医用物理学 机械振动和机械 第四讲 声 波 公开课课件

1、4-6 声 波,在弹性介质中传播的振动，一般频率在2020000Hz之间能引起听觉，叫做声振动，声振动的传播过程叫做声波(sound wave)。,频率低于20Hz的机械波叫做次声波，频率高于20000Hz的机械波叫做超声波。,一、声波、次声波 和超声波,在空气和水中传播的声波是纵波，固体中传播的声波可以是纵波或横波，声波的速度因介质不同而异，并受温度影响。,声波的速度(sound speed)：,u=332+0.6t() m/s,空气中声速与温度的关系为：,声波的频率：,次声波： f 20Hz,声波（可闻声）： 20 f 20000Hz,超声波： f 20000Hz,可以证明声波压强为：P =uv 即：,某一时刻，媒质中任一点的压强P与无声波通过时的压强P0之差（ P=PP0）称为该点的瞬时声压即声压（sound pressure）。单位：N/m2,1. 声压,此方程称为声压方程，其中Pm =uA称为声压幅值，简称声幅 。,二、声压和声强,Z是描述媒质声学特性的重要物理量,对声波反射、折射的强度有影响。单位为：Kgm-2s-1,声幅与媒质质点振动速度的幅值之比称为声阻抗（acoust

2、ic impedance），用Z表示。,2. 声阻抗,声阻抗是介质的一个固有常数，只与介质的性质有关，表征介质声学特征的一个物理量。,3、声强： 声波的强度简称声强（ intensity of sound ），即单位时间内通过与声波的传播方向垂直的单位面积的声波能量，用I表示。,4、听觉区域,听阈：人耳能听到的最低声强称为最低可闻声强或听阈（threshold of hearing）。 频率为100Hz的声波，声强为10-8 W/m2才能听见；但1000Hz的声波，声强为10-12 W/m2即可听见。,决定人耳对声波反应的主要因素有两个：一是声波的频率，它决定声调的高低；另一个是声波的强度，它决定声音响度。,听阈曲线：不同频率的听阈所连成的曲线。 痛阈：人耳所能忍受的最响的声音，称为痛阈（ threshold of feeling ） 痛阈曲线 ：不同频率的痛阈连成的线称为痛阈曲线。 听觉区域：由听阈曲线、痛阈曲线、20Hz、20000Hz 四条线所围成的区域。,听觉区域,三、声强级和响度,引起听觉的声波,不仅在频率上有一个范围,而且在声强上也有上、下两个限值,低于下限的声强不能引起听

3、觉,高于上限的声强只能引起痛觉,也不能引起听觉.声强的上、下限值随频率而异. 在1000Hz频率时,一般正常人听觉的最高声强(痛阈)为1W/m2,最低声强(闻阈)为10-12W/m2. 通常把这一最低声强作为测定声强的标准,用I0表示.,1、声强级,由于引起人的听觉的声强上、下限相差十几个数量级,所以使用对数标度要比绝对标度方便;另一方面,主观上产生的“响度感觉”并不是正比于强度的绝对值,而是更近于与强度的对数成正比.在声学中普遍使用对数标度来量度声强,叫做声强级(intensity level),以 LI 表示,对于声强为I 的声波的声强级为,单位: B (贝尔) 、分贝(dB) ，1B=10dB,声强级不能代数法相加, 某一声音声强级为L0，假设有n个相同声源，则 L=10lgn+L0 (dB) 总声强级各声音声强级之和,例 某机器工作时产生的噪声声强为10-7 W/m2， 求：开动一台机器，其噪声声强级为多少分贝？开动两台呢？,解：,2、响度,人耳对声音强弱的主观感觉称为响度（loudness），取决于声音的强度和频率。 选用1000Hz声音的响度作为标准，将其它频率的声音与之比

4、较，只要它们响度相同，它们就具有相同的响度级（loudness level）。响度的单位为方（phon）。 1000Hz的声音的强度级分贝值在数值上等于它的响度级的方值。 将频率不同、响度级相同的各对应点连成的线，称为等响曲线。,等响曲线,声波在遇到两种不同声阻抗的媒质界面时，会发生反射和折射，反射折射谁强谁弱呢？,四、声波的反射和透射,1、反射系数： 反射声强与入射(incidence)声强之比；,当两种媒质阻抗相差较大时，反射强，透射弱； 声阻抗相近时，透射强，反射弱。,2、透射系数： 折射声强与入射声强之比。,例如： 1、超声探头在使用时要在探头和人体之间涂抹油类物质或液体,目的是为了使超声波进入人体的强度增大。 2、声阻抗测听法是客观测试中耳传音系统功能的方法.当声音以声波的形式到达鼓膜时,一部分声能被吸收并传导,一部分被反射回来。中耳声阻抗越大,声顺越小,则传导的越少,反射越多,从反射回来的声能可以了解中耳传音功能的情况。,人耳听到的声音的频率与声源的频率相同吗？,发射频率：单位时间内波源发出的完整波数。 接收频率：单位时间内观测者接收到的振动次数或完整波数。,只有波源与观察

5、者相对静止时才相等.,由于波源或观察者相对于介质运动，造成观测频率与波源频率不同，这一现象是克里斯蒂安多普勒在1842年发现的，称为Doppler effect。,u :波的传播速度。,:波源相对于媒质的运动速度。,:观察者相对媒质的运动速度。,:波源的振动频率。,参考系: 媒（介）质,多普勒J.C.Doppler1803-1853，奥地利物理学家,:观察者接收到的频率。,五、 多普勒效应,1.波源和观察者都静止 (vS=0, v0=0),波一发出就会脱离波源运动。,观察者测得的频率和波源的振动频率相等。,2.波源静止,观察者运动 ( ),观察者向着波源运动。,单位时间内，位于观察者左边的波源发出的波向右传播了距离u，同时观察者向左移动了距离v0,这相当于波通过观察者的距离为u+v0。,单位时间内，通过观察者的完整波的个数(频率)为：,频率升高,观察者离开波源运动。,频率降低,3.观察者静止,波源运动( ),单位时间内通过观察者O 的完整的波的个数(频率)：,当波源背离观察者运动时, 以 代替 即可。,观察者O 相对介质静止，波源S 以速度vS相对介质运动，观察者测得的波长: 。,4.

6、波源和观察者同时相对于媒质运动。,波源的运动使得波长变短：,观察者的运动使得单位时间内通过观察者的总长度变为：,讨论波源与观察者相向运动的情形。,若波源与观察者不沿二者连线运动,当波源运动的速度vS 超过波速时,波源将位于波前的前方,前述的计算公式不再有意义。波源发出的波的各波前的切面形成一个圆锥面(称为马赫锥)。,马赫数,激波,冲击波.exe,锥形的半顶角满足：,这种以点波源为顶点的圆锥形波称为冲击波或马赫波。,超音速的子弹在空气中形成的冲击波 （马赫数为2 ）,例如，用于测定星球相对于地球的运动速度,卫星跟踪系统。天文学家利用电磁波红移说明大爆炸理论。利用声波的Doppler效应可以测定流体的流动、振动体的振动和潜艇的速度，还可以用来报警和监测车速。在医学上，利用超声波的Doppler效应可以对心脏跳动情况进行诊断，测量血流速度。 Doppler效应还可以用于贵重物品、机密室的防盗系统等等。,Doppler效应的应用：,超声多普勒效应测血流速,警察用多普勒测速仪测速,六、多普勒超声血流计原理：,如图所示，超声波传播速度为u，发出超声波频率为f，血流速度为v。红细胞接受到的频率f：,

7、由红细胞反射回来的超声波被静止探头接收到的频率f ：,则多普勒频移为:,优点：无创伤，简易，灵敏。在二维B超基础上 利用多普勒效应反映血流速度，就成为医学中常 见的彩超。,由于人体中超声波声速u=1500ms-1 ，故uvcos，则频移可以简化成：,例1： 车上一警笛发射频率为1500Hz的声波,该车以20m/s的速度向某方向运动，某人以5m/s的速度跟踪其后，已知空气声速为330m/s。求该人听到的警笛发声频率以及在警笛后方空气中声波的波长。,解：由已知条件得,人听到的频率为：,空气中波长：,解毕。,警笛后方的空气不随波前进，即有 。,例2、一人手持频率为500Hz的音叉以10m/s的速度向一很大的光滑竖直平面反射壁前进，设声速为340m/s，求他直接听到的音叉发出声音的频率以及他听到的平面壁反射回来的声音频率。,解 : 直接听到的频率为500Hz.,墙壁接收到的频率: 相当于波源运动而观察者向波源静止.则,观察者接收到的频率:相当于波源静止而观察者向波源运动.则,预习要求： 1、超声波 2、超声波的医学应用（自学） 3、实验绪论,作业：P114 习题4-174-22,小结：,谢 谢！,本次课结束,

《医用物理学 机械振动和机械 第四讲 声 波 公开课课件》由会员Lesl****ang分享，可在线阅读，更多相关《医用物理学 机械振动和机械 第四讲 声 波 公开课课件》请在金锄头文库上搜索。