2025年大學(xué)《聲學(xué)》專業(yè)題庫(kù)——聲學(xué)在電磁干擾監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每題3分，共15分）1.下列哪種電磁干擾現(xiàn)象最有可能伴隨產(chǎn)生可聞聲波或超聲波？（）A.靜電放電B.工頻磁場(chǎng)耦合C.高頻時(shí)鐘信號(hào)泄漏D.直流電源紋波2.在利用麥克風(fēng)陣列進(jìn)行電磁干擾聲源定位時(shí)，下列哪種技術(shù)是核心？（）A.聲強(qiáng)法B.頻譜分析法C.波束形成D.信號(hào)平均3.聲學(xué)監(jiān)測(cè)電磁干擾的主要優(yōu)勢(shì)之一是？（）A.可實(shí)現(xiàn)非接觸式遠(yuǎn)程探測(cè)B.對(duì)屏蔽效果不敏感C.可直接測(cè)量干擾功率D.數(shù)據(jù)采集成本極低4.聲波在傳播過(guò)程中，遇到障礙物邊緣會(huì)發(fā)生什么現(xiàn)象，可能影響聲源定位精度？（）A.膨脹B.衍射C.吸收D.反射5.對(duì)于頻率極高的電磁干擾，其伴隨產(chǎn)生的聲波可能屬于？（）A.可聞聲波B.次聲波C.超聲波D.不可聞聲波二、填空題（每空2分，共20分）1.電磁干擾可以通過(guò)______、______等多種途徑耦合到敏感設(shè)備，其中部分耦合方式可能伴隨產(chǎn)生聲輻射。2.聲學(xué)成像技術(shù)利用麥克風(fēng)陣列和______算法，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)聲源方位的二維成像。3.在聲學(xué)監(jiān)測(cè)電磁干擾時(shí)，環(huán)境噪聲（如______、______等）是主要的干擾因素。4.聲波在空氣中的傳播速度受______和______等因素影響。5.分析接收到的電磁干擾聲信號(hào)時(shí)，______可以幫助識(shí)別聲源的性質(zhì)和特征。三、簡(jiǎn)答題（每題5分，共15分）1.簡(jiǎn)述電磁干擾產(chǎn)生聲波的物理機(jī)理。2.簡(jiǎn)述聲學(xué)監(jiān)測(cè)電磁干擾系統(tǒng)通常包含哪些主要部分及其功能。3.簡(jiǎn)述利用聲學(xué)方法監(jiān)測(cè)電磁干擾相較于其他方法（如直接測(cè)量電磁場(chǎng)）的優(yōu)勢(shì)。四、計(jì)算題（共10分）假設(shè)一個(gè)點(diǎn)聲源在距離麥克風(fēng)10米處產(chǎn)生聲壓級(jí)為60dB（參考聲壓為20μPa）。已知聲波在空氣中的傳播速度為343m/s，空氣密度為1.21kg/m3。請(qǐng)計(jì)算：（1）該聲源的聲壓有效值（Pa）。（2）該聲源在麥克風(fēng)處產(chǎn)生的聲強(qiáng)級(jí)（dB，參考聲強(qiáng)為1×10?12W/m2）。（結(jié)果保留兩位小數(shù)）五、論述題（共20分）結(jié)合具體應(yīng)用場(chǎng)景，論述聲學(xué)監(jiān)測(cè)技術(shù)在電磁干擾診斷與排查中的價(jià)值，并分析其面臨的主要挑戰(zhàn)及可能的改進(jìn)方向。試卷答案---一、選擇題1.C解析思路：高頻時(shí)鐘信號(hào)泄漏通常伴隨著快速變化的電流，可能產(chǎn)生火花或振動(dòng)，從而輻射可聞聲波或超聲波。靜電放電通常時(shí)間極短，聲波較弱；工頻磁場(chǎng)耦合主要產(chǎn)生感應(yīng)電流，不易直接產(chǎn)生聲波；直流電源紋波頻率低，產(chǎn)生的聲波通常很微弱。2.C解析思路：波束形成技術(shù)通過(guò)處理麥克風(fēng)陣列接收到的信號(hào)，可以在空間上形成指向性，從而定位聲源方向，是聲源定位的核心技術(shù)。聲強(qiáng)法主要用于測(cè)量聲強(qiáng)大小和方向，頻譜分析法用于分析信號(hào)頻率成分，均非定位核心。3.A解析思路：非接觸式遠(yuǎn)程探測(cè)是聲學(xué)監(jiān)測(cè)的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，利用聲波傳播無(wú)需物理接觸即可進(jìn)行遠(yuǎn)距離監(jiān)測(cè)。對(duì)屏蔽效果不敏感是電場(chǎng)探測(cè)的優(yōu)勢(shì)；直接測(cè)量干擾功率通常通過(guò)測(cè)量電磁場(chǎng)實(shí)現(xiàn)；成本極低并非其主要優(yōu)勢(shì)。4.B解析思路：聲波傳播遇到障礙物邊緣會(huì)發(fā)生衍射現(xiàn)象，導(dǎo)致聲波繞射，使得聲場(chǎng)分布復(fù)雜化，從而影響根據(jù)聲場(chǎng)特征進(jìn)行聲源定位的精度。5.C解析思路：超聲波的頻率范圍通常在20kHz以上。高頻電磁干擾的快速變化可能激發(fā)高頻振動(dòng)，產(chǎn)生的聲波頻率也可能落在超聲波范圍內(nèi)?？陕劼暡l率范圍約20Hz-20kHz，次聲波頻率低于20Hz。二、填空題1.傳導(dǎo)耦合，輻射耦合解析思路：電磁干擾進(jìn)入設(shè)備主要通過(guò)傳導(dǎo)（沿線路）和輻射（空間傳播）兩種途徑，其中輻射耦合可能伴隨電磁場(chǎng)振動(dòng)產(chǎn)生聲輻射。2.波束形成解析思路：聲學(xué)成像的核心技術(shù)是利用麥克風(fēng)陣列和波束形成算法，對(duì)來(lái)自特定方向的聲音進(jìn)行增強(qiáng)，抑制其他方向的聲音，從而實(shí)現(xiàn)成像。3.人員活動(dòng)（腳步聲、談話聲），交通噪聲解析思路：環(huán)境噪聲是聲學(xué)監(jiān)測(cè)的主要挑戰(zhàn)，日常生活中的各種聲音都可能干擾對(duì)微弱EMI聲信號(hào)的檢測(cè)和分析。4.溫度，濕度解析思路：聲波在空氣中的傳播速度受氣體狀態(tài)影響，溫度升高，分子熱運(yùn)動(dòng)加劇，聲速增大；濕度增加，空氣密度變化，也會(huì)影響聲速。5.頻譜分析解析思路：頻譜分析是信號(hào)處理的基本手段，通過(guò)分析聲信號(hào)的頻率成分，可以識(shí)別不同聲源或同一聲源的不同模式。三、簡(jiǎn)答題1.解析思路：電磁干擾源（如開(kāi)關(guān)電源、繼電器、無(wú)線發(fā)射設(shè)備等）內(nèi)部的快速變化的電流或電壓會(huì)產(chǎn)生變化的電磁場(chǎng)。這些電磁場(chǎng)可以作用于周圍的介質(zhì)（包括空氣），引起介質(zhì)的振動(dòng)，從而產(chǎn)生聲波。例如，電流快速變化可能形成電弧或火花，這個(gè)過(guò)程伴隨著能量的快速釋放和機(jī)械振動(dòng)，直接產(chǎn)生聲輻射；高頻電流在導(dǎo)線中流動(dòng)時(shí)，也會(huì)引起導(dǎo)線及其附近物體的微小振動(dòng)而發(fā)聲。2.解析思路：一個(gè)典型的聲學(xué)監(jiān)測(cè)電磁干擾系統(tǒng)包括：聲學(xué)傳感器（麥克風(fēng)或麥克風(fēng)陣列）、信號(hào)采集與調(diào)理單元（用于放大、濾波、模數(shù)轉(zhuǎn)換）、數(shù)據(jù)處理單元（運(yùn)行算法進(jìn)行波束形成、頻譜分析、模式識(shí)別等）、顯示與存儲(chǔ)單元（用于可視化展示監(jiān)測(cè)結(jié)果、記錄數(shù)據(jù)）。其功能是收集EMI產(chǎn)生的聲信號(hào)，處理信號(hào)以提取源信息（如方位、強(qiáng)度、頻率特征），并最終呈現(xiàn)監(jiān)測(cè)結(jié)果。3.解析思路：優(yōu)勢(shì)在于：非接觸監(jiān)測(cè)，對(duì)目標(biāo)設(shè)備無(wú)侵入性，安全性高；可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程探測(cè)，避免靠近強(qiáng)干擾源的危險(xiǎn)；對(duì)某些類型的干擾（如機(jī)械振動(dòng)型干擾）敏感，人耳有時(shí)也能感知；聲學(xué)成像技術(shù)可提供干擾源方位信息，直觀性強(qiáng)。相對(duì)而言，直接測(cè)量電磁場(chǎng)的方法可以精確測(cè)量場(chǎng)強(qiáng)大小，但需要接觸式測(cè)量或近距離探測(cè)，且難以直接感知干擾源的具體物理狀態(tài)（如開(kāi)關(guān)動(dòng)作）。四、計(jì)算題（1）解：Lp=60dBp?=20μPa=20×10??PaLp=20log(p/p?)60=20log(p/(20×10??))3=log(p/(20×10??))p/(20×10??)=103p=103×20×10??=20×10?3=0.02Pa解析思路：利用聲壓級(jí)公式Lp=20log(p/p?)，其中p為聲壓有效值，p?為參考聲壓。已知Lp和p?，反算p。將分貝值轉(zhuǎn)化為10的對(duì)數(shù)形式，求解聲壓p，再乘以參考聲壓得到有效聲壓值0.02Pa。（2）解：I=p2/(ρc)I=(0.02)2/(1.21×343)≈3.72×10??W/m2L?=10log(I/I?)I?=1×10?12W/m2L?=10log(3.72×10??/(1×10?12))L?=10log(3.72×10?)L?≈10log(3.72)+10log(10?)L?≈10×0.57+60=5.7+60=65.7dB解析思路：首先利用聲壓和聲強(qiáng)之間的關(guān)系式I=p2/(ρc)計(jì)算聲強(qiáng)I，其中ρ為空氣密度，c為聲速。得到聲強(qiáng)I后，利用聲強(qiáng)級(jí)公式L?=10log(I/I?)計(jì)算聲強(qiáng)級(jí)，其中I?為參考聲強(qiáng)。將計(jì)算得到的聲強(qiáng)代入公式，求解聲強(qiáng)級(jí)，結(jié)果保留兩位小數(shù)，為65.7dB。五、論述題解析思路：聲學(xué)監(jiān)測(cè)技術(shù)在EMI診斷與排查中的價(jià)值體現(xiàn)在多個(gè)方面。首先，它提供了一種非接觸、遠(yuǎn)程的探測(cè)手段，對(duì)于定位空間中（如設(shè)備外殼、線纜附近、機(jī)房角落）難以接近的干擾源非常有效，提高了安全性和便捷性。其次，聲學(xué)成像技術(shù)可以將無(wú)形的電磁干擾源“可視化”，直觀展示其大致方位和活動(dòng)狀態(tài)（如開(kāi)關(guān)聲、繼電器動(dòng)作聲），有助于工程師快速定位問(wèn)題區(qū)域。再者，通過(guò)分析EMI伴生的聲頻特征（如特定頻率的嘯叫、脈沖聲），可以輔助判斷干擾源的類型（如機(jī)械振動(dòng)、電弧、高頻振蕩），為后續(xù)采取屏蔽、濾波等措施提供線索。此外，聲學(xué)監(jiān)測(cè)可以用于評(píng)估整改措施的效果，通過(guò)對(duì)比整改前后的聲學(xué)特征變化來(lái)判斷干擾是否得到有效抑制。然而，聲學(xué)監(jiān)測(cè)也面臨諸多挑戰(zhàn)。主要挑戰(zhàn)包括環(huán)境噪聲干擾巨大，如人員活動(dòng)、空調(diào)風(fēng)扇、交通噪聲等都會(huì)產(chǎn)生大量背景聲，可能淹沒(méi)微弱的EMI聲信號(hào)，降低檢測(cè)靈敏度和準(zhǔn)確性。其次，聲波傳播受多徑效應(yīng)、衍射、反射影響嚴(yán)重，尤其是在復(fù)雜環(huán)境中，接收到的信號(hào)可能是多個(gè)路徑信號(hào)的疊加，導(dǎo)致聲源定位精度下降，信號(hào)到達(dá)時(shí)間失真，影響時(shí)域分析。此外，不同類型的EMI可能產(chǎn)生相似或混雜的聲學(xué)特征，或者某些EMI本身不伴隨顯著聲輻射，使得聲學(xué)方法無(wú)法覆蓋所有情況。還有，聲學(xué)傳感器的靈敏度、指向性、頻率響應(yīng)范圍以及數(shù)據(jù)處理算法的魯棒性等，都會(huì)影響監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的整體性能。改進(jìn)方向可能包括：研發(fā)更靈敏、抗干擾能力更強(qiáng)的聲學(xué)傳