电声学基础 绪 论
?什么是声学？
?产生——传播——接收——效应。 ?研究范围
?人类对声学现象的研究
?我国，11
世纪，沈括
?西方，17世纪，索沃提出acoustique的名称。如今， acoustics代表声学，音质。 ?人们观察声学现象，研究其规律，几乎是从史前时期开始的。
?近代声学
?伽利略（1564～1642）开创 ?1638
年，“有关两种科学的对话”
?林赛（R. Bruce Lindsay）在“声学的故事”中提到科学家79人 ?19世纪末，瑞利《声之理论》二卷（1000页） ?20世纪开始，赛宾，建筑声学
?1936年，莫尔斯《振动和声》一书，反映了声学基础理论的发展
?古人的声学研究理论成果
?关于声的知识和分类 ?“音”（即乐音） ?
“乐”
? “噪”，“群呼烦扰也” ? “响”，“响之应声”
?乐律
?在《管子》中首先出现，理论是“三分损益法”。 ?十二律是十二个标准音调，实际上基本的标准音调只有一个，即黄钟，《史记》：“黄钟（管）长八寸一分”，或提：长九寸。 三分损益十二律
?欧洲乐律起源：毕达哥拉斯（Pythagoras），公元前六世纪 ?1584年，明代王子朱载堉完成《律学新说》，详细提出十二平均律理论 ?荷兰人斯蒂文（Simon Stevin），
?共振、回声、混响 ?“应”
?“鼓宫宫动，鼓角角动，音律同矣” ?11世纪，沈括，“共振指示器”
?波动论
?亚里士多德（Aristotle，公元前384～322年） ?高度、强度、品质
?空气运动的速度、被激动的空气量、发声器官的构造
?频率
?伽利略(Galileo Galilei)，单摆及弦的研究
?声速
?法国的梅尔新，加桑地 ?1687
年，牛顿，《自然哲学的数学原理》 ?1816年，法国数学家拉普拉斯
?电声学
?20
世纪20年代，电子管
?1920年，美国肯尼迪（A. E. Kennedy）把类比概念和方法引入电声系统和机械振动系统
?电声学这门科学主要是研究电能和声能彼此转变的问题。各种换能器的构造和理论，录音和放音的各种方法，都是属于“电声学”的范畴。
?电声学与其他声学部门的关系
?电声学和建筑声学、生理声学、超声学、水声学都有很密切的关系。
第一章 振动和声波的特性 1-1 振动与声波
1-1-1 振动
?什么是振动？P6 ?振动的特性 1-1-2 声波
?几个基本概念：
?声波——物体的振动引起周围媒质质点由近及远的波动 ?声源——发声的物体，即引起声波的物体 ?媒质——传播声波的物质
?声场——声波传播时所涉及的空间
?声音——声源振动引起的声波传播到听觉器官所产生的感受 ?声线——声波传播时所沿的方向
?结论
?声波的产生应具备两个基本条件：物体的振动，传播振动的媒质
?声波是一种机械波，媒质
?传播的只是能量
?气体中的声波是纵波，即疏密波
?声波具有一般波动现象所共有的特征：反射、折射、衍射、干涉等
声波的反射 声波的全反射 声波的折射
波的衍射：惠更斯定律 干涉与拍频
?当一列有明显波长和振幅的正弦声波由左向右传播时，遇到另一列具有同样波长和振幅，却由右向左传播的声波，此时在任何一点观察所产生的效果，都要依据在不同时间两列波叠加的情况而定。
?“同相”（in phase），相长干涉（constructive interference）
?“倒相”（out of phase），相消干涉（destructive interference）
?“拍频”（beating）。 多普勒效应
?当声源和听者彼此相对运动时，会感到某一频率确定的声音的音调发生变化，这种现象称为多普勒效应。频率的变化量称为多普勒频移。
?声波的一些基本参数
?
波长
波数——即沿着声波传播方向上单位长度内的相位变化
C表示，单位为m/s。
?
?声速——声波在媒质中每秒内传播的距离称为声速，用
?空气中的声速等于
?当温度为
15°C时，声波在空气、水、钢、玻璃中的声速分别为340m/s，1450m/s，
5100m/s，6000m/s
?速度随着媒质密度增大而增加。
?声音的传播速度与媒质的密度、弹性和温度（变化1度，变化0.6m/s）有关，与声波的频率、强度和空气湿度无关。
?声速比光速慢得多，这对方位感的辨别起到了很重要的作用。 ?必须把声速和振速严格区分开来 预习：
?声波的基本参量有哪些？各自的含义是什么？ ?平面波和球面波有哪些区别？ 1-2 声波的基本参量与波动方程 ?三个基本参量：
?媒质密度、媒质质点振动速度、声压，它们都是位置与时间的函数 ?媒质密度 ρ=ρ（x,y,z,t）
?在没有声波时，媒质密度称为静态密度ρ0， ?ρ
是指该处媒质密度的瞬时值。 ?媒质质点振动速度 v
?它是一个向量，反映微观质点振动，单位m/s
?声压 P
?P=P（瞬态）－ P0（静态） ?是标量，单位Pa
?三个声波方程式
?声振动作为一个宏观的物理现象，必然要满足三个基本的物理定律，即牛顿第二
定律、质量守恒定律及上述压强、温度与体积等状态参数关系的状态方程。
?为了使问题简化，必须对媒质及声波过程做出一些假设，P21
?运用这些基本定理就可以分别推导出媒质的：
?运动方程（牛顿第二定律的应用），即
p与v之间的关系
p与ρ之间的关系
?状态（物态）方程（绝热压缩定律的应用），即
?连续性方程（振动过程的统一性），即ρ
与v之间的关系
1-2-1 波动方程
?由上述三个基本方程，可以导出声波传播方程，波动方程：
?推导
1-2-2 平面波 球面波 波阻抗率 ?平面波
?什么是平面波？
?方程推导
?由于波阵面是平面，波阵面面积不再随传播距离而变化，即
S不再是r的函数，讨
论这种声波归结为求解一维声波方程：
?方程式的解及分析
?设方程式有下列形式的解： ?代入一维声波方程， ?得
?
其中
?对于讨论声波向无限空间传播的情况，取成复数的解将更为适宜，即
?假设没有反射，则
B＝0，得
讨论：
?首先讨论任一瞬间时，位于任一位置处的波经过时间后位于何处？ ?任一时刻t0时，具有相同相位的质点φ0是一个平面
?波（声）阻抗率Zs
?媒质特性阻抗
?球面波
?什么是球面波？
?当声波的波阵面为球面时，该声波称为球面波。
?一个点声源发出的声波为典型的球面波。
?方程推导： ?柱面声波
?什么是柱面声波？
?若声源为长圆柱形，其长度远大于波长，则辐射的声波为圆柱面声波，此时
S=2
πrl，其中l为圆柱长度。 ?方程推导：
?平面波与球面波的区别
?波阵面不同
?平面波的幅度不变，球面波的幅度随距离增大而减小，在距离很大时，球面波近
似于平面波
?平面波声压与质点振速相位一致，而球面波不一致 ?平面波Zs为一常数，球面波Zs为一复数 预习：
?比较在相同声压时，水中和空气中的声强度？
1-3 声波的特性——能量关系 ?1-3-1 声压 ?什么是声压？
?声波传播时，空气媒质各部分产生压缩与膨胀的周期性变化，这变化部分的压强与静态压强的差值称为声压。
?瞬时声压、峰值声压与有效值声压 ?Pp=1.414Prms
1-3-2 质点振动位移
电声学基础
