ 2 c2 − ρ1c1 = Z 2 − Z1
Pt 2 ρ 2 c 2 cos θ i 2Z 2 n 声压透射系数: 声压透射系数: = = D = Pi ρ 2 c 2 cos θ i + ρ1c1 cos θ t Z 2 n + Z1n
声压连续 法向质点振速连续
注意:法向声阻抗率: 注意 法向声阻抗率:声压与法向振速之比 法向声阻抗率
Z 1n = ρ1c1 cos θ i
无指向性声源的声源级: ND 无指向性声源的声源级: 声源的声源级 SL
I ND = 10 log I0
= 10 log Pa + 170.77 = 217 dB
设指向性声源的轴向声强为: 设指向性声源的轴向声强为: I D
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在介质2中 在介质 中:
p 2 = Pt e
边界条件: 边界条件
•
i (ωt − k 2 x )
Pt i (ωt −k2 x ) u2 = e ρ 2 c2
p1 ( x , t ) x =0 = p 2 ( x , t ) x =0
界面上声压连续: 即:
Pi + Pr = Pt
•
界面上法向振速连续:u1
D =1
当 时,有 , ,硬边界 硬边界,反射波 硬边界 声压和入射波声压同相 D > 0 Z1 < Z2 R 同相 >0
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当 Z1 > Z2 时,有 R < 0 ,D > 0 ,软边界 软边界,反射 软边界 波声压和入射波声压反相 反相 当 Z1 << Z2时,有 R ≈ 1 , D ≈ 2 ,绝对硬 绝对硬,反射 绝对硬 波声压和入射波声压大小相等,相位相同,所以在 分界面上合成声压为入射声压的两倍,实际上发生 的是全反射 全反射。 全反射
p = P − P0
质点振速: 质点振速:由于声波扰动引起的介质质点运动 速度的变化量: 速度的变化量: = U − U 0 变化量 u
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2、介质的特性阻抗与声阻抗率 、
介质的特性阻抗: 介质的特性阻抗
ρ0 c
声阻抗率: 声压与振速 声阻抗率:声场中某点声压 振速 声压 振速之比 Z = p u
1. 2.
3. 4.
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主要内容
声学基础知识(了解) 声学基础知识(了解) 介质的特性阻抗与声阻抗率(了解) 介质的特性阻抗与声阻抗率(了解) 平面波在两种不同均匀介质界面上的反射和折 了解) 射(了解) 等间距均匀点源离散直线阵的声辐射(了解) 等间距均匀点源离散直线阵的声辐射(了解) 了解) 均匀连续直线阵的声辐射(了解) 了解) 无限大障板上平面辐射器的声辐射(了解) 了解) 声波的接收方向特性(了解)
在介质1中 在介质 中:
p1 = Pi e
i (ωt − k1 x )
+ Pr e
i (ωt + k1 x )
pi
pt
Pi i (ωt −k1x ) Pr i (ωt + k1x ) u1 = e − e ρ1c1 ρ1c1
pr
ρ1c1
o
ρerwater Acoustic Engineering
第二章 声学基础
第一章知识要点
声纳参数的定义、物理意义
SL、TL、TS、NL、DI、DT、RL、DIT
组合声纳参数的物理意义
SL-2TL+TS NL-DI+DT RL+DT (SL-2TL+TS)-(NL-DI+DT)
主动声纳方程的选择问题(如何判断干扰) 声纳方程的两个重要的基本用途
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1、声学基础知识 、
声波:机械振动状态在介质中传播 声波:机械振动状态在介质中传播 状态在介质 形成的一种波动形式 分类: 分类:
20Hz以下的振动称为次声 以下的振动称为次声 以下的振动称为 高于20kHz的振动称为超声 的振动称为超声 高于 的振动称为 20Hz至20kHz的声振称为音频声 至 的声振称为音频声 的声振称为
斜入射
pi
ρ1c1
o x
θi
pr
θt
ρ 2 c2
pt
斜入射平面波在分界面上的反射和折射
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边界条件
Pr ρ 2 c 2 cosθ i − ρ1c1 cosθ t Z 2 n − Z1n 声压反射系数: 声压反射系数:R = P = ρ c cosθ + ρ c cosθ = Z + Z i 2 2 i 1 1 t 2n 1n
指向性声源的声源级: 指向性声源的声源级: 的声源级
ID 1 SL = 10 log = 10 log Pa + 10 log + DI T 4πI 0 I0
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第一章作业
什么是声纳?声纳可以完成哪些任务? 什么是声纳?声纳可以完成哪些任务? 请写出主动声纳方程和被动声纳方程。 请写出主动声纳方程和被动声纳方程。声纳方程中各参 数的物理意义是什么? 数的物理意义是什么? 声纳方程的两个重要的基本用途是什么? 声纳方程的两个重要的基本用途是什么? 环境噪声和海洋混响都是主动声纳的干扰, 环境噪声和海洋混响都是主动声纳的干扰,在实际工作 中如何确定哪种干扰是主要的? 中如何确定哪种干扰是主要的?
第一章思考题: 第一章思考题:
1、取下列声压作为参考级, 1微帕声压的大小 取下列声压作为参考级, 取下列声压作为参考级 达因/厘米 微帕) 为: (10-5达因 厘米2 =1微帕) 微帕
取参考声压为1微帕时, 取参考声压为1微帕时,其大小为 0dB; 取参考声压为0.0002达因 厘米2 时,其大小 达因/厘米 取参考声压为 达因 为-26dB; 取参考声压为1达因 达因/厘米 取参考声压为 达因 厘米2 时,其大小为 -100dB ;
,它为一个复数 复数(表明声压与振速存在相位差)。 复数 • 平面波 Z = ± ρ 0 c 平面波:
说明:平面波声压和振速处处同相(正向波) 说明 或反向(反向波),声强处处相等,其声阻抗 率与频率无关。
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球面波
透射损失TL: 透射损失
Z2 1 Ii Z2 TL = 10 lg = 10 lg Z D 2 = 10 lg Z − 20 lg D It 1 1
空气入射到水中,透射损失约29.5dB 例:声波由空气 空气 水
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3、发射换能器发射40kW的声功率,且方向性指数 、发射换能器发射 的声功率, 的声功率 为多少? 为15dB,其声源级 为多少? ,其声源级SL为多少
解: 由题意知: 由题意知:
I D / I0 ID DI T = 10 log = 10 log = SLD − SLND I ND I ND / I 0
流体介质中,声波表现为压缩波 流体介质中,声波表现为压缩波 ),即纵波 (Compressional Wave),即纵波 ), 在固体中既有纵波也有横波( 在固体中既有纵波也有横波(切变 纵波也有横波 波-Shear Wave) )
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−15
dB
4
3、发射换能器发射40kW的声功率,且方向性指数 、发射换能器发射 的声功率, 的声功率 为多少? 为15dB,其声源级 为多少? ,其声源级SL为多少
I 声源级定义: 解:声源级定义: SL = 10 log I0 Pa 无指向性声源的声强 声源的声强: 无指向性声源的声强: I ND = 4π
(kr )2 Z = ρ0c 2 1 + (kr )
+ iρ 0 c 1 + (kr ) kr