文档介绍：声学基础知识
1 声波描述
声波：机械振动状态在介质中传播形成的波动形式
分类：
<20Hz声波—次声
>20kHz声波—超声
20Hz～20kHz声波—音频声
流体介质：纵波〔压缩波 Compressional Wave〕
固面波
特点
具有与球面波相似的特点。
球面波和柱面波在远场近似为平面波。Why?
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5 相速度和群速度
相速度
振动状态在介质中传播的速度
介质的相速度与频率无关，非频散介质；反之为频散介质。
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5 相速度和群速度
群速度
声能量传播的速度〔波群和波包的相速〕
非频散介质
频散介质
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6 平面波在两种不同均匀介质界面上反射和折射
垂直入射
在分界面上，由于两介质的特性阻抗不同，声波分界面上会发生反射和折射。
边界条件
声压连续
法向质点振速连续
声压反射系数
声压透射系数
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6 平面波在两种不同均匀介质界面上反射和折射
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6 平面波在两种不同均匀介质界面上反射和折射
透射损失TL：
例：声波由空气入射到水中，透射损失约
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6 平面波在两种不同均匀介质界面上反射和折射
斜入射
声压反射系数
声压透射系数
法向声阻抗率
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6 平面波在两种不同均匀介质界面上反射和折射
斜入射
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6 平面波在两种不同均匀介质界面上反射和折射
斜入射
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6 平面波在两种不同均匀介质界面上反射和折射
全内反射
发生全内反射现象时，声波反射时发生 角的相位跳跃。
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6 平面波在两种不同均匀介质界面上反射和折射
非均匀平面波
波阵面〔等相位面〕上振幅随离分界面的距离增大作指数衰减。
低频声波深入海底的深度较大，高频声波只能在海底表面传播。
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6 平面波在两种不同均匀介质界面上反射和折射
分界面上声波反射时的能量关系
垂直入射情况：
斜入射情况：
两种介质的特性阻抗相差不大，功率透射系数接近1，例如换能器振子与透声外壳中，往往充以蓖麻油或有机硅油。
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7 等间距均匀点源离散直线阵的声辐射
辐射声压
在远场，总声压为：
当 时，各点源同相叠加，合成声压最大：
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7 等间距均匀点源离散直线阵的声辐射
声场的方向性函数
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7 等间距均匀点源离散直线阵的声辐射
（1）当 时，声压振幅出现极大值1，对应极大值的方向：
i=0对应的方向为主极大值方向（主瓣）；
i=1对应的方向为第一副极大值方向（栅瓣），依此类推。
注意：不出现副极大值的条件
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7 等间距均匀点源离散直线阵的声辐射
（2）当 时，声压振幅出现次极大值（旁瓣），对应次极大值的方向：
各次极大声压与主极大声压比值为：
注意：该值可得到主旁瓣比—主极大与第一次极大比值的分贝数
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7 等间距均匀点源离散直线阵的声辐射
（3）当 、 的整数倍时， 声压振幅出现极小值（各点源声场抵消，总声压为零），对应极小值的方向：
方向锐角或主瓣束宽〔全开角〕：
主极大值两旁第一个极小值之间的夹角
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常识：阵孔径越大，频率越高，波束宽度越窄。
-3dB束宽：由主极大的幅值下降倍处两边的夹角或半功率辐射点之间的夹角。
注意：利用正弦函数的级数展开，求得上式。
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发射方向性因子：在远场发射阵最大响应方向上声强与同一距离处各方向声强平均值之比。
发射指向性指数：发射阵的方向性因子的分贝数。
7 等间距均匀点源离散直线阵的声辐射
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8 均匀连续直线阵的声辐射
辐射声压方向性图
令 ， ， ，那么阵长为L的均匀连续直线阵的方向性函数为：
主瓣束宽和-3dB束宽：
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注意：连续直线阵永远不会出现栅瓣。
8 均匀连续直线阵的声辐射
方向性函数：
方向性因子：
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9 无限大障板上平面辐射器的声辐射
平面圆形活塞的辐射
设半径为a的圆形平面活塞镶嵌在无限大障板上，如下图。
活塞位于XOY平面内，向上半空间辐射声波，声场对称于z轴。活塞外表各点的振幅和相位一样，那么
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9 无限大障板上平面辐射器的声辐射
轴线上声压变化
注意：轴线声压随距离起伏变化，呈现很强的相干效应。
远场声压