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柱面波

若聲源為長(zhǎng)圓柱形，其長(zhǎng)度遠(yuǎn)大于波長(zhǎng)，輻射的波陣面為同軸圓柱面，這種聲波稱為柱面聲波。這時(shí) ，其中 為圓柱長(zhǎng)度，柱面波波動(dòng)方程為：

對(duì)于遠(yuǎn)場(chǎng)，簡(jiǎn)諧柱面聲波有： 柱面波的聲阻抗率在 時(shí)，有： 柱面聲波的傳播特性為：

①在理想介質(zhì)中，聲壓近似與距離的平方根成反比。

②介質(zhì)聲阻抗率為復(fù)數(shù)，當(dāng) 很大時(shí)，聲抗分量可以忽略。

③在距離較大時(shí)，柱面波的聲強(qiáng) ，聲強(qiáng)與距離成反比。每單位長(zhǎng)度輻射的功率是 。

聲源的指向性

聲源在自由場(chǎng)中向外輻射聲波時(shí)，聲壓級(jí)隨方向的不同呈現(xiàn)不均勻的屬性，稱為聲源的指向性。聲源指向性常用指向性因數(shù) 或指向性指數(shù) 來(lái)表示。指向性因數(shù) 的定義是：聲場(chǎng)中某點(diǎn)的聲強(qiáng)，與同一聲功率聲源在相同距離的同心球面上的聲強(qiáng)之比。指向性因數(shù) 無(wú)量綱。

式中： ——任意方向上一定點(diǎn)的聲強(qiáng)， ;

——通過(guò)與該點(diǎn)同心球面上的平均聲強(qiáng)， 。

式中： ——任意方向一定點(diǎn)上某頻率的聲壓，dB;

——通過(guò)與該點(diǎn)同心球面上同一頻率的聲壓，dB。

聲源的指向性與聲源的大小和輻射波長(zhǎng)有關(guān)。當(dāng)聲源小到可視為點(diǎn)聲源大小的程度時(shí)，以聲源為中心，聲波以近似球面的形式向外均勻發(fā)散;當(dāng)聲源尺寸遠(yuǎn)大于聲波波長(zhǎng)時(shí)，如聲波以聲束形式，集中向一個(gè)方向發(fā)散，則可認(rèn)為該聲波具有較強(qiáng)的指向性。

聲波的衰減

聲源發(fā)出的噪聲在媒質(zhì)中傳播時(shí)發(fā)生反射、折射和衍射等現(xiàn)象，其聲壓或聲強(qiáng)將隨著傳播距離的增加而逐漸衰減。這些衰減通常包括聲能隨距離的發(fā)散傳播引起的衰減 、空氣吸收引起的衰減 、地面吸收引起的衰減 、屏障引起的衰減 和氣象條件引起的衰減 等，總衰減量 可表示為：

(1)擴(kuò)散引起的衰減

聲源輻射噪聲時(shí)，聲波向四面八方傳播，波陣面隨距離增加而增大，這種由于擴(kuò)散、聲強(qiáng)隨傳播距離增加而衰減的現(xiàn)象稱擴(kuò)散衰減。

①點(diǎn)聲源：點(diǎn)聲源在各向同性的均勻介質(zhì)中傳播時(shí)，聲波的形式是以聲源為中心的球面波，在同一半徑的球面上各點(diǎn)聲波的相位相同。這種無(wú)指向性的聲波，聲強(qiáng)和聲功率之間存在如下關(guān)系： 位于剛性地面上的聲源產(chǎn)生的聲波，因只能向一半的空間輻射，其接收點(diǎn)的聲強(qiáng)可如下式計(jì)算：

常溫時(shí)球面聲波擴(kuò)散衰減的表達(dá)式為： 為接收點(diǎn)的聲壓級(jí); 為聲源的聲功率級(jí); 為接收點(diǎn)到中心的距離; 為修正系數(shù)，自由空間 ，半自由空間 。

距聲源中心半徑分別為 和 的兩點(diǎn)間的擴(kuò)散衰減用聲壓級(jí)差表示為： 如果聲源具有指向性，則聲波的擴(kuò)散衰減可表示為： ②線聲源：若每單位長(zhǎng)線狀聲源的聲功率為 ，在距離聲源為 點(diǎn)上的聲壓 與聲功率的關(guān)系為： ，用聲壓級(jí)表示為： ，若聲源無(wú)指向性，則 ，距離聲源分別為 和 的兩點(diǎn)間的聲壓級(jí)差，或者說(shuō)擴(kuò)散衰減量為： ③面聲源：矩形面聲源的情況較為常見(jiàn)，但其計(jì)算較復(fù)雜。

(2)空氣吸收引起的衰減

聲波傳播時(shí)空氣吸收衰減產(chǎn)生的原因是，聲波在空氣中傳播時(shí)，空氣中相鄰質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)速度不同會(huì)產(chǎn)生黏滯力，將使聲能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮芟牡簟Ｂ暡▊鞑r(shí)，空氣介質(zhì)發(fā)生壓縮和膨脹的周期變化，相應(yīng)的發(fā)生溫度的升高和降低，溫度梯度的出現(xiàn)，將導(dǎo)致熱傳導(dǎo)方式的熱交換，從而使聲能轉(zhuǎn)化為熱能。空氣中主要的分子是雙原子的氧分子和氮分子，一定狀態(tài)下空氣分子轉(zhuǎn)動(dòng)或振動(dòng)時(shí)存在固有頻率。無(wú)聲時(shí)介質(zhì)分子微觀運(yùn)動(dòng)處于一種動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)，當(dāng)有聲擾動(dòng)且聲波頻率接近分子微觀運(yùn)動(dòng)的頻率時(shí)，使能量轉(zhuǎn)化平衡被打破，建立新的平衡需要一定的時(shí)間，此種由原來(lái)平衡到建立新的平衡的過(guò)程為“熱馳豫過(guò)程”，將使聲能耗散而使聲強(qiáng)衰減。上述原因使得聲波在空氣中傳播時(shí)出現(xiàn)衰減，即空氣吸收衰減，衰減與空氣溫度、濕度和聲波頻率有關(guān)。

因空氣吸收而引起的聲強(qiáng)隨距離的指數(shù)衰減關(guān)系為： (3)其他原因引起的衰減

①雪、雨、霧的影響

②溫度梯度的影響

③風(fēng)場(chǎng)的影響

④地面效應(yīng)的影響

聲波的吸收、反射、干涉及衍射

1、聲波的吸收

空氣吸收，玻璃棉、毛氈、泡沫等對(duì)聲音也有吸收能力，稱為吸聲材料或多孔性吸聲材料。當(dāng)聲波通過(guò)這些多孔性吸聲材料時(shí)，由于材料本身的內(nèi)摩擦和材料小孔中的空氣與孔壁間的摩擦，使大量聲波能量被吸收、衰減掉。吸聲降噪是噪聲控制技術(shù)措施中最基本的一種。

2、聲波的反射、折射、透射

聲波在傳播過(guò)程中遇到障礙物，在兩種媒質(zhì)分界面發(fā)生反射和折射。

(1)垂直入射聲波的反射和透射

(2)斜入射聲波的反射和折射

3、聲波的干涉

4、聲波的衍射

(1)孔洞衍射

(2)障礙物的衍射

(3)障礙物邊緣的衍射

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（責(zé)任編輯：ldx）

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