Sound and ultrasonic sound

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1 Sound and ultrasonic sound
第三章 声和超声 Sound and ultrasonic sound

2 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

3 第一节 声波 一、声波的物理特性 1、传播形式：在气体和液体中，纵波； 在 固体中，纵波和横波。 2. 传播速度：与媒质的性质和温度有关，
第一节 声波 一、声波的物理特性 1、传播形式：在气体和液体中，纵波； 在 固体中，纵波和横波。 2. 传播速度：与媒质的性质和温度有关， 与频率无关； 3. V固>V液>V气

4 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，是疏密波， 引起压强的局部变化。

5 声压定义：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 瞬时值 幅值 有效值

6 2、声阻（acoustical impedance）
（1） 定义： Pm = c Vm Z=c，单位：瑞利（N·S·m-3） ( V = I R ) （2） 强度反射系数 ΔZ↑ → αir↑

7 3、声 强（sound intensity） 定义: 能流密度 单位：瓦／米2 同一媒质中 声 强、声压的关系：
能流密度 单位：瓦／米2 声 强、声压的关系： 同一媒质中 10-12 w/m2  I  1 w/m2

8 第二节 声强级、声压级 、响度级 人耳对声音强弱的反应由二个因素： 声波强度，它取决于声音的强度 声波频率，它取决于声调的高低

9 一、声强级 (Sound Intensity level，SIL)
1、定义 2、引起听觉的最小声强 I0＝10-12w/m2 SIL= 0 db 3、引起痛觉的声强 I＝1 w/m2 SIL= 12 0 db 听阈与痛阈是以 1000 Hz 的纯音为标准

10 例1：一只喇叭的声强级为60db，则这样的两只喇叭同时发音，那么声强级是多少分贝？
解：

11 二、声压级 (Sound Pressure level，SPL)
1、定义 空气中 1KHz 纯音听阈的声压有效值P0=2x10-5 pa 2、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。

12 例 某声压为10-4 Pa的声波在空气中传播，若使其声压级增大40 db,则增大后的声波的声压P为多少。声强是原来的多少倍，声强级增加多少？
声强级增加40分贝

13 三、响度级 ( Loudness level )
1.听觉 声音的响度不仅与声强有关， 而且与声音的频率有关。 20 HZ  f  HZ 10-12 w/m2  I  1 w/m2

14 2. 等响曲线 将不同频率相同响度感觉的各点连接起来,形成一响度曲线 ( loudness contours)。
曲线上各点不同频率的声强的声音在人耳中可引起相同响度的感觉。

15 3. 响度级 在同一等响曲线 上，它们表示同一响 度等级。响度级单位: 方(phon) 响度级大小是以频率
为1000Hz的声音声强级分贝数为该响度级的方数。 0 方曲线为听阈曲线 120 方曲线为痛阈曲线

16 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，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 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“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。

17 四、听力曲线(audiogram) 电子听力计发出不同音调(20Hz~20000Hz)和不同声强(-10db~100db)的纯音，测量病人的听力曲线。 听力曲线的 0 分贝并不是都以I0作为标准。而是以正常人的不同频率的听阈值作为标准

18 第三节 多普勒效应 (Doppler effect)
1. 普勒效应： 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。

19 研究对象 研究波源频率 f 和观察者接收到的频 率 f′间关系。 f 为单位时间内波源所发出的波数 。 f′为单位时间内观察者接收到波数。

20 3.分类讨论 波源的运动速度为Vs ，观察者的运动速度为Vo 1、VS＝0，VO = 0

21 2、VS＝0 VO≠0 c Vo O→S运动：这时是波数增加 s O远离S运动时

22 2、 VS≠O VO=0 波长变化 S静止  S→O运动 VST ‘ S远离O运动

23 S靠近O运动 波长变短 S远离O运动，波长变长

24 4、 VO≠0 VS≠O 1）波源、观察者相向运动 VO为正 VS为负 波源、观察者背向运动 VO为负 VS为正 2） 两者靠近 f↑；两者远离 f↓。

25 解：1）驶向观察者 例4：一火车汽笛的频率为650Hz，火车的速度为15m/s,（c=340m/s)问：
1）驶向静止观察者 2）离开静止的观察者时所接收到的波长和频率是多少？ 解：1）驶向观察者

26 2)离开观察者时

27 例5：如图, B为声源, 发出频率为400Hz的声音,同时以5m/s的速度沿垂直于墙C的方向运动,A为静止观察者,声速为340m/s,求:
1）墙反射的频率 2）A接收到的拍频 3）B上接收器接收到墙反射的声频 C A B

28 解:1) 墙C反射的频率就等于墙C接收到的频率
B向墙C运动,vs=5m/s 2) A接收到B发出的频率为: B远离A而去,vs=5m/s

29 因为A与墙C都静止 A接收到墙C反射的频率为406Hz 所以A接收到的拍频 3) 此时B为观察者，以V0=5m/s的速度向静止 的墙C运动，此时墙反射的频率为

30 第四节 超声波 （Ultrasonic Wave）
一、超声波的发生与接收（自学） 二、超声波的特性 三、超声波对物质的作用 四、超声波在医学上的应用 （超声诊断仪）

31 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。

32 三、超声波对物质的作用 1、机械作用； 2、热作用； 3、空化作用。

33 四、超声波在医学上的应用 诊断原理： 超声波→声阻不同的界面→回波 （echo）→幅度（辉度） 信号显示方式：幅度调制和辉度调制

34 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 4、多普勒超声诊断仪（D型)

35 几种不同功能的超声诊断仪： 1. A 型超声诊断仪 幅度调制型 显示屏 一维 深度（时间） 一维 反射波强度 诊断一维图像

36 2. B 型超声诊断仪 属于辉度调制型 显示屏 一维 深度（时间） 一维 宽度 诊断一维平面图像

37 3. M 型超声诊断仪 属于辉度调制型 显示屏 一维 深度 一维 时间 诊断一直线各组织界面 随时间变化曲线

38 4、多普勒超声诊断仪（D型) 原理图

39

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41 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：

42 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：