《ch声和超声》PPT课件.ppt

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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. SIL 0dB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 f c 中哪个物理量改变？ 波源动人不动，相当于 f c

2、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： 20Hz 20000Hz 声波 20000 Hz 超声波； 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变化。 2 )(c o s c x tcAP mm cVcAP 2 m e P P 瞬时值 幅值 有效值 mm c A VcAP c x tcAP 2 )(c

3、o s mm cVcAP c xtcAP )3 2)(c o s 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） 2 12 12 )( ZZ ZZ ir ( V = I R ) Z ir （ 2） 强度反射系数 3、声 强（ sound intensity） 定义 : 22 2 1 cAI 能流密度 单位：瓦米 2 (声音的传播是能量的传播过程 ) c P cAI e 2 22 2 1 声 强、声压的关系： 声强 (sound

4、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。 c P cAI e 2 22 2 1 同一媒质中 2 2 1 2 1 )( P P I I 10-12 w/m2 I 1 w/m2 (人耳对声音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 I0 10-12 w/m2的 1000 Hz 的纯音为参 考声强 ) )(l o g10 0 10 dBI I

5、S I L 一、 声强级 (Sound Intensity level， SIL) 定义： 引起听觉的最小声强 听阈 （ threshold of audibility） I0 10-12 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： SIL 0dB 痛阈： SIL 120dB 引起痛觉的声强 痛阈（ threshold of feeling） I 1 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 】 )(10301.3100 dB 0 10 2 l

6、og10 I I 2l o g10l o g10 10 0 10 I I 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。 )(3lg10 10 10l o g10 10 103l o g10 12 11 1012 11 10 db oo I I I nI 1010 l o g103l o g10 解： 10 0)( 2 0 I In 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？ 24 0 10 /10 lo g1080 mwI I I 212 0 /10

7、mwI 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。 (P0 2 10-5 Pa, 空气中 1000Hz 纯音 听阈的声压 ) )(l o g20 0 10 dBP P S P L 二 、 声压级 (Sound Pressure level， SPL) 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

8、w/m2 20 HZ f 20000 HZ 声强级 （ dB） 听阈 dbHzdbHz 6010007850 同响 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 ，

9、 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 。 蜜蜂发出的 “

10、 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.vS 0， vO0， OS运动： f c

11、vc cT vcvc f 000 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， SO运动： f vc TvcTvcTTv SSSS )( ff svc cc 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； f vc vc f s 0 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 。 ) 2 1(

12、 22 cAI 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 ) f c vc f c o s0 f vc c f c o s0 f vc v fff d c o s c o s2 0 0 df f c v c o s2 0 本章小结 1.声波： 20Hz 20000 Hz 2.声压 3

13、.声阻 Z c（ 瑞利 ） 4. 强度反射系数 Zir， 反射波越强 。 mm cVcAP 2 ) c x t(coscAP 2 m e P P 2 12 12 )( ZZ ZZ ir 5.声强 6.声强级 I 0 10-12 w/m2（ 1000 Hz 的纯音） 7.声压级 )(l o g10 0 10 dbI I S I L c P cAI e 2 22 2 1 )(l o g20 0 10 dbP PS P L 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 f vc vc f s 0 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