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描述声波的基本物理量及意义

时间:2023-06-26 理论教育 版权反馈
【摘要】:声波在传播过程中,引起介质中的质点波动,使介质各部分产生压缩或膨胀的周期性变化,因此,质点运动必然存在振动位移、振动速度等物理量,而压缩或膨胀必然导致压强的变化,所以,声波在传播时,有几个可以测量的物理量,如声压、质点振动位移、振动速度等。声功率通常是指声源的声功率,是声源在单位时间内发射出的总能量。关于声功率的测量,请参考1.12基于声压法的声功率测量和1.13基于声强法的声功率测量。

描述声波的基本物理量及意义

声波在传播过程中,引起介质中的质点波动,使介质各部分产生压缩或膨胀的周期性变化,因此,质点运动必然存在振动位移、振动速度等物理量,而压缩或膨胀必然导致压强的变化,所以,声波在传播时,有几个可以测量的物理量,如声压、质点振动位移、振动速度等。但最常用的测量参量是声压。

1)声压。声波引起的压强变化是叠加在大气压之上的,因此,测量的声压是变化的声压与静压强之差,声压变化的平均值为零,所以,平均声压不是一个有用的参量。而人耳对瞬时声压波动也没有响应,但对动态声压的均方根值(RMS)有响应,且平均响应时间间隔约为35ms。因此,声压测量的是有效声压。

2)质点振动位移。质点振动的位移是相对于平衡位置的位移,通常,空气中声波振动的幅度非常小,大约在10-7mm到数毫米之间,位移下限对应于听阈,上限对应于痛阈。因为振动位移太小,而位移又很难直接测量到。

3)质点振动速度。质点振动速度是指声波的传播引起小部分介质波动的速度,而非声速,振动速度远小于声速。测量质点振动速度的应用之一是测量声强。我们知道声强大小也等于声压与质点速度的乘积,因此,有一种声强探头称为声压-粒子速度探头(Pressure-Parti-cleVelocityprobe,P-U探头)如图1-5所示,它是通过测量粒子的振动速度来测量声强。

4)声阻抗。声阻抗是界面上平均有效声压对通过该界面的有效体积速度之比,为复值函数,实部对应声阻,虚部对应声抗。声波传播时引起介质振动需要克服阻力,声阻抗越大,则推动介质所需要的声压就越大,声阻抗越小,则所需声压就越小。

5)声强。声强指单位时间内,通过与声波前进方向垂直的单位面积上的声能。声强是矢量,可以简单地认为某点的声强等于该点的声压与质点的振动速度的乘积。通常通过声强探头来测量声强,某型号声强探头如图1-6所示。(www.xing528.com)

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·图1-5 某型号P-U探头

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1-6 某型号声强探头

6)声功率。声功率通常是指声源的声功率,是声源在单位时间内发射出的总能量。声功率不能直接测量,可用声压法或声强法测量得到。关于声功率的测量,请参考1.12基于声压法的声功率测量和1.13基于声强法的声功率测量。

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