理论声学-Theoretical-Acoustics课件.ppt

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1、2022-4-18理论声学(1) 绪论1理论声学理论声学Theoretical AcousticsTheoretical Acoustics课程编号课程编号：31117Z 学时学时: 60 学分学分: 3时间：星期一,四 第3、4节 地点：N313 张海澜 中国科学院声学研究所62565811 http:/ 2022-4-18理论声学(1) 绪论2主要参考书主要参考书 马大猷，现代声学理论基础，科学出版社马大猷，现代声学理论基础，科学出版社(2004)。 杜功焕、朱哲民、龚秀芬著，声学基础声学基础(第2版)，南京大学出版社(2001年)。 Allan D. Pierce, Acoustics,

2、 McGraw-Hill Book Company P.M.莫尔斯、K.U.英格特著，理论声学理论声学(上、下两册)，科学出版社(1984、1986年)。 Dan Russell http:/www.kettering.edu/drussell/Demos.html,2022-4-18理论声学(1) 绪论3绪论 我们生活在声音的世界里 自然界中的声音 人类活动产生的声音，音乐，语言，噪声2022-4-18理论声学(1) 绪论4声和音的概念声(1)人耳能够感觉到的声波的作用(2)任何弹性介质中传播的扰动, 机械波音能引起有音调的感觉的声波，有意义的声大音希声，大象无形大音希声，大象无形 老子第四

3、十一章老子第四十一章2022-4-18理论声学(1) 绪论5声学(Acoustics) 研究声波的产生、传播、接收和效应的科学, 关于声音的学问 声学的研究方法和物理其他分支有共同之处 2022-4-18理论声学(1) 绪论6声信息未见其人，先闻其声 几乎所有的物体可以用声波探测几乎所有的物体可以用声波探测 声波是海洋远距离探测的唯一手段声波是海洋远距离探测的唯一手段 语音是人与人之间交流最有效的手段语音是人与人之间交流最有效的手段 人与机器之间交流的手段人与机器之间交流的手段2022-4-18理论声学(1) 绪论7声学技术应声学科学原理改造人类的物质环境2022-4-18理论声学(1) 绪论

4、8声学艺术音乐(Music)利用声音与人类的主观反应的关系，满足人类的精神生活需要2022-4-18理论声学(1) 绪论9声波的定性描述 2022-4-18理论声学(1) 绪论10声是弹性介质中传播的机械波 弹性介质: 空气 水 (流体) 固体 真空中没有声波 2022-4-18理论声学(1) 绪论11描述声波的基本概念 连续介质连续介质 无限多连续分布的物质点 包含大量分子的小体积元 声场声场 存在声音的空间 声压声压 声场中声音产生的压力扰动 单位：Pa(帕) N/m2 bar(巴) = 100kPa2022-4-18理论声学(1) 绪论12振动振动 频率频率 单位时间里波动的次数 单位

5、Hz次/秒 赫兹 周期周期 波动一次的时间 波长波长 波动一次传播的距离 声速声速 声速等于波长乘以频率 振幅振幅2022-4-18理论声学(1) 绪论13A4=440Hz声音的频谱 2022-4-18理论声学(1) 绪论142022-4-18理论声学(1) 绪论15声学的历史 声学是研究声的科学 是物理学的一个分支 它有悠久的历史 又充满了发展活力 2022-4-18理论声学(1) 绪论16灿烂的古代声学 最早的声音的研究：自然的声音、人类的声音、语言、音乐、乐器，房间的声学特性 声波和水波的类比，大量声学现象的发现和应用，共振、天坛 大量出土的古代乐器，编钟，调音 乐律：三分损益法 202

6、2-4-18理论声学(1) 绪论17Chinese Traditional Instrument 2022-4-18理论声学(1) 绪论182022-4-18理论声学(1) 绪论19经典声学，17-19世纪 精密的测量，数学的应用 波动方程为标志的理论体系 应用于各种具体问题 1643年伽利略建立音高和频率的关系 1713年泰勒提出弦的振动方程，伯努力、达朗贝尔、欧拉建立了波动方程2022-4-18理论声学(1) 绪论20经典声学，17-19世纪 1660年波义尔实验证明声不能在真空中传播 声速测量，1635年贾森地测得声速480m/S，1740年得到比较准确的值 1850年克希霍夫完成板的理

7、论 1687年牛顿推导声波速度公式(等温)，1816年拉普拉斯得到绝热声速公式 拉普拉斯测量水中声速2022-4-18理论声学(1) 绪论21经典声学，17-19世纪 1581年明朝王子朱载堉创立十二平均律 亥姆霍兹1862年出版音的感觉 瑞利出版声学理论2022-4-18理论声学(1) 绪论222022-4-18理论声学(1) 绪论232022-4-18理论声学(1) 绪论24 “许多人看了瑞利的声学原理以后觉得声学的所有问题都已经研究过了，以后也许只有工程技术问题了，但实际上完全不是这样。20世纪，特别是20世纪下半叶，声学有了突飞猛进的发展，面貌一新。” 关定华关定华：“神秘的声音世界”

8、 2022-4-18理论声学(1) 绪论25现代声学：20世纪大发展 非线性声学、混沌 海洋、大气和地球的声学 超声检测、处理、超声电子学 建筑声学，噪声控制，语言声学 生理声学和心理声学 形成交叉学科2022-4-18理论声学(1) 绪论26技术的发展 实验是基础 1880年居里发现压电效应，石英 1842年焦耳发现磁致伸缩 20世纪初电子管，随后的半导体、集成电路、计算机 人耳非常灵敏，但却不精确2022-4-18理论声学(1) 绪论27声学理论的发展 声波的波长和物体的尺度相当 简单模型，理论复杂，学院色彩 技术发展要求更精确的理论 实际条件下复杂的声学现象 近年来计算声学的发展 泛函分

9、析进入本科和研究生教材 瞬态问题对实际和学术非常重要2022-4-18理论声学(1) 绪论28声学基础声学基础海洋学海洋学电工和电工和化工化工机械机械工程工程建筑建筑工程工程地球和地球和大气物理大气物理医学医学生理学生理学心理学心理学语言语言音乐音乐表演表演艺术艺术室内室内声学声学剧院剧院音质音质乐律乐律乐器乐器听觉听觉振动振动冲击冲击噪声噪声地震学地震学大气声大气声学学生物生物声学声学心理心理声学声学通讯通讯水声水声学学电声学电声学声和超声和超声工程声工程艺术工程地学生命科学2022-4-18理论声学(1) 绪论29水声公共实验室 建于1958年换能器与基阵校准水声设备调试近程传播实验仪器设

10、备与实验室主体改造投资逾500万元2022-4-18理论声学(1) 绪论30音频声学实验室 主体建筑建成于1964、1985年,国内外少有 大量的声场实验和标准测量仪器设备改造投资逾400万元2022-4-18理论声学(1) 绪论31Pneumatic loudspeaker2022-4-18理论声学(1) 绪论32Equipment Made in China2022-4-18理论声学(1) 绪论33Is he or she lovely?2022-4-18理论声学(1) 绪论34 Frequency 1MHz Aperture 350mm Curvature Radius 250mm Focusing Intensity 1000W/cm2 Focusing area 238mm2HIFU