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第一章声波的传播特性及人耳的听觉特性
第一节声波的传播特性
声波是由物体振动产生的,当振动在一定的频率和强度范围内时,人耳就可以听到.
振动发声的物体称为声源,有声波传播的空间称为声场.
当声源在空气中发声时,媒质也产生振动,于是,振动形成波动,在空间传播开来,在声源周围形成疏密交替的空气压力波,即声波.
在15度时,大约以340米/,即波的前进方向与媒质质点的振动方向在一条直线上.
在传播过程中不受反射而向前行进的声波,,空间行波相位相同各点的轨迹曲面称为波阵面,.
尺寸比波长小的声源所发出的声波是以球面扩展的,波阵面为球面,,即使具有一定的尺寸,但在距离与声源尺寸相比充分远时,也可将它看作点声源,,波阵面即与平面声波的波阵面相接近,可看做平面声波.
声能从声源沿波阵面的法线方向传播的路径称为声线,在各向同性的媒质中,.
声波的瞬时状态可用声压、媒质质点振速和媒质密度中的任何一个来描述.
(1)声压:有声波存在时,在静态大气压强上叠加的变化分量称为声压.
(2)质点振速:有声波存在时,.
(3)媒质密度:,.
一、声波的反射
声波在前进过程中如果遇到尺寸甚大于声波波长的坚硬界面,会产生反射.
声波从界面反射的角度与声波入射到界面的角度相等,即反射角等于入射角.
反射的声波如同从界面后面与声源相对应位置处发射出来的一样,即如同在该位置处有一声源,称为虚声源,也称为镜像声源,它与界面的距离等于声源与界面的距离,如图1-1所示.
当声源在一个凹界面前,声波会产生聚焦,如图1-,为了良好扩散,应避免凹界面.
当声源在一个凸界面前,声波会产生扩散,如图1-,以增加声波的扩散,使声场中声能密度均匀.
二、声波的干涉
由几个声源产生的声波,同时在同一媒质中传播时,如果几个声波在某点相遇,在相遇处媒质质点的振动将是各个声波所引起的分位移和矢量和,,每个声波都独立地保持自己原有的特性(如频率、波长、振动方向等).
因而,几种乐器同时演奏或几个人同时说话时,我们也能分辨出各种乐器和各个人的声音.
两个声波传到媒质中的一点时,如果两声波在该点产生的振动是同相的,则这点的振动会加强;如果两声波在该点产生的振动是反相的,则该点的振动就会相互减弱或抵消.
当两个频率相同,振动方向相同,相位相同或相位差恒定的声源所发出的声波叠加时,会使某些点的振动加强,某些点的振动减弱,甚至被抵消而不振动,,相应的声源称为相干声源.
当一个声源处于两个具有很小吸声性能的平行界面之间时,垂直入射的声波与反射声波会产生干涉现象,干涉的结果在空间形成振幅分布恒定不变的振动,这种情况称为驻波.
两个频率相近,强度相差不多的声波相遇时,由于两者间的相位差时刻在变化而使叠加后的声波振幅做周期变化,合成的声波会在时间上有强弱的变化,,称为拍频.