Computational Methods for Acoustics Problems pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:Magoules, F. 编

出品人:

页数:337

译者:

出版时间:

价格:$ 220.35

装帧:

isbn号码:9781874672302

丛书系列:

图书标签:

• 计算声学
• 数值方法
• 声学
• 有限元
• 边界元
• 数值模拟
• 振动
• 噪声控制
• 信号处理
• MATLAB

振动声学：物理学、数学与工程的交汇点 本书旨在深入探索振动与声学这一跨学科领域，揭示其背后深邃的物理原理、严谨的数学框架以及广泛的工程应用。我们将从最基础的声波传播概念出发，逐步构建起对声音产生、传播、接收和感知过程的全面理解。这不是一本仅仅罗列公式和算法的教科书，而是一次带领读者深入探究“声音之谜”的旅程，强调理解物理现象与数学模型之间的紧密联系，并最终将其应用于解决实际工程挑战。 第一部分：振动与声学的基础 我们将首先建立坚实的理论基础，从最简单的振动系统开始。 简谐振动与阻尼振动： 探讨单自由度系统和多自由度系统的振动特性，包括振幅、频率、相位以及阻尼对其行为的影响。我们将深入分析质量-弹簧-阻尼系统的数学模型，并理解自然频率、固有频率以及共振等关键概念。 波动现象的本质： 介绍波的通用概念，包括波的形成、传播速度、波长、频率和振幅。重点关注声波作为一种纵波的特殊性，并分析其在不同介质（气体、液体、固体）中的传播特性，包括声速与介质密度、弹性模量的关系。 声压与声强： 定义和量化声波的能量特性。我们将详细阐述声压（pressure fluctuations）和声强（intensity）的概念，以及它们与声波振幅和粒子位移之间的关系。引入对数标度，如分贝（dB），用于描述声压级和声强级，这是声学工程中极为重要的度量方式。 声源的分类与特性： 探讨不同类型的声源，包括点声源、线声源和面声源，以及它们的辐射声场的特点。我们将分析简单的声源模型，如活塞振动、球形振动体，并理解其近场和远场的声学行为。 声传播的若干基本原理： 介绍声波在自由空间、反射面、障碍物以及不均匀介质中的传播行为。将初步触及衍射、反射、折射和吸收等基本声学现象，并为后续章节的深入分析打下基础。 第二部分：数学模型与分析方法 理解振动与声学现象离不开强大的数学工具。本部分将系统介绍用于描述和分析声学问题的数学方法。 偏微分方程的引入： 重点介绍描述声波传播的基本方程——波动方程（wave equation）。我们将推导并分析一维、二维和三维波动方程，理解其物理意义以及不同边界条件下的解的特性。 亥姆霍兹方程及其应用： 在稳态声学问题或特定频率下，波动方程可以简化为亥姆霍兹方程（Helmholtz equation）。我们将探讨其在驻波分析、共振腔模态计算等问题中的应用。 傅里叶分析与信号处理： 声音信号本质上是时域函数，而频率域分析对于理解声音的组成和特性至关重要。我们将介绍傅里叶级数、傅里叶变换及其在声音信号分解、频谱分析中的应用。 边界元法（BEM）与有限元法（FEM）的初步介绍： 简要介绍两种广泛用于解决复杂声学边界值问题的数值方法。我们将概述BEM的积分方程基础以及FEM的离散化思想，为后续章节的详细讨论做铺垫。虽然本书重点不在于数值计算方法本身，但了解这些方法的思想和适用范围，对于理解现代声学研究与工程实践至关重要。 声场的特解与特征值问题： 在几何形状规则的区域内，声场可以分解为一系列本征函数（eigenfunctions）的叠加。我们将探讨如何求解这些本征函数和对应的本征值（eigenvalues），它们与系统的共振频率和振动模式密切相关。 第三部分：声学现象的深入探讨 在掌握了基础理论和数学工具后，我们将深入探讨更为复杂的声学现象。 驻波与共振： 详细分析在有限区域内声波的干涉与叠加，导致驻波的形成。深入研究共振的概念，包括共振的条件、共振曲线以及共振对系统行为的影响，并分析其在乐器、桥梁、建筑等领域的应用与防护。 声的衍射与散射： 探讨声波绕过障碍物或通过孔隙传播的现象。我们将介绍惠更斯原理（Huygens' principle）在理解衍射中的作用，并分析不同形状和尺寸障碍物对声场的影响。 声的吸收与隔绝： 研究材料对声能的衰减机制。我们将区分声吸收（sound absorption）和隔声（sound insulation）的概念，并分析不同多孔材料、共振吸声结构等吸收声能的原理。同时，我们将讨论如何利用材料和结构的特性来阻挡声波的传播。 非线性声学初步： 在高声强下，声波的传播不再满足线性波动方程。本部分将简要介绍非线性声学的基本概念，如声波畸变、冲击波的形成等，并提及一些相关现象。 第四部分：应用领域与工程实践 本部分将展示振动与声学理论在实际工程中的广泛应用，激发读者解决实际问题的兴趣。 建筑声学： 探讨如何通过合理的建筑设计和材料选择来控制室内混响时间、降低噪声干扰，创造良好的听觉环境，例如音乐厅、影院、办公室和住宅的设计。 噪声控制与振动隔离： 分析工业、交通和生活噪声的来源，并介绍各种降噪和隔振技术，包括声屏障、消声器、隔振器以及减振材料的应用。 水声学基础： 简要介绍声波在水介质中的传播特性，以及其在海洋探测、水下通信、声纳系统等领域的应用。 超声学与次声学： 探讨高于或低于人类听觉范围的声波，以及它们在医学成像、工业检测、生物医学治疗以及地球物理探测等方面的应用。 声学测量与评估： 介绍常用的声学测量仪器，如声级计、频谱分析仪，以及声学参数的测量方法和标准。 本书将力求以清晰的逻辑、详实的讲解和恰当的例证，帮助读者建立起对振动与声学领域深刻而全面的认识。我们鼓励读者在阅读过程中，积极思考物理现象背后的数学原理，并尝试将所学知识应用于分析和解决实际问题，从而真正掌握这门引人入胜的学科。

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