本书系统介绍了流体介质中声波的激发、传播和接收的基本原理和分析方法.主要内容包括：理想流体中声波的基本性质,声波的辐射、散射和衍射,管道和腔体中的声场,非理想流体中的声波,平面层状和运动介质中的声传播,以及有限振幅声波的传播及其物理效应本书可作为理工科高年级本科生和研究生的教材,也可作为声学研究工作者和技术人员的参考书.
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目录
- 前言
第1章 理想流体中声波的基本性质
1.1 声波方程
1.1.1 Lagrange坐标下的波动方程
1.1.2 Euler坐标下的守恒定律
1.1.3 小振幅声波方程
1.1.4 速度势和二阶非线性方程
1.1.5 Lagrange坐标与Euler坐标的关系
1.2 声场的基本性质
1.2.1 声场的能量关系
1.2.2 初始条件和边界条件
1.2.3 声场的唯一性
1.2.4 叠加原理和反演对称性
1.2.5 声学中的互易原理
1.3 行波解和平面波展开
1.3.1 直角坐标中的平面行波
1.3.2 角谱展开方法
1.3.3 球面行波及其平面波展开
1.3.4 柱面行波及其平面波展开
1.4 平面界面上声波的反射和透射
1.4.1 不同介质间界面上的反射和透射
1.4.2 阻抗界面上的反射及蠕行波
1.4.3 瞬态平面波的反射和透射
1.4.4 有限宽波束的反射和透射
1.4.5 隔声的基本规律
1.4.6 薄板的隔声
1.5 声波的度量、测量和分析
1.5.1 声压级和加权声压级
1.5.2 声波的相干性
1.5.3 声波接收的基本原理
1.5.4 声学中的不确定关系
第2章 无限空间中声波的辐射
2.1 多极子展开和组合声源
2.1.1 单极子和自由空间的Green函数
2.1.2 偶极子声辐射
2.1.3 四极子声辐射
2.1.4 小区域体源和面源
2.1.5 组合声源
2.2 柱状声源的辐射
2.2.1 柱坐标中分离变量法
2.2.2 振动柱体向无限空间中的辐射
2.2.3 柱体上的活塞振动和稳相法
2.2.4 自由空间Green函数的柱函数展开
2.2.5 存在刚性圆柱时空间的Green函数
2.3 球状声源的辐射
2.3.1 球坐标中分离变量法
2.3.2 球面振动向无限空间的辐射
2.3.3 自由空间Green函数的球函数展开
2.3.4 存在刚性球时空间的Green函数
2.4 平面界面附近的声辐射
2.4.1 声场的Green函数表示
2.4.2 阻抗平面前点声源的辐射
2.4.3 分层平面前点声源的辐射和侧面波
2.4.4 无限大刚性或阻抗障板上的活塞辐射
2.4.5 圆形刚性活塞辐射的瞬态解
2.4.6 自由空间的圆盘辐射
2.5 有限束超声场和非衍射波
2.5.1 有限束超声场
2.5.2 非衍射波束的谱展开
2.5.3 等声速非衍射波束
2.5.4 超声速非衍射波束
2.6 声波与声源的相互作用
2.6.1 无限大膜的声辐射
2.6.2 无限刚性障板上圆膜振动的辐射
2.6.3 无限大薄板的弯曲振动
2.6.4 无限刚性障板上薄板振动的辐射
第3章 声波的散射和衍射
3.1 柱体和球体的散射
3.1.1 无限长圆柱体对平面波的散射
3.1.2 球体对平面波的散射
3.1.3 水中气泡的共振散射
3.1.4 球体对球面波的散射
3.1.5 椭圆柱体的散射
3.1.6 任意形状的积分方程方法
3.2 非均匀区域的散射
3.2.1 非均匀区域的声波基本方程
3.2.2 散射的积分方程和Born近似
3.2.3 非稳态不均匀区对声波的散射
3.2.4 随机分布散射体的散射
3.2.5 表面的散射
3.2.6 周期结构中声波的传播
3.3 刚性屏和楔的声衍射
3.3.1 屏对平面波的衍射
3.3.2 屏对柱面波的衍射
3.3.3 刚性楔的衍射
3.3.4 楔形区内的声场
3.3.5 刚性地面上的有限屏
3.4 逆散射和衍射CT理论
3.4.1 Kirchhoff积分公式
3.4.2 边界反演的Kirchhoff近似
3.4.3 非均匀介质反演的Born和Rytov近似
3.4.4 二维近场衍射CT理论
3.4.5 反射模式的衍射CT
3.4.6 声源的反演
第4章 管道中的声传播和激发
4.1 等截面波导中声波的传播
4.1.1 刚性壁面的等截面波导
4.1.2 阻抗壁面的等截面波导
4.1.3 刚性和阻抗壁面的矩形波导
4.1.4 刚性和阻抗壁面的圆形波导
4.1.5 刚性壁面的椭圆柱体波导
4.2 等截面波导中声波的激发
4.2.1 频率域振动面激发
4.2.2 振动面激发的瞬态波形
4.2.3 频率域Green函数
4.2.4 时间域Green函数
4.2.5 管道壁面振动激发的声场
4.3 突变截面波导及平面波近似
4.3.1 突变截面波导的模式展开方法
4.3.2 平面波近似
4.3.4 驻波管及吸声材料法向系数的测量
4.3.5 周期截面波导中的平面波
4.4 集中参数模型
4.4.1 典型子结构的集中参数模型
4.4.2 具有子结构的管道系统
4.4.3 具有周期旁支结构的管道
4.4.4 集中参数系统
4.5 缓变截面管道中的平面波
4.5.1 Webster方程
4.5.2 指数曲线形号筒
4.5.3 其他Salmon号筒
4.5.4 Webster方程的WKB近似
4.5.5 一般管道的WKB近似
第5章 腔体中的声场
5.1 简正模式理论
5.1.1 刚性壁面腔体的简正模式和展开
5.1.2 阻抗壁面腔体的简正模式
5.1.3 阻抗壁面腔体中声波方程的频域解
5.1.4 阻抗壁面腔体中声波方程的时域解
5.1.5 腔内声场与壁面振动的耦合
5.2 规则形腔中的简正模式
5.2.1 刚性壁面的矩形腔
5.2.2 阻抗壁面的矩形腔
5.2.3 刚性和阻抗壁面的球形腔
5.2.4 刚性和阻抗壁面的圆柱形腔
5.2.5 不规则腔的变分近似
5.2.6 不规则腔的模式展开方法
5.3 高频近似和扩散声场
5.3.1 腔内的稳态声场
5.3.2 腔内的瞬态声场
5.3.3 扩散声场及其基本性质
5.3.4 扩散声场的统计方法
5.3.5 扩散场中声压的空间相关特性
5.3.6 扩散声场中界面的声吸收和透射
5.4 低频近似和Helmholtz共振腔
5.4.1 封闭腔的低频近似
5.4.2 无限大障板上的Helmholtz共振腔
5.4.3 自由场中的Helmholtz共振腔
5.4.4 共振频率的管端修正
5.4.5 黏滞和热传导的影响
5.5 两个腔的耦合
5.5.1 耦合腔声场的激发
5.5.2 耦合腔的简正模式和简正频率
5.5.3 高频扩散场近似
5.5.4 低频近似
5.5.5 封闭腔中的Helmholtz共振腔
第6章 非理想流体中声波的传播和激发
6.1 非理想流体中的声波方程
6.1.1 黏滞流体的本构方程
6.1.2 黏滞流体中的声波方程
6.1.3 等温声速和等熵声速
6.1.4 能量守恒关系
6.1.5 边界条件
6.2 耗散介质中声波的传播和散射
6.2.1 无限大耗散介质中的平面波模式
6.2.2 声学边界层理论
6.2.3 边界层的能量损失
6.2.4 刚性边界上平面波的反射
6.2.5 耗散介质中球的散射
6.3 管道和狭缝中平面波的耗散
6.3.1 粗圆管中的平面波
6.3.2 细圆管中的平面波和微穿孔材料
6.3.3 狭缝中平面波传播
6.3.4 热声效应
6.4 黏滞对声辐射的影响
6.4.1 黏滞介质中的多极展开
6.4.2 平面声源
6.4.3 球面和柱面声源
6.4.4 一般尺度声源
6.5 流体和生物介质中声波的吸收
6.5.1 经典吸收的讨论
6.5.2 分子弛豫吸收理论
6.5.3 生物介质中的声吸收和分数阶导数
6.5.4 Kramers-Kronig色散关系
第7章 平面层状介质中的声波
7.1 平面层状波导
7.1.1 单一均匀层波导中的简正模式
7.1.2 单一均匀层波导中声波的单频激发
7.1.3 双层流体波导中的简正模式
7.1.4 双层流体波导中声波的单频激发
7.2 连续变化平面层状介质
7.2.1 连续变化介质平面波导
7.2.2 线性变化波导和Airy函数
7.2.3 浅海平面波导
7.2.4 大气中点源激发的声场
7.2.5 平面波的反射和透射
7.3 WKB近似方法
7.3.1 WKB近似理论
7.3.2 转折点附近的解
7.3.3 渐近匹配方法
7.3.4 连续变化层状波导的WKB近似解
7.3.5 转折点波导中声波的激发
7.4 几何声学近似
7.4.1 程函方程和输运方程
7.4.2 Fermat原理和Hamilton形式
7.4.3 平面层状介质中的声线
7.4.4 射线管的能量守恒
7.4.5 圆弧焦散线附近的声场
第8章 运动介质中的声传播和激发
8.1 匀速运动介质中的声波
8.1.1 匀速流动介质中的波动方程
8.1.2 声波的反射和透射
8.1.3 频域Green函数
8.1.4 具有均匀流的管道
8.2 运动声源激发的声波
8.2.1 亚音速匀速运动
8.2.2 超音速匀速运动
8.2.3 针状物超音速运动产生的场
8.2.4 运动声源的辐射功率
8.2.5 非匀速运动的声源
8.3 缓变非均匀流动介质中的声波
8.3.1 分层稳定流动介质中的波动方程
8.3.2 分层稳定流动介质中的点质量源激发
8.3.3 稳定流动介质中的几何声学
8.3.4 非稳定流动介质
8.4 不稳定流动产生的声波
8.4.1 Lighthill理论
8.4.2 湍流区域存在界面的情况
8.4.3 气流噪声的谱分布
8.4.4 漩涡产生的声波
第9章 有限振幅声波的传播
9.1 理想介质中的有限振幅平面波
9.1.1 简单波和冲击波
9.1.2 畸变波形的谐波分析
9.1.3 一般周期波和Fenlon解
9.1.4 复合波声场和Riemann不变量
9.2 黏滞和热传导介质中的有限振幅波
9.2.1 非线性方程的微扰展开
9.2.2 一维有限振幅行波
9.2.3 Burgers方程的Fay解
9.2.4 有限振幅球面波和柱面波
9.2.5 二阶近似下的Westervelt方程
9.3 色散介质中的有限振幅波
9.3.1 弛豫介质中的有限振幅平面波
9.3.2 管道中的有限振幅平面波
9.3.3 生物介质中的有限振幅波
9.3.4 含气泡液体中的有限振幅波
9.4 有限振幅声束的传播
9.4.1 KZK方程
9.4.2 准线性理论
9.4.3 参量阵理论
9.4.4 非线性自解调
9.4.5 强非线性声束
第10章 有限振幅声波的物理效应
10.1 声辐射压力和声悬浮
10.1.1 声辐射压力
10.1.2 声喷泉效应
10.1.3 刚性小球的声悬浮
10.1.4 可压缩球的声悬浮
10.2 声流理论
10.2.1 Eckart理论及其修正
10.2.2 Nyborg声流理论
10.2.3 平面界面附近的声流
10.2.4 刚性小球附近的微声流
10.3 声空化效应
10.3.1 液体的空化核理论
10.3.2 不可压缩液体中气泡的振动
10.3.3 可压缩液体的Trlling模型
10.3.4 可压缩液体的Keller-Miksis模型
10.3.5 气泡振动分析
主要参考书目
附录
附录A 常见物体的声参数
A.1 液体
A.2 气体
A.3 固体
A.4 生物组织
附录B 矢量场的运算
B.1 三个矢量的积
B.2 矢量场的微分公式
B.3 矢量场的微分表达式
B.4 矢量场积分公式
附录C 球和柱坐标中的本构关系
C.1 柱坐标
C.2 球坐标
附录D 张量运算公式
D.1 并矢和张量定义
D.2 张量的运算
D.3 梯度算子▽的张量形式
D.4 张量场的微分公式
D.5 张量场的积分公式
附录E 特殊函数的常用公式
E.1 柱函数的递推公式
E.2 虚宗量Bessel函数的递推公式
E.3 球Bessel函数的递推公式
E.4 Legendre函数的递推公式
E.5 Bessel函数的常用积分
附录F 热力学关系
F.1 隐函数F(x,y,z)=0的微分关系
F.2 Maxwell关系
附录G 英汉人名对照
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