2025年大學(xué)《聲學(xué)》專業(yè)題庫——聲波傳播在火災(zāi)監(jiān)測中的應(yīng)用考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每題3分，共30分。請將正確選項的字母填在題后的括號內(nèi)。）1.在標準大氣壓和15℃的空氣中，聲波的傳播速度約為（）。A.300m/sB.340m/sC.1530m/sD.29979m/s2.聲波從空氣斜射入水中時，下列哪個物理量一定會發(fā)生改變？（）A.聲速B.頻率C.波長D.聲壓3.聲波在傳播過程中，能量逐漸減弱的現(xiàn)象稱為（）。A.反射B.折射C.衍射D.衰減4.火災(zāi)初期，主要產(chǎn)生的聲音是通過（）產(chǎn)生的。A.火焰的爆裂B.熱氣流與周圍空氣的擾動C.可燃物的高速燃燒D.火場內(nèi)的結(jié)構(gòu)崩塌5.聲波定位系統(tǒng)利用多普勒效應(yīng)來確定聲源位置，其基本原理是測量（）。A.聲波到達探測器的強度B.聲波在介質(zhì)中的衰減程度C.探測器接收到的聲波頻率相對于聲源頻率的變化D.聲波傳播的方向6.在火災(zāi)監(jiān)測中，聲波衰減主要與以下哪個因素?zé)o關(guān)？（）A.傳播距離B.介質(zhì)溫度C.介質(zhì)濕度D.聲波的初始頻率7.對于點狀聲源在自由聲場中的傳播，聲強級隨距離的增加而（）。A.增加B.不變C.減小D.先增后減8.能夠區(qū)分不同類型火災(zāi)或同一火災(zāi)不同發(fā)展階段的關(guān)鍵聲學(xué)特征是（）。A.聲波的傳播速度B.聲波的衰減率C.聲譜的頻率成分和時頻特性D.聲波的到達時間9.在復(fù)雜環(huán)境下，聲波定位的精度會受到嚴重影響的因素主要是（）。A.聲源和探測器的數(shù)量B.聲波在傳播路徑上的多次反射C.環(huán)境噪聲的干擾D.以上都是10.聲學(xué)火災(zāi)探測器對噪聲的抑制能力，通常取決于其（）。A.探測范圍的大小B.對特定頻譜成分的識別能力C.聲波的發(fā)射功率D.接收靈敏度的調(diào)節(jié)范圍二、填空題（每空2分，共20分。請將正確答案填在題中的橫線上。）1.聲波的強度是指單位時間內(nèi)通過垂直于聲波傳播方向的單位面積上的聲______。2.聲波傳播速度與介質(zhì)的______和______有關(guān)。3.火災(zāi)產(chǎn)生的聲學(xué)信號通常具有寬頻帶、動態(tài)范圍大、______復(fù)雜等特點。4.利用聲波傳播時間差進行聲源定位的基本原理是______原理。5.聲學(xué)信號處理中，常用______分析方法來識別火災(zāi)聲信號的頻譜特征。6.為了提高火災(zāi)監(jiān)測系統(tǒng)的可靠性，需要考慮聲波傳播路徑上的______和多普勒效應(yīng)等帶來的影響。7.分布式聲學(xué)傳感系統(tǒng)通過部署大量聲學(xué)傳感器，可以實現(xiàn)火災(zāi)的______定位和早期預(yù)警。8.聲強是指聲波的______對時間的變化率。9.理解聲波在火災(zāi)現(xiàn)場的反射、衍射和______規(guī)律，對于分析聲源定位的誤差至關(guān)重要。10.聲發(fā)射技術(shù)利用材料變形或斷裂過程中產(chǎn)生的瞬態(tài)聲學(xué)信號進行探測，其在火災(zāi)監(jiān)測中可用于______的監(jiān)測。三、簡答題（每題8分，共32分。請簡要回答下列問題。）1.簡述聲波在空氣中傳播時發(fā)生衰減的主要原因。2.簡述火焰燃燒聲、爆裂聲和熱氣流擾動聲在聲學(xué)特性上的主要區(qū)別。3.簡述聲波定位技術(shù)在火災(zāi)監(jiān)測中的基本步驟。4.簡述聲學(xué)火災(zāi)探測器在設(shè)計和應(yīng)用中需要考慮的主要因素。四、計算題（每題10分，共20分。請列出必要的公式和計算步驟。）1.假設(shè)聲源在距離聲波探測器500米處產(chǎn)生聲波，聲波在空氣中的傳播速度為340m/s。如果探測器接收到的是頻率為1000Hz的聲波，求聲波從聲源傳播到探測器需要多長時間？(忽略衰減和多普勒效應(yīng))2.已知點狀聲源在自由聲場中，距離聲源10米處的聲壓級為60dB。求距離聲源20米處的聲壓級是多少分貝？（假設(shè)空氣介質(zhì)均勻，忽略其他因素影響）五、論述題（12分。請就以下問題展開論述。）結(jié)合聲波傳播的特性和火災(zāi)發(fā)展的過程，論述聲波傳播在火災(zāi)早期監(jiān)測和定位中面臨的主要挑戰(zhàn)，并提出相應(yīng)的應(yīng)對策略或技術(shù)手段。試卷答案一、選擇題1.B2.C3.D4.B5.C6.D7.C8.C9.D10.B二、填空題1.能量2.密度，彈性模量3.時間頻率4.聲時差5.快速傅里葉變換(FFT)或頻譜6.反射，折射7.精確8.聲功率9.衰減10.結(jié)構(gòu)異常三、簡答題1.解析思路：聲波在空氣中傳播時，能量會因介質(zhì)阻力（粘滯力）做功而轉(zhuǎn)化為熱能，導(dǎo)致聲強逐漸減弱，此為粘滯衰減。此外，空氣中的分子碰撞和熱運動也會導(dǎo)致聲能損失，形成熱傳導(dǎo)衰減。頻率越高，衰減越快。空氣濕度增加，分子碰撞加劇，也會增加衰減。*答案要點：介質(zhì)粘滯力做功轉(zhuǎn)化為熱能；空氣分子碰撞和熱運動導(dǎo)致能量損失；頻率越高，衰減越快；濕度增加，衰減加劇。2.解析思路：火焰燃燒聲通常頻率較高，具有寬頻帶特性，強度隨火焰大小和穩(wěn)定性變化。爆裂聲（如爆燃）是短時、高能量的沖擊聲，頻譜尖銳，持續(xù)時間短。熱氣流擾動聲則可能頻率較低，且隨氣流運動和溫度梯度變化，時變性強。*答案要點：火焰聲頻高、寬帶、強度變；爆裂聲短時、高能、頻譜尖、持續(xù)短；熱氣流聲頻低、時變、與氣流相關(guān)。3.解析思路：聲波定位的基本步驟是：首先，部署至少兩個（通常更多）聲學(xué)探測器；其次，測量每個探測器接收到目標聲源信號的時間差（Δt）；然后，利用已知的聲速（v）和探測器間距離（d），根據(jù)聲時差定位原理（如雙曲線定位）計算出聲源可能的位置；最后，結(jié)合多個探測器的測量結(jié)果，進行三角測量或多點定位，以提高精度并確定聲源方向。*答案要點：部署多個探測器；測量聲波到達時間差；利用聲速和距離計算聲源位置；結(jié)合多探測器結(jié)果提高精度和方向。4.解析思路：設(shè)計聲學(xué)火災(zāi)探測器需考慮：有效的聲學(xué)信號采集方式（麥克風(fēng)選擇、方向性）；對目標火災(zāi)聲學(xué)特征的識別能力（頻譜分析、模式識別）；強的環(huán)境噪聲抑制能力（濾波、閾值設(shè)定）；足夠的探測距離和靈敏度；寬工作溫度和濕度范圍；小的體積和功耗；以及穩(wěn)定可靠的信號處理和報警電路。*答案要點：聲信號采集；目標特征識別；噪聲抑制；探測距離與靈敏度；工作環(huán)境適應(yīng)性；體積功耗與可靠性。四、計算題1.解析思路：根據(jù)距離、速度和時間的關(guān)系公式S=v*t，求解時間t。已知S=500m，v=340m/s，代入公式計算。*答案：t=S/v=500m/340m/s≈1.47s2.解析思路：在自由聲場中，點源聲強與距離的平方成反比，聲壓與距離成反比，因此聲壓級（Lp）與距離（r）成反比關(guān)系（20*log10(r1/r2)=Lp2-Lp1）。已知Lp1=60dB，r1=10m，r2=20m，代入公式計算Lp2。*答案：Lp2=Lp1-20*log10(r2/r1)=60dB-20*log10(20/10)=60dB-20*log10(2)≈60dB-6.02dB=53.98dB，約等于54dB。五、論述題解析思路：論述需首先闡述聲波傳播的基本特性（如衰減、多徑效應(yīng)）如何影響火災(zāi)信號的接收和定位。然后，結(jié)合火災(zāi)發(fā)展過程，分析早期火災(zāi)（如陰燃）聲信號微弱、頻譜特征不明顯、易被環(huán)境噪聲淹沒等問題。中期火災(zāi)聲信號增強但傳播路徑復(fù)雜、多徑干擾嚴重。最后，針對這些挑戰(zhàn)，提出應(yīng)對策略，如使用高靈敏度、窄帶濾波的探測器；利用聲時差定位、多傳感器數(shù)據(jù)融合、機器學(xué)習(xí)進行模式識別和噪聲抑制；采