声波

声学波动（英語：acoustic wave），即声波，是一种在介质中传播的能量，通过绝热过程增压与减压。用于描述声波的重要物理量有声压、粒子速度、粒子位移和音强。声波以特定的速度传播，这一速度取决于其通过的介质。从扬声器播放的声音（以声速在空气中传播的波）、地震引起的地面运动（穿过地球的波）和用于医学成像的超声波（穿过身体的波）都属于声波。

此條目介紹的是声学中的声波现象。关于广义上的声，请见「声音」。

属性

声波方程

主条目：声波方程

声波方程（英语：Acoustic wave equation）描述了声波的传播。下式是描述一维声压的声波方程

${\displaystyle {\partial ^{2}p \over \partial x^{2}}-{1 \over c^{2}}{\partial ^{2}p \over \partial t^{2}}=0}$

其中

• ${\displaystyle p}$是声压，单位为帕
• ${\displaystyle x}$是波传播方向上的位置，单位为米
• ${\displaystyle c}$是声速，单位为米每秒
• ${\displaystyle t}$是时间，单位为秒

粒子速度的波动方程具有相同的形状，如下式

${\displaystyle {\partial ^{2}u \over \partial x^{2}}-{1 \over c^{2}}{\partial ^{2}u \over \partial t^{2}}=0}$

其中

• ${\displaystyle u}$是粒子速度，单位为m/s

对于会损失声波的传播媒介，需要应用更复杂的模型以考虑频率衰减和相速度变化。此类模型包括包含分数导数项的声波方程，另请参见声的衰减。

达朗贝尔给出了无损声波方程的一般模型。对于声压，一种模型是

${\displaystyle p=R\cos(\omega t-kx)+(1-R)\cos(\omega t+kx)}$

其中

• ${\displaystyle \omega }$是角频率，单位为rad/s
• ${\displaystyle t}$是时间，单位为秒
• ${\displaystyle k}$是波數，单位为rad·m ^-1
• ${\displaystyle R}$是系数，无单位

相位

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在行波中，压力和质点速度同相，这意味着两个量之间的相位角为零。

使用理想气体定律可以很轻松地证明这一点

${\displaystyle pV=nRT}$

其中

• ${\displaystyle p}$是压力，单位为帕
• ${\displaystyle V}$是体积，单位为平方米
• ${\displaystyle n}$是数量，单位为摩尔
• ${\displaystyle R}$是通用气体常数，其值为${\textstyle 8.314\,472(15)~{\frac {\mathrm {J} }{\mathrm {mol~K} }}}$

考虑体积为${\displaystyle V}$。当声波以该体积传播时，会发生绝热增压和减压。对于绝热变化，包裹声的体积${\displaystyle V}$与压力${\displaystyle p}$存在以下关系

${\displaystyle {\partial V \over V_{m}}={-1 \over \ \gamma }{\partial p \over p_{m}}}$

其中，${\displaystyle \gamma }$是无单位的绝热指数，其下标${\displaystyle m}$表示各自变量的平均值。

传播速度

波象

声波是弹性波，可表现出衍射、反射和干涉等现象。另外需要注意的是，空气中传播的声波沿着相同的方向振荡，因此没有极化。

干涉

干扰是两个或更多波的添加，导致新的波型。当两个扬声器传输相同的信号时，可以观察到声波的干扰。在某些位置会发生相长干扰，使局部声压加倍。并且在其他位置发生相消干涉，导致局部声压为零帕斯卡。

==驻波== （页面存档备份，存于互联网档案馆）

反射

吸收

分层媒介

参见

• 声学
• 声学衰减（英语：Acoustic attenuation）
• 声学超材料（英语：Acoustic metamaterial）
• 聽覺心像
• 音频信号处理
• 拍频
• Biot-Tolstoy-Medwin衍射模型（英语：Biot–Tolstoy–Medwin_diffraction_model）
• 衍射
• 多普勒效应
• 回聲
• 重力波 (流體力學)
• 音乐
• 音符
• 乐音
• 声子
• 音乐声学
• 音高
• 心理声学
• 共振
• 折射
• 反射 (物理学)
• 混響
• 信号音（英语：Signal tone）
• 声音
• 声音定位（英语：Sound localization）
• 隔音
• 立体声成像（英语：Stereo imaging）
• 结构声学（英语：Structural acoustics）
• 音色
• 超聲波
• 波动方程
• 单向声波方程（英语：One-way wave equation）
• 无法解释的声音列表（英语：List of unexplained sounds）

参考资料