波动力学第 4 章。声波
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1. 声音特征
2. 声速
3. 传播声波
4. 应用程序
1.声音的特征
⑴ 特性1. 强度或振幅： 声音的响度
① 韦伯-费希纳定律 : 提出了声音强度（声压）的尺度
② dB SPL（声压级分贝）
○ 定义 ： 表示以对数标度表示的相对声压的大小
○ dB SPL = 0.1 B SPL = 10 × log10(I / I0) = 20 × log10(P / Pref)
○ Pref = 0 dB SPL = 0.0002 达因/cm2 = 20 μPa
③ dB HL（听力水平分贝）
○ 定义 ： 表示以正常青壮年（18-30岁，男女）平均可听阈值（0 dB HL）为基准的声音强度
○ dB HL = 20 × log10(P1 / P2)
○ 0 dB HL ≒ 7 dB SPL（1 kHz 时）
○ 每个频率下的听力为零 = 0 dB HL
④ dB SL（分贝感觉水平）
○ 定义 ： 表示声音强度大于个人阈值
○ 刺激强度 - 阈值 = 感觉水平
○ 示例 ： 损失 30 dB 的患者将 50 dB SPL 感知为 20 dB SL
⑵ 特性2.频率（音高）：声音的高低
① 【毕达哥拉斯尺度】(https://jb243.github.io/pages/740)
② 声音频率： 16 ~ 20,000 Hz
③ 通话频率： 250 ~ 2,000 Hz
④ 低于 1,000 Hz ： 大约每 1 Hz 即可辨别
⑤ 1,000 Hz 以上 ： 可在参考频率的 0.1% 以上间隔处进行区分
⑥ 头部阴影效果（挡板效果）
○ 定义 : 高频声音经过头部时比较低频声音损失更多能量的现象
○ 与声源相对的耳朵感知到的声音较低
○ 大脑整合双耳信息来处理频率信息
⑶ 特性3. 相位： 两个同时声音之间的时间关系
⑷ 特征 4. 频谱、音调或音色
① 纯音 ： 由单个正弦函数表示的音调
② 复杂音调 ： 由两个或多个正弦函数表示的音调
○ 音乐音调 ： 周期性、愉快
○ 噪音 ： 不规则、令人不愉快
2.声速
⑴ 公式： 对于密度ρ（kg/m3）和体积模量B（N/m2）
⑵ 推导
如果作用在流体单元 ρAΔx 上的压力为左侧 P0 + p1 和右侧 P0 + p2，则合力为
运动方程为
两边除以 Δx 并取极限，
另外，根据体积膨胀的表达式，
压力变化ΔP的平均值为p1或p2，即p。然后
将该方程代入运动方程
因此，声速如下。
⑶ 可以表示为：
⑷ 液体中的声速
① 在液体中，发生等温变化
② 配方
○ 提示： 声速随着压力的增加而降低
○ 提示：通过量纲分析可以轻松进行推断
③（注）喷嘴和声速
○ 喷嘴的用途： 提高流速。即提高动能
○ 加大喷嘴 : 可实现超音速
○ 收缩喷嘴 : 可实现亚音速
○ 喷嘴喉部 : 声速不能超过
⑸ 空气中的声速
① 在空气中发生绝热变化
② 配方
○ k : 比热容比
○ R : 287 J/kg·K
③ 提示： 密度影响不大，只有温度重要» ○ 乌鸦白天听，老鼠晚上听
○ 温暖的地面会导致更高的声速，导致向上折射
○ 寒冷的地面导致声速变慢，导致向下折射
⑹ 太空中的声速
① 空间被认为是真空，认为声音不能传播
② 2003年，NASA证明声音可以在太空中传播
③ 因此，黑洞产生的压力波使星际气体振动，产生并传播声音
3.传播声波
⑴ 声波在管中传播的表达
① 排量
② 压力
③ 当排量最大时，压力变化为0，当排量为0时，压力变化最大
⑵ 压力幅值与位移幅值的关系
4.应用
⑴ 应用1. 蝙蝠
① 蝙蝠利用猎物反射的超声波来定位自己的位置
② 蝙蝠利用多普勒效应来确定猎物的速度
⑵ 应用2. 超声波检测
① 第一第一。测试装置产生的超声波
② 第二第二。超声波从血液反射
③ 第三第。利用两个超声波的频率差确定血流速度 → 评估患者的健康状况
图。 1. 超声波检查
⑶ 应用 3. 结构诊断（例如裂纹检测）、水下深度测量
⑷ 应用4. 冲击波
① 定义 ： 产生巨大噪音的声波不连续性，不可逆，增加压力、密度和熵
②与声音的增强干扰有关
③ 垂直激波导致激波后面产生亚音速流动
输入： 2019.05.03 17:46