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发表于 2005-4-18
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7 j* l2 Q5 C) u W7 t6 `柴油机201205 M. K' D4 w% R4 `
. e- u9 n1 [( m' P! z d. `, B. U喷气机起飞200140
$ U* u* [/ o* B ~% K2 Z- J; C2 [% `6 L: t4 g% \( C* S
导弹发射2000160- F( o3 q. t5 a2 Q/ l9 X
7 \ }8 m& ~6 O/ o/ M, k核爆炸20000180
3 a$ g4 ~: y. B0 ^
; Y s* {1 d) b0 n* ~' K由表1可知,自然界可能出现的各种声源中,其声压的大小是十分悬殊的,大小之间可以相差上亿倍。$ t! {6 l( `* L
' ]- @* a @: `1 U. c5 t
二、频率
! H( n, H/ |5 i& M3 [' @, g; r- e4 l7 m+ W( O: q/ u
声源(如上述的活塞)每秒振动的次数称为声波的频率,并用字母f表示,其单位为赫兹(Hz)1/秒。虽然在自然界中能产生单频率的声源很少,大多数声源的振动是一个很复杂的过程,产生的大多为复合音。但是,我们可以用频谱分析的方法,把一个复合音分解为一系列幅值不同的单频声的组合。因此研究单频声具有基础性的意义,而频率则是描述单频声的一个重要物理量。' o0 i6 Z' I" W, \$ I" u6 ~, [
0 g* w Q$ F, j7 [, f. s, {9 i" d) A频率的倒数则称为周期。单位为秒。: v/ `6 {# D1 Z
+ ?6 M; j% _4 l4 \ I9 m
人耳能听得见的声波的频率范围为20~20000Hz,称为可闻声或音频声。低于20H z的声波,称为次声。虽然人耳听不到,但可用仪器接收到,它在研究热带风暴、地震及核爆炸等方面有广泛的应用。高于20000Hz的声波称为超声,它在无损探伤、切割、诊断、水下探测等方面,均有广泛的应用。当频率再提高至波长可与物质结构的线度相比较时,就可以用声波来研究物质结构,这样频率的声波则称为特超声。! l$ n1 g' F( Y1 y! v
% K$ w4 v1 e3 R2 Z: [) S+ \在音响和通信中所涉及的声波,就是人耳能感知的音频声。而研究音频声的拾取、重放、传播及传播过程中的各种物理现象的科学,就称为音频声学。& L" c8 k- v2 V7 _: H. o/ ^1 T
. {+ X8 s" g p, F+ A: }9 Y
三、声速+ B# ^9 y7 r# b( X0 j( k& P
0 w5 h& U& A) |2 [
声波在介质中传播的速度称为声速,单位为米/秒。声速的大小,与声波藉以传播的介质有关。不同的介质声速不同。固体介质、液体介质和气体介质三者之中,固体介质中的声速最大,液体次之,气体最小。即使在空气介质中,声速还与空气的压强和温度有关。在理论上,有$ g) s M' G. N0 a# H4 ^
- o: Z" V1 A) R% ~" R+ P
〔2〕8 T* F) y6 `4 F) ?
( ]" D" {7 C3 }. m3 t8 K
式中;为声波在空气中的传播速度;8 e& E+ p3 y/ Y% e3 j* f& x0 q
0 B ~4 d! m3 `* ]
为空气的比热比,且; ?. c' P) l% Q( p% ^: y) y5 w% x
: ?/ Q8 b/ L+ n8 `& b) [7 F q
为大气静压强,且(0℃);" J4 P8 Z5 o L7 T# _% T
- m7 I6 f7 }0 G& S为空气密度,且(0℃);
2 B1 O ^+ `: ~$ X2 A4 z5 y0 G
+ l1 @# f) L% A因此,可算得m/s
! C! H# ^ l9 u+ g8 q
, s f1 {+ p6 W8 t7 m上式表示的是温度为0℃,空气中的声速。如果温度改变了,则声速的值也就不同。对于空气,可按下式算得不同温度下的声速:* a6 g9 b& q* d5 o: [7 a& `) P. @
+ q& g) s! r: B$ y' ^9 Xm/s〔3〕
) K R& m! e1 H a* [* w; P8 t/ X* h& }
由上式即可算得常温(20℃)下空气中的声速为
+ {8 `9 E/ m- F8 m' F5 A# G7 s8 \+ B" ~' w
m/s〔4〕# u+ t" W( m2 ~0 v" I6 \
7 c( ?3 y3 C* b. S: A" m* y这是一个值得牢记的数值,因为不少计算,需用到这个数据。: Z8 z e$ T; X3 d0 g/ m
, |& H# M3 y# Q四、波长
) k0 B" ~- z( E1 ]1 s' U) C1 v2 U4 H: e( X5 h+ _
声波在传播过程中相邻的同相位的两点之间(如相邻的两稠密或两稀疏之间)的距离称为波长,用字母表示,单位为米。波长与频率f及声速c之间,有如下关系:, E& I3 ~: F9 l; s3 ` _ a7 q
4 l. j# L( Z8 U
c=·f〔5〕% I: U9 {) v0 l! r, T& W' q2 I
1 ^( N+ D9 [$ w: g+ y8 z8 f- w
在空气中,不同频率的声波,具有相同的传播速度;因此,〔5〕式的关系对于空气中传播的任何频率的声波,都是正确的。例如在常温常压下,1000Hz的声波波长为0.344米;100Hz的声波波长为3.44米等等。1 c+ C, K: m- R, E! P
五、声强% z% }) R' u6 R* `
4 y% z( y% `8 I1 A前已指出,声波实质上是振动在介质中的传播。声振动包括两个方面;一方面使介质质点在平衡位置附近来回振动;另一方面又使介质产生疏密的过程。前者使介质具有振动动能,后者使介质具有形变势能;而此两者的和,就是介质所具有的声能量。因此,声波的传播也可以说是声能量的传递。% C+ h8 W5 Z+ ?: r' g6 M) E. l' u
+ R+ O5 L. f0 J7 f
在单位时间内,通过垂直于声传播方向的单位面积的平均能量,称为声强,用字母I表示,单位为瓦/米2。0 Z& y4 D+ T( d# y6 s
# f, M4 J0 M" y
应当指出,声强是一个有大小和方向的物理量,即是一个矢量,它表示着声音传播的方向和强度。4 c8 f# P: D, u0 V' d5 s7 r) e
# R0 s2 E, P" i/ {/ d. L- D2 X$ l对于平面波和球面波,在声波的传播方向上,声强与声压的关系为;
: Q2 q+ G. ^0 B2 L3 a/ [
0 ]% n4 k7 y4 G8 \9 [6 G〔6〕, C, p" @. X9 D: Y
! Q" J" T( p6 N" j: P3 e+ u8 Q
其中;为大气密度;且,(常温常压下)& {( z4 D2 r. Y9 s) ~# j3 ?5 f
/ b5 e& }) b9 G. X4 W" \) Dc为声波空气中的传播速度;且c=344m/s(常温常压下)2 Z$ P8 U5 P& k
9 Y8 f: g4 K( P% y2 x* \ e3 T六、声功率 b- w: j' N/ d& \
9 h4 S) X6 `% r2 E# M$ ~声源在单位时间内所辐射的总的声能量,称为声源辐射功率,简称声功率。通常用字母W表示,单位为瓦(W)。
1 K+ f6 p) X/ t' I1 s6 G
6 b! g! E6 T" O( k6 `% q如果一个点声源,在自由空间辐射声波(此情况下辐射无指向性),则在与声源等距离的球面上,任何一点的声强,都是相同的;且与声源声功率之间,有如下关系:
/ c Y9 ^2 F' L- J( L/ C& T' N5 X7 B' o* Q# t, m2 w) n# T
〔7〕
$ @3 i6 K, w1 O/ a/ H, ^: f1 `8 v
& Y% r2 a$ f; @) u( l式中:为声源的声功率(W);
- [" }& j4 \; t' i1 p0 a
) j% ^ ?1 w( u; k% x为声强(W/m2);
/ {2 P, \0 q3 q0 B" }! r7 q# U1 S
' S7 F+ H: t* y2 ?3 k为离声源的距离(m);
$ l, m$ w9 b* L9 @5 b& @% Q% P7 @7 d/ z
输出声功率的大小,是扬声器的重要指标之一,因为由它可以决定扬声器的电声效率。§3级和分贝8 j, `8 K6 m1 H8 s( z S2 y
4 G6 l+ ], H) p- q
前已指出,自然界可能出现的各种声源中,其声压大小的范围是很大的,大小之间可以相差上亿倍。变化范围这么大的声压,用线性标度表示是很不方便的。特别是人耳对声音大小的感觉并不正比于声压或声强的大小,而近似地正比于声压或声强的对数值。基于这两方面的原因,在声学中普遍采用对数标度来度量声压、声强、声功率等。因为对数的宗量是一个无量纲的量,所以通常把一个物理量的两个数值之比的对数,称为这个物理量的“级”,那个被比的量则称为参考量。有时又觉得取对数后的数值过小,而不方便,往往再乘以10倍来定级,并以“分贝”表示。( L8 z5 {4 @# E Y5 ^5 S" e
6 l- i, Z# b' w) `, Z# B! i
下面我们就来定义声功率、声强和声压的级。, H+ F ~2 u8 _" k C O/ f( I
- b- b6 @# Q+ e
一.声功率级(SWL)
. A) p& J; u% ^/ P2 _3 e1 Q! P5 m
声功率级用符号表示,其定义是:将某声功率与参考声功率的比值,取以10为底的对数,再乘以10,所得结果以分贝表示。即' C2 X A8 B; W- d5 F# H
X ~& d8 k$ j0 u# q1 ?7 E5 U
(dB)〔8〕0 ]( H4 B) ~" W% t! q/ D* K2 M
3 ?. t# Q4 _4 z4 {/ s其中(W)
: ^ Y1 C5 Q5 Z7 ]/ i3 v i% A
! k' |. t) f/ `3 Z* b二.声强级(SIL)& v& ?( l' P0 h1 i) V: C( D* h! F* E
: S5 l. e' P% B" V! J! O# k6 q# f声强级用符号表示,其定义是:把某声强I与参考声强I。的比值,取以10为底的对数,再乘以10,结果以分贝表示。即
! X/ G5 }2 U4 i8 S6 r. E* ^8 x) Q" |: T6 o
〔dB〕〔9〕% \ d1 h. Q" ~+ l# O
, S$ Z, r, k& X* {其中(W/m2)
5 K8 E3 H6 k7 p7 C' S% Y# U( _1 `! `6 J1 ]8 Q
三.声压级(SPL)1 `$ M) P. f6 v* s" s
1 z/ a& \: n9 n k8 l
声压级用符号表示,其定义是:把某声压(有效值)与参考声压的比值,取以10为底的对数,再乘以20,结果以分贝表示。即2 Y( H5 t8 |9 R- l
3 v5 t- Z) M, x) h(dB)〔10〕
6 J7 E0 h6 \8 a( T% @+ ~( F0 b5 L6 A( K+ M/ Z
其中即以人耳刚能觉察的声压值作为参考值,显然,人耳刚能觉察的声压级为0dB.表一所列各种声源所对应的声压级,如表中第三列所示。由此可见,采用对数标度后,表一中所列各声源的声压级在0~180dB之间。" \* ~+ }+ P; s6 H1 S
1 D: m: b9 u( v. |. {由〔10〕式可知,声压每增加一倍,其声压级增加6dB;声压每增加10倍,声压级增加20dB.( d' x) L, w; A/ X6 a4 @; I
" k( ^* n, O" k% @
电声学名词及物理意义(部分)/ T: x# r; b' ^
7 i0 b& Z1 P' \, s% o$ S一、一般名词术语3 b: [/ j3 K& r* U+ F4 }
# C- x9 i k( P, d9 a8 i' s/ O1.1电声学electracoustics
6 q+ ~- i1 Q3 n: S: ~2 Y; T# G2 \9 v# ~! N" p5 c/ [
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。
/ D& G* e3 {; \5 f# @' f1 d& K" r4 u- i# ~
1.2可闻声audible sound
* g; R7 r$ t1 O9 C1 N2 y" j( Y% j) `! c6 b8 B" \
a.引起听觉的声振动。0 T d7 F9 Q i# ^
1 E2 q {, E1 e' Mb.由声振动引起的听觉。
* G5 ~7 ]* ~9 M5 ^
0 }- s2 K: ~1 o% O1 \ L1.3 音调pitch" }. V$ a- ?& b5 U" w( @0 y; |; H, o
7 Z+ I- `/ T6 k听觉的属性。根据它可以把声音排成由低到高的序列。& `/ O2 W! Z* {
9 k9 x: D4 o, m. o7 M5 U8 z* _1 t
1.4 响度loudness$ ]3 n& U& v/ K% E* L; I0 D* y
( E( H! c9 N5 U* `+ z' n# F
听觉的属性。根据它可以把声音排成由轻到响的序列。
" g, a* f9 i& b. h8 ~5 `0 G0 m$ U: h8 l8 S8 p9 @0 R. e y
1.5 音品、音色timbre
, n' ]3 S5 o" X) I0 l" C6 v5 }: U* Y8 o d+ J
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。
$ d; f. o$ Y) ^! n4 J' G) p# P" j2 i, t) x9 B/ B# I
1.6 纯音pure sound,pure tone,simple tone3 l( d: V, z# o9 Q
9 n n1 k5 u6 s1 @: i2 E
a.有单一音调的声觉。' D8 ^7 h. a5 ^$ @2 y
6 S$ d3 A5 _# ^! o9 E
b.简谐声振动。8 \+ V! N# ~! A" K2 [5 |9 @4 b
2 g" M6 T( v2 u! X6 E/ f2 x; G
1.7 噪声noice/ m( v8 Y) m3 n" ^. ]- }1 W
2 G( ?2 g4 L( Q' v
a.紊乱不定的或统计上随机的振荡。( H7 r! t% `/ y( r% }. d
" b3 ]2 D. v' D3 R0 h+ U" W
b.不希望的或不需要的声音,或其他干扰。
& J( i5 d X; T( s1 j& w" d6 E9 a; V
. Q" G; f1 A0 E! E1.8 声压sound pressure
% w; N) s* }1 Z0 Q
5 E5 G: G/ w' d$ k/ t, n5 A指由声扰动产生的压强增量(逾压)。
) F6 [8 L$ q5 D, d! }# a0 A5 s: i3 h- R
1.9参考声压reference sound pressure& c3 V8 @. ~% N4 a
* o$ X6 c+ V7 N& ^/ i/ }用级来表示声压时所选用的基准,通常选用20μPa。2 A7 c+ |6 K7 j. z
5 D; Q, v! F1 l: p; z1.10 级level
% @* I' g& J* d! m
R- Z2 W' g/ p: S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;* L+ w$ o9 n2 ?! d1 p
3 o/ I: s: V+ t% U$ v% n5 L* F/ U
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;
$ r# ^7 B2 q2 C! {$ P3 J
1 y/ T. t; @. E) K" C③对数的底通常用与该底有关的级的单位来说明。
4 @0 K h) C" `! w5 ]1 q- D0 J+ R& h8 L; G; b2 `" J9 _5 F0 d0 J. `
1.11 贝〔尔〕bel' T% d( K, e( e# y3 f$ B, L1 g7 f
2 |# y: d; ?! S8 w! M/ C+ Q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。( B8 W9 S3 \/ X
" B2 Z2 ?1 y' j7 u6 D, S
注:例如功率类的量是声功率和声能量,场量是声压和电压。
( q- B ]/ l3 ?% [" n" u! Y4 w9 t. f' _
1.12 分贝decibel) s6 L* a* ~& K3 d- `# S/ c
4 ^2 |- H, o; D3 E& J贝〔尔〕的十分之一。% p6 i! m5 B* w
1 y) [: s( B+ ]( |2 P注:分贝是比贝〔尔〕更常用的级的单位。;
' N0 X1 Q$ z( M6 }9 A9 T, ~! g$ l5 e: L' ]6 _. v
1.13 声压级sound pressure level; |$ |1 p1 T) e9 z
3 J n6 z2 e4 b6 Z) N* Z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。
8 t) D2 C- x" c# k M9 F
: [; d7 B1 c/ G, X, W1.14 声级sound level,weighted sound pressure level0 \( z s0 b2 T% l
+ ?/ s6 N! R2 R* M: E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。
: v' y" ?) [. B3 L7 \* n M0 Z! @2 F+ o4 A7 q7 ~# u
1.15 响应response/ u: f8 G' u. j* w& H# s) d
; p4 [+ ]! V" P- \7 i
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。
: F' m9 Z. }' y- s. R, [1 r2 \
. k) B7 J# P# v" U1.16 失真distortion( _' s$ W7 u0 l" C* Q: \
. s, z% `% ]( Q4 r% @$ |8 E
不希望的波形变化。
% i; E% L, O! |) \
* h9 s; y: ^' z) o. @注:①输入和输出之间的非线性关系;
* X: K# b/ L, V7 r8 p
4 M* b) E9 g6 Z5 Y②不同频率的传输的不一致;* K9 o! D3 W3 f) C& T4 Y, a, r
X9 r$ Z$ {7 j
③相移与频率不成比例。8 w5 }1 K. K; }! \
+ }+ b! w: w9 V7 E# ~' M1.17共振resonance4 @! N( l4 C1 L% O
- M$ z: m9 t9 l( {, d& c1 ]& T7 K
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。5 u8 M' Y* X' I( X4 F7 P
4 W) A& V1 }1 D# i7 V注:应说明所测响应的量,例如,速度共振。
" j6 z% O7 x' M4 V! g
2 C3 D) `! x: J- V5 u! u+ T3 c) r1.18 共振频率resonance frequency
, c/ h0 k( z7 V. T1 H( f5 [7 ?: C! H6 z$ E
共振时的频率。5 l$ s- E* ~* C6 g' d4 {5 ^
4 E" x0 Y8 p6 H& Z, D. l5 l, M
注:在可能混淆时,则应说明共振的类型,例如,速度共振频率。( _" q; i \5 y. _
. e% }8 C# k S
1.19 品质因数quality factor
( a' ?9 |- z7 c5 V1 I4 e' y3 S. I' `
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“品质因数”这个名字。3 j6 g6 |1 n; |% _
* R1 ]% _0 F2 B; u% {
二、声波的传输和吸收, K; v3 K3 Y% r. U8 a
$ r7 c1 T! A6 C- T4 U' I8 z
2.1 波wave
6 y* ^& q# Y0 x- W
4 X* Z/ {2 L# p: `6 f1 T媒质中以一定速度传播的扰动,量度媒质中任何一点的量是一个时间的函数,而在任何时刻,在某一点的这个量是它的坐标的函数。
2 R' Y! ~# H) w" Z- x! {# b9 [: f$ \7 s0 z
2.2 声波sound wave- O; E# G# }8 k$ P g7 ^3 }% t+ n) V, H
F8 y) T; X8 H$ q; ^7 D
媒质质点的机械振动由近及远的传播,即声振动的传播。9 v" g" K5 s+ q
2 G# U' e" K) h% `# T2.3声速speed of sound,sound velocity,velocity of sound+ }5 J( s' b2 H- S
- N4 [6 a. J4 n2 I# r6 ~3 ^
声音在媒质中的传播速度。8 I/ e% `4 x; t& h- T8 N; F6 i; k
! Z6 M9 A9 n9 l+ M2.4 声场sound field9 U+ V+ h$ `" F
3 T4 ]; |1 }5 F7 ]% M媒质中存在声压的空间。
* u, M, O, ^! D+ F! O& Z j8 Y& d5 }
2.5 吸声材料sound absorbing material4 Q2 Y* E+ ?) L* Q2 k" i
4 ~6 W. y7 R# d$ z5 L N具有比较大的吸声能力的材料。 |
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