声学基础及其原理
2 声学基础及其原理[13]
在我们的生活环境中会遇到声强从弱到强范围很宽的各种声音[5]。如此广阔范围的能量变化直接使用声功率和声压的数值很不方便，而用对数标度以突出其数量级的变化则相对明了些；另一方面人耳对声音的接收，并不是正比与强度的变化值，而更近于正比与其对数值，由于这两个原因，在声学中普遍使用对数标度来度量声压、声强、声功率，分别称为声压级、声强级和声功率级，单位用分贝（dB ）来表示[1]。
2.1声压级
将待测声压的有效值P e 与参考声压P o 的比值取以10为底数的常用对数，再乘以20。即：
L p =20lg o
e P P （dB ） （2.1） 在空气中，参考声压P 0规定为2⨯10-5帕，这个数值是正常人耳对1000Hz 声音刚能够觉察到的最低声压值。式（2.1）也可以写为：
L p =20lgp+94 （dB ） （2.2）
式中p 是指声压的有效值P e ，由于声学中所指的声压一般都是指其有效值，所以都用p 来表示声压有效值P e 。
人耳的感觉特性，从可听域的2⨯10-5帕的声压到痛域的20帕，两者相差100万倍，而用声压级表示则变化为0-120分贝的范围，使声音的量度大为简明。
2.2 声强级：
为待测声强I 与参考声强I 0的比值取以常用对数再乘以10，即：
L I =10lg 0
I I （dB ） （2.3） 在空气中，参考声强I 0取以10-12W/m 2这样公式可以写为：
L I =10lg I+120 （dB ） （2.4）
2.3声功率
可以用“级”来表示，即声功率L W ，为：
L W =10lg 0
W W （dB ） （2.5） 这里W 是指声功率的平均值W ，对于空气媒质参考声功率W 0=10-12W ，这样式子可以写为：
L W =10lg W +120 （dB ） （2.6）
由声强与声功率的关系I=W/S ，S 为垂直声传播方向的面积，以及空气中 声强级近似的等于声压级，可得：
L p =L I =10lg ⎥⎦⎤⎢⎣⎡⋅01I S W =10lg ⎥⎦
⎤⎢⎣⎡⋅⋅S I W W W 1000 （2.7） 将W 0=10-12W ，I 0=10-12W/m 2代入，可得：
S L L L W I p lg 10-== （dB ） （2.8）
这就是空气中声强级、声压级与声功率级之间的关系，但应用条件必须是自由声场，即除了有源发声外，其它声源的声音和反射声的影响均可以忽略。在自由场和半自由场测量机器噪声声功率的方法的原理就是如此。
声压级、声强级、声功率级的定义中，在后两者对数前面都好似乘以常数10，而声压级对数前面乘以常数为20，这是因为声能量正比于声强和声功率的一次方，而对声压是平方的关系。如声压增加一倍，声压级和声强级增加6分贝，而声强增加一倍，声压级和声强级增加3分贝[5]。
对于一定的声源，其声功率级是不变的，而声压级和声强级都是随着测点的不同而变化的。
专门的研究表明，人耳对于不同频率的声音的主观感觉是不一样的，人耳对于声的响应不单纯是物理上的问题了。为了使人耳对频率的响应与客观声压级联系起来，采用响度级来定量的描述这种关系，它是以1000Hz 纯音作为基准，对听觉正常的人进行大量比较试听的方法来定出声音的响度级的，
它的定义是以频率为1000Hz的纯音的声压级作为其响度级。也就是说，对于1000Hz的纯音，它的响度级就是这个声音的声压级，对频率不是1000Hz的纯音，则用1000Hz纯音与这一待定的纯音进行试听比较，调节1000Hz纯音的声压级，使它和待定的纯音一样响，这时1000Hz纯音的声压级就被定义为这一纯音的响度。响度级记为L N，单位是方（phon）。对各个频率的声音都做这样的试听比较，把听起来同样响度的个相应声压级按频率连成一条条曲线，这些曲线就称为等响曲线。如图2.1：
图2.1 等响曲线
Fig.2.1 the surve of equal sound
由等响曲线可以得出各个频率的声音在不同的声压级时人们主观感觉出的响度级是多少。从频率上看，人耳能听到的声音在20-20000Hz的频率范围内，低于20Hz的叫次声，高于20000Hz的叫超声。另一方面，即使在20-20000Hz 的声频范围内也不是任意大小的声音都能被人耳所听到，在图 2.1中的最下面的一根虚曲线表示人耳刚刚能听到的声音的强弱，其响度级为零方，低于这根曲线的声音人耳是听不到的；图上最上边的曲线是痛觉的界限超过此曲线的声音人耳是听不到的，感觉到的是痛觉。从曲线中可以看出，人耳能感觉为声音的声音的声能量范围达到1012倍，相当于120分贝的变化范围。
响度级也是一种对数标度的单位，不同响度级的声音不能直接进行比较。声音想的程度叫做响度使它能与正常听力对声音倾向的主观感受量成正比，也就是说响度加倍时，声音听起来也家倍的响。
由等响曲线可以看出，人耳对于高频声音，特别是对于1000-5000Hz的
声音比较敏感，而对于低频声音，特别是100Hz以下的可听声不敏感。即声压级相同的声音由于频率不同所产生的主观感觉不一样。为了使声音的客观量度和人耳听觉主观感受取得一致，在测量声音的仪器上都装置了对频率的计权网络，即加上一个滤波器，对所接到的声音按频带设一定的衰减来模拟人耳的听觉特性，一般这种计权网络有A、B、C三种，用计权网络测得的结果叫做声级，范围分贝后必须写出所用的计权网络的标志，即dA、dB、dC，相应的A计权声压级记做L Pa，简称A声级。A、B、C、D的计权曲线如图2.2：
图2.2 计权网络响应特性
Fig.2 charitics of effect
2.4 计权响应与频率的关系
对声级计电性能要求从20-20000Hz有平直的频率响应，计权网络A、B、C的频率响应特性，是按IEC规定选取接近人耳对声音频率响应的几条等响曲线设计的。A计权网络频响曲线相当于40方的等响曲线的倒置曲线。经过多年的实践和研究表明，用A计权网络测得的声级与由宽频率范围噪声引起的烦恼和对听力危害程度的相关性较好，而且用单一声级测量又比较方便，因此近年来测量一般宽频率噪声时，多用A计权网络。使用声级计时，必须防止过载，以免读出的数据不可靠，为此，有的声级计有过载指示灯。
表2.1给出了A计权响应的具体数值。
表2.1 A 计权响应与频率的关系（按1/3倍频程中心频率）
Tab.2.1 relation between frequence and effect
频率（Hz ） A 计权响应（dB ） 频率（Hz ） A 计权响应（dB ）
20 -50.5 630 -1.9
25 -44.7 800 -0.8
31.5 -39.4 1000 0
40 -34.6 1250 +0.6
50 -30.2 1600 +1.0
63 -26.2 2000 +1.2
80 -22.5 2500 +1.3
100 -19.1 3150 +1.2
125 -16.1 4000 +1.0
160 -13.4 5000 +0.5
200 -10.9 6300 -0.1
250 -8.6 8000 -1.1
315 -6.6 10000 -2.5
400 -4.8 12500 -4.3 500 -3.2 16000 -6.6
由噪声的个频率的声压级L p i 和对应频率的A 计权修正值∆Ai L ，可得出此声音的A 计权声级：
()⎥⎦
⎤⎢⎣⎡=∑=∆+⨯n i L L A A i pi L 11.010lg 10 （dB A ） （2.9） 2.5 消声器
消声器是一种允许气流通过而能使透过声音得到降低的装置。
2.5.1评价消声器性能时，应综合的考虑声学，空气动力学性能和结构等要求，
归纳起来，有三个基本条件：
2.5.1.1 足够的消声量，尤其在噪声突出的频带范围内有良好的消声性能；
2.5.1.2 良好的空气动力性能，要求阻力损失越小越好，基本上不降低风量，保证气流畅通；
2.5.1.3 空间位置合理，构造简单，便于制作安装，且能保持长期稳定性。
2.5.2 评价消声器声学性能时，常用的有4个评价量：
2.5.2.1 插入损失：指装置消声器前后，气流通过管道某一测点位置的声压级差。这一方法比较简便，并能直观的反映消声器的实际使用效果。
2.5.2.2 声压级差：又称末端声压级差或噪声降低量，指消声器进口和出口端的平均声压级差。这一方法常用于已安装好消声器的管道内的测量。
2.5.2.3 轴向声衰减：指消声器通道内沿着轴向的声级变化，通常以每米的声衰减量来表示这一方法只适用于声学材料在较长管道内连续而均匀分布的直通管道消声器。
2.5.2.4 传声损失：系指消声器进口端输入声功率与消声器出口端书声功率之比，取以1为底的对数并乘以10，或者是两端声功率级之差，即L W 1—L W 2。
声功率通常可通过测试两端的平均声压级1P L 和2P L 来确定。设S 1和S 2分别为
进口和出口端消声通道的截面积，因此有：
111lg 10S L L P W +=
222lg 10S L L P W += （2.10）
测量时应没有末端反射影响。上述的几种测量方法，都会由于管道末端干涉的影响而使测得结果即使对同一种消声器也有很大的差别。
2.5.3 消声器的设计程序可分成五个步骤：
2.5.
3.1 对噪声源做声频谱分析，通常可测定63-8 000Hz 频率段范围内1倍频程的八个频带声压级和A 计权声级。如果噪声成分中有明显的夹叫声，则需做1/3倍频程或更窄的频带分析。
2.5.
3.2 根据对噪声源的调查机器使用上的要求，决定控制噪声的标准，采用有关控制措施后应该符合这一标准要求。过高，则增加成本，消声器体积增大或者使措施复杂；过低，则达不到足以保护环境的目的。有时，环境噪
声和他不利条件的影响（如控制范围内有多个噪声源的干扰等），也是考虑确定消声其
器必须达到的消声量的因素。
2.5.
3.3 计算消声器所需要的消声量△L ，对不同的频带消声量要求是不相同的，应分别进行计算：
△L=L P —△L d —L A （2.11）
式中：L P 为声源每一频带的声压级，分贝；△L d 为当无消声措施时，从声源至控制点经自然衰减所降低的声压级，分贝；L A 为控制点允许声压级，分贝。
2.5.
3.4 由各频带所需要的消声量△L 来选择不同类型的消声器，如阻性、抗性或其他类型。在选取消声器类型时，应该作方案比较并作综合平衡后确定。
2.5.
3.5 检验实际消声效果，看是否达到预期要求，否则需修改原设计方案作出补救措施。
2.5.4 管道消声器主要有以下几种：
2.5.4.1阻性消声器
声波在衬贴吸声材料的直管道中的传播时，吸声材料将消耗声波的能量，从而可达到将噪效果。材料的消声性能类似：当声波通过衬贴吸声材料的管道于电路中的电阻耗损电功率，故得其名。
在一个管壁衬贴吸声材料的均匀截面管道中，当管道中传播声波的波长比管道截面尺寸大（对截面为长方形管道，其中a 为最大的一边2a >
λ，对半径为a 的圆管道，a 3.0>λ）
，则管道中的声波为平面波，由于管道壁的吸声作用，声波的声能将随着在管道中传播而衰减。对于管道中被激发的高次波，则经过多次反射后声能很快便衰减掉。当衬贴材料的吸声系数不太高的时候，由声波导理论可得到平面波沿管道轴线传播的声压表示为： )cos(20kx t x S L
e p p -∙∙-=ωσ （2.12）
式中，0p 为x =0处的声压幅值；L 为管道横截面的有效周长；S 为管道的
有效截面积；σ为管道的衬贴材料声导纳比的实数部分，设管道壁的声阻抗率为r+jx ，则有： 22x r r c
+=ρσ (2.13） 声强的幅值为： x S L
x e I I ∙-=σ0
从而可以推导出声波经管长为l 时的轴向衰减量， l S
L I I L A σ34.4lg 1010== （dB ） （2.14） 式中：1I 为衬贴吸声材料管道中长为l 处的声强；0I 为x=0处的声强。
可见消声器的传声损失与吸声材料的声学性能、气流通道周长、断面面积以及管道长度等因素有关。材料的吸声系数（σ适当地大）和气流通道周长与通道面积之比越大，管道越长，则L A 就越大。可见，同样大小截面的管道，L/S 比值以长方形为最佳，方形次之，圆形最小。为此，对截面较大的管道常在管道纵向插入几片消声片（片长沿管轴），竟它们分隔成多个通道以增加周长和减小截面积，消声量可明显提高。有时，为了改善低频的消声效果，吸声片可制作得厚一些，但这会导致体积增大，阻力系数也相应增加。可见消声器动力特性和消声结构形式有密切关系，在设计时，需要综合地按实际情况考虑各种因素。需要说明的是，（2.12 ）式是假定管道内传播是平面声波，且管内衬贴吸声材料的吸声系数不太高的情况下得出的，但由此得出的声衰减与几个参量的关系却具有普遍的意义。同时，由于（ 2.14 ）式中的σ项将涉及到吸声材料的许多物理参数，就同一种材料，σ值还与材料的厚度、密度等因素有关系。由此可知，即使如图 2.3所示消声器，其消声量的精确计算并不容易。
图2.3直管式阻性消声器
Fig .2.3 L-C muffler
另外A ·N 别洛夫也由一维理论推导出长度为l 的消声器的声衰减两L A 为： l S
L L A ∙=)(0αϕ （2.15） 式中)(0αϕ函数与材料的吸声系数0α的换算关系，见表 2.2。
表 2.2 0α与 )(0αϕ的换算关系
Tab.2.2 Relation between 0α and )(0αϕ
0α 0.05 0.10 0.51 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40 0.45 0.50 0.55 0.60-1.0
)(0αϕ 0.05 0.11 0.17 0.24 0.31 0.39 0.47 0.55 0.64 0.75 0.86 1-1.5
另外还有H ·J 赛宾计算消声器的声衰量的经验计算式： l S
L L A 4.1)(03.1α= （ dB ） （2.16） 式中 α为吸声材料无规入射平均吸声系数，为便于计算，表 1.3 中列出了α与4.1)(α的关系.
表2.3 α与4.1)(α的换算关系
Tab.2.3 Relation between αand 4.1)(α
α 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35
4.1)(α 0.015 0.040 0.070 0.105 0.144 0.185 0.230
α 0.40 0.45 0.50 0.60 0.70 0.80 0.90 1.00
4.1)(α 0.277 0.327 0.329 0.489 0.607 0.732 0.863 1.00
以上计算只限于频率很低的平面声波在均匀衬贴吸声不太高的直管中传播时才有效。为适合任意均匀吸声材料衬贴的直管道中各频率声衰减的计算，L ·克莱莫从波动理论推导出长方形截面管道、壁面衬贴吸声材料的理论计算式。它虽然有简化的图表可查，但涉及到材料的许多物理参量的测量仍然很复杂，且实际消声器不可能完全符合理论假设条件，所以计算值与实际测量结果往往差距很大。但是理论计算式对设计消声器仍有很大的知道意义。
高频率的声波，由于方向性很强，用直管道式消声器时将形成“光束状”传播，很少接触衬贴吸声材料，消声量明显下降。这一下降的开始频率为“高频失效频率”f n ，其经验公式为： D
c f n 85.1= （Hz ） （2.17） 阻性消声器的类型 阻性消声器的形式繁多，常用的构造形式除直管式外，还有片式、蜂窝式、折板式、声流线式、室式、迷宫式、盘式和消声弯头等等。
2.5.4.2片式消声器：对于流量较大需要足够大面积的通道时，为使消声器周长与截面比增加，可在直管道内插入板状吸声片，将大通道分隔成几个小通道，如图 2.4 所示.图2.5 是分隔为具有等衰减量的管道内衬贴构造。由图可见，当片式消声器每个通道的构造尺寸相同时，只要计算单个通道的消声量，即为该消声器的消声量。
图2.4 片式阻性消声器
Fig.2.4 P-C muffler
图2.5 具有等衰减的管道内衬贴构造
Fig.2.5 Have the inside the piping reduce to stick the structure
2.5.4.3蜂窝式消声器：是由若干小型直管消声器并联而成，形状像蜂窝，
图2.6蜂窝式阻性消声器
Fig.2.6 B-C muffler
因为管道的周长L与截面S之比值比直管和片式为大，故消声量较高，且由于小管的尺寸很小，使消声失效频率大大提高，从而改善了高频消声特性。但由于构造复杂，且损失也较大，通常用于风量较大的低流速条件。
2.5.4.4 声波沿着突变截面管道中的传播，当声波沿着截面积为S 1 和S 2相接的两管道内传播时（见图
2.7），S 2管对S 1管来说是附加了一个声负载，在接口平面上将产生声波的反射和透射。设S 1管中的入射声波声压为p i 沿x 正向传播，反射波声压为p r 沿x 负向传播，并设S 2管无限长，末端没有反射，则在S 2管中仅有沿x 方向传播的声压为p t 的透射波。它们的表示式为：
()kx t P p i i -=ωcos
()kx t P p r r +=ωcos （2.18）
()kx t P p t t -=ωcos
式中P i 、P r P t 分别为入射、反射和透射声压幅值；f πω2=为圆频率；λπ2=k 为圆波数。
图2.7 突变截面管道中声的传播
Fig.2.7 The voice spreads inside piping the mutation cuts
质点的速度方程分别为：
()kx t c
P u i i -=ωρcos ()kx t c
P u r r +-=ωρcos （2.19） ()kx t c P u t t -=
ωρcos 在x=0处，即在两管连接的分界面上，声压必须符合连续条件，即：
t r i p p p =+ （2.20）
另外，在x =0处，体积速度应该连续，即流入的流量率（截面积乘以质点速度）
必须与流出的流量率相等，又c
p u ρ=，于是： c p S c p c p S t r i ρρρ21=⎪⎪⎭
⎫ ⎝⎛- （2.21） 由（2.20）、（2.21）可得声压反射系数为：
2
121S S S S p p r i r p +-== （2.22） 同样可以得到声强反射系数1r 和透射系数I τ：
2
21211⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+-=S S S S r （2.23）
2
2121)(41S S S S r i I +=-=τ （2.24） 则可以得出单扩张室的传声损失TL L ：
⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛-+==kl m m L I TL 22sin 1411lg 101
lg 10τ （dB ） （2.25） 式中2
1S S m =；称为抗性消声器的扩张比。为了方便计算，可以将式（2.25）绘成图2.8。
图2.8 单扩张室消声器膨胀比m 和腔长l 在不同频率上的消声量
Tab.2.8the inflation ratio of Single expansion room and the quantity of length
in different Frequency
2.5.4.5 阻性或抗性消声器的有效消声频率均有一定范围，因而使消声器对宽频带的气流噪声适用性受到限制，为使消声器在宽频带范围内有良好消声效果，可将两种类型的消声器结合起来。这就是阻抗复合式消声器。
阻抗复合式消声器的消声原理简单的说就是阻性和抗性原理的结合。严格的说，当声波的波长较长时，阻与抗复合以后因耦合作用而相互有干涉等因素的影响，使声波传播过程的衰减机理极为复杂。
声学基础及其原理
2 声学基础及其原理[13] 在我们的生活环境中会遇到声强从弱到强范围很宽的各种声音[5]。如此广阔范围的能量变化直接使用声功率和声压的数值很不方便，而用对数标度以突出其数量级的变化则相对明了些；另一方面人耳对声音的接收，并不是正比与强度的变化值，而更近于正比与其对数值，由于这两个原因，在声学中普遍使用对数标度来度量声压、声强、声功率，分别称为声压级、声强级和声功率级，单位用分贝（dB ）来表示[1]。 2.1声压级 将待测声压的有效值P e 与参考声压P o 的比值取以10为底数的常用对数，再乘以20。即： L p =20lg o e P P （dB ） （2.1） 在空气中，参考声压P 0规定为2?10-5帕，这个数值是正常人耳对1000Hz 声音刚能够觉察到的最低声压值。式（2.1）也可以写为： L p =20lgp+94 （dB ） （2.2） 式中p 是指声压的有效值P e ，由于声学中所指的声压一般都是指其有效值，所以都用p 来表示声压有效值P e 。 人耳的感觉特性，从可听域的2?10-5帕的声压到痛域的20帕，两者相差100万倍，而用声压级表示则变化为0-120分贝的范围，使声音的量度大为简明。 2.2 声强级： 为待测声强I 与参考声强I 0的比值取以常用对数再乘以10，即： L I =10lg 0 I I （dB ） （2.3） 在空气中，参考声强I 0取以10-12W/m 2这样公式可以写为：
L I =10lg I+120 （dB ） （2.4） 2.3声功率 可以用“级”来表示，即声功率L W ，为： L W =10lg 0 W W （dB ） （2.5） 这里W 是指声功率的平均值W ，对于空气媒质参考声功率W 0=10-12W ，这样式子可以写为： L W =10lg W +120 （dB ） （2.6） 由声强与声功率的关系I=W/S ，S 为垂直声传播方向的面积，以及空气中 声强级近似的等于声压级，可得： L p =L I =10lg ????? ??01I S W =10lg ????????S I W W W 1000 （2.7） 将W 0=10-12W ，I 0=10-12W/m 2代入，可得： S L L L W I p lg 10-== （dB ） （2.8） 这就是空气中声强级、声压级与声功率级之间的关系，但应用条件必须是自由声场，即除了有源发声外，其它声源的声音和反射声的影响均可以忽略。在自由场和半自由场测量机器噪声声功率的方法的原理就是如此。 声压级、声强级、声功率级的定义中，在后两者对数前面都好似乘以常数10，而声压级对数前面乘以常数为20，这是因为声能量正比于声强和声功率的一次方，而对声压是平方的关系。如声压增加一倍，声压级和声强级增加6分贝，而声强增加一倍，声压级和声强级增加3分贝[5]。 对于一定的声源，其声功率级是不变的，而声压级和声强级都是随着测点的不同而变化的。 专门的研究表明，人耳对于不同频率的声音的主观感觉是不一样的，人耳对于声的响应不单纯是物理上的问题了。为了使人耳对频率的响应与客观声压级联系起来，采用响度级来定量的描述这种关系，它是以1000Hz 纯音作为基准，对听觉正常的人进行大量比较试听的方法来定出声音的响度级的，
海洋声学基础——水声学原理-吴立新
海洋声学基础——水声学原理 绪论 各种能量形式中，声传播性能最好。在海水中，电磁波衰减极大，传播距离有限，无法满足海洋活动中的水下目标探测、通讯、导航等需要。 声传播性能最好，水声声道可以传播上千公里，使其在人类海洋活动中广泛应用，随海洋需求增大，应用会更广。 §0-1节水声学简史 01490年，意大利达芬奇利用插入水中长管而听到航船声记载。 11827年，瑞士物理学家D.colladon法国数学家c.starm于日内瓦湖测声速为1435米每秒。 21840年焦耳发现磁致伸缩效应 1880年居里发现压电效应 31912年泰坦尼克号事件后，L.F.Richardson提出回声探测方案。 4第一次世界大战，郎之万等利用真空管放大，首次实现了回波探测，表示换能器和弱信号放大电子技术是水声学发展成为可能。（200米外装甲板，1500米远潜艇） 5第二次世界大战主被动声呐，水声制导鱼雷，音响水雷，扫描声呐等出现，对目标强度、辐射噪声级、混响级有初步认识。（二战中被击沉潜艇，60%靠的是声呐设备） 6二、三十年代——午后效应，强迫人们对声音在海洋中的传播规律进行了大量研究，并建立起相关理论。对海中声传播机理的认识是二次大战间取得的最大成就。 7二战后随着信息科学发展，声呐设备向低频、大功率、大基阵及综合信号处理方向发展，同时逐步形成了声在海洋中传播规律研究的理论体系。 81、1945年，Ewing发现声道现象，使远程传播成为可能，建立了一些介质 影响声传播的介质模型。 2、1946年，Bergman提出声场求解的射线理论。 3、1948年，Perkeris应用简正波理论解声波导传播问题。
音响基础知识讲解
声波使耳膜同样产生疏密变化，传级大脑，于是便听到了声音。 （2）什么叫共振？共振声对扬魂器音质有影响吗？ 答：如果物体在受迫振动的振动频率与它本身的固有频率相等时，称为共振 当物体产生共振时，不需要很大的外加振动能量就能是使用权物体产生大幅度的振动，甚至产生破坏性的振动。当扬声器振膜振动时，由于单元是固定在箱体上的，振动通过盆架传递到箱体上。部分被吸收，转化成热能散发掉；部分惟波的形式再辐射，由于共振声不是声源所发出的声音，将会影响扬声器的重放，使音质变坏，尤其是低频部分 （3）什么是吸声系数与吸声量？它们之间的关系是什么？ 答：吸声性能拭目以待好坏通常用吸声系级“α”表示，即α=1-K；吸声量是用吸声系数与材料的面积大小来表示。两者之间的关系α=A/S（A是吸声量），不同的材料有不同的吸声系数，想要达到相同的吸声量，就是改变其吸声面积 （4）混响有何特点？混响时间与延迟时间有和不同？ 答：任何人在任何地方听到的声音都是由直达声与反射声混合而成。 混呼有如下特点： A直达声与反射声之间存在时间差，反射声与反射声之间也存在时间差 B直达声和反射声的强度，反射声和反射声的强度各不相同 C当声源消失时，直达声音先消失，反射声在室内继续来回传播，并不立即消失。 混响时间与延迟时间是两个不同的概念： 混响时间是指当声源停止振动后，室内混响声能密度衰减到它最初数值的百万之一（60分贝）所需的时间，延迟时间是指声音信号的时间延迟量，声波在室内的反射延时形成混响声 （5）什么是声波的折射、绕射？ 答：声波的折射是声波的传播途径为曲线，是声波经过不均匀媒质时，由于传播速度的变化引起的声波弯射现象。声波碰到墙壁或物体时，会沿着物体
声学基础 第三章 声波的辐射
第三章 声波的辐射 本章主要讨论介质中的声波与声源本身的振动状态之间的相互关系，即：声源的辐射特性。关于声源的辐射特性，主要牵涉两方面内容：一是研究当声源振动时，辐射声场的各种规律，如声压与声源的关系；声压随距离的变化及声源的指向特性等。二是研究由声源激发起来的声场反过来对声源振动状态的影响规律，即：由于辐射声波而附加于声源的辐射阻抗。下面就根据不同形式的声源，分别进行讨论。 §3.1 脉动球源的辐射 所谓脉动球源是指进行均匀胀缩振动的球面声源，即：球源表面的各点沿径向作同振幅、同相位的振动。当脉动球源的球径尺寸足够小时，它就成为了点源。理论上，任何复杂的面声源，都可以通过点源的组合来实现，因此球源是最基本的声源形式。 3.1.1球面声场 设有一半径为0r 的球体，其表面作均匀的微小胀缩振动，即它的半径在0r 附近以微量dr ξ =作简谐的变化，从而向周围的媒质中辐射声波。因为球面的振 动过程具有各向均匀的脉动性质，因而它所产生的声波波振面是球面，辐射的是均匀球面波。如图3-1-1所示。 球面声场的波动方程如式（2-4-17）所示 22222021p p p r r r c t ???+=??? （2-4-17） 令 Y pr = 带入式（2-4-17）得到我 们熟悉的波动方程形式 图3-1-1 2222201Y Y r c t ??=?? （2-4-18） 求解后得球面波波函数的一般解 ()() j ωt kr j ωt kr A B p e e r r -+=+ （3-1-1） 如果不考虑反射波(在无限大介质中，经常如此)，其形式为： ()j ωt kr A p e r -= （3-1-2） 其中 A r 为声压振幅，A 通常为复数。而
声学基础
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的数量、强度、分布和它们之间的相位关系决定。
声学基础隔振原理
声学基础隔振原理 声学基础隔振原理是指通过减少振动源与受体之间的能量传递，来降低振动和噪声的传播。隔振的主要目的是防止振动能量通过结构或介质传播到周围环境中，从而减少噪声和振动对人们生活和工作的干扰。 隔振原理基于以下几个方面： 1. 弹性支撑：使用弹性材料，如橡胶、弹簧等，将振动源与基础结构隔开。弹性支撑可以吸收和衰减振动能量，减少振动的传递。 2. 质量惯性：增加振动系统的质量可以降低其振动频率，使其与外部激励频率错开，从而减少共振的发生。质量惯性大的物体对振动的响应较小。 3. 阻尼损耗：在振动系统中引入阻尼材料或机制，如阻尼器、减振垫等，可以将振动能量转化为热能等其他形式的能量消耗掉，进一步减少振动的幅度和持续时间。 4. 隔振器设计：隔振器是专门设计用于隔离振动的装置，它可以根据具体的振动特性和要求进行定制。隔振器通常由弹性元件和阻尼元件组成，以实现最佳的隔振效果。 5. 结构隔声：通过合理的结构设计，如隔声墙、隔声罩等，减少声音的传播。隔声结构可以阻挡声音的直接传播，降低噪声的辐射。 6. 声学材料应用：使用吸声材料和隔音材料，如吸音棉、隔音板等，吸收和散射声音能量，减少声音的反射和传播。 综上所述，声学基础隔振原理的核心是通过弹性支撑、质量惯性、阻尼损耗等手段，减少振动能量的传递和噪声的辐射。这些原理在机械设备、建筑声学、交通运输等领域都有广泛的应用，对于提高生活质量、保护环境和保障人们的健康具有重要意义。在实际应用中，需要根据具体情况选择合适的隔振方法和材料，并进行合理的设计和安装，以达到良好的隔振效果。同时，还需要考虑成本、空间限制和使用要求等因素，以实现经济、有效的隔振解决方案。
声学专业课程
声学专业课程 声学是研究声波传播和声学现象的学科，是物理学的一个分支。声学专业课程涵盖了声学的基本理论和实践应用，培养学生在声音领域的专业能力和技术技能。下面将介绍声学专业的一些典型课程。 1. 声学基础课程 声学基础课程是声学专业的入门课程，主要介绍声学的基本概念和理论知识。包括声波的产生、传播和接收原理，声学参数的测量与分析方法，声学现象的数学描述等内容。通过学习这门课程，学生能够建立起对声学学科的整体认识和理解。 2. 声学实验与测量课程 声学实验与测量课程是声学专业的实践课程，主要培养学生的实验操作和数据处理能力。学生将学习声学实验仪器的使用方法，掌握声学实验的基本原理和实验技巧。通过实际操作，学生将能够进行声学参数的测量与分析，理解声学理论在实际应用中的意义。 3. 声学信号处理课程 声学信号处理是声学专业的重要课程，主要介绍声音信号的获取、分析和处理方法。学生将学习数字信号处理的基本原理和算法，掌握声学信号的数字化技术和处理方法。通过学习这门课程，学生将能够应用数字信号处理技术对声音信号进行滤波、降噪、分析和识别等操作。
4. 声学建模与仿真课程 声学建模与仿真课程是声学专业的应用课程，主要介绍声学模型的建立和仿真方法。学生将学习声学模型的数学描述和计算方法，掌握声学仿真软件的使用技巧。通过学习这门课程，学生将能够利用计算机模拟声学现象，预测声学系统的性能和优化设计。 5. 声学工程与应用课程 声学工程与应用课程是声学专业的实践应用课程，主要介绍声学在工程和实际应用中的应用和设计方法。学生将学习声学工程的基本原理和设计方法，了解声学在音频、通信、声学材料等领域的应用案例。通过学习这门课程，学生将能够应用所学知识解决实际声学问题。 6. 声学研究与创新课程 声学研究与创新课程是声学专业的科研课程，主要培养学生的科研能力和创新思维。学生将学习声学研究的方法和技巧，参与科研项目的设计和实施。通过学习这门课程，学生将能够进行独立的声学研究，发表科研论文并参与学术交流。 声学专业课程涵盖了声学的基础理论、实验与测量、信号处理、建模与仿真、工程与应用以及研究与创新等方面的内容。通过系统的学习和实践，学生将能够掌握声学专业的知识和技能，为声学领域的研究和应用做出贡献。
声学基础声音的共振与声音谐振的计算
声学基础声音的共振与声音谐振的计算 声学基础：声音的共振与谐振计算 声音是我们日常生活中的重要元素，了解声音的共振与谐振现象对 于理解声学的基础原理至关重要。本文将探讨声音的共振和谐振，并 介绍如何计算声音的谐振频率。 一、声音的共振 共振是指当一个物体受到外力作用时，如果外力频率与物体的固定 频率相同，物体会发生共振现象。在声学中，共振是指声波与物体的 固有频率产生共振现象。 1. 声音的共振原理 声音是由物体振动产生的机械波，在传播过程中会受到外界的影响。当一个固体物体或空腔受到声波的作用，如果声波的频率接近物体或 空腔的固有频率时，就会发生共振现象。此时，声波的能量会被吸收 并放大，使得声音更加清晰响亮。 2. 声音共振的应用 声音共振在我们的日常生活中有许多应用。例如，音箱通过共振放 大声音，使得我们能够听到更加清晰、响亮的音乐。另外，乐器的音 色和音量也与共振密切相关。共振现象还广泛应用于声学工程、建筑 设计以及通信技术等领域。 二、声音谐振的计算
谐振是指当一个物体受到周期性的外力作用时，发生与其固定频率 相同的振动。在声学中，我们可以通过计算来确定一个物体的谐振频率。 1. 谐振频率的计算公式 谐振频率的计算公式为： f = (1 / (2π)) * √(k / m) 其中，f表示谐振频率，k表示弹性系数，m表示物体的质量。 2. 谐振频率的单位 谐振频率的单位通常为赫兹（Hz），表示每秒振动的周期数。 3. 谐振频率的影响因素 谐振频率受到物体的弹性系数和质量的影响。当弹性系数增大或质 量减小时，谐振频率会增加。这意味着轻质物体或具有高弹性的物体 在相同的外界力作用下，将产生更高的谐振频率。 4. 谐振频率的应用 谐振频率的计算在声学工程和物理学研究中具有重要的应用。例如，在建筑设计中，我们需要计算房间的谐振频率，以避免共振导致的不 良音效。在音乐理论中，计算乐器的谐振频率可以帮助我们理解音色 的形成和音乐的和谐。 结语
声学基础声波传播与声音的特性
声学基础声波传播与声音的特性声学基础：声波传播与声音的特性 声学是研究声波传播和声音特性的学科，深入了解声学基础对于理解声音的产生、传播和感知机制至关重要。本文将探讨声波传播的基本原理以及声音的特性，为读者呈现清晰的声学基础知识。 一、声波传播 声波是一种机械波，通过介质的震动而传播。在介质中，声波通过分子之间的相互作用传递能量。声波的传播需要介质的存在，因此在真空中无法传播。 1. 声波的产生与传播 声波通常由声源产生，声源可以是物体的振动或流体的湍流运动。当物体振动时，它周围的分子也会随之振动，形成压缩区和稀疏区，这种振动从源头向外传播，形成声波。声波以机械波的形式传播，通过分子间的弹性相互作用传递能量。 2. 声波的传播速度 声波在不同介质中的传播速度不同。在空气中，声波的传播速度约为343米/秒（温度为20℃）。传播速度受介质的物理性质和状态参数的影响，如温度、密度和压强等。更密集的介质能使声波传播更快。 3. 声波的传播路径
声波传播时遵循直线传播原则，但也会受到介质边界的影响，产生反射、折射和散射等现象。当声波遇到障碍物时，发生反射，形成回声或回音。而当声波在不同介质间传播时，会发生折射现象，改变传播方向。 二、声音的特性 声音是人类借助听觉感知的一种感觉。了解声音的特性有助于我们理解声音的产生和认知过程。声音的特性包括音调、音量、音色和响度等方面。 1. 音调 音调是频率的量化表现，也称为音高。频率越高，音调越高，频率越低，音调越低。音调是声波振动周期的表现，单位为赫兹（Hz）。人耳可以听到大约20 Hz到20,000 Hz范围内的声音。 2. 音量 音量是声音的强度或振幅的表现，也称为响度。振幅越大，音量越高。音量与声波的能量有关，并以分贝（dB）为单位进行度量。人耳对不同频率的声音有不同的敏感度，较高频率的声音相同强度下会被人耳感觉为更响亮。 3. 音色 音色是声音的质地或特征，是通过声音的谐波成分和谱滤波特性来确定的。不同乐器演奏相同音调的音符时，由于谐波分布的不同，其音色各异。音色是声音的独特之处，它使我们可以区分不同的声源。
高考物理声学基础知识清单
高考物理声学基础知识清单 声学是研究声音的产生、传播和感知的科学。在高考物理中，声学 是一个重要的考点。下面是高考物理声学基础知识的清单，以帮助考 生更好地备考。 一、声音的特性 1. 声音是由物体振动引起的，需要有介质传播，不能在真空中传播。 2. 声音的强度与声波振动的振幅成正比。 3. 声音的音调与频率有关，频率越高，音调越高。 4. 声音的响度与声音的强度有关，强度越大，响度越高。 5. 声音的音色与波形有关，不同乐器发出的声音具有独特的音色。 二、声音的传播 1. 声音是通过介质的机械波传播的，一般以空气为媒介。 2. 声音传播的速度取决于介质的性质，一般空气中声速约为340米/秒。 3. 声音在传播过程中会发生折射、反射和衍射等现象。 三、声波的特性 1. 声波是一种纵波，波动方向与传播方向一致。 2. 声波是通过粒子的振动传播的。
3. 声波具有反射、折射和干涉等特性。 四、共振现象 1. 当外力的频率与物体的固有频率相同时，会引起共振现象。 2. 共振可以放大声音或者引起物体的破坏。 五、乐器和声学设备 1. 乐器是利用共鸣和声音的特性发声的装置。 2. 常见的乐器有弦乐器、管乐器和打击乐器。 3. 声学设备包括扩音器、麦克风、音响等，用于放大和传播声音。 六、声音的保护与利用 1. 高分贝的噪音会对人体健康产生影响，需要采取一些措施进行保护。 2. 声学技术在音乐欣赏、语音通信和声纳等领域有广泛应用。 以上内容是关于高考物理声学基础知识的清单，希望对考生备考有所帮助。在复习的过程中，重点理解声音的特性、传播方式以及声波的特性等基础知识。同时，还要了解共振现象、乐器和声学设备的基本原理。最后要注意声音的保护和利用的相关知识。祝考生们在高考中取得优异的成绩！
声学基础及其原理
2声学基础及其原理［13］ 在我们的生活环境中会遇到声强从弱到强范围很宽的各种声音［5］。如此广阔范围的能量变化直接使用声功率和声压的数值很不方便，而用对数标度以突出其数量级的变化则相对明了些；另一方面人耳对声音的接收，并不是正比与强度的变化值，而更近于正比与其对数值，由于这两个原因，在声学中普遍使用对数标度来度量声压、声强、声功率，分别称为声压级、声强级和声功率级，单位用分贝(dB)来表示［1］。 2.1声压级 将待测声压的有效值P e与参考声压P o的比值取以10为底数的常用对数，再乘以20 0即： P L p=20lg —(dB) ( 2.1 ) P o 在空气中，参考声压P o规定为2 10-5帕，这个数值是正常人耳对1000Hz 声音刚能够觉察到的最低声压值。式(2.1 )也可以写为： L p=20lgp+94 ( dB) ( 2.2 )式中P是指声压的有效值P e，由于声学中所指的声压一般都是指其有效值，所以都用P来表 示声压有效值P e。 人耳的感觉特性，从可听域的2 10-5帕的声压到痛域的20帕，两者相差100万倍，而用声压级表示则变化为0-120分贝的范围，使声音的量度大为简明。 2.2 声强级： 为待测声强I与参考声强I。的比值取以常用对数再乘以10，即： L i=10lg 丄(dB) ( 2.3 ) I 0 在空气中，参考声强I 0取以10-12W/m i这样公式可以写为： -3 -
-4 - 2.3声功率 可以用“级”来表示，即声功率L w ,为: 这里w 是指声功率的平均值W ，对于空气媒质参考声功率w o =io -12w 这样式子 可以写为： L w =10lg W+120 ( dB ) 由声强与声功率的关系I=w/S ，S 为垂直声传播方向的面积，以及空气中 声 强级近似的等于声压级，可得： L p =L I = 10lg w 将 W 0=10-12w I 0=10-12W/m i 代入，可得： L p 二 L | 二 L w -10lgS （ dB ） （ 2.8） 这就是空气中声强级、声压级与声功率级之间的关系，但应用条件必须是自 由声场，即除了有源发声外，其它声源的声音和反射声的影响均可以忽略。 在自由场和半自由场测量机器噪声声功率的方法的原理就是如此。 声压级、声强级、声功率级的定义中，在后两者对数前面都好似乘以常 数10,而声压级对数前面乘以常数为20,这是因为声能量正比于声强和声功 率的一次方，而对声压是平方的关系。如声压增加一倍，声压级和声强级增 加6分贝，而声强增加一倍，声压级和声强级增加3分贝 ［5］ 。 对于一定的声源，其声功率级是不变的，而声压级和声强级都是随着测点的 不同而变化的。 专门的研究表明，人耳对于不同频率的声音的主观感觉是不一样的，人 耳对于声的响应不单纯是物理上的问题了。为了使人耳对频率的响应与客观 声压级联系起来，采用响度级来定量的描述这种关系，它是以1000Hz 纯音作 为基准，对听觉正常的人进行大量比较试听的方法来定出声音的响度级的， 它的定义是以频率为1000Hz 的纯音的声压级作为其响度级。也就是说，对于 1000Hz 的纯音，它的响度级就是这个声音的声压级，对频率不是1000Hz 的纯 音，则用1000Hz 纯音与这一待定 L i =10lg 1+120 ( dB ) (2.4 ) L w =10lg (dB ) (2.5) (2.6) (2.7)
九年级物理笔记大全知识点归纳
九年级物理笔记大全知识点归纳 一、光的传播与成像 1. 光的传播 光的传播是指光在媒质中的传输过程。光可以直线传播，当遇到界面时会发生折射、反射和透射。 2. 光的成像 光的成像是指光线经过透镜或反射后在物体上形成的像。光的成像可以用光线追迹法和光线反射法来分析。 二、电学基础 1. 电流与电路 电流是电荷在单位时间内通过导体的数量，用安培（A）表示。电路由电源、导线和电器元件组成，有串联电路和并联电路之分。 2. 电阻与电功率
电阻是导体对电流的阻碍程度，用欧姆（Ω）表示。电功率是电流通过电器元件时所能产生的功率，用瓦特（W）表示。 三、机械原理 1. 力与运动 力是使物体发生形状变化或者速度改变的作用。根据牛顿定律，力的大小与物体的质量和加速度成正比。 2. 机械能与功率 机械能包括势能和动能，机械能守恒定律指出，在封闭系统中，机械能总量保持不变。 四、声学基础 1. 声波的产生和传播 声波是由物体振动产生的，能够通过介质传播的波动。声波的传播需要介质，无法在真空中传播。
2. 声音的特性 声音的特性包括频率、振幅和声速。频率决定了声音的音调，振幅决定了声音的音量，声速与介质的性质有关。 五、能量转换与节能 1. 能量转换 能量可以在不同形式之间进行转换，如机械能、热能、电能、光能等。能量守恒定律指出，能量转化过程中总能量保持不变。 2. 节能与可持续发展 节能是指通过合理使用能源和科学技术手段降低能量损耗。 实施节能政策对于可持续发展具有重要意义。 六、电磁学基础 1. 电场与电势 电场是指电荷周围产生的力场，电势是单位正电荷在电场中 所具有的能量。
声学传递函数模型
声学传递函数模型 声学传递函数模型是一种用于描述声信号传递的数学模型，它是 声学信号处理领域中非常重要的一种理论。本文将从以下几个方面来 详细介绍声学传递函数模型。 一、声学基础知识 在介绍声学传递函数模型之前，我们需要先了解一些声学基础知识，比如声波、声压、声功率等。声波是一种机械波，是由物体震动 所产生的能量在介质中的传播。声压指声波产生的压力变化，通常以 帕斯卡（Pa）为单位。声功率指声波传递时所携带的能量，通常以瓦 特（W）为单位。 二、声学传递函数模型的基本原理 声学传递函数模型是一种将输入声信号与输出声信号之间的关系 表述为传递函数的模型。它表示了声音在传递过程中受到的各种影响，比如传输路径、介质、反射等等。传递函数通常被表示为H(f)，其中 f表示声波的频率。 三、声学传递函数模型的应用 声学传递函数模型的应用非常广泛，比如在房间声学设计中，可 以通过建立房间的声学传递函数模型，来确定合适的声学材料和布局，以使房间的声学效果最佳。在音响系统设计中，也可以使用声学传递 函数模型来优化音箱的布局和放置位置，以实现最佳的听音效果。 四、声学传递函数模型的实现方法 实现声学传递函数模型的方法有很多种，其中比较常用的是模拟法、数字法和混合法。模拟法是指将声传递路径模拟成一个电路，通 过求解电路中的方程来得到传递函数。数字法是指将声波数字化后， 使用数字信号处理技术来建立传递函数模型。混合法则是将模拟法和 数字法结合起来，既考虑了声波传播的物理特性，也考虑了数字信号 处理的优点。 总结：
声学传递函数模型是描述声信号在传播过程中受到影响的数学模型，具有广泛的应用前景。在实现声学传递函数模型时，可以使用模拟法、数字法以及混合法等方法。了解声学传递函数模型的基本原理和实现方法，可以帮助我们更好地理解声音的传播规律，实现更优的声学效果。
消声室和混响室的声学设计原理
消声室和混响室的声学设计原理 声学设计是指在建筑物、房间或设备中，通过采取各种声学措施，使其达到特定的声学效果。在音乐录音、语音录制、电影制作等领域，消声室和混响室是两种重要的声学设计形式。消声室主要用于消除外界噪音干扰，保证录音环境的纯净度；而混响室则是为了在录音过程中，增加环境音效，产生丰富的音乐效果。本文将从声学基础、消声室和混响室的设计原理、材料选择和应用实例等方面，详细介绍消声室和混响室的声学设计原理。 一、声学基础 声波是一种机械波，是通过分子间的振动传播的。声波的频率越高，波长越短，声音越尖锐；反之，频率越低，波长越长，声音越低沉。声波在传播过程中，会与物体表面发生反射、折射、漫反射等现象。这些现象会影响声音的传播和接收效果。因此，在消声室和混响室的声学设计中，需要考虑声波的传播规律和各种反射、折射、漫反射等现象。 二、消声室的声学设计原理 消声室是一种能够消除外界噪音干扰，保证录音环境纯净度的房间。消声室的声学设计原理主要有以下几个方面： 1、外墙和屋顶的隔声设计 消声室的外墙和屋顶需要具有较高的隔声性能，以防止外界噪音干扰。隔声性能的好坏取决于材料的密度、厚度、弹性等因素。常用的隔声材料包括矿棉板、泡沫塑料板、玻璃棉板等。
2、地面的隔声设计 消声室的地面也需要具有一定的隔声性能，以防止地面传来的声音干扰录音效果。地面的隔声设计可以采用悬吊地板或者防振垫等方式。 3、墙面和天花板的吸声设计 消声室的墙面和天花板需要具有较好的吸声性能，以减少内部声波的反射，避免产生混响。常用的吸声材料包括吸声棉、泡沫塑料、木纤维板等。 4、门窗的隔声设计 消声室的门窗也需要具有一定的隔声性能，以防止外界噪音干扰。门窗的隔声设计可以采用双层玻璃、密封条等方式。 5、内部声源的控制 在消声室内部，需要对声源进行控制，以保证录音环境的纯净度。常用的控制措施包括使用专业麦克风、避免使用带有噪音的设备等。 三、混响室的声学设计原理 混响室是一种能够增加环境音效，产生丰富音乐效果的房间。混响室的声学设计原理主要有以下几个方面： 1、墙面和天花板的反射设计 混响室的墙面和天花板需要具有一定的反射性能，以产生丰富的回声效果。反射性能的好坏取决于材料的硬度、平整度等因素。常用的反射材料包括混凝土、石膏板、瓷砖等。
声学基础知识(整理)
噪声产生原因 空气动力噪声 由气体振动而产生。气体的压力产生突变，会产生涡流扰动，从而引起噪声。如空气压缩机、电风扇的噪声。 机械噪声 由固体振动产生。金属板、齿轮、轴承等，在设备运行时受到撞击、摩擦及各种突变机械力的作用，会产生振动，再通过空气传播，形成噪声。 液体流动噪声 液体流动过程中，由于液体内部的摩擦、液体与管壁的摩擦、或者流体的冲击，会引起流体和管壁的振动，并引起噪声。 电磁噪声 各种电器设备，由于交变电磁力的作用，引起铁芯和绕组线圈的振动，引起的噪声通常叫做交流声。 燃烧噪声 燃料燃烧时，向周围的空气介质传递了热量，使它的温度和压力产生变化，形成湍流和振动，产生噪声。
声波和声速 声波 质点或物体在弹性媒质中振动，产生机械波向四周传播，就形成声波（声波是纵波）。可听声波的频率为20～20000Hz,高于20KHz 的属超声波，低于20Hz 的属次声波。 点声源附近的声波为球面波，离声源足够远处的声波视为平面波，特殊情况（线声源）可形成柱面波。 声频( f )声速( c )和波长( λ ) λ= c / f 声速与媒质材料和环境有关： 空气中，c =331.6+0.6t 或t c +=27305.20 (m /s) 在水中声速约为1500 m /s t —摄氏温度 传播方向上单位长度的波长数，等于波长的倒数，即1/λ。有时也规定2π/λ为波数，用符号K 表示。 质点速度 质点因声音通过而引起的相对于整个媒质的振动速度。声波传播不是把质点传走而是把它的振动能量传走。
声场 有声波存在的区域称为声场。声场大致可以分为自由场、扩散场（混响场）、半扩散场（半自由场）。 自由场 在均匀各向同性的媒质中，边界影响可忽略不计的声场称为自由场。在自由场中任何一点，只有直达声，没有反射声。 消声室是人为的自由场，是由吸声材料和吸声结构做成的密闭空间，静谧无风的高空或旷野可近似为自由场。 扩散场 声能量均匀分布，并在各个传播方向作无规则传播的声场，称为扩散场，或混响场。声波在扩散场内呈全反射。 人为设计的混响室是典型的扩散场。无论声源处于混响室内任何位置，室内各处声压接近相等，声能密度处处均匀。 自由场扩散场（混响场）
声学基础 第四章 声波的衰减
第四章声波的衰减 §4.1概述 到目前为止，我们讨论的声波一直是在理想介质中传播，即声波在传播过程中不存在任何形式的能量耗损。实际上，严格的理想介质是不存在的，声波在介质中传播的过程总会伴随不同程度、不同形式的能量损耗，声衰减就是声波在介质中传播时其强度随传播距离的增加而逐渐减弱的现象。声衰减具体表现主要有：随着声波在介质中传播距离的增加，声波动的振幅减小；声强或（平均）声能密度下降；色（频）散或声速变化等，其实色（频）散程度本身就反映声传播能耗的大小。 声波衰减的程度不仅与声波动的物理量（如频率、波矢等）有关，还与介质的特性（如均匀程度、完整程度、连续程度、介质微观粒子的质量密度和弹性性质等）密切相关。同时还严重依赖声波长与介质内不均匀区域尺度的相对大小。 根据引起声衰减的原因或微观机制的不同，可以把声衰减划分为①几何衰减；②散射衰减；③吸收衰减。 几何衰减主要考虑声波传播中因波阵面的面积扩大而导致的声强（或声能密度）减弱。它仅取决于声源辐射的波形及声束状况，而与介质特性无关，如球面波的声强反比于传播距离的平方。声波的扩散衰减因其不符合指数衰减规律而无法纳入衰减系数中，因此在讨论与介质特性相关的声波衰减问题时，通常不考虑扩散衰减。对扩散衰减的分析只能根据具体波型及其相应的指向特性单独来进行估算。另外从能量的角度看，扩散衰减过程声源辐射声波的总能量并未变化，只不过因声扰动体积的扩大而使声能密度减小，即使在理想介质中，扩散衰减也照样可以发生。 散射衰减是指声波在介质中传播时，因碰到由另外一种介质组成的障碍物而使部分声波偏离原方向，从而导致原方向声波减弱的现象。因此广义的散射可以认为是声传播过程中，由于遇到各种散射体而发生的反射、折射和衍射的总效应。所谓的散射波是指在声传播方向有散射时实际接收到的波与假设无散射时应收到的波之差。散射衰减不仅与介质的性质、状况有关，还与障碍物的性质、形状、尺寸、分布和数量有关。值得注意的是：㈠当障碍物尺度远大于波长时（此种情况多见于光波散射），散射波的一半从散射体沿所有方向均匀散开，另一半则集中到障碍物后面，效果上就像散射波与障碍物后面未改变的平面波发生相消干涉而在此处形成边缘清晰的阴影区。在此情形下，均匀散开的那部分散射波被称为反射波，而形成阴影的那部分被称为干涉波；㈡当障碍物尺度远小于波长时（此种情况多见于声波散射），散射波沿障碍物边缘所有方向向外传播而不形成阴影区；㈢障碍物尺度与波长相当，此时的散射情况较复杂，可能发生各种奇妙的干涉现象。在声学研究中，我们主要关心上述㈡、㈢种情形，特别是关心散射波的总量、散射波按角度的分布规律及散射波对障碍物表面声压的影响规律等。声波的散射衰减遵从指数衰减规律，可以纳入衰减系数。从能量角度分析，刚性粒子散射只是使声波传播方向发生改变，散射的声能并未直接转化为别的能量形式。 声波的吸收衰减不同于上述两种声衰减，它虽然遵从指数衰减规律，可以纳入衰减系数，但从能量转化形式上看，声传播过程中的吸收衰减使声能被介质吸收直接转化成其它能量形式。由于声波或声能的传播离不开介质中微观粒子的机械或弹性相互作用，而声波的扰动除了引起介质的压强（声压）、位移和速度起