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声与振动基础
李忠厚
***大学
2013年3月
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主要内容
第一章 绪论
第二章 声波的基本性质及传播特性
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第一章 绪论
声学是物理学的一个分支，是自然科学中最古老的学科之一;
声学是一门发展的、年，Wheatley发现在驻波管内近四分之一波长内放一摞薄片，在声波作用下，薄片两端产生温度差，这就是热声现象。
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（2）声波的传播和衰减机制
声波在水中是传播：
--声波在海水中的衰减比电磁波小1000倍以上。
--在水下声学中，20世纪第一次世界大战和第二次世界大战之间，人们就对海水中变化多端的声传播机理有了认识。
--“午后效应”
--1997年美国“声学大洋测温计划”
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声波在大气中的传播也是目前研究的内容。大气中的湍流、大气层的厚度、温度分布、湿度分布等等变化，都会对声的传播产生很大的影响。特别是对于不透光的物体，声波是很好的探测手段
需要研究声波在固体中的传播，如B超，就要研究声波在人体的各种器官中是如何传播的，然后才能做出判断。
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（3）声波的接收
声波的接收是研究怎样把声信号变成电信号，如传声器，并在仪器上进行显示。
声学的接收还研究听觉的机理，这与人直接有关，人感受到声音首先是通绪论过耳朵。
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（4）声波的作用
力学效应
搅拌作用；分散作用；去气作用；
成雾作用；凝聚作用；定向作用；
冲击破坏作用；疲劳破坏作用等
热学效应
吸收引起的整体加热，
边界面处的局部加热；
形成激波时波前处局部加热
在压电、压磁材料中产生电场和
磁场；
引起电子逸出；
电化学效应等
光学效应
引起光的衍射、折射、双折射；
声致发光等
化学效应
促进化学反应；
促进氧气还原；
促进高分子物质的聚合或分解；
引起照相片的感光；
引起声化学发光等
电学效应
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技术对声学来说，是它的竞争所在。其主要的应用技术包括：
水声技术
噪声控制技术
电声技术
语音技术
超声技术
次声波应用
声学微机电器件
二、声学是一门技术
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水声技术是利用声波对水下目标进行探测、识别、定位、通讯和导航等功能的声学技术，这是由于声波是惟一能在海水中有效地进行远距离信息传递的载体。
—声纳探测
—声速测量
（1）水声技术
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图1-3 水中声速的测量
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图1-4 声纳探测及声盲区示意图
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现代工业和交通飞速发展，伴随着出现大量的噪声问题，如机器噪声、交通噪声等等。
20世纪60年代前后，“噪声控制”作为一门独特的学科从建筑声学中分离出来，得到迅速发展，是当前研究的前沿热点之一。
有源噪声与振动控制技术是当前噪声控制技术中最先进的研究方向，它的物理意义是用声波来抵消声波。
（2）噪声控制技术
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（3）电声技术
电声技术是声学领域中发展得比较快的一个分支，在政治、军事、文化各个领域中有着广泛的应用。
电声技术的发展和近代通讯技术的发展紧密相关，它主要包括录放声技术、扩声技术以及与它们有关的电声测试技术等。
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（4）语音技术
语音信号处理技术解决的是人机对话的问题，它研究语音的识别、合成、编码、解码、传送等等。
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（5）超声技术
超声及其应用是近代声学发展中最为迅速的新兴分支。超声技术与介质中超声的产生和接收的研究密切相关。
超声换能器
超声波无损探伤、测厚、测距、医学诊断和成像
超声进行加工、清洗、焊接、乳化、粉碎、脱气、促进化学反应、医疗等
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图1-5 超声清洗机
图1-6 超声焊接
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（6）次声波应用
次声方法是探测大气中核爆炸的主要方法之一
通过自然或人工产生的次声波在大气中传播的特性的测定，探测某些大规模气象的性质和规律
发射出频率较低的声波还可以用来进行地下考古
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图1-7 声波地下考古
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（7）声学微机电器件
声学微机电器件是指采用微电子工艺技术制造的，工艺特征尺度在微米至毫米之间，由声学、机械和微电子器件构成，或依据声学的原理设计及发生作用的，能够独立完成一定的信号采集、信息处理和驱动控制作用的器件。
主要包括三种类型：微型声学传感器、声学微机电驱动器件、微声处理器件
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三、声学还是一门艺术
声学从一开始就与音乐分不开，音乐声学是声学中最古老的学科分支。
声学是一门艺术在于声音与人的主观反应之间的关系，声音可以用来满足人类的精神生活的需要。
—建筑声学，特别是室内声学中的厅堂音质设计问题，就是科学为艺术服务的学科之一。
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图1-8 室内声音传播示意图
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