声和超声.ppt

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1、第三章 声和超声Sound and ultrasonic sound 第三章第三章 声和超声声和超声掌握：掌握：声压、声强、声强级、声压级、声压、声强、声强级、声压级、多普勒效应多普勒效应熟悉：熟悉：声阻、响度级、超声诊断物理原理声阻、响度级、超声诊断物理原理了解：了解：听力曲线、超声波的特性与作用听力曲线、超声波的特性与作用第一节第一节 声波声波1、传播形式：、传播形式：在气体和液体中，纵波；在气体和液体中，纵波；在在 固体中，纵波和横波。固体中，纵波和横波。2.传播速度：传播速度：与媒质的性质和温度有关，与媒质的性质和温度有关，与频率无关与频率无关；3.V固固V液液V气气一、声波的物理特性

2、一、声波的物理特性二、描述声波的物理量二、描述声波的物理量声音在空气中传播为纵波，是疏密波，声音在空气中传播为纵波，是疏密波，引起压强的局部变化。引起压强的局部变化。1、声压（、声压（sound pressure)声压定义：声压定义：媒质中有声波传播时的压强和媒质中有声波传播时的压强和 无声波传播时的原始压强之差无声波传播时的原始压强之差瞬时值幅值有效值2、声阻（、声阻（acoustical impedance）（1）定义：定义：Pm=c Vm Z=c，单位：瑞利（单位：瑞利（NSm-3）(V=I R)Z Z ir ir（2）强度反射系数强度反射系数3、声、声 强强（sound intensi

3、ty）定义定义:能流密度能流密度 单位：瓦米单位：瓦米2 2声声 强、声压的关系：强、声压的关系：同一媒质中同一媒质中10-12 w/m2 I 1 w/m2 第二节第二节 声强级、声压级声强级、声压级、响度级、响度级人耳对声音强弱的反应由二个因素：人耳对声音强弱的反应由二个因素：声波强度，它取决于声音的强度声波强度，它取决于声音的强度 声波频率，它取决于声调的高低声波频率，它取决于声调的高低一、声强级一、声强级(Sound Intensity level，SIL)1、定义、定义SIL=0 dbSIL=12 0 db2、引起听觉的最小声强、引起听觉的最小声强 I010-12w/m23、引起痛觉的

4、声强引起痛觉的声强 I1 w/m2听阈与痛阈是以听阈与痛阈是以 1000 Hz 的纯音为标准的纯音为标准例例1：一只喇叭的声强级为：一只喇叭的声强级为60db，则这样的两则这样的两只喇叭同时发音，那么声强级是多少分贝？只喇叭同时发音，那么声强级是多少分贝？解：解：二、声压级二、声压级 (Sound Pressure level，SPL)1、定义、定义空气中空气中 1KHz 纯音听阈的声压有效值纯音听阈的声压有效值P0=2x10-5 pa2、待测声波和参考声波相对于同一媒质时，待测声波和参考声波相对于同一媒质时，声强级声强级(SIL)与声压级与声压级(SPL)相同。相同。例例 某声压为某声压为1

5、0-4 Pa的的声波在空气中声波在空气中传播，若使其声压级增大传播，若使其声压级增大40 db,则增则增大后的大后的声波的声压声波的声压P为多少。声强是原为多少。声强是原来的多少倍，声强级增加多少？来的多少倍，声强级增加多少？声强级增加声强级增加4040分贝分贝1.听觉听觉 声音的响度不仅与声强有关，声音的响度不仅与声强有关，而且与声音的频率有关。而且与声音的频率有关。三、响度级三、响度级(Loudness level)10-12 w/m2 I 1 w/m2 20 HZ f 20000 HZ 将不同频率相同响度感觉的各点连接起来,形成一响度曲线(loudness contours)。曲线上各点

6、不同频率的声强的声音在人耳中可引起相同响度的感觉。2.等响曲线等响曲线3.响度级响度级 在同一等响曲线在同一等响曲线上，它们表示同一响上，它们表示同一响度等级。响度级单位度等级。响度级单位:方方(phon)响度级大小是以频率响度级大小是以频率为为1000Hz的声音的声音声声强级强级分贝数为该响度分贝数为该响度级的方数。级的方数。0 方曲线为听阈曲线方曲线为听阈曲线120 方曲线为痛阈曲线方曲线为痛阈曲线 据武汉晚报4月27日报道，一种噪音听来声音不大，对人伤害却不小。武汉市环保局有关人土提醒市民，低频噪音污染也要小心提防。汉口杨汊湖小区栋楼里的10多户居民，近来睡不安神，可检查噪音，分贝又未超

7、标，大家百思不得其解。经环保人士多方勘查，谜底才解开：原来，居民把喂鱼的供氧器悬挂在墙上，其震动发出的低频噪声，搅得四邻不安。斫口一家人搬入一套环境幽雅的新房后，竟然精神恍惚，头疼欲裂。后来查清，是楼底变电房持续不断的低频噪音在“捣鬼”。人耳可闻的声音范围在20-20000赫兹之间，其中500赫兹以下的噪音被称作低频噪音。低频噪音形式很多，包括“的士发动引擎时的突突声、迪厅传出的跳舞者的脚步声、打桩机发出的机器声、蜜蜂发出的“嗡嗡”声等。由于低频噪音在空气中传播速度较慢，对入耳的刺激不大，难被人发现。其实，低频噪音多由震动发音，与人的生理频率接近，若长期接触，入易与之共振，引起神经、心脏不适最

8、严重的甚至导致内出血。蜜蜂发出的“嗡嗡”声等。由于低频噪音在空气中传播速度较慢，对入耳的刺激不大，难被人发现。电子听力计发出不同音调电子听力计发出不同音调(20Hz20000Hz)和不同声强和不同声强(-10db100db)的纯音，测量病人的听力曲线。的纯音，测量病人的听力曲线。听力曲线的听力曲线的 0 分贝并不是都以分贝并不是都以I0作为标准。而作为标准。而是以正常人的不同频率的听阈值作为标准是以正常人的不同频率的听阈值作为标准 四、听力曲线四、听力曲线(audiogram)第三节第三节 多普勒效应多普勒效应(Doppler effect)1.普勒效应：波源或观察者或两者相对媒质运 动时，观

9、察者接收到的频率与波源 发出的频率不同的现象。研究对象研究对象 研究波源频率研究波源频率 f f 和观察者接收到的频和观察者接收到的频 率率 ff间关系。间关系。f 为单位时间内波源所发出的波数为单位时间内波源所发出的波数 。f为单位时间内观察者接收到波数。为单位时间内观察者接收到波数。3.分类讨论分类讨论波源的运动速度为波源的运动速度为Vs，观察者的运动速度为观察者的运动速度为Vo1、VS0，VO=02、VS0 VO0 OS运动：这时运动：这时是波数增加是波数增加V Vo osO远离远离S运动时运动时c c2、VSO VO=0 波长变化波长变化S静止静止VSTS远离远离O运动运动SO运动运动

10、S远离远离O运动，波长变长运动，波长变长S靠近靠近O运动运动 波长变短波长变短4、VO0 VSO2）两者靠近 f；两者远离 f。1）波源、观察者相向运动 VO为正 VS为负 波源、观察者背向运动 VO为负 VS为正例例4：一火车汽笛的频率为：一火车汽笛的频率为650Hz，火车的火车的速度为速度为15m/s,（c=340m/s)问：问：1）驶向静止观察者）驶向静止观察者 2）离开静止的观）离开静止的观察者时所接收到的波长和频率是多少？察者时所接收到的波长和频率是多少？解：解：1）驶向观察者）驶向观察者2)离开观察者时离开观察者时例例5：如图：如图,B为声源为声源,发出频率为发出频率为400Hz的

11、声音的声音,同时以同时以5m/s的速度沿垂的速度沿垂直于墙直于墙C的方向运动的方向运动,A为静止观察者为静止观察者,声速为声速为340m/s,求求:1）墙反射的频率）墙反射的频率 2）A接收到的拍频接收到的拍频 3）B上接收器接收到墙反射的声频上接收器接收到墙反射的声频BAC解解:1)墙墙C反射的频率就反射的频率就等于等于墙墙C接收到的频接收到的频率率 B向墙向墙C运动运动,vs=5m/s2)A接收到接收到B发出的频率为发出的频率为:B远离远离A而去而去,vs=5m/s 因为因为A与墙与墙C都静止都静止 A接收到墙接收到墙C反射的频率为反射的频率为406Hz所以所以A接收到的拍频接收到的拍频3

12、)此时此时B为观察者，以为观察者，以V0=5m/s的速度向静止的速度向静止 的墙的墙C运动，此时墙反射的频率为运动，此时墙反射的频率为第四节第四节 超声波超声波（Ultrasonic Wave）一、超声波的发生与接收（自学）一、超声波的发生与接收（自学）二、超声波的特性二、超声波的特性三、超声波对物质的作用三、超声波对物质的作用四、超声波在医学上的应用四、超声波在医学上的应用 （超声诊断仪）（超声诊断仪）二、超声波的特性二、超声波的特性1、方向性好；、方向性好；2、穿透性强；、穿透性强；3、反射显著；、反射显著；4、功率较大。、功率较大。三、超声波对物质的作用三、超声波对物质的作用1、机械作用

13、；、机械作用；2、热作用；、热作用；3、空化作用。、空化作用。四、超声波在医学上的应用四、超声波在医学上的应用诊断原理：诊断原理：超声波超声波声阻不同的界面声阻不同的界面回波回波 （echo）幅度（辉度）幅度（辉度）信号显示方式：信号显示方式：幅度调制和辉度调制幅度调制和辉度调制几种不同功能的超声诊断仪：几种不同功能的超声诊断仪：1、A 型超声诊断仪型超声诊断仪2、B 型超声诊断仪型超声诊断仪3、M 型超声诊断仪型超声诊断仪4、多普勒超声诊断仪（、多普勒超声诊断仪（D型型)几种不同功能的超声诊断仪：几种不同功能的超声诊断仪：1.A 型超声诊断仪型超声诊断仪幅度调制型幅度调制型显示屏显示屏一维一

14、维 深度（时间）深度（时间）一维一维 反射波强度反射波强度诊断一维图像诊断一维图像2.B 型超声诊断仪型超声诊断仪属于辉度调制型属于辉度调制型显示屏显示屏一维一维 深度（时间）深度（时间）一维一维 宽度宽度诊断一维平面图像诊断一维平面图像3.M 型超声诊断仪型超声诊断仪属于辉度调制型属于辉度调制型 显示屏显示屏一维一维 深度深度一维一维 时间时间诊断一直线各组织界面诊断一直线各组织界面 随时间变化曲线随时间变化曲线4、多普勒超声诊断仪（、多普勒超声诊断仪（D型型)原原理理图图例例2：有若干个相同的喇叭，每只声强为有若干个相同的喇叭，每只声强为10-11 W/m2，求三只喇叭与一只喇叭的求三只喇叭与一只喇叭的声强级差，多少只喇叭是一只喇叭的声声强级差，多少只喇叭是一只喇叭的声强级的三倍。强级的三倍。解：解：例例3：80db的声波，其能流密度是多的声波，其能流密度是多少？单位时间内垂直通过单位面积上少？单位时间内垂直通过单位面积上的平均能量是多少？的平均能量是多少？解：