2025年大學(xué)《聲學(xué)》專業(yè)題庫(kù)——聲學(xué)專業(yè)學(xué)生實(shí)踐能力培養(yǎng)考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、簡(jiǎn)答題（每題8分，共40分）1.在進(jìn)行混響時(shí)間測(cè)量時(shí)，選擇哪些房間參數(shù)進(jìn)行測(cè)量？簡(jiǎn)述測(cè)量這些參數(shù)的基本步驟和方法。2.簡(jiǎn)述使用傳聲器陣列進(jìn)行聲源定位的基本原理。列舉至少兩種常用的聲源定位算法，并簡(jiǎn)要說明其原理。3.解釋什么是聲強(qiáng)法測(cè)聲？與使用單個(gè)傳聲器測(cè)聲壓級(jí)相比，聲強(qiáng)法有哪些主要優(yōu)點(diǎn)？4.在進(jìn)行建筑隔聲測(cè)量時(shí)，實(shí)驗(yàn)室法（混響室法或傳遞損失法）和現(xiàn)場(chǎng)法（reverberationroommethodorfieldmeasurementmethod）的基本原理是什么？它們各適用于什么情況？5.為了測(cè)量吸聲材料的吸聲系數(shù)，實(shí)驗(yàn)室常用的混響室法需要滿足哪些主要條件？簡(jiǎn)述測(cè)量步驟。二、計(jì)算題（每題10分，共50分）1.某聲源在自由聲場(chǎng)中輻射頻率為500Hz的聲波，距離聲源5米處的聲壓級(jí)為60dB(SPL)。求該聲源的聲功率級(jí)（單位：dB(W)）。假設(shè)聲速為343m/s，空氣密度為1.21kg/m3。2.一個(gè)體積為100m3的空房間，其混響時(shí)間測(cè)量結(jié)果為1.2秒。若在該房間內(nèi)放置一塊吸聲面積為20m2，吸聲系數(shù)為0.5的吸聲材料，假設(shè)其他條件不變，求房間新的混響時(shí)間（單位：秒）。3.某墻壁的傳聲器-傳聲器法測(cè)量結(jié)果如下：在距離墻面1米處放置兩個(gè)等間距的傳聲器（間距d=0.5米），測(cè)得兩傳聲器之間的聲壓級(jí)差ΔLp=6dB。假設(shè)聲波頻率為500Hz，空氣中的聲速為343m/s。請(qǐng)估算該頻率下該墻壁的隔聲量（單位：dB）。（提示：可使用近似公式或查表）4.一臺(tái)聲源的噪聲頻譜如右圖所示（此處無圖，假設(shè)為已知）。請(qǐng)計(jì)算該聲源在中心頻率為63Hz、125Hz、250Hz、500Hz、1kHz、2kHz、4kHz、8kHz的倍頻帶聲壓級(jí)（單位：dB(A)）。已知各中心頻率的計(jì)權(quán)修正值分別為：63/125/250/500Hz為-26/-16/0/+2dB，1/2/4/8kHz為+0/-3/+1.5/-1.5dB。（此處無圖，假設(shè)數(shù)據(jù)已知）5.需要在室內(nèi)建立一個(gè)混響時(shí)間為0.8秒的空間，房間體積為200m3。已知墻壁的吸聲總面積為30m2，窗戶的吸聲總面積為10m2，現(xiàn)有家具的吸聲總面積為15m2。為了達(dá)到要求的混響時(shí)間，還需要添加多少平方米的吸聲系數(shù)為0.3的吸聲材料？三、分析與設(shè)計(jì)題（每題15分，共30分）1.假設(shè)你需要為一個(gè)小型辦公室設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單的噪聲控制方案，噪聲主要來源于外部街道。請(qǐng)簡(jiǎn)述你將如何進(jìn)行噪聲源分析、路徑分析和接收點(diǎn)分析？你會(huì)考慮采用哪些類型的噪聲控制措施（如隔聲、吸聲、減振等）？并簡(jiǎn)要說明選擇這些措施的理由。2.某音樂廳的聽眾席區(qū)域，設(shè)計(jì)要求的混響時(shí)間為1.8秒。在初步設(shè)計(jì)階段，你需要對(duì)房間進(jìn)行聲學(xué)模擬。請(qǐng)簡(jiǎn)述你會(huì)采用哪些關(guān)鍵參數(shù)（如房間體積、形狀、尺寸、主要吸聲材料的類型和位置等）進(jìn)行模擬？你會(huì)關(guān)注哪些聲學(xué)指標(biāo)來判斷設(shè)計(jì)是否滿足要求？試卷答案一、簡(jiǎn)答題（每題8分，共40分）1.測(cè)量參數(shù):混響時(shí)間(T)、房間常數(shù)(R)。測(cè)量步驟與方法:*測(cè)量混響時(shí)間(T):在待測(cè)空間內(nèi)產(chǎn)生一個(gè)短暫而強(qiáng)的聲脈沖（如白噪聲爆發(fā)或敲擊聲），使用聲級(jí)計(jì)在距離聲源中心一定距離且距墻面較遠(yuǎn)的位置（如房間中心或后墻附近）測(cè)量聲能衰減曲線，記錄聲壓級(jí)從峰值下降60dB所需的時(shí)間，即為混響時(shí)間T。或測(cè)量從聲源停止到聲壓級(jí)衰減3dB所需的時(shí)間，再乘以約1.5得到T60。*測(cè)量房間常數(shù)(R):需要先測(cè)量房間的總吸聲面積(A)。總吸聲面積(A)=室內(nèi)總表面積(S)-各表面吸聲系數(shù)(αi)乘以其面積(Si)之和。房間常數(shù)R=A/(1-A/RT)，其中RT=0.16V/T（V為房間體積，T為測(cè)得的混響時(shí)間）。也可以通過測(cè)量不同頻率的混響時(shí)間，利用圖表或公式反算房間常數(shù)。2.基本原理:利用麥克風(fēng)陣列接收來自聲源的不同位置的信號(hào)延遲和強(qiáng)度差異，通過信號(hào)處理技術(shù)估計(jì)聲源的位置。常用算法:*時(shí)間差渡越法(TDOA):基于聲波在介質(zhì)中傳播速度恒定，通過測(cè)量信號(hào)到達(dá)陣列中不同麥克風(fēng)的時(shí)間差(Δt)，利用幾何關(guān)系計(jì)算聲源方位角和/或距離。計(jì)算公式通常為:θ≈arcsin((c/2Δt)*sin(φ))，其中c為聲速，Δt為到達(dá)時(shí)間差，φ為麥克風(fēng)間距。*波束形成法(Beamforming):通過調(diào)整陣列中各麥克風(fēng)的信號(hào)加權(quán)系數(shù)，形成指向性波束。將波束指向性圖的最大值位置或最大值所在區(qū)域判斷為聲源方位。3.聲強(qiáng)法測(cè)聲:利用聲強(qiáng)探頭（由傳聲器陣和測(cè)壓傳聲器組成）同時(shí)測(cè)量聲場(chǎng)中某一點(diǎn)的聲壓和通過該點(diǎn)的聲強(qiáng)矢量，根據(jù)聲強(qiáng)I=p/jωA（p為聲壓，ω為角頻率，A為垂直于聲強(qiáng)方向的等效作用面積）計(jì)算聲強(qiáng)大小和方向。優(yōu)點(diǎn):*矢量信息:同時(shí)提供聲壓和聲強(qiáng)大小，可以確定聲波的傳播方向，實(shí)現(xiàn)聲源定位。*不依賴遠(yuǎn)場(chǎng)假設(shè):在近場(chǎng)區(qū)域也能有效測(cè)量聲強(qiáng)。*指向性好:聲強(qiáng)探頭本身具有一定的指向性，可以提高測(cè)量選擇性。*直接關(guān)聯(lián)功率:聲強(qiáng)直接與聲功率相關(guān)，可以用于計(jì)算聲源功率。4.實(shí)驗(yàn)室法:*原理:在高度吸聲的混響室中測(cè)量待測(cè)構(gòu)件（墻體、門窗等）的傳遞損失(TL)或等效吸聲系數(shù)；或利用兩間混響室分別測(cè)量含待測(cè)構(gòu)件的傳遞函數(shù)，間接計(jì)算TL。測(cè)量基于混響室中聲能平均分布的假設(shè)。*適用情況:需要精確測(cè)量構(gòu)件本身（材料或結(jié)構(gòu)）的隔聲或吸聲性能，可嚴(yán)格控制測(cè)試環(huán)境，獲得標(biāo)準(zhǔn)化的性能指標(biāo)。現(xiàn)場(chǎng)法:*原理:在實(shí)際建筑或環(huán)境中測(cè)量噪聲的傳播衰減或接收點(diǎn)噪聲水平，通常使用傳遞損失法（測(cè)量聲源側(cè)和接收側(cè)的聲壓級(jí)差）或接收點(diǎn)法（測(cè)量不同接收點(diǎn)的噪聲級(jí)并外推）。*適用情況:評(píng)估現(xiàn)有建筑或環(huán)境的隔聲或吸聲效果，結(jié)果更接近實(shí)際使用情況，但受環(huán)境復(fù)雜因素影響較大。5.混響室法條件:*高吸聲:室內(nèi)所有表面（墻壁、天花板、地板）的吸聲系數(shù)應(yīng)盡可能高（通常>0.8），以形成接近自由聲場(chǎng)的條件。*體積足夠大:室內(nèi)體積應(yīng)足夠大，以避免低頻共振的影響。*形狀規(guī)則:室內(nèi)形狀應(yīng)力求規(guī)則，避免出現(xiàn)強(qiáng)烈的聲聚焦。*聲源特性:使用無方向性或已知指向性的聲源，聲源能量應(yīng)能均勻覆蓋整個(gè)測(cè)試空間。*測(cè)量距離:測(cè)量距離應(yīng)足夠遠(yuǎn)，以減小邊界反射的影響。測(cè)量步驟:*測(cè)量空室混響時(shí)間T?。*將待測(cè)吸聲材料按照實(shí)際使用情況（如鋪設(shè)在墻面、地面）安裝一定面積A。*保持聲源和測(cè)量位置不變，測(cè)量安裝吸聲材料后的混響時(shí)間T?。*計(jì)算增加的吸聲量ΔA=S?-S?，其中S?=0.163V/T?，S?=0.163V/T?（V為房間體積）。材料的吸聲系數(shù)α=ΔA/A。二、計(jì)算題（每題10分，共50分）1.解:*L_W=L_p+20*log10(r)+11*L_W=60+20*log10(5)+11*L_W=60+20*log10(5)+11*L_W=60+20*0.69897+11*L_W=60+13.9794+11*L_W=84.9794dB(W)*結(jié)果約為：85dB(W)2.解:*假設(shè)初始房間吸聲面積為A?，吸聲系數(shù)為α?。添加材料后，總吸聲面積變?yōu)锳?=A?+20m2，吸聲系數(shù)為α?=0.5（假設(shè)材料均勻分布，其貢獻(xiàn)的吸聲系數(shù)為0.5）。*由于房間體積和初始吸聲系數(shù)未知，通常需要假設(shè)初始房間吸聲量A?足夠大（或利用初始T?間接計(jì)算），但題目未給。為完成計(jì)算，可假設(shè)初始條件不影響最終結(jié)果，或考慮相對(duì)變化。更嚴(yán)謹(jǐn)方法需補(bǔ)充初始條件。*假設(shè)初始吸聲量對(duì)結(jié)果影響已知或忽略，直接計(jì)算附加材料的貢獻(xiàn)：*附加吸聲量ΔA=α?*A_add=0.5*20=10m2。*根據(jù)混響時(shí)間公式T=0.163V/(S-4mV+4A)，其中A=ΣαiSi。近似為T∝1/A。若吸聲量增加ΔA，則混響時(shí)間縮短ΔT∝-ΔA/A?。*新的混響時(shí)間T?=T?*(A?/(A?+20))。由于未給T?和A?，無法得出具體數(shù)值。若需數(shù)值，需補(bǔ)充初始條件。3.解:*聲壓級(jí)差ΔLp=20*log10(|I?/I?|)。*|I?/I?|=10^(ΔLp/20)=10^(6/20)=10^0.3≈2.0。*聲強(qiáng)與聲壓關(guān)系I=p2/(ρc)，所以I∝p2。*|I?/I?|=(p?/p?)2，因此p?/p?=sqrt(2.0)≈1.414。*聲壓級(jí)差ΔLp'=20*log10(p?/p?)=20*log10(1.414)≈20*0.152=3.04dB。*估算隔聲量TL=L_p(聲源)-L_p(接收)=L_p(聲源)-(L_p(接收)+ΔLp')。*TL≈L_p(聲源)-(L_p(聲源)-ΔLp)-ΔLp'=ΔLp-ΔLp'。*TL≈6dB-3.04dB=2.96dB。*結(jié)果約為：3dB。4.解:(假設(shè)頻譜數(shù)據(jù)已知，以下為計(jì)算過程示例)*L_p(A)=L_p(中心頻率)+K_A+ΔL_A*L_p(63Hz)=L_p(63)+(-26)+0*L_p(125Hz)=L_p(125)+(-16)+0*L_p(250Hz)=L_p(250)+0+0*L_p(500Hz)=L_p(500)+(+2)+0*L_p(1kHz)=L_p(1k)+0+(-3)*L_p(2kHz)=L_p(2k)+0+(+1.5)*L_p(4kHz)=L_p(4k)+0+(-1.5)*L_p(8kHz)=L_p(8k)+0+0*(需要各中心頻率的倍頻帶聲壓級(jí)L_p(中心頻率)的具體值才能得到最終結(jié)果)5.解:*需要的總吸聲面積A_total=0.163V/T_required-SWalls-SWindows-SFurniture*A_total=0.163*200/0.8-30-10-15*A_total=40.75-55=-14.25m2。*結(jié)果為負(fù)值，說明現(xiàn)有吸聲量（30+10+15=55m2）已經(jīng)足夠大，無需添加吸聲材料，甚至可以減少吸聲量以達(dá)到0.8秒的混響時(shí)間。假設(shè)題目意圖是計(jì)算達(dá)到目標(biāo)所需*額外*的吸聲量（即使結(jié)果為負(fù)，也表明無需添加甚至需減少）。*若題目要求計(jì)算“還需要添加多少平方米”，基于計(jì)算結(jié)果，實(shí)際需要添加0m2。若必須給出正值，則結(jié)果為0m2。若題目本身有誤，可反推初始吸聲量需為多少才能滿足要求。三、分析與設(shè)計(jì)題（每題15分，共30分）1.噪聲源分析:確定主要噪聲源的性質(zhì)（空氣聲？結(jié)構(gòu)傳聲？）、頻率特性、強(qiáng)度、位置和持續(xù)時(shí)間。例如，街道噪聲主要是空氣聲，頻譜可能較寬，強(qiáng)度隨距離和交通狀況變化，是穩(wěn)態(tài)或非穩(wěn)態(tài)噪聲。路徑分析:分析噪聲從聲源到辦公室接收點(diǎn)的主要傳播路徑。例如，通過窗戶（直接傳入）、墻體（穿透?jìng)魅耄前澹ńY(jié)構(gòu)傳聲）、門縫等。評(píng)估各路徑的隔聲/減振性能。接收點(diǎn)分析:確定辦公室內(nèi)需要控制的接收點(diǎn)（如工作位置），分析不同路徑到達(dá)接收點(diǎn)的衰減情況，確定主要噪聲貢獻(xiàn)路徑。控制措施:*隔聲:改善或更換窗戶（選用隔聲性能好的窗框和玻璃），檢查并密封門縫，必要時(shí)考慮對(duì)墻體或樓板進(jìn)行隔聲處理。*吸聲:在室內(nèi)墻壁、天花板安裝吸聲材料，減少室內(nèi)混響和反射，降低噪聲干擾。*減振:若噪聲由鄰近振動(dòng)源（如交通）引起，可考慮對(duì)振動(dòng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行隔振處理。理由:針對(duì)性采取措施。隔聲直接阻擋噪聲傳播；吸聲處理室內(nèi)反射，降低混響；減振解決結(jié)構(gòu)傳聲。選擇需考慮成本、效果和實(shí)施難度。2.關(guān)鍵參數(shù):*幾何參數(shù):房間體積(V)、長(zhǎng)寬高尺寸、主要表面的面積和形狀。*材料參數(shù):墻壁、天花板、地板、窗戶等主要表面的吸聲系數(shù)(α)或等效吸聲面積，以及隔聲量(TL)（對(duì)固體傳聲）。*聲源參數(shù):模擬聲源的位置、類型（點(diǎn)源、