声学基础---声波

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声学基础---声波

1、声波的产生

当外加电信号使扬声器纸盆来回振动（声源振动）时，随时也使它周边的空气振动起来。如果扬声器向一个方向振动时，它便压缩其临近空气，使其变得密，相反方向时就变得疏，这种一疏一密地震动传播的波叫声波。经过介质（物体、空间或水）向四面八方传播。当人耳接受声波的振动，通过听觉神经传达给大脑。

人要听到声音必须有三个条件：一是存在声源；二是要有传播过程中的弹性媒质；三是要通过人耳听觉产生声音的感觉。

2、声波的频率、声速和波长

2.1 频率

物体在一个地方做往返运动称为振动。如：一个球在碗底来回滚动、电线中交流电的电子往返运动，声波在两个平面之间来回传递等都是振动。振动体每秒振动的次数称频率，用f表示，频率的单位是赫兹（Hz），简称赫。振动体每秒振动一次时间表为：1Hz=1次/s。

一般把20Hz—40Hz的声音称为超低音；50Hz—100Hz的声音称为低音；200Hz—500Hz称为中低音；1000Hz—5000Hz称为中高音；10KHz—20kHz的声音称为高音。

不同频率的声音具体以下特点：

A、高频：声音指向性很强，覆盖角度窄小、射程远、穿透力强；

B、中频：有一定指向性，覆盖面积比较容易控制；

C、低频：指向性不明显，向四面辐射、声功能损失大、传播距离近；

人不是所有的声波都能听到，只有频率在20Hz---20kHz范围内的声音才能被人听到，该频率范围内称为可闻声。频率超过20kHz以上叫超声波，频率低于20Hz的称作次声波。（一般年轻人能听到的最高频率约20kHz，中老年人只能听到12kHz---16kHz）。

2.2 声速：声波在传声介质中，每秒钟传播的距离称为声波的传播速度，简称声速。声速与温度有关系，气温越高，声速越大。声音在固体中传播的速度最快，如：在钢铁中5000m/s；其次是液体1450m/s；在空气中340m/s。

2.3 波长：物体或空气分子每完成一次往复运动所经过的距离称为波长。波长(λ)、频率（f）、声速（C）的关系：C= f*λ

3、声波的特性

声波在均匀介质中传播时，传播方向不会改变；而在非均匀介质中传播时，传播方向会改变。当声波从一种介质传播到另一种介质的界面时，会发生反射和折射，即一部分被反射，一部分被折射，另一部分被吸收；当声波在传播中遇到障碍时，会发生绕过障碍的现象。

3.1 声波的性质：声波具有波动性和粒子性两种表现形式。有时明显表现为波动性，有时又具有强烈的粒子性，有时又二者兼而有之。

3.2 声波的衍射：声波在传播过程中遇到障碍物时，传播方向要发生改变，即发生绕过障碍物的衍射现象，也称绕射现象。

例一：声源处于人的背后时，由于人耳壳的遮蔽作用，声源中低频音会绕过耳廊使人听到，而声源中的高频音则在人耳处形成声影区使其减弱。

例二：音乐会时，后排座的听众听到的低频强、高频弱，即是因为低频可绕射，而高频音散射的原因。

3.3 声波的反射：当声波在传播过程中遇到墙等不同介质时，在两个介质的交界面处，波速将发生改变，此时入射波的一部分被反射，形成反射波，这种现象称为波的反射。它遵守反射规则--波的反射定律：

（1）、入射线与反射线在法线的两侧。

（2）、入射线、反射线和反射面的法线在同一平面内。

（3）、入射角等于反射角。

3.4 声波的折射：声波在传播中遇到不同介质的分界面时，出了发生反射，还会发生折射，声波的折射符合折射定律：

（1）、入射线、反射线和反射面的法线在同一平面内。

（2）、入射线、反射线分居于反射面法线的两侧。

（3）、入射角、折射角以及波在介质中传播的速度符合关系。

3.5 声波的透射与吸收：一般来说，当声波从一种介质传播到另一种介质时，声能的一部分被反射，一部分透过物体继续传播，称为透射；另一部分由于物体的振动，或声音在物体内部传播时由于介质的摩擦或热传导而被损耗，称为材料的吸收。

3.6 声波的干涉：若两个频率相同、振幅相等、相位差为零或恒定的波在同一介质中传播，则在空间某些地方振幅最大，在某些地方振幅最小，这种现象称为波干涉现象，这两个波叫相干波。当振动频率、振幅和传播速度相同而传播方向相反的两列波叠加时，就产生驻波。如：水波碰到岸上反射回来，前进波和反射波的叠加就产生驻波。驻波是一种特殊的干涉现象。