声波

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声学波动(英語:acoustic wave),即声波,是一种在介质中传播的能量,通过绝热过程增压与减压。用于描述声波的重要物理量有声压粒子速度粒子位移音强。声波以特定的速度传播,声速取决于其通过的介质。声波的一些示例是来自扬声器的可听声音(以声速在空气中传播的波)、地震引起的地面运动(穿过地球的波)或用于医学成像的超声波(穿过身体的波)。

属性[编辑]

声波方程[编辑]

声波方程英语Acoustic wave equation描述了声波的传播。下式是描述一维声压的声波方程

其中

  • 声压,单位为
  • 是波传播方向上的位置,单位为
  • 声速,单位为米每秒
  • 时间,单位为

粒子速度的波动方程具有相同的形状,如下式

其中

对于会损失声波的传播媒介,需要应用更复杂的模型以考虑频率衰减和相速度变化。此类模型包括包含分数导数项的声波方程,另请参见声的衰减

达朗贝尔给出了无损声波方程的一般模型。对于声压,一种模型是

其中

  • 角频率,单位为rad/s
  • 是时间,单位为
  • 波數,单位为rad·m -1
  • 是系数,无单位

相位[编辑]

在行波中,压力和质点速度同,这意味着两个量之间的相位角为零。

使用理想气体定律可以很轻松地证明这一点

其中

  • 压力,单位为
  • 是体积,单位为平方米
  • 是数量,单位为摩尔
  • 通用气体常数,其值为

考虑体积为。当声波以该体积传播时,会发生绝热增压和减压。对于绝热变化,包裹声的体积与压力存在以下关系

其中,是无单位的绝热指数,其下标表示各自变量的平均值。

传播速度[编辑]

波象[编辑]

声波是弹性波,可表现出衍射反射干涉等现象。另外需要注意的是,空气中传播的声波沿着相同的方向振荡,因此没有极化

干涉[编辑]

干扰是两个或更多波的添加,导致新的波型。当两个扬声器传输相同的信号时,可以观察到声波的干扰。在某些位置会发生相长干扰,使局部声压加倍。并且在其他位置发生相消干涉,导致局部声压为零帕斯卡。

驻波[编辑]

反射[编辑]

吸收[编辑]

分层媒介[编辑]

参见[编辑]

参考资料[编辑]