声与振动基础
英文名称 ： Foundation of sound and vibration（A）
一、课程目的和任务
声与振动基础是一门专业基础课，是本专业后续特色课程的基础。通过本课程的学习、培养学生掌握声学的基本概念和解决声学问题的一般方法。
二、教学基本要求（含素质教育与创新能力培养的要求）
通过本课学习要求学生熟练掌握单自由度集总参数机械振动系统振动的规律以及处理该问题的数学方法；能熟练应用机电类比解决多自由度集总参数机械振动系统的振动问题；正确理解相关概念的物理意义。掌握理想流体的基本方程并能推导波动方程；熟练掌握谐和平面波、柱面波和球面波以及非均匀平面波的性质；掌握波在平面分界面上的反射、折射问题的处理方法；掌握波在波导中传播的简正波理论并能熟练解出平行平面层波导的波解；正确理解相关概念的物理意义。掌握完全弹性体中纵波和横波的电动性质；掌握均匀细棒纵振动波动方程的推导及其各类边界条件的物理意义和数学表达式；会解细棒纵振动的定解问题；了解均匀细棒弯曲（横）振动波动方程的推导过程，知道细棒弯曲振动波动方程和各类边界条件的物理意义及其数学表达式；掌握均匀细棒纵振动和横振动的性质；知道平面波入射到液体和固体分界面上时反射、折射问题的处理方法及其基本规律。知道分布参数振动系统和集总参数振动系统以及等效机械振动系统的概念；知道阻抗转移公式的推导并了解该公式意义。掌握声辐射和声散射问题的定解问题；熟练掌握均匀脉动球的辐射问题解法；了解偶极子辐射声场的性质；知道亥母霍兹积分公式的意义，会用瑞利公式计算无限大刚性障板圆面活塞式辐射器的辐射声场；正确理解辐射阻抗、指向性函数、瑞利距离等概念；知道平面波在球上的散射问题的解法；知道瑞利散射定律和散射声场的一般规律。知道声接收的过程，了解声场畸变系数和接收力系数以及二次辐射阻抗的概念；知道振速信号畸变的原因。掌握声波衰减的原因以及均匀介质声吸收的物理机理；知道介质声吸收系数的一般规律；正确理解声吸收系数和复波数及复波速概念的物理意义以及它们之间的关系；掌握吸声系数的概念，了解典型吸声结构的消声机理。
三、教学内容与学时分配
绪论 （2学时）
第一章 机械振动系统的振动（8学时）：单自由度机械振动系统的自由振动、受迫振动；机电类比；两个自由度耦合系统的自由振动、强迫振动。
第二章 理想流体介质中声场的基本规律（14学时）：基本声学量、理想流体介质的基本方程；波动方程和速度势函数；声场中的能量关系；谐和声波和亥母霍兹方程；谐和平面波及其反射和折射、非均匀平面波场、平面驻波场；均匀球面波、均匀柱面声波；声波在平行平面层波导中的传播。
第三章 完全弹性固体介质中弹性波传播规律（10学时）：应力、应变和广义虎克定律；固体中的弹性波和位移势函数；平面波在液固界面上的反射和折射；均匀细棒的纵振动；棒的弯曲振动；分布参数系统的等效集总参数系统和等效参数及等效机电类比；阻抗转移公式。
第四章 声波的辐射（6学时）：声波的辐射过程、辐射阻抗；均匀脉动球面的声辐射；声偶极子的辐射、指向性函数；具有无限大刚性障板的圆面辐射器的辐射。
第五章 声波的散射（2学时）声波的散射过程；平面声波在刚性球面上的散射。
第六章 声波的接收（2学时）接收器表面的压力和接收面的振速；接收振速信号的失真。
第七章 介质的声吸收和吸声材料（4学时）声波的传播衰减和介质的声吸收系数；介质的声吸收机制；吸声材料（结构）的吸声系数；典型吸声材料和典型吸声结构
四、教学方法及手段（含现代化教学手段）
传统课堂教学和部分章节采用多媒体教学相结合。
五、考核方式
闭卷考试。
六、上机实验内容、作业
每次课后1-3道习题，一般在1小时之内可以完成。
七、前续课程、后续课程
前续课程：大学普通物理、高等数学、数理方程、复变函数等。
后续课程：水声学原理、声纳技术、换能器技术、计算声学、噪声及其控制等。
八、教材及主要参考资料
教材：《声学理论基础》何祚镛、赵玉芳编 国防工业出版社 1988
参考资料：《声学基础》杜功焕、朱哲民、龚秀芬编 上海科学技术出版社 1998
《振动与声》P.M.莫尔斯著 科学出版社 1982