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主题:[求助]关于声波通过振膜辐射和接收

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[求助]关于声波通过振膜辐射和接收  发帖心情 Post By:2011-12-9 3:18:20 [只看该作者]

刚开始学习声学,向前辈们问几个很弱的问题.

A关于辐射
辐射阻抗Z=R+jX
我看到书上说,R转化为了声能,那是不是通过振膜振动,有效转换为的声能并且传播出去的只有这部分?

如果振膜背面是个密闭腔室,那么是不是背面的声学组抗为Z=R+C+jX.
背面的辐射阻抗的情况和正面有什么异同?
在这里还有一点我无法理解的是,R作为声能辐射出去了,声波碰壁了会在腔室中来回反射,这对振膜有啥作用?

辐射时的无限挡板是什么概念?
怎样的结构才能近似为无限挡板模型,如果我振膜两侧除了支撑结构没有其他结构了,这种可以看作无限挡板模型吗,如果不是属于什么辐射模型?

B关于接收
我只看到关于辐射阻抗的分析,很少有关于接收的介绍.包括我看到的麦克风分析的电路图,也是用上述的辐射质量和电阻.
如果反过来通过输入声压让振膜振动,那么是不是就相当于和上述的辐射过程完全类似,以等效电路中R部分表征输入的声能?

还有一点我不明白的是,我看了声波的入射和发射,也看到了所谓的阻抗匹配.
当两界面材料阻抗相差很大时,比如从空气入射,大部分都会发生反射. 是不是应该用这种方式表征接收,而不能借用辐射的逆向分析?

也许上述问题,语无伦次,可笑不已.
但是我初次接触声学,半路出家,着实为其博大精深着迷.
以至茶饭不思,寝食不安,还希望各位前辈指点我一二.


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  发帖心情 Post By:2011-12-9 10:07:55 [只看该作者]

A关于辐射

声能被传播出去,意味着有能量流的输出,即为耗能。

而除了声能辐射出去外,由于表面相当于一个短空气柱在振动,这个振动是储能器件,也即我们常说的辐射抗。

 

振膜背面是个密闭腔。如果腔体无耗散且为刚性壁,则能量无法传出,腔体作用相当于一抗性原件,包含容抗和感抗。如果腔体壁面存在声吸收或者壁面有透射,这时辐射阻抗包含了阻性。背面的辐射阻抗和正面辐射阻抗不同点就在于一个辐射向自由空间,无反射,不会形成驻波;一个是局域空间,一般来说会有本征模式。对于低频来说,腔体可以近似看做没有声压分布,这时等效的表面同振质量和自由空间无异,而后腔为容性负载(壁面刚性无吸收)。自由空间为阻性负载。

 

无限挡板

无限大?还是无障板?

辐射处理方法不变,常用方法格林函数,只不过不同边界条件下格林函数形式稍有不同。

 

B关于接收

声波接收和反射可以看做是刚体辐射+次级辐射。辐射体表面的真实阻抗Z为表面声压2p0+pr(入射和反射)和振动速度流量U之比。但实际应用时,由于散射波正常为未知,比较常用的处理办法是,采用入射声压和振动速度流量比来表征辐射体的性能。而次级辐射Pr=-ZrU。这样易知:2p0/U=Z+Zr。这也就是我们常用的等效辐射阻抗在反射中的应用。比如对于一入射波垂直入射到界面上,左右两边特性阻抗为Z1,Z2。对于辐射阻抗部分Zr=Z1,界面真实阻抗为Z=Z2,这时有2p0/U=Z1+Z2,阻抗匹配时Z1=Z2,U=2p0/2Z1=U0,即界面速度流和入射速度流相同,这就意味着全透射。

如上分析看起来不及直接分解为入射和反射方便,但是当遇到不规则散射体时,上面的处理将显得非常有效。

 

 


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  发帖心情 Post By:2011-12-9 17:46:19 [只看该作者]

非常感谢你这么详细的回复.

这些知识点在哪本书能有介绍?因为很多你只给了一块理论,所以我还要跟你确认一下.

这个短空气柱是多短的范畴呢?耗散部分能量是R,我看到很多地方的解释是摩擦,这个解释下怎么能变成声能呢?

"对于低频来说,腔体可以近似看做没有声压分布,这时等效的表面同振质量和自由空间无异,而后腔为容性负载."
在声学里面,多少是算做低频范畴?这个意思是背面辐射只有同振质量没有阻性部分R了?
背腔中如果形成了驻波怎么会没有声压,而背腔壁反射波对原先的振膜岂不是又会有作用.
那么高频又要怎么分析呢?

是无限大挡板. 但是我说的例子感觉振膜两侧没有挡板结构了,怎么一般都还是套用圆形活塞无限挡板远场模型呢?

关于接收,我想知道的是,是不是继续套用辐射的处理办法,完全当作可逆的过程处理?因为我看到麦克风的很多等效电路图就是这样.
你这么处理,对于振膜的有效作用部分声压是多少?即引起它振动的. 穿透进固体的部分?
声压对膜应该是形成了一个作用力F=P*A,从而使膜发生了振动.这个P是哪部分呢?

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  发帖心情 Post By:2011-12-9 18:51:01 [只看该作者]

关于同振质量长度大概为1.7a(a为半径),关于这块一般声学课本都有介绍。

能量耗散包括摩擦转化为热能的,还包括转化为声能传播出去的。

 

低频是指波长远大于腔体特征尺寸。

背腔形成驻波条件尺寸和声波波长相当或更大,而至于短管和腔体形成的Helmholtz共振另说。

如果无摩擦,无吸收,无透射,那就没有阻性。同振质量属于抗性,不存在阻性一说。

高频分析需考虑声压分布,具体分析不详说。简单的一个例子,背面是封闭长导管,可采用转移阻抗法计算。

 

 

无限大挡板,只要声波波长小于辐射体特征尺寸即可。而具体差异到底多少,需要分析。

 

按上面分析声波的接受,在处理成等效电路时,源成为2P0,阻抗为界面阻抗和辐射阻抗之和。但实际的反作用力并不是2P0S,这点上面已经说过。

 

关于散射,一时也想不起来具体介绍哪本书,一般将波散射的书都会有。我翻了下梅强中《水波动力学》上面讲得还比较详细,水波和声波稍有差异,处理方法一样。Morse的理论声学上有比较详尽的散射介绍,管道中膜对声波的反作用,印象中这本书讲得比较详细。

[此贴子已经被作者于2011-12-09 21:03:13编辑过]

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  发帖心情 Post By:2011-12-9 21:03:17 [只看该作者]

1.7a那相当长了,对于比较短的背腔,一般还达不到这个长度呢,怎么办?
上面那个应该是远场情况下得出的,这时候要用近场了吧.
圆平板振膜在背腔一侧的辐射模型又是属于哪种了,我真是打破砂锅问到底啊.图片点击可在新窗口打开查看

上面一个我说错了,想说的是对于辐射阻抗Z=R+JX, 按照你的说法背腔只存在同振质量了,也就是X了.
为什么背面就不存在声波部分R了呢, 就因为背腔中没有声压?你不是说有驻波的啊.
其实我想明白的是,背腔中是R+JX+C还是JX+C.

为什么高频就不说了呢.我还是蛮想弄清楚前因后果的.
我不着急,您老有时间,高兴了就过来慢慢说.
我还在不断学习中呢.

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  发帖心情 Post By:2011-12-10 15:27:39 [只看该作者]

我可称不上老,我也是刚进电声这行。对基本的声学原理稍有了解。

 

想弄清楚前因后果除非你把那些相关的数学自己推导一边,再思考思考。


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