賽為斯聲學分享-聲音的傳播與衰減

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賽為斯聲學分享-聲音的傳播與衰減

文章出處：技術資訊網責任編輯劉倩閱讀量：發表時間：2020-05-26 10:08

聲波作為機械波的一種，具有波在傳播中的一切特性。當聲波在前進過程中，遇到尺寸比其波長大得多的障礙物時，就會發生反射 (reflection)；當遇到尺寸較小的障礙物或孔隙時，就會發生衍射（diffraction，舊稱“繞射”），由于衍射現象同障礙物尺寸與聲波波長的比值有關，低頻噪聲更容易發生衍射；當兩個或數個聲波在傳播過程中相遇，其振幅會疊加或削弱，這種現象叫做干涉 (interference)。另外，還有聲音的共鳴現象和掩蔽效應，等等。
由于噪聲在傳播中要不斷地被衰減，因此離噪聲源近，噪聲大些；離噪聲源遠，噪聲就小。
噪聲衰減的原因主要有：
當聲波從聲源向四面八方輻射時，波前的面積隨傳播距離的增加而不斷擴大，聲波被擴散，通過單位面積上的聲能相應減少；
由于傳播媒質的粘滯性、熱傳導和分子馳豫過程等原因，聲波被吸收，這兩點均使聲波在傳播過程中聲能不斷地被轉化為其他形式的能量，從而導致聲強不斷衰減。
下面主要分兩種情況討論：
1不計空氣吸收的聲傳播與衰減
聲源型分點聲源、線聲源和面聲源。聲源類型不同，所發出的聲波波陣面形狀也不同。聲波在空間的分布，叫做聲場。若聲源處于自由空間，即沒有任何反射面，則其聲場稱為自由聲場 (free field)；若聲源處于高度反射空間，例如一間墻壁、天花板和地板都是鋼板的房間，則形成的聲場稱為混響場或回聲場 (reverberant field)。
當不計空氣吸收時，點聲源發出的聲波，其測點聲壓級隨測點距聲源的距離變化為：

式中，Q 位考慮點聲源在室內位置的指向性因子；r 為測點離開聲源的距離，m；R 為房間常數，

m²；

為室內平均吸聲系數；s 為室內總表面積，m²。

當聲源在房間中央時Q=1；在一面墻或地面上時Q=2；在兩墻交線處Q=4；在三墻交點處Q=8。
在混響場的情況下，各點聲壓均勻，即與距離無關，此時Q=0。
在自由場情況下，R=∞，Q=1；在半自由場的情況下，R=∞，Q=2。

因此，由上式可得，點聲源在自由場中聲壓級隨測點距聲源距離的變化為：

由上式知，若在距聲源r1 處的聲壓級為L1 時，則在距聲源r2 處的聲壓級為L2 可用下式計算：

即當測點距聲源距離加倍時，其聲壓級則衰減6dB。
對于在自由聲場中的一個長度為l 的線聲源，例如馬路上接連不斷地行駛著的車輛流噪聲，它所發出的聲波為柱面波，其聲壓級隨距離的衰減可用下式計算，當r≤1/π 時：

即當測點距聲源距離加倍時，其聲壓級則衰減3dB。r＞1/π 時，此時線聲源可按點聲源考慮，用下式計算：

對于在自由聲場中的一個長方形的面聲源，設兩個邊長為a、b (a＜b)，則其聲壓級隨離的衰減可按以下三種情況考慮：

當r≤a/π 時，衰減值為0dB；
當a/π≤r＜b/π 時，則可按線聲源考慮，由下式計算：

r＞b/π 時，則可按點聲源考慮，由下式計算：

2計及空氣吸收的聲傳播與衰減
下式中在討論距離對聲壓級Lp 的衰減時未考慮空氣對聲波的吸收，而實際在聲傳播過程中，因空氣的粘滯性和熱傳導，在壓縮、膨脹以及運動過程中，使一部分聲能被轉化為熱能而損耗；此外，聲能與空氣分子的振動能之間轉換的滯后也使聲能被吸收（這叫弛豫現象），當聲波頻率接近空氣分子的振動固有頻率時，能量交換愈多，聲能吸收也愈多。

在頻率范圍為125～12500Hz，溫度為20℃時，可利用下式來計算上述介質總吸收所引起聲壓級Lp 的附加衰減量Aa：

式中，f 為聲頻率，Hz；r 為測點距聲源的距離，m；Φ 為相對濕度。
通常，我們可以發現，濕度下降時，聲音的吸收增加；在較高的頻率時，聲音的吸收也較高。另外，當聲波在空氣中傳播時，除了空氣吸收造成的衰減外，還有環境溫度和壓力、雨雪冰雹、風、大氣紊流、地面特征、障礙物等因素造成的衰減，此處不作詳細討論。

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