九、声波、超声波和次声波(§7-9)

    1. 声波

    (1)  在这之前对波的讨论实际上只限于位移波,即位移的变化在介质中的传播。耳朵能够听到声音,是由于声波传来时引起了空气压强的变化作用于鼓膜的结果,所以研究声波时就有必要将位移波转换为压强波。

    声波的压强波

                      

比位移波

                        

超前p/2的相位。并且振幅之间存在下面的关系:

                            P = A k u2r .

    (2)  声速可以表示为

                            .

可见,对于一定的气体,声速与其热力学温度的平方根成正比,而与压强无关。这是一个重要结论。

    (3)  声强就是声波的能流密度,并可表示为

                         .

其中P是压强波的振幅,由下式表示:

                         P = A k u2r = Aw ur .

可见声强与位移波的振幅的平方成正比,与波的角频率的平方成正比。当不同频率的声波振幅相同时,频率高的声波比频率低的声波具有更大的声强。

    (4)  利用声强级量度声强的方便之处在于:

    a)  人耳对声音强弱的反应称为声音的响度,响度近似与声强级成正比,而不是与声强成正比;

    b)  当声强按公比为10的等比级数增大时,声强级按等差级数增大,使计算方便。

    2. 超声波和次声波

    (1)  超声波由于频率高、波长短,因而具有多方面的特性:

    a)  传播的定向性;

    b)  容易会聚成细束;

    c)  容易获得较大的功率和声压;

    d)  穿透力强。

    (2)  次声波由于频率低、波长长,因而具有大气对它的吸取很小的特性。但是高强度次声波会使人的感觉和行为发生失常。次声波对人的影响有待进一步研究。

       
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