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大气声学是研究大气声波的产生机制和各种声源的声波在大气中传播规律的分支,作为以声学方法探测大气的一种手段,也可看成是大气物理的一个分支。 声在大气中的折射是最早引起人们注意的声学现象之一,对它的研究始于声学的萌芽阶段。为了澄清当时流传的“英国的听闻情况比意大利的好”这一说法,英国牧师德勒姆于1704年同意大利人间韦朗尼以实验证明:在适当考虑风的影响之后,这两国的声传播情况并没有什么差别。由此开创了大气声学领域。但是直到19世纪后半叶,大气声学才继续得到发展。 19世纪中叶以后,物理学家雷诺、斯托克斯和廷德耳等人分别对风、风梯度和温度梯度的声折射效应,以及大气起伏对声的散射进行了研究。瑞利在其1877年出版的巨著《声学原理》中,对包括这些工作在内的声学研究成果在理论上给予了全面的总结和提高。 20世纪初,在测量爆炸的可闻区时,发现了爆炸源周围的声音的“反常”传播现象:在距强烈爆炸中心周围数百千米的可闻区之内,存在一个宽达一百千米的环状寂静区;可闻区外,在离声源200公里左右的距离上又出现了一个可闻区,称为异常可闻区。 埃姆登随后从理论上解释了这种异常传播现象,认为是由平流层逆温和风结构所引起的声波折射,为此,在20~30年代曾进行了爆炸声波异常传播的较大规模试验,一方面验证了异常传播的理论,另一方面从探测结果推算平流层上部大气的温度和风。而对流星尾迹的观察证明,在证明同温层顶确实存在逆温层。同时,从爆炸声波异常传播试验中发现了次声波,开始了大气次声波的研究。 从泰勒开始,逐步引进湍流理论来研究大气的小尺度动力学结构,并以这种观点重新研究声散射;奥布霍夫将声散射截面同端流动能谱密度联系起来,对大气声散射作出初步的定量解释;伯格曼首先以相关函数研究了散射。以后的许多工作都围绕着如何表达总散射截面的问题展开。 当对大气进行声探测时,不得不解决复杂的逆问题。20世纪50年代后期采用火箭携带榴弹在高空爆炸,在地面上测量其发出的声波,获取了80公里以下的大气温度和风廓线的分布。到50年代末,建立了较完善的大气声波散射理论。 20世纪60年代末,在原有“声雷达”基础上大大改进了的回声探测器对大气物理的研究起了很大推动作用,导致了大气声学许多方面的进展,例如在声传播过程中相位和振幅起伏的研究,用次声“透视”大尺度的大气过程,高功率声辐射天线附近的非线性效应,噪声的问题,与多普勒效应有关的问题等等。
声学是研究媒质中机械波的产生、传播、接收和效应的物理学分支学科。媒质包括各种状态的物质,可以是弹性媒质也可以是非弹性媒质;机械波是指质点运动变化的传播现象。声学发展简史 声音是人类最早研究的物理现象之一,声学是经典物理学中历史最悠久,并且当前仍处在前沿地位的唯一的物理学分支学科。 从上古起直到19世纪,人们都是把声音理解为可听声的同义语。中国先秦时就说“情发于声,声成文谓之音”,“音和乃成乐”。声、音、乐三者不同,但都指可以听到的现象。同时又说“凡响曰声”,声引起的感觉(声觉)是响,但也称为声,这与现代对声的定义相同。西方国家也是如此,英文的的词源来源于希腊文,意思就是“听觉”。 世界上最早的声学研究工作主要在音乐方面。《吕氏春秋》记载,黄帝令伶伦取竹作律,增损长短成十二律;伏羲作琴,三分损益成十三音。三分损益法就是把管(笛、箫)加长三分之一或减短三分之一,这样听起来都很和谐,这是最早的声学定律。传说在古希腊时代,毕达哥拉斯也提出了相似的自然律,只不过是用弦作基础。 1957年在中国河南信阳出土了蟠螭文编钟,它是为纪念晋国于公元前525年与楚作战而铸的。其音阶完全符合自然律,音色清纯,可以用来演奏现代音乐。1584年,明朝朱载堉提出了平均律,与当代乐器制造中使用的乐律完全相同,但比西方早提出300年。 古代除了对声传播方式的认识外,对声本质的认识也与今天的完全相同。在东西方,都认为声音是由物体运动产生的,在空气中以某种方式传到人耳,引起人的听觉。这种认识现在看起来很简单,但是从古代人们的知识水平来看,却很了不起。 例如,很长时期内,古代人们对日常遇到的光和热就没有正确的认识,一直到牛顿的时代,人们对光的认识还有粒子说和波动说的争执,且粒子说占有优势。至于热学,“热质”说的影响时间则更长,直到19世纪后期,恩格斯还对它进行过批判。 对声学的系统研究是从17世纪初伽利略研究单摆周期和物体振动开始的。从那时起直到19世纪,几乎所有杰出的物理学家和数学家都对研究物体的振动和声的产生原理作过贡献,而声的传播问题则更早就受到了注意,几乎2000年前,中国和西方就都有人把声的传播与水面波纹相类比。
为了帮助客户更好地选用建筑声学测量仪器,我们根据相关标准要求,提出建筑声学测量仪器解决方案,主要包括以下内容:1 建筑声学测量总的仪器解决方案 适用建筑构件隔声测量、混响室吸声系数测量和室内混响时间测量。 建筑构件隔声测量根据传播途径的不同分为: 1)建筑构件的空气声隔声测量; 2)楼板撞击声隔声测量。 我公司提供的解决方案:选用AWA6290M型双通道分析仪、AWA5870B型功率放大器、AWA5510型12面体声源、AWA5560型标准撞击器,以及建筑声学测量软件。 与传统建筑声学仪器配置的比较: 1)设备少了许多,不再需要噪声发生器、滤波器、电平记录仪; 2)智能化程度高,由计算机直接计算各项测量指标,省力省时间; 3)混响时间测量既可以按中断声源法,也可按脉冲响应积分法; 4)同时测量出各个中心频率下的混响时间、隔声量和吸声系数,效率大大提高; 5)可以自动生成报表; 6)还可进行噪声的频谱分析等测量。如果用户需要对振动进行测量,只要增加振动测量通道和相应的软件。 7)当测量标准修订了,也可以通过软件升级或增加的办法,使它符合新标准的要求,而不需重新购买。2 测量混响时间简单解决方案 如果仅仅测量混响时间,只需选用AWA6291型实时信号分析仪,配置实时倍频程和1/3倍频程分析软件和混响时间测量软件。该配置的优点:1)使用设备非常简单,不再需要噪声发生器、滤波器、电平记录仪;2)按脉冲响应积分法测混响时间,准确性高,低频尤其明显;3)同时测量并直接计算所有频带的混响时间,省力省时间;4)该仪器还能进行噪声测量和实时倍频程和1/3倍频程分析。3 阻抗管法材料吸声系数测量解决方案 材料吸声系数的测量除了混响室法,还可采用阻抗管法。阻抗管法材料吸声系数的测量又分为: 1)驻波比法吸声系数测量方法 利用AWA6122A型驻波管吸声系数测试仪,测定垂直入射条件下吸声材料的吸声系数。测试仪软件根据测量到的峰声级值和谷声级值自动计算出吸声系数,并能生成吸声系数与频率的坐标曲线。 该方案的特点: ● 工作原理直观,尤适宜教学使用; ● 不另需要信号发生器、测量放大器、滤波器等设备; ●自动计算吸声材料各频率点的吸声系数,生成吸声系数频响曲线; ●只能一个一个频率点测量,而且要寻找波峰和波谷点,费时费力。 2)传递函数法测量吸声系数 选用AWA6290M型双通道分析仪或AWA6290B型四通道分析仪,相位配对的1/4″测量传声器和AWA14634E前置放大器,加上AWA8551系列阻抗管,配置信号发生软件、1/3 OCT分析软件、FFT 分析软件、传递函数吸声系数测量软件和四传声器隔声测量软件。不同测量要求选择选择不同配置。 该方案的特点: ●是一种更为方便、快捷、操作误差小、测量结果一致性好的吸声系数和声阻抗的近代测量技术; ●同时测量并计算所有频率点的吸声系数,生成吸声系数频响曲线; ●采用4传声器法还可测量材料的隔声系数; ●设备比较复杂,价格相对较高。