聲學波動(英語:acoustic wave),即聲波,是一種在介質中傳播的能量,通過絕熱過程增壓與減壓。用於描述聲波的重要物理量有聲壓粒子速度粒子位移音強。聲波以特定的速度傳播,這一速度取決於其通過的介質。從揚聲器播放的聲音(以聲速在空氣中傳播的波)、地震引起的地面運動(穿過地球的波)和用於醫學成像的超聲波(穿過身體的波)都屬於聲波。

屬性 編輯

聲波方程 編輯

聲波方程英語Acoustic wave equation描述了聲波的傳播。下式是描述一維聲壓的聲波方程

 

其中

  •  聲壓,單位為
  •  是波傳播方向上的位置,單位為
  •  聲速,單位為米每秒
  •  時間,單位為

粒子速度的波動方程具有相同的形狀,如下式

 

其中

對於會損失聲波的傳播媒介,需要應用更複雜的模型以考慮頻率衰減和相速度變化。此類模型包括包含分數導數項的聲波方程,另請參見聲的衰減

達朗貝爾給出了無損聲波方程的一般模型。對於聲壓,一種模型是

 

其中

  •  角頻率,單位為rad/s
  •  是時間,單位為
  •  波數,單位為rad·m -1
  •  是係數,無單位

相位 編輯

在行波中,壓力和質點速度同,這意味着兩個量之間的相位角為零。

使用理想氣體定律可以很輕鬆地證明這一點

 

其中

  •  壓力,單位為
  •  是體積,單位為平方米
  •  是數量,單位為摩爾
  •  通用氣體常數,其值為 

考慮體積為 。當聲波以該體積傳播時,會發生絕熱增壓和減壓。對於絕熱變化,包裹聲的體積 與壓力 存在以下關係

 

其中, 是無單位的絕熱指數,其下標 表示各自變量的平均值。

傳播速度 編輯

波象 編輯

聲波是彈性波,可表現出繞射反射干涉等現象。另外需要注意的是,空氣中傳播的聲波沿着相同的方向振盪,因此沒有極化

干涉 編輯

干擾是兩個或更多波的添加,導致新的波型。當兩個揚聲器傳輸相同的信號時,可以觀察到聲波的干擾。在某些位置會發生相長干擾,使局部聲壓加倍。並且在其他位置發生相消干涉,導致局部聲壓為零帕斯卡。

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反射 編輯

吸收 編輯

分層媒介 編輯

參見 編輯

參考資料 編輯