關(guān)于物理聲學(xué)特性的研究與分析

　　摘要： 聲音主要由音量、音色、音調(diào)等幾種元素組成，物理聲學(xué)對(duì)此有著非常廣泛的研究。對(duì)于物理聲學(xué)的研究成果應(yīng)用也是非常廣泛的，從醫(yī)療到建筑、海洋探測(cè)、地震探測(cè)等，無處不顯示著物理聲學(xué)所發(fā)揮出的重大作用。本文對(duì)物理聲學(xué)中的超聲波與次聲波的聲學(xué)特點(diǎn)進(jìn)行了簡(jiǎn)要的分析，并對(duì)二者的功能與用途進(jìn)行了相應(yīng)的探討。
　　關(guān)鍵詞： 物理聲學(xué) 超聲波 次聲波 特性 研究
　　聲波通常意義上是指人耳所能感覺到的一種縱波，它的頻率范圍在16Hz-20KHz之間。而在物理聲學(xué)的研究中，通常將頻率在20Hz以下的聲波稱為次聲波，而將頻率大于20KHz的稱為超聲波。近些年來，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，聲波在國(guó)內(nèi)外的各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用都較為廣泛，同時(shí)也對(duì)其研究提出了更高層次的要求。在物理聲學(xué)研究組成中，對(duì)于超聲波與次聲波的研究更受到了廣泛的關(guān)注，加強(qiáng)對(duì)于二者的研究力度以使之更適用于社會(huì)各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)文化建設(shè)已經(jīng)成為未來物理聲學(xué)研究發(fā)展方向之一。
　　1.超聲波與次聲波的特性
　　1.1超聲波的特性
　　1.1.1束射特性
　　因超聲波的波長(zhǎng)較短，它能夠和其他光線一樣具有反射、折射與聚焦特性，并且其也滿足一些基本光學(xué)定律要求。當(dāng)超聲波傳輸?shù)揭环N物質(zhì)表面而發(fā)生反射時(shí)，其會(huì)遵循幾何光學(xué)定律，即反射角等于入射角。而當(dāng)其在兩種不同的介質(zhì)之間傳播時(shí)，它會(huì)因介質(zhì)密度的不同而發(fā)生折射，此時(shí)它的傳播方向也就會(huì)隨之發(fā)生改變，當(dāng)兩種介質(zhì)之間的密度差別越大時(shí)，其發(fā)生折射的程度就會(huì)越大。
　　1.1.2吸收特性
　　超聲波在物質(zhì)中進(jìn)行傳播時(shí)，隨著時(shí)間的推移，其強(qiáng)度與能量會(huì)逐漸減弱，其原因是物質(zhì)會(huì)將其部分能量吸收。對(duì)于同一種物質(zhì)而言，其吸收率與超聲波的頻率成正比，即超聲波的頻率越大，其吸收率就越大。相關(guān)物理聲學(xué)研究表明：對(duì)于特定頻率的超聲波而言，其在氣體中傳播時(shí)所體現(xiàn)的吸收特性要強(qiáng)于液體與固體，其中在固體中傳播時(shí)該特性體現(xiàn)得最不明顯。
　　1.1.3能量傳送特性
　　超聲波能夠在社會(huì)各個(gè)行業(yè)部門得到較為廣泛的應(yīng)用，與其自身具有較大的能量有著非常大的關(guān)系。與普通的聲波相比，超聲波具有更為強(qiáng)大的功率。然而之所以出現(xiàn)這樣的現(xiàn)象，是因?yàn)楫?dāng)超聲波傳達(dá)到某一物質(zhì)中時(shí)，它會(huì)使物質(zhì)中的分子也隨之振動(dòng)，并且振動(dòng)的頻率與聲波一致，也就是我們常說的共振。值得一提的是，分子振動(dòng)的頻率決定了其振動(dòng)速度，即頻率越高其速度也就越大。
　　1.1.4聲壓特性
　　當(dāng)聲波傳入到物體中時(shí)，因引發(fā)物質(zhì)分子產(chǎn)生的緊縮與稠密作用會(huì)使物質(zhì)所受的壓力產(chǎn)生變化，這種因聲波振動(dòng)所產(chǎn)生的附加壓力稱為聲壓作用。因超聲波所蘊(yùn)含的能量較大，其通常情況下會(huì)使物質(zhì)分子體現(xiàn)出非常顯著的聲壓作用，例如當(dāng)液體表面有超聲波沖擊時(shí)，其表面壓力可以達(dá)到好幾個(gè)大氣壓力。液體在這種短暫的較強(qiáng)壓力作用下，會(huì)使其溫度瞬間升高，這種作用也會(huì)使懸浮在液體表面的固體物質(zhì)遭到破壞，也就是我們常說的空化現(xiàn)象，超聲波洗衣機(jī)便是這一現(xiàn)象的一個(gè)典型應(yīng)用。
　　1.2次聲波的特性
　　次聲波的頻率通常在20Hz以下，而且不容易生衰減，同時(shí)也不易于被空氣和水吸收。與超聲波相比，它也具有束縛與吸收特性，同時(shí)其波長(zhǎng)一般都比較長(zhǎng)，在傳播過程中可以繞開較大的障礙物而發(fā)生衍射，甚至有些次聲波可以繞地球傳播2到3周。但值得一提的是，次聲波的頻率與人體器官的振動(dòng)頻率相近，容易與人體器官發(fā)生共振現(xiàn)象，所以對(duì)人體會(huì)有一定的傷害。但是其應(yīng)用范圍也比較廣泛，如醫(yī)療診斷、地震等自然災(zāi)害預(yù)測(cè)等。
　　2.超聲波與次聲波的應(yīng)用分析
　　2.1超聲波的應(yīng)用分析
　　對(duì)于超聲波的應(yīng)用一般是利用其聲波傳播特性與其自身所蘊(yùn)含的強(qiáng)大能量，下面就以其在兩個(gè)方面的應(yīng)用對(duì)超聲波的應(yīng)用進(jìn)行簡(jiǎn)要的分析。
　　2.1.1在彈性模量測(cè)量中的應(yīng)用
　　在各向同性的固體材料中，可以按照應(yīng)力與虎克定律將超聲波傳播的特征方程求出。對(duì)于同一種材料而言，超聲波的縱波與橫波傳播速度一般不同，但它們都受到介質(zhì)密度、泊松比、楊氏模量等參數(shù)的影響。同時(shí)，通過測(cè)量超聲波在物體材料中的傳播速度也可將測(cè)量材料有關(guān)的彈性常數(shù)求出。
　　2.1.2超聲波在混凝土檢測(cè)中的應(yīng)用
　　利用超聲波可以對(duì)混凝土內(nèi)部的松散區(qū)域與漏洞進(jìn)行檢測(cè)，其作用原理是，當(dāng)發(fā)射探頭所發(fā)出的超聲波在傳播過程中遇到空洞時(shí)就會(huì)發(fā)生反射而使其能量衰減，同時(shí)另一部分就會(huì)沿著孔壁繼續(xù)傳播，這些聲波最后被統(tǒng)一接收，最終從超聲儀上分析出不同混凝土層存在的差別。同時(shí)，通過不同時(shí)間點(diǎn)數(shù)據(jù)變化情況，以及超聲波波形、振幅所發(fā)生的變化，可以解算出混凝土內(nèi)部空洞的大致尺寸。需要注意的是，這一應(yīng)用主要是用于判斷其內(nèi)部是否存在空洞或是缺陷，之后再進(jìn)行后續(xù)的操作。在開展具體的混凝土檢測(cè)工作過程中，需布置大量的測(cè)點(diǎn)。如材料兩側(cè)的測(cè)試面平行，就可用對(duì)測(cè)法來進(jìn)行測(cè)量，當(dāng)只有一對(duì)測(cè)試平行面時(shí)，也可在對(duì)測(cè)的基礎(chǔ)上進(jìn)行交叉斜測(cè)，并對(duì)可疑區(qū)域進(jìn)行加密測(cè)量。
　　2.2次聲波的應(yīng)用（以在醫(yī)學(xué)的典型應(yīng)用為例）
　　在不超過人體正常所承受的頻率范圍內(nèi)，次聲波可以使人精神飽滿。在相對(duì)較弱的次聲波外界作用下，還可以使人體抗氧化系統(tǒng)酶活性增強(qiáng)。同時(shí)，次聲波在醫(yī)學(xué)診斷與治療方面也有著較為廣泛的應(yīng)用，如利用次聲波可以治療近視、骨質(zhì)疏松等癥狀。同時(shí)利用次聲波也可以診斷出心臟等部位的某些疾病，如頸動(dòng)脈機(jī)能不全綜合征等。其次，次聲波還具有催眠與鎮(zhèn)定的作用，在醫(yī)學(xué)上可以用其進(jìn)行硬膜外麻醉或局部麻醉，效果顯著，并且非常安全。
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