波源的頻率學(xué)習(xí)課件

能夠說出聲壓、聲強級和響度級的概念能夠闡述多普勒效應(yīng)的產(chǎn)生機理，并加以計算能夠說出超聲波的特點、作用、診斷依據(jù)與應(yīng)用主要內(nèi)容與要求能夠解釋超聲波產(chǎn)生與探測的原理能夠說出次聲波主要特性、作用方式與關(guān)鍵問題重點：聲強級、聲阻抗、多普勒效應(yīng)

難點：多普勒效應(yīng)的產(chǎn)生機理與計算

第一節(jié)聲波的基本性質(zhì)是彈性介質(zhì)中傳播的機械波。分類：20000Hz20Hz1.聲波的概念次聲波聲波超聲波特超聲波：5×108~1012Hz超聲波：2×103~5×108Hz次聲波：10-4~20Hz可聞聲波：20~20000

Hz2.

聲壓（SonicPressure）聲壓----把某一時刻，介質(zhì)中某一點的壓強與無聲波通過時的壓強差。介質(zhì)密度周期性變化附近壓強的變化3.聲阻抗（AcousticImpedance）與材料的密度、聲速有關(guān)，決定材料的聲學(xué)性能。SI制：聲幅有效值強度反射系數(shù)

air------反射波的強度與入射波的強度之比。強度透射系數(shù)air------透射波的強度與入射波的強度之比。超聲診斷的物理學(xué)依據(jù)

聲波在傳播過程中，遇到兩種聲阻抗不同的界面時會發(fā)生反射和折射現(xiàn)象。

4.聲強與聲強級

聲波的平均能流密度。即單位時間內(nèi)通過垂直于傳播方向單位面積的聲波能量。

聲強與頻率的平方、振幅的平方成正比。聲波的頻率高，振幅越大，聲強越大。SI制：聲強（IntensityofSound）

超聲波：頻率高，聲強大炮聲：振幅大，聲強大

聲強級（IntensityLevelofSound）在最佳音頻（約1000~4000Hz）條件下10-12100(W·m–2)10-6弱到剛能聽聞稱標(biāo)準(zhǔn)聲強I0強到失去聽覺只有痛覺（痛閾）（聞閾）聽覺強度范圍定義聲強級L為：

響度級（LoudnessLevel）

聲強級是描述聲能的客觀物理量，但不能完全反映人耳所感覺到的聲音強弱。人耳主觀感覺到的聲音響亮（強弱）程度稱為響度。等響曲線---不同頻率、相同響度級的點構(gòu)成的曲線。

響度與聲波的強度、頻率有關(guān)。不同頻率、聲強級的聲音可能具有相同的響度。研究發(fā)現(xiàn)：純音的聽覺域與等響曲線聲源

聲強（W.m-2）

聲強級（dB）

響度

炮聲(痛閾

)1120

鉚釘機10－2100震耳交通繁忙的街道10－570響通常的談話10－660正常悄悄話10－1020輕正常呼吸10－1110極輕引起聽覺的最弱聲音

10－120

幾種聲音的聲強及聲強級數(shù)例題1.一臺收音機打開時，在空間某點產(chǎn)生的聲強級是45dB，當(dāng)10臺收音機同時打開并發(fā)出同樣響的聲音時，在該處測得的聲強級為多少？解：一臺收音機的聲強級為則10臺收音機的聲強級為第二節(jié)多普勒效應(yīng)多普勒效應(yīng)-------觀察者接收到的頻率依賴于波源或觀察者運動的現(xiàn)象。符號規(guī)定（假定波源與觀察者在同一條直線上）——波源相對于介質(zhì)的運動速度

——觀察者相對于介質(zhì)的運動速度

——聲波在介質(zhì)中的傳播速度

——波源的頻率

——觀察者接收到的頻率1.波源靜止，觀察者相對介質(zhì)運動

觀察者向波源運動相當(dāng)于波以的速度通過觀察者在時間內(nèi)波陣面前進了

距離同時，觀察者向前移動了距離

觀察者離開波源運動2.觀察者靜止，波源相對介質(zhì)運動

波源向觀察者運動一個周期波陣面向前傳播距離同時，聲源向前傳播了運動方向上波陣面分布變密，相當(dāng)于波長變短

波源離開觀察者運動3.波源和觀察者同時相對介質(zhì)運動綜合上述情況，可得v0

：觀察者向著波源運動時為正，觀察者背著波源運動時為負(fù)；vs

：波源向著觀察者運動時為負(fù)，波源背著觀察者運動時為正。利用聲波多普勒效應(yīng)測定流體的流速；醫(yī)學(xué)上利用多普勒原理制成超聲心動、多普勒血流儀。測量運動物體的速度（監(jiān)測車速）。應(yīng)用：例題2.假設(shè)波源和觀察者的運動速率均為波速的0.5倍。1.若波源靜止，觀察者向著波源運動；2.若觀察者靜止，波源向著觀察者運動。求：上述兩種情況下，觀察者測得的頻率是波源頻率的幾倍。解法提要：1.波源靜止，觀察者向著波源運動；2.觀察者靜止，波源向著觀察者運動。第二次世界大戰(zhàn)期間，德國用潛艇擊沉盟國幾千艘艦船，使得許多科學(xué)家致力于研究發(fā)現(xiàn)水下障礙和潛艇的聲納技術(shù)。蝙蝠利用超聲導(dǎo)航人們受到啟示聲納探測海深、海底暗礁等探測魚群、潛艇位置等繪水下數(shù)千米地形圖

仿生學(xué)第三節(jié)超聲波及其醫(yī)學(xué)應(yīng)用1945年美國利用自己研制的超聲波探傷儀進行工業(yè)探傷實驗。英國格拉斯哥重工業(yè)基地的工程師正在利用超聲進行探傷實驗1950年英國都奈得開始A超研究,這是卵巢囊腫A型掃描軌跡過渡到醫(yī)學(xué)應(yīng)用A超1956年豪馬斯和哈瑞在一個水槽中進行醫(yī)學(xué)成像實驗，獲得軟組織圖像。B超A型B型2維實時3維、4維M型D型成為探查軟組織的主要技術(shù)，其分辨率較CT高100倍小型、安全光點顯示，采用時間展開，形成曲線-----超聲心動圖幅度調(diào)制----一維信息亮度顯示----二維信息

Doppler，散射回聲，提取多普勒頻移形成頻譜顯示。一、超聲波的物理特性1.傳播特性

方向性好

傳播過程中衍射不明顯，能像光線一樣直線傳播，易于做到會聚或發(fā)散。

強度高

在同樣振幅和介質(zhì)條件下，因聲強與頻率的平方成正比，超聲波比普通聲波具有更大的能量。

能在固體與液體中傳播，但空氣中衰減嚴(yán)重。

在不同介質(zhì)分界面上有顯著的反射。2.超聲對物質(zhì)的作用

機械作用

超聲波強度高，既能迫使物質(zhì)粒子作高頻機械振動，還能在波的傳播方向產(chǎn)生一個穩(wěn)定的靜壓強（輻射壓強），會破壞物質(zhì)的力學(xué)結(jié)構(gòu)?？纱俪梢后w的乳化、凝膠的液化和固體的分散。應(yīng)用：擊碎、攪拌、凝聚。

霧化、焊接、鉆孔、清洗和除塵等。

頻率愈高，物質(zhì)吸收愈強，熱效應(yīng)愈顯著。在流體與固體分界面或流體與懸浮粒子分界面上，超聲能量更加容易轉(zhuǎn)換成熱能，造成局部高溫，甚至產(chǎn)生電離效應(yīng)。

應(yīng)用：超聲理療儀；腫瘤治療熱源。

熱作用

當(dāng)超聲波照射到某種介質(zhì)時，部分能量能被吸收而轉(zhuǎn)換為熱能，介質(zhì)溫度上升。

空化作用應(yīng)用：清洗、霧化、乳化等。超聲波傳播壓縮區(qū)/稀疏區(qū)壓強差/拉力介質(zhì)撕裂/拉斷形成微小空腔機械作用、熱作用局部數(shù)千度高溫局部數(shù)千大氣壓放電、發(fā)光現(xiàn)象3.超聲的其它應(yīng)用聲納探測儀超聲波診斷儀超聲波速度測定器超聲波清洗器超聲波焊接器超聲波手槍二、超聲波的產(chǎn)生與探測

超聲探測采用材料正壓電效應(yīng)，將人體中的聲壓轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷骸Ｕ龎弘娦?yīng)-----壓電晶體受到壓力或拉力作用，晶體的兩個表面上產(chǎn)生等量異號電荷的現(xiàn)象。逆壓電效應(yīng)-----給壓電晶體兩表面施加電壓，晶體厚度隨電場方向改變而增加或減少的現(xiàn)象。

超聲發(fā)射換能器采用了逆正壓電效應(yīng)，將電壓轉(zhuǎn)化為聲壓，并向人體發(fā)射。

超聲波產(chǎn)生與接收

當(dāng)給壓電材料加上高頻交變電壓時，壓電材料就處于高頻交變電場中，它的薄厚就會隨電場的頻率而發(fā)生伸縮變化，從而在媒質(zhì)中產(chǎn)生超聲波。

當(dāng)從人體中反射回來的超聲波傳到超聲探頭時，會將機械信號轉(zhuǎn)換成電信號，完成接收。高頻信號發(fā)生器壓電材料三、超聲波的分辨率分辨力-----辨別兩種物體（組織、目標(biāo)）的能力。

把顯示屏上恰能區(qū)分相鄰兩個靶點所對應(yīng)的探測目標(biāo)之間的實際距離叫做該儀器的分辨率；而把分辨率的倒數(shù)稱作分辨力。

橫向(方位)分辨力-----垂直于聲束橫斷面方位掃描的分辨力。影響因素：波束的（空間）寬度。

縱向(距離)分辨力----沿波束軸線方向的分辨力。影響因素：超聲脈沖的（時間）寬度

。第四節(jié)次聲波及其軍事應(yīng)用

頻率在10－4～20Hz之間，屬于機械波，在傳播速度、散射、反射以及吸收等，遵守聲波規(guī)律。1.次聲波的特性

傳播速度和可聞聲波相同；

衰減小大氣吸收、熱傳導(dǎo)、粘滯效應(yīng)、大氣的湍流影響小。

穿透能力極強

能穿透土壤、飛機機體、艦艇殼件、坦克車體及鋼筋混凝土構(gòu)體。7Hz穿透十幾米鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。2.次聲波的生物效應(yīng)

導(dǎo)致人體的平衡感覺能力下降

對神經(jīng)、聽覺、內(nèi)分泌等系統(tǒng)都有一定的影響

強次聲作用能使人煩躁不安

導(dǎo)致聽覺損傷（耳鳴、耳痛、聽閾增高、鼓膜損傷）

引起中樞神經(jīng)系統(tǒng)障礙，產(chǎn)生頭暈、惡心、恐慌、疲乏等癥狀主要影響3.次聲的軍事應(yīng)用

次聲武器就是把大功率的次聲波定向輻射以達到損傷敵人的目的。

引起頭痛、眩暈、煩躁、精神恍惚、定向能力差，甚至神經(jīng)錯亂或喪失知覺。部位頭部胸腔心臟軀體盆腔腹部頻率(Hz)8-124-657-1366-9國外醫(yī)學(xué)學(xué)·

物理醫(yī)學(xué)與康復(fù)學(xué)分冊1999年第19卷第1期-陳景藻原理：吸收效應(yīng)和共振**人體器官固有頻率：①0.01-20Hz；②3-17Hz

神經(jīng)型次聲武器

內(nèi)臟型次聲武器