强力火箭
汽车 钢琴
10 0.1
0.02
9
对话
小电钟 轻声耳语
10 8 10
10
9
5
声学基础
第三章 声波的基本概念和性质
③ 声功率与声强

声强 sound intensity ,sound energy flux density
声强是衡量声波在传播过程中声音强弱的物理量。声场中 某一点的声强即在单位时间内，在垂直于声波传播方向的 单位面积上所通过的声能，符号为I，单位为瓦/米2 （W/m2）。
声学基础
第三章 声波的基本概念和性质
③ 声速与风速、温度
当温度和风速的作用同时存在时，声影区的形成稍复杂 一些，这两个因素的作用有可能相互加强，也可能相互抵 消 气象条件的复杂性表现在风力、风向经常是不稳定的， 由此引起声波在大气中传播时声级的随机起伏。 在比较稳定的大气中，如静夜、弱风条件下，典型的起 伏范围是5dB。 在不稳定的大气中，如晴天、强风，典型起伏范围为 15~20dB。 向下风传播时，起伏大小随信号频率和距离增大而增加。 向上风传播时，在靠近声影区边界处起伏最大。这些不 稳定的因素，在现场测量时必须引起注意。
声学基础
第三章 声波的基本概念和性质
主要内容



声波的基本概念 声音的传播速度及有关现象 声波的反射与折射定理 声波的绕射和其他波动现象 运动声源的多普勒效应 声级 电-力-声类比
声学基础
第三章 声波的基本概念和性质
声音的传播速度及有关现象


声波的传播速度指的是声振动状态的传播速度，其大小取 决于传声媒质在声扰动作用下的可压缩性（或弹性）。 若媒质的可压缩性大，则声波在这种媒质中的传播速度就 小，即传播得慢；反之，若媒质可压缩性小，则声波在此 媒质中传播得就快。
p 1 p 2 2 2 x c0 t
2 2
三维波动方程：
1 p p 2 2 c0 t
2 2
声学基础
第三章 声波的基本概念和性质
③ 声功率与声强

声功率 sound power
是表示声源单位时间内向外发射的声能 用W表示，单位为瓦
一些典型声源的声功率
声源名称 声功率/W 声源名称 声功率/W
dv p dt x
v x t
dP c 2 d
c2 1
s

Ks
绝热体积弹性系数

绝热体积压缩系数
假设条件：媒质为理想流体；没有声扰动时媒质的初速度为零，且是均匀的； 声波传播是绝热过程；传播的是小振幅声波
声学基础
第三章 声波的基本概念和性质
S
4S
9S
r
r
r
声学基础
第三章 声波的基本概念和性质
④ 声压级与声强级

人们主观听觉机构对声压大小的感受不是与声压 或声强成线性关系，而是与其对数成近似线性关 系。因此通常选用对数量来表示声学量
“级”——一物理量与某一参考量的比值的对数为 “级” 它表示的不是绝对值而是比值，即它代表比基准 量高出了多少“级”
② 声波波动方程

连续性方程
（媒质中单位时间内流入体积元的质量与流出该体积元的质 量之差应等于该体积元内质量的增加或减少）
( v) x S ( v) x dx S [( v) x ( v) x Sdx Sdx x t ( v) x t ( v) x dx]S x
声学基础
第三章 声波的基本概念和性质
④ 声道现象
声线总是向声速减小的方向发生弯曲，所以在高度H0以 下的声线向上弯曲，而在高度H0以上的声线向下弯曲， 因而声音传播出来的能量被限制在一定区域内传播，就 出现了声道现象。
声学基础
第三章 声波的基本概念和性质
主要内容



声波的基本概念 声音的传播速度及有关现象 声波的反射与折射定理 声波的绕射和其他波动现象 运动声源的多普勒效应 声级 电-力-声类比
声波的反射与折射定理
Ⅱ
法向

反射定律：入射角等于反射角，即
1 1 '

折射定律：入射角的正弦和折射角的正弦的比值 等于两媒介中声速的比值
声学基础
第三章 声波的基本概念和性质
第三章
声波的基本概念和性质
声学基础
第三章 声波的基本概念和性质
主要内容



声波的基本概念 声音的传播速度及有关现象 声波的反射与折射定理 声波的绕射和其他波动现象 运动声源的多普勒效应 声级 电-力-声类比
声学基础
第三章 声波的基本概念和性质
单位为牛顿/米2（N/m2）或帕（Pa）或微巴（μbar） 声压p一般是空间和时间的函数，即p=p（x,y,z,t）
声学基础
第三章 声波的基本概念和性质
① 声压

瞬时声压 instantaneous sound pressure
某点的瞬时声压等于在该点的瞬时总压力减去静压力. 在一定时间间隔中最大的瞬时声压称为峰值声压。
rv
透射波声压与入射波声压之比
tp
pta 2R2 2R12 pia R1 R2 1 R12
透射波质点速度与入射波质点速度之比
tv
vta 2 R1 2 via R1 R2 1 R12
声学基础
第三章 声波的基本概念和性质
入 射 θ1 θ1' θ2 折 射 反 射 Ⅰ

有效声压 effective sound pressure
声音的强弱只与瞬时声压的某种时间平均值有关，这种声 压的平均值称为有效声压 对简谐波有
1 T 2 p dt 从能量上考虑 pe 0 T
声学基础
第三章 声波的基本概念和性质
① 声压


声压和大气压相比是很小的，例如20Pa的声压差不多是人 耳听觉的最高极限。声压再高将使人耳疼痛难受，这一极 限称为痛阈。 如果声压很低人耳便听不见了。具有正常听力的人耳所能 听到的最低声压为2*10-5Pa，这个最低极限称为可听阈。
声学基础
第三章 声波的基本概念和性质
② 声速与温度
晴天的傍晚，地面由于热辐射和热传导而迅速冷却， 靠近地面的空气温度下降，而离地面较高处的空气仍 保持较高的温度。
夜间声传播
声学基础
第三章 声波的基本概念和性质
② 声速与温度
晴天的中午，大气温度随高度的增加而降低
白天声传播
因此，在晴天时，地面上声源所发的声音在傍晚比白 天传播得更远
声学基础
第三章 声波的基本概念和性质
声音的传播速度及有关现象


声波从声速大的媒质传播到声速小的媒质时，声波传播的 方向会发生变化，与入射声波的传播方向相比，折射声波 的传播方向将靠近法线方向。 声波从声速小的媒质传播到声速大的媒质时，折射声波的 传播方向将偏离法线方向。
声学基础
第三章 声波的基本概念和性质
声学基础
第三章 声波的基本概念和性质
声音的传播速度及有关现象
空气中，声音的传播速度 c≈331.6+0.6t （m/s） 在流动媒质中，声速则为静止状态下的声速加上媒质的流 动速度

声音在实际气象条件下受声速变化而引起的传播现象可由 声线的变化方式来分析。声能从声源沿波阵面的法向传播 ，其传播的路径就称为声线，它与波阵面相垂直。
声学基础
第三章 声波的基本概念和性质


顺风时，声速也随高度的增加而增大，声线向下弯曲；逆 风时，声波朝逆风方向传播时，相对于地面的声速应减去 风速，声速随高度的增加而减小，声线向上弯曲，就可能 出现“声影区域”。 声影区指因折射而传播 不到直达声的区域
声学基础
第三章 声波的基本概念和性质
② 声速与温度
② 声波波动方程
小振幅声波一维波动方程 简化的方程： 1）运动方程：
v p 0 t x v 0 x t
2 0
2）连续性方程：
3）物态方程： p c
声学基础
第三章 声波的基本概念和性质
② 声波波动方程
均匀的理想流体媒质中小振幅声波的 波动方程（线性声波方程）：
声学基础
第三章 声波的基本概念和性质
声波的反射与折射定理
反射波声压与入射波声压之比
rp pra R2 R1 R12 1 pia R2 R1 R12 1
vra R1 R2 1 R12 via R1 R2 1 R12
反射波质点速度与入射波质点速度之比
声音的传播速度及有关现象
声速与风速 ②声速与温度 ③声速与风速、温度 ④声道现象
①
声学基础
第三章 声波的基本概念和性质
① 声速与风速
当声波顺风传播时，相对于地面的声速应加上风速。一 般来说，由于地面对空气运动的摩擦阻尼，风速随离地面 高度的增加而增大，使靠近地面的风有一个梯度。
风速梯度引起的声波折射
声速与温度有关，温度越高，声速越快
当大气温度随高度的增加而提高时，声速也随高度 的增加而增大，从而使声线向下弯曲。 这时，地面上声源所发射的声音，由于集中在地面 附近区域，可以使声音传播到较远地方。 当大气温度随高度的减小而降低时，声速也随高度 的减小而降低，声线将向上弯曲。 这时地面附近所发射的声音将在离声源一定距离的 地面上掠过，并在离声源较远的地方形成声影区
声学基础
第三章 声波的基本概念和性质
② 声波波动方程


声场的特征可以通过媒质中的声压p，质点 速度v，密度的变化量ρ’来表征。 根据声波过程的物理性质，建立声压随空 间位置的变化和随时间的变化两者之间的 联系——声波波动方程