声学特性以及仿真可视化

为原始的渴望

声波在流体中（比如空气/水中）表现为疏密波（纵波），在固体中表现为横波和纵波。

通用的，对波的描述可以参考下面的图示：其中A代表幅值，λ代表波长，一个周期时间T0的倒数f0代表波的频率。

声音在介质中的传播速度c0=λ/T0，和介质的幅度/波长/频率无关，主要取决于介质本身的特性。

声波在自由空气中的传播，以及遇到障碍物的情况

声波在封闭管道的末端反射

声波在封闭管道的末端反射和衍射

声波在管径变化时的反射和传播特性

点声源声传播随距离的衰减特性

两个点声源发出的脉冲声波波阵面接触。仅在重叠区域混合干扰，但还是可以按相互独立再叠加计算。

下图代表平面波在平面边界，以及弧度边界的反射。波峰显示为橙色，波谷显示为蓝色。

射线垂直于波前，并从壁上镜面反射。局部镜面反射会导致光线以不同角度反射。

声波在经过凹面边界的反射和汇聚。

长波（频率低）和短波（频率高）撞击具有小尺度粗糙度的表面。在表面相同的情况下，对短波的影响更大。即结构尺寸和波长相近时，会对声音传播造成影响。

进行折射理论分析的惠更斯原理，对波动都适用。

波从顶部往底部传播过程中的衍射，低频声音波长更长，衍射效应更明显。

自由场中主动降噪的声场仿真。要找到传播路径中的关键点，比如在下图中的红点放置一个和衍射波反相的声源，左侧的声音衰减非常多。

基于惠更斯原理进行波衍射的分析

单极子声源和偶极子声源。在低频段，音箱接近单极子声源，扬声器单体接近偶极子声源。

偶极子声源相当于两个反相的单极子声源叠加。

留声机—>号角

号角和点声源声场对比，简单理解可以认为号角将能量集中了。

声场是具有互易性的，对比下图中A—>B和B—>A的响应是一样的。微小的差别只是数值计算误差。

音箱外壳的目的是防止前后声短路

障板也可以在一定程度上防止声短路

超音速流动的尖嘴模型飞机产生的冲击波——实测

仿真可以看到由于飞机运动速度比波前运动速度更快，局部产生了激波，从而使气动阻力剧增，出现“声障”。

如果空气中的水分含量足够，当飞机速度快超过声速时，可以肉眼直接看到冲击波的形成。

不同尺寸活塞声源，与波长λ比例关系，以及声场的分布情况

在薄膜某个局部敲击，其波动传播的过程。

扬声器的简化模型，驱动力-弹簧-振动质量-膜片面积辐射声波

赫姆霍兹共鸣腔。可以等效为一个弹簧+管口声质量，当然还包括壁面粘滞摩擦损失造成的阻尼。

开口音箱就是赫姆霍兹共鸣腔一个很好的应用，可以有效提升音箱的低频响应。

另一个常见的应用就是利用赫姆霍兹共鸣腔来进行吸声，这是一部分声学超构材料的基本原理

湍流噪声

卫星云图

不同风速下的湍流

空气分子被来回挤压，空气密度形成疏密变化，发出声波

吹口哨

膜片振动的模态

膜片在高频的振动还是非常复杂的

小提琴振动

小提琴发出1415 Hz的声音时，琴体本身振动和空气中的声压分布

人头在声场中对声场分布的改变：220Hz,600Hz,1400Hz

多人在房间的时候对声场分布的影响，这块的研究目前还不够多。

声学还是有不少好玩的东西值得研究的。