2025年大學《聲學》專業(yè)題庫——聲學研究中的數(shù)據(jù)采集與處理考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每題2分，共20分。請將正確選項的字母填在括號內(nèi)。）1.在聲學測量中，選擇麥克風時，以下哪個參數(shù)主要描述其接收聲波的靈敏度？(A)頻率響應(B)指向性(C)靈敏度(D)動態(tài)范圍2.根據(jù)采樣定理，為了無失真地還原頻率范圍最高為3kHz的模擬信號，采樣頻率應至少為：(A)1.5kHz(B)3kHz(C)6kHz(D)9kHz3.對聲學信號進行傅里葉變換的主要目的是：(A)放大微弱信號(B)濾除噪聲(C)分析信號的頻率成分(D)降低數(shù)據(jù)量4.在進行環(huán)境噪聲測量時，為獲得代表性結(jié)果，通常需要在多個不同時間點進行測量，這主要是為了減?。?A)儀器誤差(B)系統(tǒng)誤差(C)隨機誤差(D)方法誤差5.使用聲級計進行噪聲測量時，其測得的聲壓級（SPL）值受信號頻率的影響，這通常是通過校準和修正來處理的，這種現(xiàn)象與麥克風的：(A)靈敏度隨頻率變化有關(B)指向性有關(C)阻抗有關(D)傳感器類型有關6.以下哪種方法不屬于常用的信號降噪技術？(A)低通濾波(B)小波變換降噪(C)譜減法(D)改變采樣率7.測量混響時間時，通常需要在空曠的房間里放置聲源和測聲器，并確保房間處于“穩(wěn)態(tài)”，這里的“穩(wěn)態(tài)”指的是：(A)聲音強度不再變化(B)聲音頻率不再變化(C)室內(nèi)聲能分布不再變化(D)聲源持續(xù)發(fā)聲8.自相關函數(shù)主要用于分析：(A)兩個不同信號之間的關系(B)信號在不同時間點的相似程度(C)信號的功率譜密度(D)信號的振幅變化9.在使用數(shù)字濾波器處理聲學信號時，其階數(shù)越高，通常意味著：(A)濾波器過渡帶越寬(B)濾波器過渡帶越窄(C)濾波器延遲越小(D)濾波器所需計算量越大10.下列哪個軟件是進行聲學數(shù)據(jù)分析和信號處理常用的專業(yè)工具？(A)Excel(B)AutoCAD(C)MATLAB(D)Photoshop二、填空題（每空1分，共15分。請將答案填在橫線上。）1.測量聲學信號時，為了防止高頻信號在傳感器或傳輸線中被衰減，通常需要在信號進入A/D轉(zhuǎn)換器之前使用______。2.描述聲音強度等級的常用單位是______，其國際單位制單位是______。3.聲學測量中，為了確保測量結(jié)果的準確性和可比性，必須遵循相關的______規(guī)范。4.傅里葉變換將信號在______域的表示轉(zhuǎn)換到______域的表示。5.使用麥克風測量聲壓時，測得的值是相對于______的聲壓。6.在進行結(jié)構(gòu)聲學測試時，加速度計常被用于測量結(jié)構(gòu)的______響應。7.對采集到的原始聲學數(shù)據(jù)進行預處理，常見的步驟包括______、去直流偏移和濾波等。8.功率譜密度描述了聲學信號在______上的能量分布。9.若要精確測量頻率為10kHz的正弦信號，所用采樣頻率應顯著高于______kHz。10.在分析兩個同時采集的聲學信號時，互相關函數(shù)可以幫助我們了解這兩個信號之間的______關系和______。三、簡答題（每題5分，共20分。）1.簡述選擇聲級計麥克風時需要考慮的主要因素。2.解釋什么是采樣定理，并說明其重要性。3.簡述進行聲學測量時，校準的主要目的和意義。4.簡述時域分析和頻域分析在聲學數(shù)據(jù)處理中的主要區(qū)別和聯(lián)系。四、計算題（每題8分，共16分。）1.某聲學實驗需要測量頻率為1000Hz的信號，若采用采樣頻率為8000Hz進行數(shù)據(jù)采集，請計算奈奎斯特頻率，并判斷該測量設置是否存在混疊風險。若要消除混疊風險，采樣頻率至少應提高到多少？2.假設對某聲學信號進行功率譜密度分析，得到在1000Hz頻率處功率譜密度值為0.005W/Hz。請解釋功率譜密度的物理意義，并計算在1000Hz頻率處，帶寬為1Hz的頻段內(nèi)信號的平均功率是多少？五、論述/設計題（10分。）請簡述設計一個測量房間混響時間的實驗方案。需要說明至少包括：選擇合適的聲源類型、布置測聲器（數(shù)量和位置）、記錄數(shù)據(jù)的方式、以及如何從記錄的數(shù)據(jù)中計算混響時間。試卷答案一、選擇題1.(C)2.(C)3.(C)4.(C)5.(A)6.(D)7.(C)8.(B)9.(B)10.(C)二、填空題1.抗混疊濾波器2.分貝（dB），帕斯卡（Pa）3.國際/國家4.時域，頻域5.參考零聲壓（通常為環(huán)境靜壓）6.加速度7.濾波8.頻率9.2010.相位，時間延遲三、簡答題1.解析思路：選擇麥克風需考慮其頻率響應范圍是否覆蓋測量頻率、靈敏度是否足夠高、指向性是否滿足測量要求（全指向、心形等）、工作溫度范圍、阻抗匹配、成本等。2.解析思路：采樣定理指出，為了無失真地還原一個連續(xù)時間信號，其采樣頻率必須大于信號最高頻率分量的兩倍。重要性在于它規(guī)定了數(shù)字采樣的最低要求，防止因采樣率不足導致的高頻成分被錯誤地折疊到低頻區(qū)域，產(chǎn)生混疊失真。3.解析思路：校準的目的是確保測量儀器的讀數(shù)準確可靠。意義在于消除或修正儀器本身的系統(tǒng)誤差和隨機誤差，使得測量結(jié)果能夠真實反映被測物理量的大小，保證測量的一致性和可比性。4.解析思路：時域分析直接觀察信號隨時間的變化形態(tài)，適用于分析信號的瞬態(tài)特性、波形等。頻域分析將信號分解為不同頻率成分及其幅值，適用于分析信號的頻率結(jié)構(gòu)、諧波關系、噪聲頻率等。兩者聯(lián)系緊密，頻域分析通常由時域信號通過傅里葉變換得到，反之亦然，提供了對同一信號的不同視角。四、計算題1.解析思路與答案：*奈奎斯特頻率=采樣頻率/2=8000Hz/2=4000Hz。*信號最高頻率（1000Hz）<奈奎斯特頻率（4000Hz），因此該測量設置不存在混疊風險。*為消除混疊風險并保留至少10kHz的測量能力（需高于信號頻率1000Hz），采樣頻率應至少高于1000Hz*2=2000Hz。由于原始采樣率8000Hz已滿足，更高頻率如10000Hz、11025Hz（如滿足奈奎斯特定理的最小值要求）均可，題目要求“至少應提高到多少”，選擇一個明確值即可，如10000Hz。答案：采樣頻率至少應提高到10000Hz。2.解析思路與答案：*功率譜密度的物理意義：描述聲學信號在單位頻率上的平均功率，單位是瓦特每赫茲（W/Hz）。它表示信號能量在頻域的分布情況。*計算平均功率：平均功率P=功率譜密度S(f)×頻帶寬度Δf。在此例中，S(f)=0.005W/Hz，Δf=1Hz。因此，P=0.005W/Hz×1Hz=0.005W。答案：在1000Hz頻率處，帶寬為1Hz的頻段內(nèi)信號的平均功率是0.005W。五、論述/設計題解析思路：設計測量混響時間的實驗方案需包含核心要素。首先明確混響時間的定義（聲能衰減60dB所需時間）。其次，選擇合適的聲源（能量集中、頻譜特性已知，如白噪聲或特定頻率純音）。然后，布置測聲器