材料的聲學,聲學基礎,聲波：機械振動狀態在介質中傳播形成的波動形式 分類： 20kHz聲波超聲 20Hz20kHz聲波音頻聲 流體介質：縱波（壓縮波 Compressional Wave） 固體介質：縱波、橫波（切變波 Shear Wave）,聲學基礎,聲振動作為基本物理現象應滿足：牛頓第二定律（運動方程）；能量守恒定律（連續方程）和絕熱壓縮定律（物態方程） 由此推出聲波方程： 壓強 ，物態密度以及體積之間的關系方程,聲壓 p 質點速度 v 密度(變化),1 聲波描述,聲壓（標量）：聲波擾動引起介質壓強的變化量 聲場：聲波所波及的空間 位移（矢量）：介質質點離開其平衡位置的距離 振速（矢量）：介質流速或介質質點運動速度的變化量,1 聲波描述,密度改變量： 壓縮量：介質密度的相對變化量,描述聲場，通常采用上述各物理量的時空分布函數？,2 波動方程,假設條件 1. 介質靜止、均勻、連續的：在波長距離上，聲學特性保持不變。 2. 介質是理想流體介質：忽略粘滯性和熱傳導性。 3. 小振幅波：各聲學量是一階小量。,連續性方程（質量守恒定律） 介質流入體元的凈質量等于密度變化引起的體元內質量的增加：,狀態方程（絕熱壓縮定律） 介質的壓縮和膨脹過程是絕熱過程 ：,絕熱壓縮系數：單位壓強變化引起體積相對變化。,牛頓方程：介質的運動方程,2 波動方程,運動方程（牛頓第二定律）,波動方程,波動方程的通解： 前一項為入射波，后一項為反射波 聲音船體涉及能量的傳遞：單位體積內傳播的能量稱為聲能密度： 單位面積上的能量稱為聲強：,三種表示方法,直角坐標分量表示 直觀，繁瑣 矢量方程 普適，難度 簡寫方式 簡潔，依賴坐標系,速度勢 介質單位質量具有的聲擾動沖量 ：,聲壓、質點振速與速度勢關系,2 室內聲學,聲音在室內可以形成駐波： 對應的簡正方式： 聲音在室內遭到反射：其平均反射次數為： 聲音頻率較高時可以形成回聲等現象,吸聲材料,1) 吸聲材料的定義 當聲波遇到材料表面時，被吸收聲能與入射聲能之比，稱為吸聲系數。通常取125，250，500，1000，2000，4000（Hz）等六個頻率的吸聲系數來表示材料的吸聲頻率特性。凡六個頻率的平均吸聲系數大于0.2的材料，稱為吸聲材料。,(2) 吸聲材料及其結構 吸聲材料和吸聲結構的種類很多，按其材料結構狀況可分為多孔吸聲材料、共振吸聲結構和其它吸聲結構三大類。 吸聲材料的氣孔是開放的，且互相連通，其氣孔越多，吸收性能越好。大多數吸收強度較低，因此，吸收材料應設置在護壁臺度以上，以免碰撞壞。多孔吸收材料易于吸濕，安裝時應考慮脹縮的影響,隔聲材料,建筑上把主要起隔絕聲音作用的材料稱為隔聲材料。隔聲材料主要用于外墻、門窗、隔墻以及隔斷等。隔聲可分為隔絕空氣聲（通過空氣傳播的聲音）和隔絕固體聲（通過撞擊或振動傳播的聲音）。兩者的隔聲原理截然不同。 對于空氣聲，根據聲學中的“質量定律“，其傳聲的大小主要取決于墻或板的單位面積質量，質量越大，越不易震動，則隔聲效果越好。可以認為：固體聲的隔絕主要是吸收，這和吸聲材料是一致的；而空氣聲的隔絕主要是反射，因此必須選擇密實、沉重的如粘土磚、鋼板等作為隔聲材料。 對于隔絕固體聲音最有效的措施是采用不連續結構處理。即在墻壁和承重梁之間，房屋的框架和墻壁及樓板之間加彈性襯墊，這些襯墊的材料大多可以采用上述的吸聲材料，如毛氈、軟木等。將固體聲轉換成空氣聲后而被吸聲材料吸收。,吸聲材料及其結構,多孔吸聲材料 多孔吸聲材料，包括纖維狀、顆粒狀和泡沫狀，其對低頻聲的吸收比較差；多孔吸聲材料的構造特征是：材料從表到里具有大量內外連通的微小間隙和連續氣泡，有一定的通氣性。這些結構特征和隔熱材料的結構特征有區別，隔熱材料要求的是封閉的微孔。多孔吸聲材料是普遍應用的吸聲材料，其中包括各種纖維材料：玻璃棉、超細玻璃棉、巖棉、礦棉等無機纖維，棉、毛、麻、棕絲、草質或木質纖維等有機纖維。纖維材料有的直接以松散狀使用，有時可用粘著劑制成氈片或板材，如玻璃棉氈、巖棉板、草紙板、木絲板、軟質纖維板等等。微孔吸聲磚等也屬于多孔吸聲材料。泡沫塑料，如果其中的孔隙相互連通并通向外表，可作為多孔吸聲材料。,共振吸聲結構 其中包括單個共振器、穿孔板共振吸聲結構、博板共振吸聲結構，常采用共振吸聲原理來解決低頻聲的吸收。其裝飾性強并有足夠的強度，故在建筑物中使用比較廣泛。,吸聲結構 空間吸聲體：它是共振吸聲結構和多孔吸聲材料的結合，可預先制作，可根據不同的使用場合和條件，因地制宜地設計