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1、第三章 声和超声,Sound and ultrasonic sound,第三章 声和超声 掌握：声压、声强、声强级、声压级、多普勒效应 熟悉：声阻、响度级、超声诊断物理 原理 了解：听力曲线、超声波的特性与作 用、超声诊断仪,思考题：1.Pm和哪些因素有关？2.声速和哪些因素有关？3.I 和 P 的关系？4.SIL0dB是何含义？听力曲线上的0dB是 何含义？5.待测声波和参考声波处于同一媒质中，SIL和SPL 的关系？6.多普勒效应中，人动波源不动，相当于 fc中哪个物理量改变？波源动人不动，相当于fc中哪个 物理量改变？,声波能引起人听觉的机械波，通常称声音。,1 声波,机械波频率：20H
2、z 20000Hz声波 20000 Hz超声波；20 Hz次声波。,传播形式：在气体和液体中，纵波；在固体中，纵波和横波。,一、声波的物理性质,用振动方向与波的传播方向的关系来区分横波和纵波；横波的振动方向垂直与传播方向，纵波的振动方向与传播方向一致；同一种介质中纵波比横波的传播速度大。,4.媒质不均匀，声波非直线传播。,3.c固c液c气；,2.传播速度：与媒质的性质和温度有 关，与频率无关；,一、声波的物理性质,声压媒质中有声波传播时的压 强和无声波传播时的原始 压强之差。,二、描述声波的物理量,1.声压(Sound Pressure),声音在空气中传播为纵波（疏密波），传播时引起压强的局部
3、变化。,瞬时值,幅值,有效值,物理意义：1）在传播空间声压按余弦 规律变化；,2）压强波与声波同频率 同速度；,2、声阻（acoustical impedance）,（1）定义：Pm=c Vm Z=c，单位：瑞利（NSm-3）,(V=I R),Z ir,（2）强度反射系数,3、声 强（sound intensity）,定义:,能流密度 单位：瓦米2,(声音的传播是能量的传播过程),声 强、声压的关系：,声强(sound intensity)就是声音的强度，也就是能流密度，即单位时间内通过垂直于声波传播方向的单位面积上的平均能量。,同一媒质中,10-12 w/m2 I 1 w/m2,(人耳对声音
4、的强弱的辨别是相对的，不是同强度的绝对值成正比，而同强度的对数成正比。),2 声强级 声压级 响度级,一、声强级(Sound Intensity level，SIL),以对数标度度量声强等级的物理量(以 I010-12 w/m2的1000 Hz 的纯音为参 考声强),一、声强级(Sound Intensity level，SIL),定义：,引起听觉的最小声强听阈（threshold of audibility）I010-12 w/m2,(0dB既不是听不见也不是声强为0；分贝不能代数加减),听阈：SIL0dB痛阈：SIL120dB,引起痛觉的声强痛阈（threshold of feeling）
5、I1 w/m2,听阈与痛阈是以 1000 Hz 的纯音为标准,【例1】一台机器所产生的噪音为100分贝：若再增加一台同样的机器，其声强级是多少？【解】,例2：有若干个相同的喇叭，每只声强为10-11 W/m2，求三只喇叭与一只喇叭的声强级差，多少只喇叭是一只喇叭的声强级的三倍。,解：,例3：80db的声波，其能流密度是多少？单位时间内垂直通过单位面积上的平均能量是多少？,解：,声强就是声音的强度，也就是能流密度，即单位时间内通过垂直于声波传播方向的单位面积上的平均能量。,(P0210-5 Pa,空气中 1000Hz 纯音 听阈的声压),二、声压级(Sound Pressure level，SP
6、L),待测声波和参考声波相对于同一媒质时，声强级(SIL)与声压级(SPL)相同。,三、响度级(Loudness level),单位：方(phon),大小：1000Hz的纯音的声强级,度量人耳对声音主观感觉(强度和频率）的量值,听野,10-12 w/m2 I 1 w/m2,20 HZ f 20000 HZ,声强级（dB）,听阈,0 方曲线为听阈曲线120 方曲线为痛阈曲线,据武汉晚报4月27日报道，一种噪音听来声音不大，对人伤害却不小。武汉市环保局有关人土提醒市民，低频噪音污染也要小心提防。汉口杨汊湖小区栋楼里的10多户居民，近来睡不安神，可检查噪音，分贝又未超标，大家百思不得其解。经环保人士
7、多方勘查，谜底才解开：原来，居民把喂鱼的供氧器悬挂在墙上，其震动发出的低频噪声，搅得四邻不安。斫口一家人搬入一套环境幽雅的新房后，竟然精神恍惚，头疼欲裂。后来查清，是楼底变电房持续不断的低频噪音在“捣鬼”。人耳可闻的声音范围在20-20000赫兹之间，其中500赫兹以下的噪音被称作低频噪音。低频噪音形式很多，包括“的士发动引擎时的突突声、迪厅传出的跳舞者的脚步声、打桩机发出的机器声、蜜蜂发出的“嗡嗡”声等。由于低频噪音在空气中传播速度较慢，对入耳的刺激不大，难被人发现。其实，低频噪音多由震动发音，与人的生理频率接近，若长期接触，入易与之共振，引起神经、心脏不适最严重的甚至导致内出血。,蜜蜂发出
8、的“嗡嗡”声等。由于低频噪音在空气中传播速度较慢，对入耳的刺激不大，难被人发现。,四、听力曲线,参考声强：正常人的听阈值,听力曲线的 0 分贝表示某种频率声音的声强和其听阈值（正常人的统计平均值）相等。正常人的听力曲线必定在0 分贝附近。,3 多普勒效应(Doppler Effect),波源或观察者或两者相对媒质运动时，观察者接收到的频率与波源发出的频率不同的现象多普勒效应。,波源频率f（定义）：单位时间内波源所发出的波数。,观察者接受到的频率f（定义）：单位时间内观察者接收到的波数。,1.vS0，vO0，OS运动：,观察者每秒接收到的波数为：,即观察者接受到的频率：,2.vO=0，vSO，S
9、O运动：,规律：观察者运动，单位时间内接收波数 变化；波源运动，波长变化；,3.波源和观察者都运动,两者靠近f；两者远离f。,3 超声波（Ultrasonic Wave）超声波频率高于20KHz，不能 引起人耳听觉的声波一、超声波的发生与接收（自学）,二、超声波的特性 1.方向性好；2.穿透性强；3.反射显著；4.功率较大。,三、超声波对物质的作用 1.机械作用；2.热作用；3.空化作用。,四、超声波在医学上的应用（超声诊断仪）,信号显示方式：幅度调制和辉度调制,诊断原理：超声波声阻不同的界面回波(echo)幅度（辉度）,几种不同功能的超声诊断仪：,1.A 型超声诊断仪,2.B 型超声诊断仪,3.M 型超声诊断仪,屏幕显示,4.多普勒超声诊断仪（D型),本章小结1.声波：20Hz 20000 Hz2.声压 3.声阻 Zc（瑞利）4.强度反射系数Zir，反射波越强。,5.声强6.声强级 I010-12 w/m2（1000 Hz 的纯音）7.声压级,8.响度级1000Hz的纯音的声强级（方）9.等响曲线f、I不同，但响度感觉同。10.听力曲线 频率不同的各点以正常人的听阈值为参考声强。11.多普勒效应,规律：观察者运动，单位时间内接收波数变化；波源运动，波长变化；两者靠近f；两者远离f。12.超声诊断仪信号显示方式（幅度调制和辉度调制）;A、B、M、D型超声诊断仪的工作特点,
