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页数:54

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出版时间:2004-9

价格:4.90元

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isbn号码:9787810579537

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• 流体力学
• 工程
• 实验
• 水力学
• 流体测量
• 阻力
• 泵
• 涡轮
• 实验教学
• 工程教育

《声学原理与应用》 第一章：声音的本质——波动性与传播 本章将深入探讨声音作为一种物理现象的根本属性。我们将从波动的基本概念入手，详细解析声波的产生机制，即物质的振动如何通过介质传递能量。通过对纵波和横波的区分，以及声波作为一种纵波的特性，我们将理解其在空气、液体和固体中的传播方式。本章会详细介绍声波的传播速度，阐述温度、介质密度和弹性模量等关键因素如何影响声速。在此基础上，我们将引入声波的几何传播特性，包括反射、折射和衍射现象。例如，我们将分析回声的形成原理，并探讨声波在不同介质界面（如空气与墙壁、水与空气）发生折射时的角度关系。衍射的讨论将侧重于声波绕过障碍物和穿过孔隙的现象，这对于理解声音的传播范围至关重要。此外，我们将量化描述声波的特性，引入频率（音高）、振幅（响度）和波长（音色）等核心参数，并建立它们之间的数学关系。 第二章：声波的能量与强度——感知声音的客观尺度 本章将聚焦于声波的能量属性及其客观度量。我们将详细阐述声能的密度和声强的概念，并建立声强与声压的数学联系。理解声压是介质中粒子振动引起的压力变化，而声强则代表单位时间内通过单位面积的声能。本章将深入介绍声功率的概念，即声源在单位时间内辐射出的总声能。在此基础上，我们将引入分贝（dB）这一对数尺度，详细解释其在衡量声压级、声强级和声功率级中的应用。我们将通过具体的计算示例，说明分贝尺度如何有效地处理巨大的数值范围，以及不同声级对应的日常听觉体验（如寂静、交谈、嘈杂环境）。此外，本章还将讨论声波的衰减，包括几何衰减（随距离平方减小）和介质吸收衰减（能量在传播过程中转化为热能），并分析影响衰减的因素。 第三章：声源的特性与分类——万籁之源的奥秘 本章将对构成我们听觉世界的声音来源进行系统性的分析与分类。我们将从物理学的角度出发，详细介绍各种声源的产生机制。这包括振动体发声（如弦的振动、空气柱的振动、膜的振动），例如乐器（吉他、笛子、鼓）发声原理的剖析。我们将深入探讨共振现象，解释当驱动频率与物体固有频率相同时，振幅会急剧增大的原理，并分析共振在乐器发声和桥梁垮塌等实际案例中的重要性。此外，本章还将讨论非周期性振动产生的噪声，以及其与周期性振动产生的乐音在频谱上的区别。我们将介绍几种主要的噪声源，包括机械噪声（如发动机、齿轮摩擦）、气流噪声（如风扇、喷气式发动机）和电磁噪声。对于每种噪声源，我们将分析其产生机理和频谱特性。 第四章：人耳的听觉机制与心理声学——从物理信号到主观感知 本章将连接客观的声学物理量与我们主观的听觉体验。我们将详细介绍人耳的生理结构，包括外耳、中耳和内耳的功能。我们将阐述声波如何通过外耳道收集，在中耳鼓膜处转换为机械振动，最终在内耳耳蜗中被转化为神经电信号。我们将讨论听觉频率范围（20Hz-20kHz），并解释听觉阈值（人耳能够听到的最小声强）和痛阈（引起疼痛的最大声强）。本章将深入探讨声音的感知属性，如响度、音高和音色。我们将分析响度与声压级之间的关系，并介绍等响曲线的概念，解释在不同频率下，人耳对声音响度的感知差异。音高的感知将与声音的频率联系起来，而音色的感知将与声音的频谱结构（基频和泛音的比例与分布）紧密相关。此外，我们将介绍掩蔽效应，即一个声音的存在会影响对另一个声音的感知，并分析其在日常生活和声学设计中的应用。 第五章：声场分析与测量——量化声音的分布与特性 本章将介绍用于分析和测量声场的各种方法与技术。我们将从基本的声学模型出发，分析点声源、线声源和面声源在自由场和混响场中的声场分布特性。我们将引入声压级、声强级和声功率级在空间中的变化规律。本章将详细介绍各种声学测量仪器，包括声级计、传声器、频谱分析仪和混响时间测量仪。我们将阐述这些仪器的基本工作原理、校准方法和使用注意事项。例如，我们将详细介绍传声器的类型（电容式、动圈式）及其特性，以及声级计如何测量不同频率加权下的声压级。混响时间的测量将是本章的重点之一，我们将解释其定义、测量方法以及在音乐厅、教室等声学空间设计中的重要意义。此外，我们将介绍声学成像技术，如声全息术，用于可视化声场的空间分布。 第六章：建筑声学基础——创造舒适宜人的室内声环境 本章将关注声音在建筑空间中的行为及其对室内环境的影响。我们将从建筑声学的基本原理出发，分析声波在房间内的传播、反射、吸收和衍射现象。我们将重点讨论吸声材料的声学特性，介绍不同材料的吸声系数及其在不同频率下的表现。例如，我们将分析多孔吸声材料、共振吸声结构和薄膜吸声体的吸声机理。本章将详细探讨混响时间对室内声环境的影响，阐述过长或过短的混响时间所带来的问题，并介绍控制混响时间的常用方法，如采用吸声吊顶、吸声墙板和地毯。此外，我们将讨论隔声的基本原理，包括质量定律、符合隔声定律以及如何通过增加隔声构件的质量、刚度来提高隔声量。我们将分析不同墙体、门窗的隔声性能，并探讨如何通过构造设计和材料选择来达到预期的隔声效果。 第七章：噪声控制工程——减轻声音的干扰与危害 本章将系统地介绍噪声控制的各种技术和策略，旨在减少或消除不需要的声音对人类生活和工作的影响。我们将从噪声的源头控制、传播路径控制和接收端控制三个主要方面展开讨论。在源头控制方面，我们将介绍如何通过改进机械设计、优化工艺流程来降低噪声的产生。例如，对于机械设备，我们将探讨减振、降噪措施，如使用隔振器、阻尼材料。在传播路径控制方面，我们将重点介绍隔声和吸声的应用，详细分析如何通过设置隔声墙、隔声罩、吸声内衬来阻断或衰减噪声的传播。本章将深入讨论消声器的工作原理及其在风机、排气系统中的应用。在接收端控制方面，我们将讨论个人防护设备（如耳塞、耳罩）的使用，以及如何通过优化室内声环境来减轻噪声的感知。此外，本章还将介绍城市噪声的特点和控制方法，如绿化带、吸声屏障的设置。 第八章：水声学基础——探索水下世界的声学世界 本章将聚焦于声音在水体中的传播特性及其在水下应用。我们将分析水作为一种声学介质的特点，阐述声速在水中的传播规律，并讨论温度、盐度和深度对声速的影响。我们将介绍水下声场的特性，包括声波的传播、反射、折射和散射现象。我们将深入分析声波在水底界面的反射和折射，以及声波在水体中的衰减机制，包括吸收衰减和散射衰减。本章将介绍几种典型水下声学现象，如声道（SOFAR channel）和海面反射。此外，我们将探讨水下声学在军事（如声纳）、海洋科学（如水下通信、生物声学）、渔业（如鱼群探测）和环境监测等领域的应用。我们将介绍水下声纳的基本原理，包括主动声纳和被动声纳的工作方式，以及声波在水下通信中的作用。 第九章：超声学与次声学——超越人类听觉边界的声音 本章将探索人类听觉范围之外的声学领域。我们将首先介绍超声波，即频率高于20kHz的声音。我们将详细阐述超声波的产生原理，包括压电效应和磁致伸缩效应，并介绍产生高强度超声波的装置。本章将重点讨论超声波在工业、医学和科学研究中的广泛应用。例如，我们将分析超声波在材料无损检测中的原理，以及超声波在医学成像（如B超）中的应用，包括其成像机理和优势。此外，我们还将介绍超声波在清洗、焊接、粉碎等工业过程中的作用。接下来，我们将介绍次声波，即频率低于20Hz的声音。我们将探讨次声波的产生机制，如地震、火山爆发、强风暴等自然现象，以及人造次声源，如大型机械设备。本章将讨论次声波的传播特性，包括其长距离传播能力和穿透性。最后，我们将介绍次声波在气象监测、地震预警、核爆炸探测等领域的潜在应用，以及关于次声波对人体健康影响的研究。 第十章：声学在现代科技中的应用——声音的无限潜能 本章将汇聚前几章的知识，全面展现声学在各个现代科技领域的创新应用。我们将从音乐声学出发，介绍数字音乐合成、音频信号处理、空间音频技术等。我们将分析音乐厅的声学设计如何影响音乐的听感，以及虚拟现实（VR）和增强现实（AR）技术中沉浸式音频的实现。在通信领域，我们将探讨语音识别、语音合成、声纹识别等技术，以及它们在智能助手、安全认证等方面的应用。在医学领域，除了超声医学，我们还将介绍声学在疾病诊断、治疗（如声动力疗法）和康复中的新进展。在环境监测和治理方面，我们将讨论声学在水下生态监测、噪声污染评估与治理、以及声学在海洋资源勘探中的作用。此外，本章还将触及声学在材料科学、航空航天、甚至在宇宙探索中的前沿应用，例如利用声波来研究行星大气层或检测太空中的微弱信号。

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坦率地说，这本书在针对最新一代实验设备和自动化数据采集系统的集成方面，略显滞后。书中的许多图示和操作流程，明显是基于上一个十年主流的实验平台设计的，比如一些模拟信号的采集和处理流程。虽然核心的物理原理不会变，但在实际操作层面，现在很多实验室已经广泛采用了更加集成的、基于LabVIEW或Python的控制软件和高速数字采集卡。因此，读者在将书中的步骤应用于最尖端的教学设备时，可能需要自行进行一定程度的“翻译”和技术升级。比如，书中对示波器参数设置的详细描述，在现代数据采集软件中可能只需要点几下鼠标就能完成。但这并不意味着这本书就过时了，它提供的是永恒的物理学洞察力，只是在“如何通过工具量化这些洞察力”的介质上，缺少了对最新科技的紧密跟随。总而言之，这是一部关于流体力学实验精神的优秀著作，但若想武装到最新的硬件工具，可能还需要辅以最新的软件手册。

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这本书在实验指导的详尽程度上，可以说达到了教科书级别的深度，但又兼具了实际操作的灵活性。我特别对比了手头其他几本参考资料，发现这本书在仪器操作步骤的描述上，做到了前所未有的细致。它不仅告诉你“怎么做”，更深入地解释了“为什么这么做”，比如在测量壁面压强分布时，对测压端口清洁度的要求，以及对静压管连接过程中气泡消除的技巧，都单独列出了小节进行强调。这种手把手的指导风格，极大地降低了实验失败的概率，对于那些在实验室环境中容易紧张的新手来说，简直是福音。更难能可贵的是，它在数据处理和误差分析这一块的处理非常到位。它没有直接给出标准答案，而是提供了一套系统的、可推广的统计分析框架，引导读者去思考测量不确定性的来源。我试着按照书中的方法对上周一次实验的数据进行了重新分析，发现自己之前忽略了几个关键的随机误差源，这直接提升了我对实验结果可靠性的判断能力。

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这本书的装帧设计真是让人眼前一亮，封面那种深邃的蓝色调，配上简洁的白色字体，给人一种专业而又沉稳的感觉。我翻开扉页，首先注意到的是作者在序言中对于实验教学理念的阐述，那种对严谨治学态度的坚持，让我对后续的内容充满了期待。这本书的排版也相当考究，图表的清晰度和分辨率都达到了极高的水准，即便是复杂的流场示意图，也能让人一目了然。我尤其欣赏它在理论回顾部分的处理方式，没有冗长枯燥的公式堆砌，而是用非常直观的语言将核心概念串联起来，这对于初次接触这些概念的学生来说，无疑是一剂强心针。比如，它对边界层分离现象的描述，结合了实际工程案例，让抽象的物理过程变得生动起来。纸张的质感也很好，拿在手里沉甸甸的，感觉这是一本可以长久使用的工具书，而不是那种翻两下就束之高阁的快消品。这种对细节的关注，体现了编者对读者体验的重视，使得阅读过程本身也成为一种享受。

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从内容覆盖的广度来看，这本书似乎更侧重于基础性的、经典流体力学实验的系统性梳理，对于一些前沿或高度专业化的分支领域，着墨不多。例如，在涉及高超音速流或微尺度效应的实验方法介绍上，内容略显保守，更倾向于传统的皮托管测量、文丘里管测试以及基本的流场可视化技术，如染色法和颗粒成像测速（PIV）的入门级应用。当然，这也可以看作是它的优点，即“抓大放小”，确保所有工程专业学生都能扎实掌握核心技能。这本书的理论背景介绍部分，更多地是作为实验背景的铺垫，而非独立的理论专著。如果你希望从中寻找关于湍流模型最新进展的深入讨论，可能会感到意犹未尽。但对于一个以培养工程实践能力为核心目标的基础课程教材而言，这种取舍是完全可以理解和接受的。它提供的是一个坚实的底座，让后续的学习可以稳固地建立在这些经典实验数据之上。

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这本书的章节组织逻辑非常符合一个工程学习者的认知习惯。它从最简单的静力学平衡实验开始，逐步过渡到动量原理的应用（如喷射流冲击测试），再到能量转换相关的热力学流体实验。这种由浅入深、循序渐进的结构，使得知识点之间的关联性非常强。阅读时，我能清晰地看到不同物理定律是如何在实验场景中相互作用和体现的。例如，在介绍明渠水流实验时，作者不仅详细描述了量水堰的结构和流量计算，还巧妙地引入了曼宁公式的实验验证，将流体力学与水利工程的基础知识无缝衔接起来。这种跨学科的思维导图式的编排，极大地帮助我构建了一个更加完整的流体运动认知体系。此外，每章末尾的“思考题与设计挑战”部分，更是点睛之笔，它们不再是简单的概念复述，而是要求读者综合运用本章知识去设计一个简化模型或解决一个虚拟的工程难题，极大地激发了学习的主动性。

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