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声学基础教学总结
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噪声测试讲义
第一章声学基础知识
第一节声音的产生与传播
一、声音的产生
首先我们看几个例子:
敲鼓时听到了鼓声,同时能摸到鼓
面的振动;人能讲话是由于喉咙声带的振动;汽笛声、喷气飞机
的轰鸣声,是因为排气时气体振动而产生的。
通过观察实践人们
发现一切发声的物体都在振动,振动停止发声也停止。
因此,人
们得出声音是由于物体的振动产生的结论。
二、声源及噪声源
发声的物体叫声源,包括一切固体、液体和气体。
产生噪声的发声体叫噪声源。
三、声音的传播
声音的传播需要借助物体的,传声的物体也叫介质,因此,声音靠介质传播,没有介质声音是无法传播的,真空不能传声,在真空中我们听不到声音。
声音的传播形式(以大气为例)是以疏密相间的波的形式向远处传播的,因此也叫声波。
当声振动在空气中传播时空气质点并不被带走,它只是在原来位置附近来回振动,所以声音的传播是指振动的传递。
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四、声速
声音的传播是需要一定时间的,传播的快慢我们用声速来
表示。
声速定义:
每秒声音传播的距离,单位:
M/s。
在空气中声速是340m/s,水中声速为1450m/s,而在铜中则为5000m/s。
可见,声音在液体和固体中的传播速度一般要比在空气中快得多,另外,声速还和温度有关。
第二节人是怎样听到声音的
一、人耳的构造
人耳是由外耳、中耳和内耳三部分组成,各部分具有不同的作用共同来完成人的听觉。
耳朵三部分组成结构见彩图。
外耳,包括耳壳和外耳道,它只起着收集声音的作用。
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中耳,包括鼓膜、鼓室、咽鼓管等部分。
由耳壳经过外耳道可通到鼓膜,这里便进人中耳了。
鼓膜俗称耳膜,呈椭圆形,只有它才是接受声音信号的,它能随着外界空气的振动而振动,再把这振动传给后面的器官。
鼓室位于鼓膜的后面,是一个不规则的气腔。
有一个管道使
鼓室和口腔相通,这个管道叫咽鼓管。
咽鼓管的作用是让空气从
口腔进人中耳的鼓室,使鼓膜内外两侧的空气压力相等,这样鼓
膜才能自由振动。
鼓室里最重要的器官是听小骨。
听小骨由锤骨、砧骨和镫骨组成,锤骨直接与鼓膜相依附,砧骨居中,镫骨在最里面,它们的构造和分布就象一具极尽天工的杠杆,杠杆的前头连着鼓膜,后头连着内耳。
它们能把鼓膜的振幅变小而压力扩大后传给内耳。
内耳的基本功用是感受由鼓膜送来的振动。
内耳由不管听觉
的三个半规管和专管听觉的螺旋状骨组织──耳蜗组成。
半规管与听觉没有关系,是一种平衡器官。
负责听觉的耳蜗,内部有一
张薄膜,膜上布有听觉神经末梢──23500根神经纤维,它们通过听觉神经与脑髓膜相联系。
耳蜗内部充满了胶质的液体,从鼓膜传来的振动由耳蜗内部的胶质液体传递给薄膜上的神经纤维,
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引起听觉神经末梢的兴奋,并由听神经及大脑皮层的有关部位进行加工分析,这样就产生了听觉。
二、人听到声音的过程
上面我们讲了声音在空气中是以疏密相间的波的形式向远处传播的,实际上这种疏密相间的传播过程也是声压高低的传播过程,密部压强大,疏部压强小,这种变动的压力传人人耳,就会引起耳膜震动。
因此,外界传来的声音能引起鼓膜振动,这种振动经听小骨及其他组织传给听觉神经,听觉神经把信号传给大脑,人就听到了声音。
三、耳聋
耳聋分两类,一是传导性耳聋,它是由于人耳的传导部分出现了障碍引起的,鼓膜损坏,听小骨损伤,这类耳聋可治疗。
另
一种是神经性耳聋,它是由于听觉神经系统受到损伤,这类耳聋不可治愈。
第三节声音的特征
一、音调和频率
1、音调:
指声音的高低或粗细,与频率有关。
2、频率:
物体每秒振动的次数叫做频率,它的单位是赫兹,
符号Hz,频率是用来描述物体振动快慢的物理量。
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3、音调与频率的关系:
音调的高低是由发声体振动的频率
决定的。
振动频率越高,音调越高,人们听到的声音越尖细;振
动频率越小,音调越低,人们听到的声音越粗钝。
不同物体的振
动频率不同,同一物体的振动频率也可以调节。
二、响度和振幅
1、响度:
指声音的强弱或大小,由振幅决定。
2、振幅:
物体振动的幅度,发声体振动时,偏离原来位置
的最大距离叫振幅。
3、影响响度大小的因素
⑴响度与振幅有关:
振幅越大,声音的响度就越大。
⑵响度还与距离发声体的远近有关。
距发声体越近,响度
越大;距发声体越远,声音越发散,人耳感觉到的声音响度越小。
(3)另外人听到声音响不响还和发声体的频率有关。
我们平时所说的声音“大小”是指响度,而声音“高低”
一般是指音调。
三、音色
音色也叫音品:
反映了声音的品质与特色,音色由发声体的
材料、结构决定。
不同发声体的材料不同、结构不同,发出的声
音的音色也就不同。
我们能分辨出不同的人,不同的乐器就是根
据它们的音色而分辨出来的。
四、人的听觉范围
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人能否听到声音和两个因素有关,一个是和发声体的频率有
关,一个是和声波的强度有关。
1、频率范围
对于人耳,只有20—20000Hz的振动才能产生声音的感觉。
低于20Hz或高于20000Hz的振动人耳是听不到的。
如:
蝴蝶飞
行时翅膀震动发出的声音人耳听不到,因为蝴蝶每10s振翅30次低于20Hz.人能听到声音的频率范围为20—20000Hz。
2、压强范围
虽然人能听到声音的频率范围为20—20000Hz,但这一范围
内任一频率的声波必须在它的声压超过最小值(听阈压)时才能
引起人耳的听觉,不同频率的声波有不同的听阈压,医学上把
1000Hz纯音,人刚能听的声音的声压2X10-5Pa定义为听阈压。
同样,当声压超过某一最大值(痛阈压)时就会引起人耳的痛觉,
不同频率的声波的痛阈压却相差不大,医学上把1000Hz纯音,
引起人耳的痛觉声音的声压20Pa定义为痛阈压。
3、超声波与次声波
人们把频率低于20Hz的声音称为次声波,频率高于
20000Hz的声音为超声波。
它们都超出了人类听觉的范围,所以
人类听不见超声波和次声波。
能产生次声波的声源有:
火山爆发、地震、风暴、核爆炸、
导弹发射等。
次声波有极大的破坏力,能使机械设备破裂、建筑
物遭到破坏等。
有些动物不但能听到部分次声波,还能听到超声
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波,蝙蝠,海豚,鲸都能发出超声波;另外,通电的晶体可以高频振荡,产生超声波。
第四节、噪声及噪声的物理参数
当今社会有四大污染:
水污染、大气污染、固体废弃物污染及噪声污染。
一、噪声
1、从物理角度看,发声体做无规则振动时发出的声音叫噪
声。
从环保角度看,凡是妨碍人们正常休息、学习和工作的声音,以及对人们要听到的声音产生干扰的声音,都属于噪声。
因此,一句话来概括:
人们不需要的声音叫噪声
2、噪声的来源:
⑴工业噪声;⑵交通噪声;⑶居民噪声。
二、噪声的物理参数
1、声压和声压级
1)压强:
是单位面积上受到的压力叫压强;公式:
p=F/S;
压强的单位是帕斯卡,简称帕(即牛顿/平方米)。
2)声压:
是声音产生的压强,就是在垂直于声波的传播方
向上,单位面积上引起的大气压的变化。
声波是疏密波,在空气
中传播时,它使空气时而变密——压强增高;时而变稀——压强
降低,这种在大气压上起伏的部分就是声压。
声压是衡量声音强
弱的一个物理量,通常用P来表示.单位是帕。
声音越强,声压
就越大;反之,声压就越小。
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3)有效声压:
在一定时间间隔中,瞬时声压对时间取均方
根值称为有效声压,日常我们所说的声压和电子仪表所测的声压
都是有效声压。
4)声压级:
是表示声音强弱的一种方法,就是把声压的有
效值取对数来表示声音的强弱方法,这个对数值就是声压级。
定义:
声压级就是指该点的声压与参考声压的比值取常用对
数再乘以20的值,度量它的单位是分贝,符号为dB。
参考声压
是P0=2×10-5帕,相当于1000Hz纯音的听阈压。
公式:
Lp=20lg(P/P0)dB。
为什么人们又引出声压级这个物理参数呢,这里说明一下:
一方面是因为人耳刚刚能听到的微弱声音到难以忍受的强
烈噪声,声压相差数百万倍,而且仅是一个大气压的几十亿分之一到几千分之几,显然,用声压作单位来衡量声音的大小是很不方便的。
为了实用方便,人们考虑到对如此广阔的能量范围使用对数标度的可能性。
另一方面.从声音的接收来看,人耳有一个很奇怪的特性,
即当耳朵接收到声振动以后,主观上产生的响度感觉,不是正比
于声压的绝对值,而是近似地与声压的对数成正比,而且,人耳
受到声音的损伤程度也和声压的对数比较接近。
因此,声学上普遍使用对数标度来度量声压,称之为声压级,其定义是声压平方和l000Hz纯音的听阈压平方的比值的对数,单位是B(贝尔)。
B是一个很大的单位,用起来不方便。
因此,
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人们又把贝尔分成10份,取1份作常用单位,这就是分贝,记
作“dB”。
听阈压2X10-5Pa相当于0dB,痛阈压20Pa相当于120dB。
20分贝以下的声音,一般来说,我们认为它是安静的,当然,
一般来说15分贝以下的我们就可以认为它属于"死寂"的了。
20-40分贝大约是情侣耳边的喃喃细语。
40-60分贝属于我们正常的交谈声音。
60分贝以上就属于吵闹范围了,70分贝我们就可
以认为它是很吵的,而且开始损害听力神经,90分贝以上就会
使听力受损,而呆在100-120分贝的空间内,如无意外,一分钟
人类就得暂时性失聪(致聋)。
其中汽车噪音介乎
80-100分贝,
以一辆汽车发出90分贝的噪音为例,在一百米处,仍然可以听
到81分贝的噪音
2、声强和声强级
1)、声功率
声功率是指单位时间内声源向外辐射的总的声能量,用W表
示,单位为瓦(W)。
2)、声强
声强即是声音强度的简称,它代表声音能量的多少。
声学中,声强是指单位时间内,声音通过垂直于声音传播方向的单位面积上的声能量,声强用I表示,它的单位是W/m
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