质点振动学及声学基础

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1、第一章質點振動學及聲學基礎揚聲器是發聲的器件，它是一個用以輻射聲波的振動系統。因此，了解質點振動學及聲學基礎，對於硏究揚聲器及其系統是十分必要的。下面對質點振動學及聲學作個簡要的介紹。§1-1質點振動系統質點振動是指質點圍繞其平衡位置進行的往復運動。如圖1-1所示的力學振動系統裝置，包括一個彈性元件K和一個質量元件Mm。在理想狀態下，假設系統振動時不受外力作用，Mm在其平衡位置作位移爲K=l/Co圖1・1x的往復運動，可以得出：f(Hz)—振動頻率：表示系統每分鐘振動的次數；g(Hz)—圓頻率：或稱角頻率，3=2兀£，其中

2、花二3.1415926；C(m/Kg)—系統順性：表示系統的柔軟性，系統越容易振動，說明它的順性就越大；K(Kg/m)—系統勁度：與順性C相反，K=l/C；Mm(Kg)—系統等效質量；可見，系統自由振動的頻•率，只與系統本身的參數(Mm、C)有關，而與初始條件無關,不同的參數的系統具有不同的固有頻率。今后我們會看到，揚聲器系統的固有頻率'將會對揚聲器的低頻響應產生极大的影響。以上所講到的是理想狀態下的質點自由振動系統，而實際的振動系統，會受到各種阻尼力的作用，系統的能量會不斷損耗，系統的振動幅度會不斷減小，至到停止，這種振

3、動稱爲阻尼振動。爲了使一個實際的振動系統能夠持續不斷的振動，就必須有一個外部力作用於系統上，使得阻尼系統能夠不斷地從外界獲取能量。揚聲器的振動系統，受電動力的策動而發牛振動就是一個例子，這種振動稱爲受迫振動。§1-2聲學的基本介紹1-2-1聲音的本質人類生存的空間，充滿著各種各樣的聲音。那麼聲音的本質是甚麼呢？聲音是怎樣傳送到人的耳朵的呢？從物理學的觀點來說，聲音是_種波動。比如人說話，物體的碰撞，揚聲器的振動等，都會發出聲音'這祓“發也聲音”其實就是聲源的振動使鄰近的空氣產生壓縮或膨脹，鄰近空氣的壓縮或膨脹再推動遠一些的

4、牢氣產牛壓縮或膨脹……如此源源不斷地使牢氣產牛稀疏和稠密的變化，如圖1・2所示，直到人的耳朵，人就感受到聲音的存在了°圖1・2的宏觀移動)，就是聲波僂播的本質。可見，這種振動能量的驱(而丕是媒質1-2-2聲波波長頻率聲速聲波傳播中二個相鄰的壓縮或膨脹區之間的距離稱爲波長入，單位米5)；聲波的頻率f即系統在一秒鐘內的振動次數，單位爲赫玆(Hz)。人耳並不是對所有頻率的振動都能感受到，二般說來丄A耳JS能聽到丄归越妲互的音頻聲。低於20Hz的聲音叫次聲，扃於20KHz的聲音叫超聲，次聲和超聲人耳都不能聽到。聲音低播的速度如何呢

5、?對理想氣體，C(m/s)—即聲音傳播的速度，簡稱聲速；7—定壓比熱與定容比熱的比値，空氣中7二1.402；Po(Pa)—空氣靜壓力，標準大氣壓下P。二1.013N/m2；p(Kg/m3)一空氣密度，0°C時，Q二l・293Kg/m'。如此可計算出，0°C時聲音在空氣中傳播的速度爲331.6米/秒。溫度改變時，聲音的速度也會發生改變，通常對空氣媒質可按下式計算:c(t°C)=331.6+0.6tt—溫度這樣可計算出，常溫下(20°C)時聲音在空氣中傳播的速度爲344米/秒。聲音在不同媒質中傳播的速度也是不一樣的。聲速，波長

6、，頻率三者的關系爲:c=Af1-2-3聲壓.大氣靜止時的壓力稱爲大氣壓力。當有聲波存在時，使局部空氣產生壓縮或膨脹，就在原大氣壓上又附加了一個壓力，這個附加的壓力就稱爲聲（音）壓，以P表示。聲壓的大小表示了聲波的強弱。目前國際上採用“帕斯卡"（簡稱“帕”，Pa）。日常牛活中所遇到的聲音的音壓有多大呢，舉例說明：正常人耳能聽到最弱的聲音2x10「5Pa普通談話聲2x10-2Pa交響樂演奏聲（相距5~10米處）0.3Pa織布車間2Pa柴油機/鋼鐵廠20Pa噴氣式飛機起飛200Pa1-2-4聲音的特征人對聲音的感覺一般表現爲三個

7、特征：即響度丄宣調和査色。通俗講，響度就是聲音的大小，它一般與振

8、帳（聲強度）有關，聲壓越大，響度就越大。但是不同頻率的聲音對響度的影響也不一樣，頻率過低或過高，響度都會變小。音調,即聲音的高低，它與聲音的頻率有關，頻率越高，音調就越高，聲音聽砾就越尖銳。音色,即聲音的好壞，它與聲音的頻讃成份有關。人對聲色的判定，與個人的好惡有關。1-2-5級和分貝我們經常聽到多少多少“分貝（dB厂’，那么“分貝”究竟是怎樣的一個槪念呢？我們所能聽到的聲音，聲壓的範圍是很大的，從剛可聽到的聲壓大小到最I-強的聲壓，可相差1億倍以上。顯然，

9、這么寬的變化範圍用線性的標度表示很不方便。並且，人耳對聲音的感受也不直接正比於聲壓或聲強的大小，而是近似止比於聲壓或聲強的對數値。基於以上兩個原因，在聲學中普遍使用對數標度來量度聲壓或聲強的大小。注意的是對數的宗量是一個無量綱的量，即沒有單位，義們把它稱爲“級”，用“分貝（dB）”表示。爲此，表示聲音的