《声学测量（第三版）》以空气和水下噪声测量为主要对象，侧重讲述室内外环境噪声测量方法与技术，重点面向环境噪声污染与控制、建筑声学、环境声学、水声工程等方向的本科生与研究生，同时也可作为相关行业技术人员及声学研究者的参考书和工具书。《声学测量（第三版）》正文共 8章，另含参考文献和两个附录。《声学测量（第三版）》内容分为三部分，**部分讲述声学测量涉及的相关理论基础，分别为第 1章的声学基础和第 2章的声信号处理基础；第二部分为技术基础，包括第 3章的声学仪器与声学设施和第 4章的测量规范与标准；第三部分 (第 5～8章)为不同场景下的声学测量原理、方法、步骤及工程案例。此外，附录中给出了*新的《中华人民共和国噪声污染防治法》全文，以及 4项重要的噪声限值标准。

第1章 声音的基本特性
　　自然界和社会生活中存在着各种各样的声扰动。按频率划分，20Hz～20kHz的声扰动称为音频声（也称为可听声），它是具有正常听力的人能够听得到的声音；小于20Hz的声扰动称为次声；大于20kHz的声扰动称为超声。可听声又分为语声、乐声和环境声（包括自然声和噪声）等三类，如人们的讲话声，乐器的演奏声，林中的鸟鸣声，山涧的流水声和松涛声，机器的轰鸣声，火车、汽车、飞机等交通工具发出的噪声等。本书主要针对空气中的可听声，以及大致在此频率范围内的水中声波。要对这些声音及相关声学现象进行测量和定量研究，就必须对声音的基本特性有深入的了解。
　　本章分为四节。*先介绍声音的产生机理和描述声波运动规律的数学方程——波动方程，然后分别阐述声波的分类及声学测量中需要关注的典型声学现象，如声波的反射、折射、透射、干涉、散射和衍射等，随后就各类声场的基本特性进行详细叙述，昀后逐一介绍各类基本声学参量，它们是声学测量的对象，必须对其基本概念和基本性质有准确无误的认识。
　　1.1 声波的产生与波动方程
　　1.1.1 声波的产生
　　日常生活中的绝大部分声音来源于物体的振动。例如，讲话的声音来源于喉内声带的振动，扬声器发声来源于纸盆的振动，机械噪声来源于机器部件的振动。凡是发出声音的物体都可称为声源。声源不一定是固体，液体和气体同样会由于振动而发声，如浪涛声和汽笛声就是由流体诱发引起的。
　　声音是人的听觉系统对声波的主观反应，而声波的产生源于声源诱发的振动在介质中的传播。因此，产生声波的必要条件是必须存在声源和介质（空气、水等）。真空中没有介质存在，因而在真空中不能传播声音。需要注意的是，声波在介质中的传播，只是介质振动状态的传播，介质本身并没有向前运动。它只是在其平衡位置附近来回振动，所传播出去的是物质的运动形态，这种运动形态称为波动。声音是机械振动状态的传播在人类听觉系统中的主观反应，这种传播过程是一种机械性质的波动，称为声波。
　　在气体、液体等可压缩流体介质中，声波传播的方向与介质质点振动方向一致，此类声波称为纵波。描述声波的昀常见基本物理量是声压，它是介质受扰动后产生的逾量压强，其单位是压强的单位：Pa（帕），1Pa.1N/m2。
　　描述声压的基本参量包括幅度、相位、频率和波长等。例如，一列纯音声波，在数学上可表示为，则pa为该声波的幅值；为角频率，这里f为频率，T为周期；f为相位。一个周期内声波的长度称为波长，它与频率成反比，有c0/f，其中c0是声波传播的速度。
　　1.1.2 波动方程
　　声波所及的空间形成声场。在声场中，描述声学参量随时空特性及其相互联系的数学方程称为波动方程或声波方程，它是一切声学理论研究的基础和起点。为了使研究的问题得到简化，本书仅讨论理想流体介质中小振幅声波的情况，相应的波动方程称为线性声波方程[1]。
　　1. 理想流体介质的三个基本方程
　　所谓的理想流体介质是指，介质中不存在黏滞性；介质在宏观上是均匀的、静止的；声波在介质中的传播为绝热过程。在理想流体介质中，声波扰动的传播必然满足三个基本物理定律：牛顿第二定律、质量守恒定律和绝热过程假设，由此得到三个基本数学方程：运动方程、连续性方程和物态方程。在一维空间 （如 x方向），这三个方程分别表示为
　　（1.1.1）
　　（1.1.2）
　　（1.1.3）
　　式中，p、v、分别为声场中某一点由声扰动引起的声压、质点振速和介质密度；pt 为介质总的声压，有；c0为声波的传播速度。
　　2. 小振幅声波的一维波动方程
　　所谓的小振幅声波，指的是该声波满足如下条件：①声压远小于介质中的静态压强；②介质质点振速远小于声波的传播速度；③质点位移远小于声波波长；④介质密度变化量远小于静态密度。自然界中的绝大多数声波可归为小振幅声波，它是线性声学研究的对象。
　　在一维空间中，对于小振幅声波，上述三个方程可以进一步简化为如下形式：
　　（1.1.4）
　　（1.1.5）
　　（1.1.6）
　　其中，分别为没有声扰动时介质的密度和声波的传播速度。消去式（1.1.4）～式（1.1.6）中的任意两个变量，如质点振速和介质密度变量，剩下的两个式子分别对x和t求导，综合整理后可以得到
　　（1.1.7）
　　这就是一维声场中的波动方程。
　　3. 三维波动方程
　　在三维空间中，式（1.1.4）～式（1.1.6）可以推广表示为如下形式：
　　（1.1.8）
　　（1.1.9）
　　（1.1.10）
　　其中，
　　由此可以推导获得三维空间中的波动方程，有
　　（1.1.11）
　　其中，为拉普拉斯算子，在直角坐标系中为
　　1.2 声波的基本特性
　　1.2.1 声波的分类
　　在声波的传播过程中，振动相位相同的质点所构成的面称为波阵面。按波阵面的不同，声波可分为球面波、柱面波和平面波三类。如果声波的波阵面为一系列同心球面，这样的声波就是球面声波；球形声源产生的声波是球面波，它是实际环境中昀常见的一种声波形式。如果脉动球形声源的直径远小于所辐射声波的波长，此声源可近似为点声源。在无界空间（也称为自由空间）中，点声源辐射产生的声波为各向均匀的球面波，其声压表达式为
　　（1.2.1）
　　式中，为声波波数；q0为声源强度，由球源半径和球面振动幅度确定；r为观察点至点声源的距离。
　　平面波指的是声波沿一个方向（如x方向）传播，在其余方向上所有质点振幅和相位均相同的声波，其波动方程为一维声波方程（式（1.1.7））。通常条件下并不会产生真正意义上的平面波。不过，在声学领域中，平面波却是主要的研究对象。原因有三：①在辐射声场的远场，各种类型的声波均可近似为平面波；②在管道中或利用特殊的声学装置 （如驻波管）可以产生理想的平面波；③平面波具有其他类型声波主要的物理特性，但其理论分析又相对简单。平面波的声压表达式为
　　（1.2.2）
　　其中，pa为声压振幅，对平面波而言，它是一个常数。
　　1.2.2 声波的反射、折射与透射
　　前面讨论了声波在无界空间中的传播规律，然而在实际中真正的无界空间并不多见，常会遇到各种各样的“障碍物”或边界，例如声波从一种介质进入另一种介质时就属于这种情况。
　　1. 声学边界条件
　　声波在两种介质的分界面上会发生反射、透射（对垂直入射声波）和折射（对斜入射声波）现象。要获得入射波、反射波、透射波（或折射波）之间的定量关系，需要用到边界条件。
　　在无限大的分界面上，有两种声学边界条件，它们是声压连续条件和法向质点振速连续条件，其数学表达式为
　　（1.2.3）
　　（1.2.4）
　　式中，p、v分别为分界面上的声压和质点振速；下标1和2分别表示介质1和介质2。
　　2. 折射定律
　　对于一维斜入射平面波问题，入射波声压和质点振速可表示为
　　（1.2.5）
　　（1.2.6）
　　反射波声压和质点振速为
　　（1.2.7）
　　（1.2.8）
　　在介质另一侧的透射波声压和质点振速为
　　（1.2.9）
　　（1.2.10）
　　在分界面上，有以下边界条件：
　　（1.2.11）
　　（1.2.12）
　　由此可以获得声波反射与折射定律：
　　（1.2.13）
　　（1.2.14）
　　1.2.3 声波的干涉
　　如果空间中存在多个声源，则会产生不止一列声波，这在声学测量领域是常见现象。先不考虑各声源的相互作用，下面研究各列声波叠加后的声压和声能密度的情况。
　　1. 声波的相干性
　　设有两列同频率、相差固定的平面波，分别为
　　（1.2.15）
　　合成声场的声压为
　　（1.2.16）
　　其中，
　　（1.2.17）
　　（1.2.18）
　　合成声场的平均声能密度为
　　（1.2.19）
　　由式（1.2.19）可以看出，两列声波叠加后的声波平均声能密度会出现极大、极小相互交错的现象，这就是声波的干涉现象。对于不同频率的两列固定相差声波，有
　　（1.2.20）
　　2. 无规相位声波的叠加
　　对于具有相同频率的两列相位随机变化的声波，有
　　（1.2.21）
　　其中，的相位差不固定。
　　合成声场的声压为
　　（1.2.22）
　　其中，
　　（1.2.23）
　　（1.2.24）
　　合成声场的平均声能密度为
　　（1.2.25）
　　（1.2.26）
　　在实际场合中，多人讲话发出的声音、多台机器发出的噪声、不同车辆发出的交通噪声的叠加都可以看作无规相位声波的叠加。

目录
第三版前言
第二版前言
**版前言
第1章 声音的基本特性 1
1.1 声波的产生与波动方程 1
1.1.1 声波的产生 1
1.1.2 波动方程 2
1.2 声波的基本特性 4
1.2.1 声波的分类 4
1.2.2 声波的反射、折射与透射 4
1.2.3 声波的干涉 5
1.2.4 声波的散射和衍射 7
1.3 声场的基本特性 9
1.3.1 声场的分类 9
1.3.2 声波导管理论 10
1.3.3 室内声场 12
1.3.4 水下声场 17
1.4 基本声学参量 19
1.4.1 声压、声强与声功率 19
1.4.2 声学参量的级与运算 21
1.4.3 评价参量 27
第2章 声信号采集与分析 48
2.1 声信号及其基本特性 48
2.1.1 声信号的来源与接收 48
2.1.2 声信号的分类 49
2.1.3 随机信号分析 52
2.2 声信号采集 54
2.2.1 数据采样 54
2.2.2 模数转换 57
2.3 傅里叶变换及其实现 60
2.3.1 离散傅里叶变换 60
2.3.2 快速傅里叶变换 62
2.4 声信号的频率分析 65
2.4.1 倍频程分析 65
2.4.2 临界频带 69
2.5 声信号的时频分析 70
2.5.1 短时傅里叶变换 70
2.5.2 小波分析 74
第3章 声学仪器与声学设施 79
3.1 声传感器 79
3.1.1 传声器 79
3.1.2 水听器 99
3.1.3 声传感器阵列 105
3.2 多功能声学测量系统 108
3.2.1 声级计 108
3.2.2 多通道声学测量系统 118
3.2.3 声成像设备 127
3.2.4 噪声自动监测系统 130
3.3 声强测量系统 131
3.3.1 P-U和P-P技术 132
3.3.2 声强的频谱表达式 135
3.3.3 声强探头的校准 139
3.4 虚拟声学测量系统 141
3.4.1 LabVIEW简介 142
3.4.2 与声学测量相关的模块 142
3.4.3 虚拟声学测量系统的设计与应用 145
3.5 声学设备与声学设施 147
3.5.1 声管 148
3.5.2 消声室 152
3.5.3 混响室 154
3.5.4 强声室 156
3.5.5 声学风洞 158
第4章 测量规范与标准 160
4.1 测量的事前准备 160
4.1.1 测量流程设计 160
4.1.2 环境因素对测量的影响 164
4.2 测量误差 166
4.2.1 测量误差及其分类 166
4.2.2 测量误差理论 170
4.2.3 测量数据的统计分析与检验 172
4.2.4 测量不确定度 176
4.3 噪声标准 179
4.3.1 声学测量基础标准 180
4.3.2 噪声限值标准 181
4.3.3 噪声测量标准 183
第5章 噪声源测量 191
5.1 噪声级测量 191
5.1.1 稳态噪声测量 192
5.1.2 非稳态噪声测量 194
5.1.3 噪声剂量测量 195
5.1.4 测量实例 196
5.2 声功率测量 198
5.2.1 声压法 201
5.2.2 声强法 205
5.2.3 标准声源法 208
5.2.4 振速法 208
5.2.5 测量实例 209
5.3 噪声源识别与定位 213
5.3.1 声学测量法 214
5.3.2 信号分析法 218
第6章 声学材料与声学结构的测量 220
6.1 吸声性能测量 220
6.1.1 声管法 221
6.1.2 斜入射法 239
6.1.3 混响室法 244
6.1.4 多孔材料参数测量 248
6.1.5 测量实例 255
6.2 隔声性能测量 258
6.2.1 隔声性能表征 259
6.2.2 混响室法 259
6.2.3 混响室-消声室法 262
6.2.4 现场测量法 265
6.3 消声器声学性能的测量 266
6.3.1 消声器声学指标及其测量 267
6.3.2 大型消声器声学性能测量 269
第7章 室内声场测量 275
7.1 室内音质评价指标测量 275
7.1.1 评价指标 275
7.1.2 测量方法 281
7.1.3 脉冲响应的测量要求 281
7.1.4 头相关传递函数的测量 284
7.2 扩散体散射系数的测量 285
7.3 扬声器和扬声器系统电声参数的测量 287
7.3.1 扬声器和扬声器系统电声参数 287
7.3.2 扬声器和扬声器系统的测量方法 290
第8章 环境噪声测量 307
8.1 区域环境噪声测量 307
8.1.1 城市环境噪声测量 307
8.1.2 飞机环境噪声测量 312
8.1.3 铁路环境噪声测量 319
8.2 工业企业噪声测量 321
8.2.1 车间内噪声的测量方法 321
8.2.2 边界噪声测量方法 322
8.3 常用交通工具噪声测量 323
8.3.1 机动车辆噪声测量 323
8.3.2 铁路机车车辆噪声测量 325
8.3.3 船舶辐射噪声测量 327
8.4 工业产品噪声测量 329
8.4.1 风机和罗茨鼓风机 329
8.4.2 容积式压缩机噪声测量 333
8.4.3 冷却塔噪声测量 335
8.4.4 吸油烟机声品质测量 337
8.4.5 测量实例 339
参考文献 346
附录一 中华人民共和国噪声污染防治法 348
附录二 重要的环境噪声限值标准 362
“现代声学科学与技术丛书”已出版书目 387