声阻抗 初步概念：从阻力到“声学阻力” 在力学中，当一个物体试图在流体（如空气或水）中运动时，会感受到阻力。类似地，在声学中，当声波试图在介质中传播，或者从一个介质进入另一个介质时，也会遇到一种“阻力”，这种阻力被称为 声阻抗 。它本质上是介质对声波传播表现出的惯性（阻碍声波粒子运动）和弹性（反抗声波引起的压缩和膨胀）的综合特性。 核心定义：压强与速度的比值 声阻抗（Z）被精确定义为介质中某一点处的 声压 （p，即由于声波存在而产生的交变压强，单位是帕斯卡Pa）与该点处介质质点的 振动速度 （v，不是声速，是粒子自身来回振动的速度，单位是米/秒m/s）的比值。其数学表达式为： Z = p / v 。 这个公式与电路中的欧姆定律（电阻 R = 电压 U / 电流 I）形式完全相同。因此，声阻抗可以被类比为“声学电阻”或“声学阻抗”，声压对应电压，质点振速对应电流。 特性阻抗：介质的内在属性 对于在介质中自由传播的平面波，声阻抗有一个非常重要的特例，称为 特性阻抗 （或特征阻抗，记作 Z₀）。 它的值由介质本身的密度（ρ，单位kg/m³）和该介质中的声速（c，单位m/s）决定： Z₀ = ρ × c 。单位是瑞利（Rayl），1 Rayl = 1 Pa·s/m。 这是一个材料的 本征属性 。例如，常温常压下空气的 ρ ≈ 1.2 kg/m³，c ≈ 343 m/s，所以 Z₀(空气) ≈ 410 Rayl；而水的 ρ ≈ 1000 kg/m³，c ≈ 1500 m/s，Z₀(水) ≈ 1.5 × 10⁶ Rayl。水的特性阻抗大约是空气的3500倍，这意味着让水和空气的质点产生相同振动速度，在水中需要建立的声压比在空气中大得多。 核心应用：声波的反射与透射 声阻抗最重要的应用是解释和计算声波在两种不同介质交界面处的行为。当声波垂直入射到界面时： 如果两侧介质的特性阻抗（Z₁ 和 Z₂） 相等 ，声波能量将全部 透射 过去，没有反射。这称为 阻抗匹配 。 如果两侧的特性阻抗 差异很大 ，则绝大部分声波能量会被 反射 回去，只有很少能量透射。 反射能量和透射能量的比例可以通过两种介质的特性阻抗精确计算出来。阻抗差异越大，反射越强。 现实世界的例子 超声波检测/医学超声 ：超声探头与皮肤之间需要涂抹耦合剂（一种凝胶）。这是因为探头晶片的阻抗、空气的阻抗和人体组织的阻抗差异极大。如果不涂耦合剂，超声能量几乎全部在探头-空气界面被反射，无法进入人体。耦合剂的阻抗介于探头和皮肤之间，起到了“阻抗匹配层”的作用，使声能有效地传入体内。 隔声 ：声音从空气（低声阻）传到墙体（极高声阻）时，在界面发生强烈反射，这是墙体本身就能隔音的原因之一。 声学材料设计 ：吸声材料（如多孔泡沫）的结构设计目的之一，是让声波能够进入材料内部并被耗散，这就需要尽可能地 匹配 空气的阻抗，减少入口处的反射。 听觉原理 ：中耳内的三块听小骨（锤骨、砧骨、镫骨）构成一个杠杆系统，其重要功能之一就是匹配 空气 （外耳道）与 淋巴液 （内耳耳蜗）之间巨大的声阻抗差，从而高效地将空气中的声波振动能量传递到内耳液体中。