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电磁声学基础知识入门.docx


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电声学基础知识音频声学简介》电声学名词及物理意义》5页)4页)电声学基础》(31页)《音频声学简介》§1声波的概念所谓声波,实质上就是振动在介质(如空气、水等)中的传播。我们研究在一根无限长均匀管的一端,安装一个平面活塞,此活塞在一个周期力的作用下来A回运动的情况。(图1—1)f图1-1声波的形成当活塞来回运动时,将带动管中紧贴活塞的空气层质点产生运动。当活塞向右运动时,使空气层质点产生压缩,空气层的密度增加,压强增大,使空气层处于“稠密”状态;活塞向左运动时,则空气层质点膨胀,空气层的密度将减小,压强亦将减小,使空气层处于“稀疏”状态。活塞不断地来回运动,将使空气层交替地产生疏密的变化。由于空气分子之间的相互作用,这种交替的疏密状态,将由近及远地沿管子向右传播。这种疏密状态的传播,就形成了声波。§2描述声波的物理量一、声压大气静止时的压强即为大气压强。当有声波存在时,局部空气产生稠密或稀疏。在稠密的地方,压强将增加,在稀疏的地方压强将减小;这样,就在原有的大气压上又附加了一个压强的起伏。这个压强的起伏是由于声波的作用而引起的,所以称它为声压;用p表示。声压的大小与物体(如前述的活塞)的振动状态有关;物体振动的振幅愈大、则压强的起伏也愈大,声压也就愈大。然而,声压与大气压强相比,是及其微弱的。存在声压的空间,称为声场。声场中某一瞬时的声压值,称为瞬时声压p(t)<在一定的时间间隔中最大的瞬时声压值,称为峰值声压。如果,声压随时间的变化是按简谐规律的,则峰值声压就是声压的振幅。瞬时声压p(t)对时间取方均根值,即称为声压的有效值或有效声压。T为取平均的时间间隔。它可以是一个周期或比周期大得多的时间间隔。一般我们用电子仪器所测得的声压值,就是声压的有效值;而人们****惯上所指的声压值,也是声压的有效值。声压的大小,表示了声波的强弱。目前国际上采用帕( Pa)作为声压的单位。以往也用微巴作为单位,它们的换算关系为;1帕=1牛顿/米2 (MKS制)1微巴=1达因/厘米2(CGS制)1微巴=0.1帕1大气压=1.0325105Pa (常温下)为了对声压的大小数值,有一个感性的了解,在表一中列出了几种声源所发出的声音的声压的大小。表声源名称声压(Pa)声压级(dB)正常人耳能听到的最弱声音21050郊区静夜210420耳语210340相隔1米处讲话210260咼声讲话0.280织布车间2100柴油机20120喷气机起飞200140导弹发射2000160核爆炸20000180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。二、频率声源(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。频率的倒数则称为周期。单位为秒。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20Hz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。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,就称为音频声学三、声速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,有式中;c为声波在空气中的传播速度;为空气的比热比,且1,402;Po为大气静压强,且Po1.013105Pa (OC);为空气密度,且 1.293K^m3(OC);因此,可算得c(0°C)331.6 m/s上式表示的是温度为OC,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:c(t0C) 331.60.6t由上式即可算得常温(20C)下空气中的声速为〔4〕c(200C)344这是一个值得牢记的数值,因为不少计算,需用到这个数据四、波长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:c=•f 〔5〕在空气中,不同频率的声波
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