2025年大學(xué)《聲學(xué)》專業(yè)題庫(kù)——聲學(xué)技術(shù)在考古學(xué)中的應(yīng)用考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、填空題（每空3分，共30分）1.聲波在介質(zhì)中傳播時(shí)，其能量會(huì)逐漸減弱，這種現(xiàn)象稱為__________，主要與介質(zhì)的__________和聲波的__________有關(guān)。2.探地雷達(dá)（GPR）的基本工作原理是向地下發(fā)射短脈沖電磁波，通過測(cè)量脈沖的__________和時(shí)間來探測(cè)地下結(jié)構(gòu)。3.聲納技術(shù)利用聲波的__________特性來探測(cè)水下目標(biāo)或繪制水下地形圖。4.聲波頻率高于__________赫茲，人耳通常無法聽到，但在考古學(xué)中可用于__________等應(yīng)用。5.聲學(xué)成像技術(shù)通過分析聲波的__________或__________分布，可以形成地下或物體內(nèi)部的圖像。6.在考古遺址探測(cè)中，聲波反射系數(shù)的大小主要取決于相鄰介質(zhì)聲阻抗的__________。7.無損檢測(cè)技術(shù)利用聲波與材料相互作用的信息，以達(dá)到__________的目的，對(duì)文物進(jìn)行原位分析。8.聲學(xué)技術(shù)應(yīng)用于水下考古時(shí)，需要克服的主要挑戰(zhàn)是__________和__________。9.利用聲波測(cè)距技術(shù)可以探測(cè)洞穴的__________和__________。10.考古聲學(xué)應(yīng)用中，必須考慮環(huán)境噪聲的干擾，并采取相應(yīng)的__________措施。二、名詞解釋（每題5分，共20分）1.多普勒效應(yīng)2.聲強(qiáng)級(jí)3.主動(dòng)聲學(xué)成像4.無損檢測(cè)三、簡(jiǎn)答題（每題8分，共40分）1.簡(jiǎn)述聲波在均勻介質(zhì)中傳播的基本特性。2.與其他地下探測(cè)方法（如地質(zhì)雷達(dá)、電阻率法）相比，聲納技術(shù)在考古探測(cè)中具有哪些獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)和局限性？3.簡(jiǎn)述利用聲學(xué)技術(shù)探測(cè)地下空洞的基本原理。4.在進(jìn)行文物聲學(xué)無損檢測(cè)時(shí)，需要注意哪些關(guān)鍵因素？5.簡(jiǎn)述考古聲學(xué)應(yīng)用中數(shù)據(jù)采集和信號(hào)處理的主要步驟。四、論述題（每題15分，共30分）1.論述聲學(xué)技術(shù)在水下考古遺址調(diào)查與保護(hù)中的應(yīng)用前景和面臨的挑戰(zhàn)。2.結(jié)合具體實(shí)例，論述如何將聲學(xué)原理應(yīng)用于壁畫、碑刻等文物的無損分析。五、計(jì)算題（每題10分，共20分）1.聲波在空氣中以343米/秒的速度傳播，如果接收到反射回來的回波信號(hào)用時(shí)為0.008秒，求反射界面距離聲源多遠(yuǎn)？2.一聲納系統(tǒng)發(fā)射頻率為500千赫茲的超聲波，在水中的傳播速度為1500米/秒。求該超聲波的波長(zhǎng)是多少？如果從目標(biāo)反射回來的信號(hào)相位差為π，目標(biāo)距離是多少？（假設(shè)為平面波反射）試卷答案一、填空題（每空3分，共30分）1.衰減；吸收；強(qiáng)度2.接收/接收回波；傳播3.反射4.20000；無損探傷/內(nèi)部結(jié)構(gòu)成像5.時(shí)間；強(qiáng)度6.差值/差異7.探測(cè)內(nèi)部結(jié)構(gòu)/成分/缺陷8.傳播損耗/衰減；多徑效應(yīng)/干擾9.尺寸；形狀10.降噪/抗干擾二、名詞解釋（每題5分，共20分）1.多普勒效應(yīng)：當(dāng)聲源和接收者相對(duì)介質(zhì)存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，接收者接收到的聲波頻率會(huì)發(fā)生變化，這種現(xiàn)象稱為多普勒效應(yīng)?？拷邮照邥r(shí)頻率升高，遠(yuǎn)離接收者時(shí)頻率降低。2.聲強(qiáng)級(jí)：表示聲波強(qiáng)度相對(duì)大小的一個(gè)量，通常用對(duì)數(shù)標(biāo)度表示，單位為分貝（dB）。它反映了聲波在單位面積上傳遞的功率。3.主動(dòng)聲學(xué)成像：利用聲源主動(dòng)發(fā)射聲波，并通過接收和處理回波信號(hào)來構(gòu)建目標(biāo)內(nèi)部或表面圖像的技術(shù)。例如超聲成像、聲納成像等。4.無損檢測(cè)：在不損壞被檢測(cè)對(duì)象的前提下，利用物理方法（如聲學(xué)、電磁、光學(xué)等）獲取其內(nèi)部或表面信息，以判斷其質(zhì)量或結(jié)構(gòu)的技術(shù)。三、簡(jiǎn)答題（每題8分，共40分）1.簡(jiǎn)述聲波在均勻介質(zhì)中傳播的基本特性。解析思路：聲波在均勻介質(zhì)中傳播時(shí)，波速、頻率和波長(zhǎng)保持不變。波速由介質(zhì)性質(zhì)決定，頻率由聲源決定，波長(zhǎng)與波速和頻率相關(guān)。能量隨距離增加而衰減，傳播方向保持直線（除非遇到界面或介質(zhì)不均勻）。波陣面形狀保持規(guī)則（如平面波）。2.與其他地下探測(cè)方法（如地質(zhì)雷達(dá)、電阻率法）相比，聲納技術(shù)在考古探測(cè)中具有哪些獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)和局限性？解析思路：優(yōu)勢(shì)：在水下探測(cè)性能優(yōu)越，尤其適用于大型水域和復(fù)雜水下環(huán)境。可探測(cè)水下遺址、沉船、水下地形等。主動(dòng)發(fā)射，可控制探測(cè)范圍和方向。對(duì)于某些特定目標(biāo)（如金屬）反射效果好。局限性：受水體聲學(xué)特性（聲速、吸收、噪聲）影響大。在水下覆蓋層較厚或介質(zhì)復(fù)雜時(shí)探測(cè)深度有限。設(shè)備成本相對(duì)較高。數(shù)據(jù)解釋需要專業(yè)知識(shí)。3.簡(jiǎn)述利用聲學(xué)技術(shù)探測(cè)地下空洞的基本原理。解析思路：主要利用聲波反射原理。向地下發(fā)射聲波，如果遇到空洞（聲阻抗顯著低于周圍介質(zhì)），聲波會(huì)在空洞壁之間發(fā)生多次反射，并最終返回到接收器。通過分析接收到的回波信號(hào)的時(shí)間、強(qiáng)度、相位等信息，可以判斷空洞的存在、大小、形狀和位置。例如使用敲擊法（Kirel’ski方法）或?qū)ｉT的探地聲納系統(tǒng)。4.在進(jìn)行文物聲學(xué)無損檢測(cè)時(shí)，需要注意哪些關(guān)鍵因素？解析思路：需要注意：①文物的材質(zhì)、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及其聲學(xué)特性。②聲波與文物相互作用的方式（反射、透射、散射）。③環(huán)境噪聲的隔離和抑制。④探測(cè)方法的選擇（如脈沖回波法、共振法等）與傳感器（換能器）的匹配。⑤信號(hào)采集的精度和頻率范圍。⑥數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確解讀，區(qū)分真實(shí)信息與噪聲干擾。⑦操作過程對(duì)文物的安全性。5.簡(jiǎn)述考古聲學(xué)應(yīng)用中數(shù)據(jù)采集和信號(hào)處理的主要步驟。解析思路：數(shù)據(jù)采集：選擇合適的聲學(xué)設(shè)備（聲源、換能器、接收器），確定探測(cè)方案（如發(fā)射頻率、波形、掃描方式），將聲源和接收器放置在預(yù)定位置，記錄發(fā)射信號(hào)和接收到的回波信號(hào)。信號(hào)處理：對(duì)采集到的原始信號(hào)進(jìn)行放大、濾波（去除噪聲）、時(shí)域分析（如測(cè)距、識(shí)別反射事件）、頻域分析（如識(shí)別材料特性、計(jì)算共振頻率）、成像處理（如構(gòu)建截面圖或三維圖像）等，最終提取有用的考古信息。四、論述題（每題15分，共30分）1.論述聲學(xué)技術(shù)在水下考古遺址調(diào)查與保護(hù)中的應(yīng)用前景和面臨的挑戰(zhàn)。解析思路：應(yīng)用前景：①水下探測(cè)：利用聲納、側(cè)掃聲吶、淺地層剖面等探測(cè)水下遺址分布、地形地貌、沉船等。②精密測(cè)量：利用高精度聲學(xué)成像或激光聲學(xué)層析成像進(jìn)行水下文物的精細(xì)結(jié)構(gòu)觀察和測(cè)繪。③無損分析：利用超聲波、聲發(fā)射等技術(shù)評(píng)估水下文物的材質(zhì)、結(jié)構(gòu)完整性及腐蝕情況。④環(huán)境監(jiān)測(cè)：利用聲學(xué)方法監(jiān)測(cè)水下環(huán)境噪聲、水流等對(duì)遺址的影響。⑤遺址保護(hù)：指導(dǎo)水下保護(hù)工程，監(jiān)測(cè)保護(hù)效果。面臨的挑戰(zhàn)：①水下聲學(xué)環(huán)境復(fù)雜（聲速剖面變化、多徑效應(yīng)、散射、噪聲）。②探測(cè)距離和分辨率受限。③設(shè)備在惡劣海況下的穩(wěn)定性和耐久性。④數(shù)據(jù)處理和解釋的復(fù)雜性。⑤水下作業(yè)困難和危險(xiǎn)性。⑥成本高昂。2.結(jié)合具體實(shí)例，論述如何將聲學(xué)原理應(yīng)用于壁畫、碑刻等文物的無損分析。解析思路：聲學(xué)原理可用于檢測(cè)壁畫、碑刻等文物的內(nèi)部微裂紋、空鼓、材質(zhì)不均勻、結(jié)構(gòu)變形等問題。例如：①脈沖回波法：通過敲擊或發(fā)射短聲脈沖，接收反射回來的信號(hào)。分析回波的時(shí)間、強(qiáng)度和波形變化，可以判斷文物內(nèi)部是否存在空鼓（反射波延遲、強(qiáng)度變化）或裂紋（產(chǎn)生新的反射點(diǎn)或散射）。②聲波共振法：使文物在特定頻率下振動(dòng)并測(cè)量其共振頻率和模式。共振頻率的變化或異常模式的出現(xiàn)，可能指示文物內(nèi)部存在缺陷或材質(zhì)變化。③聲阻抗測(cè)距：通過測(cè)量聲波在文物內(nèi)部的傳播時(shí)間，可以估算探測(cè)深度。結(jié)合不同頻率的聲波，可以獲得關(guān)于文物表層及內(nèi)部結(jié)構(gòu)的信息。實(shí)例：可應(yīng)用于檢測(cè)壁畫底層支撐結(jié)構(gòu)是否穩(wěn)定，碑刻內(nèi)部是否存在裂紋擴(kuò)展，或者古樂器（如古琴、古箏）面板和底板的結(jié)合情況及材質(zhì)分布。這些分析有助于評(píng)估文物的保存狀況，為保護(hù)決策提供依據(jù)。五、計(jì)算題（每題10分，共20分）1.聲波在空氣中以343米/秒的速度傳播，如果接收到反射回來的回波信號(hào)用時(shí)為0.008秒，求反射界面距離聲源多遠(yuǎn)？解析思路：聲波往返的總時(shí)間是0.008秒，所以聲波從聲源到反射界面的單程時(shí)間是0.008秒/2=0.004秒。距離=聲速×單程時(shí)間=343m/s×0.004s=1.372米。2.一聲納系統(tǒng)發(fā)射頻率為500千赫茲的超聲波，在水中的傳播速度為1500米/秒。求該超聲波的波長(zhǎng)是多少？如果從目標(biāo)反射回來的信號(hào)相位差為π，目標(biāo)距離是多少？（假設(shè)為平面波反射）解析思路：①波長(zhǎng)計(jì)算：波長(zhǎng)λ=聲速v/頻率f。λ=1500m/s/(500×10^3Hz)=1500/500000=0.003米=3毫米。②距離計(jì)算：相位差為π（180度）意味著信號(hào)傳播了半個(gè)波長(zhǎng)。信號(hào)往返的總相位差為2π，π對(duì)應(yīng)半個(gè)波長(zhǎng)。所以單程距離s=λ/2=0.003m/2=0.0015米=1.5毫米?；蛘?，相位差Δφ=2π*(2s)/λ。已知Δφ=π,λ=0.003m。π