声波的传播

出处：按学科分类—工业技术 北京出版社《现代综合机械设计手册上》第876页（920字）

按照介质质点振动方向，声波分为纵波和横波。在流体介质中传播的一般是纵波；在固体介质中传播的既有纵波，也有横波。声波自声源向介质各方向传播的某一瞬时，其相位相同的各点构成的曲面，叫波阵面；波的传播方向，称波线或射线，声波存在的弹性介质，称声场；无边界的均匀且各向同性的介质中的声场，称自由声场。声波分为平面波、球面波和柱面波。平面波中，与波线垂直的同一平面上各质点的振速和相位相同；球面波是由点声源或声源尺寸相对于波长较小的声源发射的(与声源相距较远时，局部看来，球面波接近于平面波)；柱面波是从线声源发出的(较典型的线声源如行进中的车辆)。

声波遇到障碍物或介质分界面时，有反射和透射现象。声压反射系数r_p=p_r／p_l，声压透射系数τ_p=p_t／p₁，界面两边介质的特性阻抗Z=ρC。这里，p_r是反射声压，p_t是透射声压，p_l是入射声压，ρ是介质密度，C是声速。频率相同的数列声波在同一介质中无干扰地传播，相遇时相互叠加，使声场中某些点的振动加强，某些点处减弱，这种现象称为声波干涉。振幅和频率相同，传播方向相反的两列平面波相遇时，由叠加而形成声驻波。声波绕过障碍物而改变传播方向，称为绕射或衍射。声波在非理想介质中传播时，既有扩散衰减，又有吸收衰减和散射衰减。由于介质内摩擦、粘滞性、导热性等原因，声能量不断地被介质吸收转化为其它形式的能量，使声强衰减。设衰减系数为a，则有

p=p_se^－ax (3．8－1)

或

I=I₀e^－2ax (3．8－2)

衰减系数a取决于介质的成分、温度、湿度和声频。在空气介质中，频率越高，衰减系数越大；温度升高，湿度增大，则衰减系数减小。由(3．8－2)式可知

式中 I₁、I₂分别为点x₁、x₂处的声强。

球面波在近声源处主要是扩散衰减，在远声源处主要是吸收衰减。高频声波的吸收衰减远大于低频声波。散射现象的存在，使沿介质厚度方向传播的声强减弱，部分声波被散射掉。此外，散射现象的存在还会导致附加的吸收衰减。