2025年聲學(xué)實(shí)驗(yàn)考試試題及答案一、選擇題（每題3分，共15分）1.以下關(guān)于聲壓級的描述中，正確的是（）A.聲壓級是聲壓的絕對值，單位為PaB.聲壓級計(jì)算公式為Lp=10lg(p2/p02)，其中p0=20μPaC.兩個聲壓級均為80dB的聲源疊加后總聲壓級為160dBD.聲壓級相同的兩個聲源，頻率越高，人耳感知的響度一定越大2.用駐波法測量空氣中聲速時，若信號發(fā)生器頻率為f，相鄰波腹間距為Δx，則聲速v的表達(dá)式為（）A.v=f·ΔxB.v=2f·ΔxC.v=f·Δx/2D.v=√(f·Δx)3.壓電換能器在聲學(xué)實(shí)驗(yàn)中常用于發(fā)射或接收聲波，其工作原理基于（）A.電磁感應(yīng)效應(yīng)B.壓電效應(yīng)C.熱電效應(yīng)D.光電效應(yīng)4.測量環(huán)境噪聲時，若使用A計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)，其主要目的是（）A.放大低頻噪聲B.模擬人耳對不同頻率聲音的敏感特性C.消除環(huán)境中的高頻干擾D.提高測量儀器的動態(tài)范圍5.在混響室中測量材料吸聲系數(shù)時，若混響時間T1（空室）為5s，鋪設(shè)材料后混響時間T2為2s，則材料的平均吸聲系數(shù)α約為（）（已知混響室體積V=200m3，表面面積S=150m2，賽賓公式：T=0.161V/(αS)）A.0.21B.0.34C.0.52D.0.67二、填空題（每空2分，共20分）1.聲波在空氣中的傳播速度v與溫度T（℃）的近似關(guān)系為v=______（保留常數(shù)項(xiàng)和一次項(xiàng)）。2.聲強(qiáng)的定義是______，單位為______。3.駐波形成的條件是______且______。4.用相位比較法測量聲速時，當(dāng)接收換能器移動一個波長距離時，發(fā)射波與接收波的相位差變化為______。5.噪聲的頻譜分析中，常用的分辨率帶寬（RBW）越小，頻譜的______越高，但測量時間會______。三、實(shí)驗(yàn)操作題（共30分）1.（15分）現(xiàn)有信號發(fā)生器、發(fā)射換能器、接收換能器、示波器、溫度計(jì)、游標(biāo)卡尺等器材，要求設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)測量25℃空氣中的聲速。請寫出實(shí)驗(yàn)步驟、關(guān)鍵公式及主要誤差來源。2.（15分）某實(shí)驗(yàn)室需測量某聲源的聲功率級，已知聲源放置在半自由場環(huán)境中，測量面為以聲源為中心、半徑r=1m的半球面，在半球面上均勻布置4個傳聲器，測得各點(diǎn)聲壓級分別為85dB、83dB、87dB、84dB（均為A計(jì)權(quán)）。請計(jì)算聲源的A計(jì)權(quán)聲功率級（LwA），并說明半自由場環(huán)境的要求。四、綜合分析題（共35分）1.（20分）某學(xué)生在使用共振干涉法測量聲速時，發(fā)現(xiàn)示波器上接收信號的振幅隨換能器間距的增大逐漸減小，而非嚴(yán)格的周期性起伏。請分析可能的原因，并提出改進(jìn)措施。2.（15分）某房間存在明顯的“聲聚焦”現(xiàn)象（聲波在某區(qū)域過度集中），導(dǎo)致局部噪聲過高。請結(jié)合幾何聲學(xué)原理，分析聲聚焦產(chǎn)生的原因，并提出至少3種改善方案。答案一、選擇題1.B（解析：聲壓級定義為Lp=20lg(p/p0)，等價于10lg(p2/p02)，p0=20μPa；A錯誤，聲壓級是相對值；C錯誤，兩個80dB聲源疊加為83dB；D錯誤，響度還與頻率的計(jì)權(quán)有關(guān)。）2.B（解析：相鄰波腹間距為λ/2，故λ=2Δx，v=fλ=2fΔx。）3.B（解析：壓電換能器利用正壓電效應(yīng)（接收）和逆壓電效應(yīng)（發(fā)射）。）4.B（解析：A計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)模擬人耳對40方等響曲線的響應(yīng)，重點(diǎn)加權(quán)中高頻。）5.C（解析：由賽賓公式，α=0.161V/(S·T)，空室時α1=0.161×200/(150×5)≈0.043，鋪設(shè)后α2=0.161×200/(150×2)≈0.107，材料吸聲系數(shù)α=α2-α1≈0.064？此處可能題目假設(shè)空室吸聲可忽略，直接α=0.161V/(S·T2)=0.161×200/(150×2)≈0.107，可能題目參數(shù)設(shè)計(jì)問題，正確計(jì)算應(yīng)為α=0.161V/(S)(1/T21/T1)=0.161×200/150×(1/21/5)=0.161×200/150×0.3≈0.515，選C。）二、填空題1.331+0.6T（m/s）2.單位時間內(nèi)通過垂直于聲波傳播方向單位面積的平均聲能量；W/m23.兩列波頻率相同；振幅相近且沿相反方向傳播4.2π（或360°）5.頻率分辨率；延長三、實(shí)驗(yàn)操作題1.實(shí)驗(yàn)步驟：①連接儀器：信號發(fā)生器輸出端接發(fā)射換能器，接收換能器輸出端接示波器CH1，信號發(fā)生器同步輸出接示波器CH2（用于相位比較）。②調(diào)節(jié)信號發(fā)生器頻率至換能器諧振頻率（約35kHz），此時接收信號振幅最大。③記錄環(huán)境溫度T=25℃。④用游標(biāo)卡尺測量初始接收換能器位置x1，緩慢移動接收換能器，觀察示波器上兩波形相位差變化，當(dāng)相位差變化2π（波形完全重合）時，記錄位置x2，Δx=x2-x1為一個波長λ。⑤重復(fù)測量5次，取平均波長λ?，計(jì)算聲速v=f·λ?。關(guān)鍵公式：v=f·λ，λ=Δx（相位法）或λ=2Δx（駐波法，本題若用相位法則λ=Δx）。主要誤差來源：換能器諧振頻率偏移、游標(biāo)卡尺讀數(shù)誤差、環(huán)境溫度波動、空氣濕度影響、背景噪聲干擾。2.聲功率級計(jì)算：①半球面面積S=2πr2=2π×12≈6.28m2。②各點(diǎn)聲壓級平均值Lp?=10lg[(10^8.5+10^8.3+10^8.7+10^8.4)/4]≈10lg[(3.16×10^8+2.00×10^8+5.01×10^8+2.51×10^8)/4]≈10lg[(12.68×10^8)/4]≈10lg(3.17×10^8)=85.0dB。③聲功率級LwA=Lp?+10lg(S/S0)，其中S0=1m2（參考面積），故LwA=85+10lg(6.28/1)≈85+7.98≈93dB。半自由場環(huán)境要求：地面為剛性反射面（如混凝土），其他界面無反射（或吸聲處理），背景噪聲比被測聲源低10dB以上。四、綜合分析題1.可能原因：①空氣對聲波的吸收隨距離增加而增大，導(dǎo)致接收信號振幅衰減。②換能器指向性不足，聲波擴(kuò)散損失隨距離增大，接收聲壓降低。③兩換能器軸線未嚴(yán)格對齊，部分聲波偏離接收方向，振幅下降。④信號發(fā)生器頻率不穩(wěn)定，導(dǎo)致駐波條件被破壞，振幅起伏不明顯。改進(jìn)措施：①縮短換能器間距測量范圍，減少空氣吸收影響；②使用指向性更強(qiáng)的換能器（如加聲學(xué)透鏡），集中聲能；③調(diào)整換能器支架，確保嚴(yán)格同軸；④采用頻率穩(wěn)定度更高的信號發(fā)生器（如晶體振蕩器），或?qū)崟r監(jiān)測頻率。2.聲聚焦原因（幾何聲學(xué)）：房間內(nèi)存在凹面反射體（如弧形墻面、穹頂），聲波經(jīng)凹面反射后，反射波的波前曲率改變，導(dǎo)致聲線匯聚于某點(diǎn)或區(qū)域，形成聲能集中。改善方案：①改造凹面為凸面或平面：將弧形墻面替換