声学基础 (3,4节) 录音手册-第一章

波形的基本特性
1.相位干涉
在声波的传播过程中，两个频率相同但是相位不同的波相互叠加的时候会出现什么现象那？
通过图a，b，c我们可以看出当波(蓝）和波（红）两个相位相反的波相互叠加的时候声波都被抵消了，但是波长和频率没有变，也就是说振幅为0。
相反，波（蓝）和波（红）两个相位相同的波相互叠加的时候振幅为原来的两倍，波长和频率也没有变。因此我们可得出一个结论，当两个相同的波形但相位完全相反的波形叠加的时候振幅为0，人耳响度也为0；当两个相同的波形但相位相同的波形叠加的时候振幅为原来的两倍，人耳听到的响度增加。
2.振动的叠加或合成
前面我们分析过了频率相同时声波叠加的相位特性，下面我们来分析当频率不同的时候声波叠加时会产生的现象。
上图a两个波的振动频率分别为20Hz和18Hz，当两个波进行叠加时，同相的部分增强，反相的部分减弱甚至抵消,结果形成图b所示波形，可以看出合成波形的包络是一个2Hz的“拍”，从听觉上能够感觉出每秒出现两次的强弱变化。
声音传播的基本特性
1.我们讨论的振动系统往往都是在理想状态下的，而实际环境中的振动系统往往都是逐渐停止的，其原因就是在振动系统的振动过程中能量会不断的消耗，转化为热能或其他能量，从而导致振动的停止。那么声音的船见都是于那些因素有关那？
声音转播衰减的因素分为5项；
⑴.吸声材料和吸声结构的吸声系数
吸声材料和吸声结构的种类很多，并且同一中材料和结构对于不同频率的声波有不同的吸声系数。因此依其吸声机理可分为三大类，既多空吸声材料，共振型吸声结构和兼有两者特点的符合吸声结构，如矿棉板结构等。
一些常用建筑材料的吸收系数（对500赫兹频率纯音）
材     料
吸收系数
材     料
吸收系数
声学砖
0.50
三合板(6毫米)
0.17
未上釉砖
0.03
石灰,水泥
0.05
水泥面上的厚地毯
0.11
普通的窗玻璃
0.18
天鹅绒(0.034千克/米2)
0.49
水泥地面上的拼花木地板
0.07
根据材料的外观和构造特征，吸声材料大致可分为下图中所列几类。材料外观和结构特征与吸声机理有密切的联系，同类材料的结构具有大致相似的吸声特性。
⑵.距离
⑶.频率
前面我们已经讲过高频的波长短，低频的波长长。因此低频传播的距离比高频远一些，并且低频的穿透力也相应强一些。
⑷.声能的转换情况
声波在传播的过程中会遇到某些物质，并与之摩擦将声能转化为热能。也可以理解为质点之间相互摩擦将力能转换为热能并消耗掉。
⑸.空气对声波的吸收
空气有干湿度和热冷度，可是很不幸，在这四项里其中的任何一项的改变都会直接对声波的传播产生影响。而且也是不同频率有其不同的吸声系数。
我们只给出一个简单的空气相对湿度的空气衰减系数表。
相对湿度
倍频程中心频率
500
1K
2K
4K
50%
0.0024
0.0042
0.0089
0.0262
60%
0.0025
0.0044
0.0085
0.0234
70%
0.0025
0.0045
0.0081
0.0208
80%
0.0025
0.0046
0.0082
0.0194
总之，当声音投射到一个固体障碍物上时，大部分声能将被障碍物表面反射；一小部分被障碍物吸收并最终转化为热能；另一小部分将穿透这个障碍物。这三部分的相对份额要视障碍物表面光滑程度、障碍物材料的比重和障碍物的形状及厚度等因素而定。光滑坚硬表面的声能反射系数比较大，一般在90%以上，而减少声波反射的最常用办法是增加声能的吸收和透射。这里存在两种物理机制：共振吸声和多孔吸声，一些柔软多孔的表面，吸收性能较好。这是由于，在柔软多孔介质中，声波的空气振动比较容易转化为介质的振动并通过摩擦转达化为热能耗散掉。
2.声音的反射和吸收
反射原则：当声波遇到平面墙的时候，反射声波和垂直于墙壁面法线所形成的角度与入射声波和法线所形成的角度相等。
其入射线与反射线在反射面法线的两侧，而且入射线，反射线反射面的法线在同一个平面内，入射角等于反射角。这就是反射的定律，如图所示，入射角为入射线与反射面法线之间的夹角∠1，反射角为反射线与反射面法线之间的夹角∠2，根据反射原则，有∠1 = ∠2。但此原则通常是指频率高波长短的情况。
反射系数 K=反射声If  / 入射声Iin
当If =0  时 为全吸收（这种房间称为“消声室”）
当Iin=If 时 为全反射（在自然界中不可能出现这种情况）
我们在根据能量守衡定律，设单位时间内入射到物体上的总和声能Eo，反射声能Er，物体吸收的声能Ea，透过物体的声能为Et得到一个公式；
Eo=Et+Ea+Er
当然所有的反射面都不能是墙面的，在凹面和凸面上声波会出现声聚焦和声扩散。如果正确使用会化弊为利的。
3.隔音
隔音是把声波的传媒阻断，或利用阻声结构把声音阻隔开来，其目的是为了防止声干扰，声干涉和相互串音。
4.声音的折射，衍射，散射
折射原则：当声波从声速大的媒质折射到声速消的媒质时声波的传播方向分界面的法线，反之声波从声速的媒质折射入声速大的媒质时声波的传播方向将折离法线。
⑴.障碍物大于波长的时候 d ＞λ
障碍物后边会形成一片声影区，但低频波长大继续传播。
⑵.障碍物小于波长的时候 d ＜λ
声波越过障碍物继续传播
⑶.孔洞
当孔洞大的时候波会越过孔洞。
当孔洞小的时候波会在孔洞的后边从新开始传播，   但波不是越过小孔，这时可以看作小孔为新的声源。
从上面两个图可以看出孔洞d越大,则波的越多的部分继续向前传播
⑷.大障碍物
当声波遇到障碍物的尺寸很大的时候，声波将向四面八方扩散，但反射到入射方向的部分较多，而在入射方向的背后，产生声影区。