2025年大學(xué)《聲學(xué)》專業(yè)題庫(kù)——淺談聲學(xué)在通信領(lǐng)域的應(yīng)用考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（請(qǐng)將正確選項(xiàng)的字母填入括號(hào)內(nèi)，每題3分，共30分）1.下列哪一種聲波在空氣中傳播速度最快？A.可聽(tīng)聲波B.次聲波C.超聲波D.上述三者速度相同2.聲波通信主要利用聲波的哪種特性進(jìn)行信息傳輸？A.強(qiáng)度調(diào)制B.頻率調(diào)制C.壓強(qiáng)變化D.電磁輻射3.在聲波通信中，通常使用超聲波而不是可聽(tīng)聲波的主要原因之一是：A.超聲波更容易產(chǎn)生B.超聲波在空氣中的衰減較小C.超聲波頻率單一D.超聲波無(wú)法被干擾4.超聲波通信系統(tǒng)在短距離通信中表現(xiàn)出較高的方向性，這主要得益于：A.超聲波頻率高，波長(zhǎng)短B.超聲波功率大C.超聲波在水中傳播效果好D.超聲波通信系統(tǒng)復(fù)雜度高5.聲納（Sonar）技術(shù)的核心原理是利用聲波的：A.反射特性進(jìn)行探測(cè)B.透射特性進(jìn)行通信C.吸收特性進(jìn)行降噪D.多普勒效應(yīng)進(jìn)行測(cè)速6.聲波通信系統(tǒng)面臨的主要挑戰(zhàn)之一是：A.需要復(fù)雜的硬件設(shè)備B.易受電磁干擾C.空氣中的衰減嚴(yán)重D.信號(hào)帶寬無(wú)限大7.在水下通信中，聲納通常使用超聲波，主要是因?yàn)椋篈.水對(duì)超聲波的吸收比可聽(tīng)聲波小B.水中只有超聲波能傳播C.超聲波頻率低，穿透力強(qiáng)D.超聲波設(shè)備在水下更廉價(jià)8.基于超聲波的室內(nèi)定位系統(tǒng)，其定位精度主要取決于：A.超聲波發(fā)射功率B.接收器數(shù)量和分布C.超聲波頻率高低D.被定位物體的材質(zhì)9.聲光調(diào)制器在光纖通信中的應(yīng)用，主要是利用了聲波對(duì)光波的：A.吸收效應(yīng)B.干涉效應(yīng)C.調(diào)制效應(yīng)D.偏振效應(yīng)10.次聲波通信雖然潛在通信距離遠(yuǎn)，但主要面臨的困難是：A.信號(hào)帶寬太窄B.頻率太低，難以產(chǎn)生和檢測(cè)C.在地球表面?zhèn)鞑ナ艿匦斡绊懶.抗噪聲能力強(qiáng)二、填空題（請(qǐng)將答案填入橫線上，每空2分，共20分）1.聲波通信系統(tǒng)在接收端通常需要使用______來(lái)將接收到的聲信號(hào)轉(zhuǎn)換回電信號(hào)。2.超聲波在介質(zhì)中傳播時(shí)，其頻率越高，波長(zhǎng)越______，方向性越______。3.聲納系統(tǒng)根據(jù)工作方式不同，主要分為_(kāi)_____和______兩種類型。4.聲波在傳播過(guò)程中能量會(huì)逐漸減弱，這種現(xiàn)象稱為_(kāi)_____，其主要原因包括介質(zhì)吸收和擴(kuò)散。5.利用聲波進(jìn)行短距離無(wú)線通信時(shí)，常通過(guò)改變聲波的______來(lái)傳遞數(shù)字信息。三、簡(jiǎn)答題（請(qǐng)簡(jiǎn)要回答下列問(wèn)題，每題5分，共20分）1.簡(jiǎn)述聲波通信相較于電磁波通信的主要優(yōu)缺點(diǎn)。2.解釋什么是多普勒效應(yīng)，并簡(jiǎn)述其在聲納測(cè)速中的應(yīng)用原理。3.為什么超聲波常被用于距離測(cè)量和無(wú)損檢測(cè)？4.簡(jiǎn)述聲學(xué)傳感器網(wǎng)絡(luò)在無(wú)線傳感領(lǐng)域可能的應(yīng)用場(chǎng)景。四、計(jì)算題（請(qǐng)列出必要的公式和計(jì)算步驟，每題10分，共20分）1.假設(shè)一超聲波通信系統(tǒng)在空氣中工作，發(fā)射的超聲波頻率為40kHz。若聲速為343m/s，求該超聲波在空氣中的波長(zhǎng)。如果信號(hào)傳輸距離為10m，求信號(hào)往返所需的時(shí)間。2.某聲納系統(tǒng)發(fā)射頻率為10kHz的超聲波，在水中的聲速為1500m/s。已知接收到的反射信號(hào)相對(duì)于發(fā)射信號(hào)的時(shí)間延遲為0.1ms。請(qǐng)計(jì)算目標(biāo)物體與聲納系統(tǒng)之間的距離。假設(shè)水中聲波衰減可以忽略不計(jì)。五、論述題（請(qǐng)全面闡述下列問(wèn)題，不少于150字，共10分）結(jié)合當(dāng)前技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)，論述聲學(xué)通信在未來(lái)物聯(lián)網(wǎng)（IoT）和無(wú)線通信領(lǐng)域可能扮演的角色及其面臨的機(jī)遇與挑戰(zhàn)。試卷答案一、選擇題1.C2.C3.A4.A5.A6.C7.A8.B9.B10.B二、填空題1.話筒（麥克風(fēng)）2.短；好3.被動(dòng)式聲納；主動(dòng)式聲納4.衰減5.頻率（或強(qiáng)度）三、簡(jiǎn)答題1.優(yōu)點(diǎn)：設(shè)備成本相對(duì)較低，可在某些特殊環(huán)境（如水下、濃煙、黑暗）中使用，不易受到電磁干擾。缺點(diǎn)：傳播速度慢，距離受限，空氣中的衰減較大，易受環(huán)境噪聲干擾，帶寬通常較窄。2.多普勒效應(yīng)是指波源與觀察者相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，觀察者接收到的波頻率會(huì)發(fā)生變化的現(xiàn)象。當(dāng)波源靠近觀察者時(shí)，接收頻率高于發(fā)射頻率；當(dāng)波源遠(yuǎn)離觀察者時(shí)，接收頻率低于發(fā)射頻率。聲納測(cè)速利用發(fā)射已知頻率的聲波，并接收從移動(dòng)目標(biāo)（如潛艇）反射回來(lái)的聲波，通過(guò)測(cè)量反射波頻率相對(duì)于發(fā)射波頻率的變化量，利用多普勒公式計(jì)算目標(biāo)的相對(duì)速度。3.超聲波頻率高，波長(zhǎng)短，指向性好，且在許多介質(zhì)中傳播衰減相對(duì)較小，且能攜帶信息。這些特性使得超聲波適合用于需要高分辨率、短距離、精確定位的應(yīng)用，如測(cè)量距離（利用時(shí)間差）、探測(cè)物體內(nèi)部缺陷（利用反射或透射差異）、成像（如B超）等無(wú)損檢測(cè)。4.聲學(xué)傳感器網(wǎng)絡(luò)可用于需要隱蔽監(jiān)控或環(huán)境感知的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。例如，在結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)中，利用分布式聲學(xué)傳感器網(wǎng)絡(luò)檢測(cè)橋梁、建筑物的異常振動(dòng)或沖擊；在環(huán)境監(jiān)測(cè)中，利用聲學(xué)傳感器檢測(cè)特定聲源（如野生動(dòng)物叫聲、工業(yè)噪聲）；在智能家居中，利用聲學(xué)傳感器進(jìn)行語(yǔ)音交互、人體存在檢測(cè)或安全警報(bào)（如摔倒檢測(cè)）。四、計(jì)算題1.解：波長(zhǎng)λ=v/fλ=343m/s/40×103Hz=0.008575m=8.575mm往返時(shí)間t=2×距離/v=2×10m/343m/s=0.02916s=29.16ms答：該超聲波在空氣中的波長(zhǎng)為8.575mm，信號(hào)往返所需的時(shí)間為29.16ms。2.解：距離s=v×tt=0.1ms=0.1×10?3ss=1500m/s×0.1×10?3s=0.15m答：目標(biāo)物體與聲納系統(tǒng)之間的距離為0.15m。五、論述題（以下為示例性內(nèi)容，滿足字?jǐn)?shù)和論述要求，具體表述可略作調(diào)整）聲學(xué)通信在未來(lái)物聯(lián)網(wǎng)和無(wú)線通信領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用前景，特別是在傳統(tǒng)電磁通信受限的環(huán)境。例如，水下通信是聲學(xué)通信的重要應(yīng)用方向，利用水聲通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)水下傳感器網(wǎng)絡(luò)、水下機(jī)器人通信等。其機(jī)遇在于突破了水下電磁波傳播的瓶頸。然而，聲學(xué)通信也面臨諸多挑戰(zhàn)，如傳播速度慢、帶寬相對(duì)較窄、易受環(huán)境噪