声速测量的方法
一、传统方法
方法1:一个声音产生后,并不会立刻传到你的耳朵,通常要经过一段时间。例如:如果你参加一个运动会,坐在离鸣枪的人有一段距离的地方,你会先看到枪冒烟,后听到枪声。这是因为光行进的速度非常快,而声音的速度就慢得多。所以你会立刻看到枪冒烟,但声音要过一会儿之后才会听到。于是早期测量声音的速度是利用枪来做实验。帮忙的人要拿着枪在一个量好的距离外,另一个人就拿着马表站在原点。在看到信号之后,帮忙的人就对空鸣枪。在原点的人一看到枪的火花和烟时,就把马表按下来;而当他听到枪声时,就再按一次马表让马表停下来。看到火花和听到枪声之间的时间,就是声音行经这一段量好距离所需的时间。就能算出声音的速度。根据这一原理你不妨在今后的校运动会的时候试验一下(利用百米赛跑就可以了)。为了测量声音的速度你需要一个马表和一个皮尺。量一个500公尺的距离,要尽可能量得准确一点。你和你的同学分别站在两端;你的同学两手各拿一块大石头,你则拿一个马表。当你大叫“开始”时,你的同学要把石头举到头顶,尽量大声敲击。当你一看到石头撞在一起,就按下马表。等到你听到石头撞击的音,就再按一下马表让马表停下来。时间方面要记录到十分之一秒。如果能多做几次实验,算出时间的平均值是最好的。你只要用计算机把你和你同学的距离除以时间,就可以算出声音的速度了。
方法2:测量声音的速度还有一种利用回音来测量的方法:所谓回声,就是声音在传播的过程中碰到高大的障碍物被反射了回来,那么我们就可以根据这样的原理,站在离高墙较远的地方(事先测出你到高墙的距离)大声地喊一下,在你喊的同时按下秒表,当你听到自己的回声再按一下秒表,这样一来,你的喊声从你那儿到高墙打了一个来回,你只要把上面说的你跟高墙的距离除以测得的时间的一半,这声音的速度也就出来了(这里要注意的是因为人能分辨出自己的回声的时间间隔要超过0.1秒,声音有传播速度是340米每秒,所以你与墙的距离,至少不得少于17米才行,而且中间还不能有障碍物)。
二、现代大学实验室中测量方法
测量声速最简单、最有效的方法之一是利用声速v 、振动频率f和波长λ之间的基本关系,即实验时用结构相同的一对(发射器和接收器)超声压电陶瓷换能器,来作声压与电压之间的转换。利用示波器观察超声波的振幅和相位,用振幅法和相位法测定波长,由示波器直接读出频率f。
方法1::共振干涉法
由发射器发出的声波近似于平面波。经接收器反射后,波将在压电陶瓷换能器的两端面间来回反射并且叠加。当两个换能器之间的距离等于半波长的整数倍时发生共振,产生共振驻波现象,波幅达到极大。由纵波的性质可以证明,振动位移处于波节时,则声压是处于波腹。接收器端面近似为一波节,接收到的声压最大,经接收器转换成的电信号也最强。声压变化和接收器位置的关系可从实验中测出,当接收器端面移动到某个共振位置时,示波器上会出现最强的电信号,如果继续移动接收器,将再次出现最强的电信号,两次共振位置之间的距离即为1/2λ 。
方法2:相位比较法
波是振动状态的传播,也可以说是相位的传播。沿传播方向上的任何两点,其振动状态相同,或者说其相位差为2π的整数倍时两点间的距离应等于波长λ的整数倍,利用这个公式可测量波长。由于发射器发出的是近似于平面波的超声波,当接收器端面垂直于波的传播方向时,其端面上各点都具有相同的相位。沿传播方向移动接收器时,总可以找到一个位置使得接收到的信号与发射的信号同相。移过的这段距离必然等于超声波的波长λ 。为了判断相位差并且测定波长,可以利用双踪示波器直接比较发射的信号和接收的信号,同时沿传播方向移动接收器寻找同相点。也可以利用利萨如图形寻找同相时椭圆退化为斜直线的点。
方法3:时差法
即用比传统方法更精确的仪器测出声波传播一定距离所用的时间,然后根据公式V=L/t即可测出声速。
❷ 声速是怎么测出来的拜托了各位 谢谢
声速测量仪必须配上示波器和信号发生器才能完成测量声速的任务。实验中产生超声波的装置如图所示。它由压电陶瓷管或称超声压电换能器与变幅杆组成;当有交变电压加在压电陶瓷管上时,由于压电体的逆压电效应,使其产生机械振动。此压电陶瓷管粘接在铝合金制成的变幅杆上,经过电子线路的放大,即成为超声波发生器,由于压电陶瓷管的周期性振动,带动变幅杆也做周期轴向振动。当所加交变电压的频率与压电陶瓷的固有频率相同时,压电陶瓷的振幅最大,这使得变幅杆的振幅也最大。变幅杆的端面在空气中激发出纵波,即超声波。本仪器的压电陶瓷的振荡频率在40kHz以上,相应的超声波波长约为几毫米,由于他的波长短,定向发射性能好,本超声波发射器是比较理想的波源。由于变幅杆的端面直径一般在20mm左右,比此波长大很多,因此可以近似认为离开发射器一定距离处的声波是平面波。超声波的接受器则是利用压电体的正压电效应,将接收的机械振动,转化成电振动,为使此电振动增强。特加一选频放大器加以放大,再经屏蔽线输给示波器观测。接收器安装在可移动的机构上,这个机构包扩支架、丝杆、可移动底座(其上装有指针,并通过定位螺母套在丝杆上,有丝杆带动作平移)、带刻度的手轮等。接收器的位置由主、尺刻度手轮的位置决定。主尺位于底座上面;最小方尺位于底坐上面;最小分尺为1mm,手轮与丝杆相连上分为100分格,每转一周,接收器平移1mm,故手每一小格为0.01mm,可估到0.001mm
❸ 声速测定怎么做
【实验内容】
1.共振干涉法测波长
⑴ 接线与仪器的初步调节
1)按图6-1接好线路,打开电源开关预热15分钟,仪器自动工作在连续波方式。选择的介质为空气的初始状态。
2)根据测量要求初步调节好示波器(参照示波器的使用调节)。
⑵ 谐振频率的调节(超声波频率f的确定)
将信号源输出的正弦波信号频率调节到换能器的谐振频率,以使换能器发射出较强的超声波。方法如下:
在两换能器s1和s2的发射面保持平行的前提下,调节s1和s2相距为1~2cm左右。调节声速测试仪信号源板面上“发射强度”旋钮,使信号源输出电压在10~15V之间。调节“信号频率”旋钮,使信号频率在25~45kHz之间。然后细调信号频率,同时观测示波器上显示的接收波的电压幅度变化。在信号源频率接近实验室提供的换能器谐振频率处(34.5~37.5kHz之间),电压幅度最大,同时声速测试仪信号源的信号指示灯亮,此时频率即为与压电换能器s1、s2相匹配的谐振频率,记录该频率FN(超声波频率),转动摇手鼓轮,改变s1和s2间的距离,适当选择位置,重新用上述方法调整频率,再次测定谐振频率FN,测量5次,取其平均值f为超声波的频率。
⑶ 波长λ的测量
转动摇手鼓轮,由近及远地改变换能器s1到s2的间距,同时监测示波器的接收信号,记下第1,2,3,…,20个出现正弦波电压幅度最大的特定位置l1,l2,l3,…,l20。注意利用游标尺的刻度准确地确定这些l值。转动摇手鼓轮时注意连续向一个方向转动(为什么?)。注意测试过程中保持换能器s1和s2表面相互的平行。用逐差法计算出λ值。数据记录与计算用列表法进行。以下表格供参考。
i li(cm) i+10 li+10(cm) (cm)
1 11
2 12
┆ ┆
10 20
2.相位比较法测波长(利用李萨如图形找出同相点求波长)
⑴ 在“共振干涉法测波长”中测定换能器谐振频率f的基础之上,将示波器的扫描时间开关(TIME/DIV)置于“x - y”位置。
⑵ 转动距离调节鼓轮,观测示波器上显示的李萨如图形为一特定角度的斜线(某一特定相位点)时,记录下此时s2的距离l1(l1值仍由游标尺的刻度读出)。向同一方向移动换能器s2接收面,使示波器上观察的波形又回到前述的特定角度斜线位置(同相点),记录下此时s2接收面的距离l2。依上方法,连续向同一方向转动距离调节手轮,对出现的每一同相点,分别记录下相应的位置l3,l4,…,l20,即20个同相点的位置。
用逐差法求出波长的平均值 ( cm)。
3.根据测定的超声波频率 和用上二种方法测定的波长 ,分别计算两种方法测定的在该室温下超声波在空气中的传播速度 (m/s)。
4.时差法测量声速
将测试方法设置到脉冲方式。将s1和s2之间的距离调到一定距离(≥50mm)。再调节接收增益,使显示的时间差值读数稳定,此时仪器内置的定时器工作在最佳状态。然后记录此时的距离值和显示的时间值li-1、ti-1(时间由声速测试仪信号源时间显示窗口直接读出)。移动s2,同时调节接收增益使接收信号幅度始终保持一致。记录下这时的距离值和显示的时间值li、ti。则声速vi=(li-li-1)/(ti-ti-1)。测量5次计算出vi值,取其平均值为测量结果。
*5.测量液体介质中的声速
当使用液体为介质测试声速时,先在测试槽中注入液体,直至把换能器完全浸没,但不能超过液面线。然后将信号源面板上的介质选择键切换至“液体”,采用前述方法,即可进行测试,步骤相同。
但是,由于声波在液体中衰减较小,发射出的声波在很多因素的影响下产生多次反射叠加,在接收换能器表面已经是多个回波的叠加(混响),叠加后波形的驻波特征较为复杂,并不是可根据单纯两列波叠加来观察它的幅度变化,来求出波长。因此用通常的两束波的叠加的公式求波速,其精度已大为下降,会导致测量结果不确定性的增大。
❹ 声速可以通过什么仪器测量啊
测量声速最简单、最有效的方法之一是利用声速v 、振动频率f和波长λ之间的基本关系,即实验时用结构相同的一对(发射器和接收器)超声压电陶瓷换能器,来作声压与电压之间的转换。
利用示波器观察超声波的振幅和相位,用振幅法和相位法测定波长,由示波器直接读出频率f。
谐振频率:超声压电陶瓷换能器是实验的关键部件,每对超声压电陶瓷换能器都有其固有的谐振频率,当换能器系统的工作频率处于谐振状态时,发射器发出的超声波功率最大,是最佳工作状态。
声学中的基本量
在声学中,或描述一声源及其产生的声场的特性,或在某些声学现象、效应中起主导作用的一些量,为声学中的基本量。表1所列为这些基本量及其相互关系。在前四个量中,声强是最容易测量的,而且可以量得很准确,另三个量又能由声强导出,因此,过去一直误认为只有声强才是声学中的基本量。
以上内容参考:网络-声学测量
❺ 物理试验中测定声速得方法有哪些
【目的和要求】
学习粗略测定声音速度的方法,了解空气中声速的大小。【仪器和器材】
梆子,秒表或手表,卷尺。【实验方法】
在高墙前或山谷中唱歌或叫喊时,往往可以听到回声,而且在早晨时回声最清晰响亮,因此本实验最好在早晨进行。首先选择好合适的实验场所,例如一堵高墙,高墙的前面平坦空旷。实验者站在离高墙的距离为R处,按照均匀的时间间隔T敲打梆子。当听到反射回来的第一次梆子声与打出来的第二次梆子声完全重叠时,则表示每次梆子发出的声音传到高墙并被高墙反射回来到达实验者处的时间刚好等于敲梆子的时间间隔T。因此声音传播的速度v为v=2R/T
1.站在离高墙100米或更远的距离,以一定的时间间隔敲打梆子。
2.注意控制敲梆子的节拍,使从高墙处反射回来的梆子声与敲出来的声音相重叠。
3.站在旁边的学生由一人报出敲击的次数,其他学生同时用秒表或手表计时。测出敲击20次至50次的时间间隔t,并由所得的结果计算出敲梆子的时间间隔T(秒)。
4.用卷尺测出敲击地点到高墙的距离R(米)。
5.将所得的数据代入公式v=2R/T求出声速v米。同时要记下测量时空气的温度,因为空气中声音传播的速度与温度有关。【注意事项】
1.实验者离墙的距离以能清晰地听到回声为宜。
2.若每隔一次听到敲击声与回声重合,则声速公式v=2R/T。实验内容
1、连接测量系统。函数信号发生器的输出与发射换能器和示波器的X(Y2)输入并联连接,接收换能器的输出与示波器的Y1输入连接。
2、练习使用函数信号发生器和示波器。
(1)用示波器观察由信号发生器提供的不同的波形信号。
(2)用示波器观察李萨如图形。
3、调节谐振频率。信号发生器输出正弦信号,频率调节到换能器的谐振频率,记下谐振频率f。这时,换能器发射出的超声波最强。
4、利用驻波法测量声速。
(1)信号发生器输出频率处于谐振频率;示波器Y轴工作方式选择开关置于Y1,“拉Y1
(X)”旋钮推进。
(2)从两换能器相距1cm左右开始,由近及远移动接收换能器,观察示波器上的接收信号的变化情况,记下第1、2、3、……、20个出现正弦波极大值时接收换能器的位置即游标卡尺的读数L1、L2、L3、……、L20。
(3)采用逐差法求出波长λ,进而求出声速v;计算声速的不确定度,表示测量结果。
5、利用相位比较法测量声速。
(1)信号发生器输出频率处于谐振频率;示波器Y轴工作方式选择开关可以置于任意位置,“拉Y1(X)”旋钮拉出。
(2)从两换能器相距1cm左右开始,由近及远移动接收换能器,观察示波器上李萨如图形的变化情况,记下第1、2、3、……、20个出现直线时接收换能器的位置即游标卡尺的读数L1、L2、L3、……、L20。
(3)采用逐差法求出波长λ,进而求出声速v;计算声速的不确定度,表示测量结果。
仪器简介
1、超声声速测定仪:主要由两个超声压电换能器和游标卡尺组成;超声压电换能器可以实现声
压和电压之间的相互转换,分别用于发射和接收超声波;游标卡尺用来测量声波发射面和接
收面之间的距离。
2、函数信号发生器:提供适当频率的正弦电信号给压电换能器来发射超声波。
3、双踪示波器:
(1)观察和测量接收换能器将声压转换成的电信号;
(2)观察发射电信号和接收电信号两个相互垂直简谐振动叠加产生的李萨如图形,测量相位差。
❻ 大学物理实验声速测定
实验报告实验题目: 声速的测量实验目的:了解超声波的产生,发射和接收的方法,用干涉法和相位法测声速.实验内容1 测量实验开始时室温.2 驻波法(1) 将超声声速测定仪的两个压电陶瓷换能器靠在一起,检查两表面是否水平.如果不水平将其调平.(2)将函数信号发生器接超声声速测定仪的发射端,示波器接接收端.函数信号发生器选择正弦波,输出频率在300HZ左右,电压在10-20V.(3)通过示波器观察讯号幅度,调整移动尺改变测定仪两端的距离找到使讯号极大的位置,在极大值附近应该使用微调,即固定移动尺螺丝,使用微调螺母调整.(4)从该极大位置开始,朝一个方向移动移动尺,依次记下每次讯号幅度极大(波腹)时游标的读数,共12个值.3 相位法(1) 将超声声速测定仪的两个压电陶瓷换能器靠在一起,检查两表面是否水平.如果不水平将其调平.(2) 将函数信号发生器接超声声速测定仪的发射端,示波器的CH1接在接收端,CH2接在发射端.选择CH1,CH2的X-Y叠加.函数信号发生器选择正弦波,输出频率在300HZ左右,电压在10-20V.(3) 通过示波器观察李萨如图形,调整移动尺改变测定仪两端的距离找到使图形为一条斜率为正的直线的位置.(4)从该位置开始,朝一个方向移动移动尺,依次记下每次图形是斜率为正的直线时游标的读数,共10个值.4 测量实验结束时室温,与开始时室温取平均值作为温度t.收拾仪器,整理实验台.5 对上面两组数据,分别用逐差计算出l,然后算出声速v,并计算不确定度.与通过t计算出的理论值计算相对误差.数据处理1 理论计算实验开始时温度23.0℃,实验结束时温度21.8℃,所以认为实验时温度t=22.4℃.根据理论值计算2 驻波法游标读数(mm)95.42100.50105.70110.66115.88120.90126.16131.34136.20141.44146.52151.60逐差=3(mm)30.7430.8430.5030.7830.6430.70相邻游标相减的2倍=i(mm)10.1610.409.8810.4410.0410.5210.369.7210.4810.1610.16标准差的A类不确定度查表得:当n=11,P=0.95时,=2.26.因为是用类似游标卡尺的仪器测量的,所以B类不确定查表得,当P=0.95时,=1.96.所以的不确定度选取声波输出频率为34.3KHz,已知不确定度.声速对,有不确定度传递公式:空气中的声速v=(350.99±1.20)m/s (P=0.95)相对误差=3 相位法游标读数(mm)110.80121.04131.14141.36151.58161.72171.88182.02192.10202.26逐差=5(mm)50.9250.8450.8850.7450.68相邻游标相减=i(mm)10.2410.1010.2210.2210.1410.1610.1410.0810.16标准差的A类不确定度查表得:当n=9,P=0.95时,=2.26.因为是用类似游标卡尺的仪器测量的,所以B类不确定度查表得,当P=0.95时,=1.96.所以的不确定度选取声波输出频率为34.3KHz,已知不确定度声速对,有不确定度传递公式:空气中的声速v=(348.57±1.09)m/s (P=0.95)相对误差= 误差分析:1 仪器本身的系统误差和由于老化引起的误差.2 室温在实验过程中是不断变化的.3 无论是驻波法中在示波器上找极大值,还是相位法在示波器上找斜率为正的直线,都是测量者主观的感觉,没有精确测量.思考题1 固定两换能器的距离改变频率,以求声速,是否可行 答:不可行.因为在声速一定时,频率改变了,波长也会随之改变.所以无法同时测量出频率和波长,也就无法求出声速.不对
❼ 超声声速测定仪怎么读数
三种测试方法测试声速
三种测试方法测试声速一、实验目的掌握测量声速的几种方法实际测量声速二、实验仪器SV—DH系列声速测试仪为观察、研究声波在不同介质中传播现象,测量这些介质中声波传播速度的专用仪器。它们都由声速专用测试架及专用信号源二部分组成。仪器可用于大学基础物理实验。SV—DH系列声速测试仪不但覆盖了基础物理声速实验中常用的二种测试方法,而且,在上述常规测量方法基础上还可以用工程中实际使用的声速测量方法时差法进行测量.在时差法工作状态下,使用示波器,可以非常明显、直观地观察声波在传播过程中经过多次反射、叠加而产生的混响波形。型号与组成SV-DH系列声速测试仪是由声速测试仪(测试架)和声速测试仪信号源二个部分组成.下列声速测试仪都可增加固体声速测量装置,用于固体声速的测量。对于声速测试架,有以下型号:SV—DH—3型声速测定仪(支架式、千分尺读数);SV—DH-3A型声速测定仪(支架式、数显容栅尺读数);SV—DH—5型声速测定仪(液槽式、千分尺读数);SV—DH—5A型声速测定仪(液槽式、数显容栅尺读数);SV—DH—7型声速测定仪(液槽可脱卸、千分尺读数).SV—DH—7A型声速测定仪(液槽可脱卸、数显容栅尺读数)。对于信号源,有以下型号:SVX—3型声速测定信号源(频率范围20kHz~45kHz,带时差法测量脉冲信号源);SVX—5型声速测定信号源(频率范围20kHz~45kHz,带时差法测量脉冲信号源);SVX—7型通用信号源(频率范围50Hz~50KHz、带时差法测量脉冲信号源);图1列出SVX—5、SVX-7声速测试仪信号源面板,图2为声速测试仪外形示意图.图1 SVX-5、SVX—7声速测试仪信号源面板调节旋钮的作用:信号频率:用于调节输出信号的频率;发射强度:用于调节输出信号电功率(输出电压);接收增益:用于调节仪器内部的接收增益。
图2 声速测试架外形示意图主要技术参数1. SV—DH声速测试仪1。1 环境适应性:工作温度10~35℃;相对湿度25~75%。1。2 抗电强度:仪器能耐受50Hz正弦波500V电压1min耐压试验。1.3 配对压电陶瓷换能器:谐振频率:35±3kHz;可承受的连续电功率不小于15W.1。4 两换能器之间测试距离:50~280mm(支架式)、50~350mm(水槽式)1。5 外形:测试架外形尺寸:480
❽ 声速测量仪的使用
声速测定仪有一个金属浇铸而成的两端高起、中间平整的元宝状体仪器座,仪器座中间平面上设两条导轨,两条导轨上穿装一个装有超声波接收头的滑块,接收头的后端装有螺杆,螺杆穿过仪器座一端的螺管后装上手轮;仪器座的另一端固定一个超声波发射头,此发射头与接收头的两个圆心在同一条中心线上,此中心线与导轨平行,同时发射头与接收头的发射面与接收面应与仪器座上的两条导轨相间的面积垂直,仪器座的侧面上部固定一条刻度尺。超声波发射头与接收头的导线入口孔可用橡胶塞塞紧,则声速测定仪可浸入液态实验媒质中进行实验。
❾ 声速测量误差分析
(1) 在发射换能器与接收换能器之间有可能不是严格的驻波场。
(2) 调节超声波的谐振频率时出现误差。
(3)示波器上判断极大值的位置不准确也会引入人为的和仪器的误差。
(4)声波传播距离太近或太远。
(9)声速测量仪b类测量方法扩展阅读:
声速-深度探头,包括一对距离固定的收、发换能器和一个压力计。电子收发装置产生电信号,激励探头内的发射换能器发出声波,声波传到接收换能器后,再由收发装置进行处理,测出声速。常用的声速测量方法有相位法与环鸣法两种。
相位法使用连续波,通过测量发射与接收声波之间的相位差,推算出发射与接收换能器之间海水的声速。环鸣法使用短脉冲,接收换能器每收到一个脉冲,即触发发射换能器再发射一个脉冲,如此反复,根据脉冲重复频率推算出声速。
❿ 声速的测量的常用方法有哪些实验设计的思想是什么,有什么区别
加一把发出声音的枪可以把,大不了自己叫好了,同时作个手势
传统方法
方法1:一个声音产生后,并不会立刻传到你的耳朵,通常要经过一段时间。除非你自己有这种经验,否则这是很难理解的。例如:如果你参加一个运动会,坐在离鸣枪的人有一段距离的地方,你会先看到枪冒烟,后听到枪声。这是因为光行进的速度非常快(约1秒钟300000公里),而声音的速度就慢得多(约1秒种340米)。所以你会立刻看到枪冒烟,但声音要过一会儿之后才会听到。�
于是早期测量声音的速度是利用枪来做实验。帮忙的人要拿着枪在一个量好的距离外,另一个人就拿着马表站在原点。在看到信号之后,帮忙的人就对空鸣枪。在原点的人一看到枪的火花和烟时,就把马表按下来;而当他听到枪声时,就再按一次马表让马表停下来。看到火花和听到枪声之间的时间,就是声音行经这一段量好距离所需的时间。就能算出声音的速度。根据这一原理你不妨在今后的校运动会的时候试验一下(利用百米赛跑就可以了).
为了测量声音的速度你需要一个马表和一个皮尺。量一个500公尺的距离,要尽可能量得准确一点。你和你的同学分别站在两端;你的同学两手各拿一块大石头(或者锣、鼓、或者干脆拍手--拍手的声音太低如果对方听不到就不好办了),你则拿一个马表。当你大叫“开始”时,你的同学要把石头举到头顶,尽量大声敲击。�当你一看到石头撞在一起,就按下马表。等到你听到石头撞击的音,就再按一下马表让马表停下来。时间方面要记录到十分之一秒。如果能多做几次实验,算出时间的平均值是最好的。�你只要用计算机把你和你同学的距离除以时间,就可以算出声音的速度了。
**声速的测量**
二十世纪以来,声学测量技术发展很快。目前声学仪器有较大发展,并具有高保真度,很宽的频率范围和动态范围,小的非线性畸变和良好的瞬态响应等。
过去,测量声波和振动的仪表都是模拟式电子仪表,测量的速度和准确度受到一定的限制。六十年代初。出现了数字式仪表,直接采用数字显示,提高了测量时读数的准确度。由于计算技术和高质量、低功耗的大规模集成电路的发展,人们已能用由微处理机控制的自动测量代替逐点测量,使许多需要事后计算的声学测量和分析工作可以用微计算机实时运算。
以微处理机为中心的测量仪器,不但实现了小型化、多功能,而且由于采用了快速博里叶换算法,从而实现了实时分析。同时也出现了一些新的声学测量和分析方法,例如实时频谱分析,声强测量,声源鉴别,瞬态信号分析,相关分析等。
今后声学测量的任务是采用新的测量技术,提出新的测量方法,使用自动化数字式仪器,以提高测量的准确度和速度。
回顾历史,可以看到,在发展经典声学的过程中,许多研究工作是直接用人耳来听声音的。直到本世纪,发展了无线电电子学,才使声波的测量采用了电声换能器和电子测量仪器。 高性能的测量传声器、频谱分析仪和声级记录器实现了声信号的声压级测量,频谱分析和声信号特性的自动记录;从而可以测量各种不同频率、不同强度和波形的声波,扩展了声学的研究范围,促进了近代声学的发展。可以期望,计算技术和大规模集成电路的发展,微计算机和微处理机在声学工作中的应用,必将促使近代声学进一步发展。
传统方法
方法1:一个声音产生后,并不会立刻传到你的耳朵,通常要经过一段时间。除非你自己有这种经验,否则这是很难理解的。例如:如果你参加一个运动会,坐在离鸣枪的人有一段距离的地方,你会先看到枪冒烟,后听到枪声。这是因为光行进的速度非常快(约1秒钟300000公里),而声音的速度就慢得多(约1秒种340米)。所以你会立刻看到枪冒烟,但声音要过一会儿之后才会听到。�
于是早期测量声音的速度是利用枪来做实验。帮忙的人要拿着枪在一个量好的距离外,另一个人就拿着马表站在原点。在看到信号之后,帮忙的人就对空鸣枪。在原点的人一看到枪的火花和烟时,就把马表按下来;而当他听到枪声时,就再按一次马表让马表停下来。看到火花和听到枪声之间的时间,就是声音行经这一段量好距离所需的时间。就能算出声音的速度。根据这一原理你不妨在今后的校运动会的时候试验一下(利用百米赛跑就可以了).
为了测量声音的速度你需要一个马表和一个皮尺。量一个500公尺的距离,要尽可能量得准确一点。你和你的同学分别站在两端;你的同学两手各拿一块大石头(或者锣、鼓、或者干脆拍手--拍手的声音太低如果对方听不到就不好办了),你则拿一个马表。当你大叫“开始”时,你的同学要把石头举到头顶,尽量大声敲击。�当你一看到石头撞在一起,就按下马表。等到你听到石头撞击的音,就再按一下马表让马表停下来。时间方面要记录到十分之一秒。如果能多做几次实验,算出时间的平均值是最好的。�你只要用计算机把你和你同学的距离除以时间,就可以算出声音的速度了。
方法二.
测量声音的速度还有一种利用回音来测量的的方法:(
所谓回声,就是声音在传播的过程中碰到高大的障碍物被反射了回来,不是在电视里(当然是夸张)有时看到一个人面对大山大喊一声,可以听到三个、四个甚至五个回声吗?
哪么我们就可以根据这样的原理,站在离高墙较远的地方(事先测出你到高墙的距离)大声地喊一下,在你喊的同时按下秒表,当你听到自己的回声再按一下秒表,这样一来,你的喊声从你那儿到高墙打了一个来回,你只要把上面说的你跟高墙的距离除以测得的时间的一半,这声音的速度也就出来了(这里要注意的是因为人能分辨出自己的回声的时间间隔要超过0.1秒,声音有传播速度是340米每秒,所以你与墙的距离,至少不得少于17米才行,而且中间还不能有障碍物)。
利用回声测声音速度比较高级和精确的做法是:
利用超声波遇到物体发生反射,超声波发生器通过电缆线连与超声接受器连为一体,接受器能将接收到的超声波信号进行处理并在电脑屏慕上显示其波形,超声波发生器每隔固定时间发射一短促的超声波信号,而接收到的由于障碍物反射回的超声波信号经仪器处理后也可在电脑屏上显示出来(两个波的形状一大一小便于区分),每个反射波与相应的发射波之间的滞后的时间可经电脑的处理输出,即能直接从电脑上读出一个超声波发射后遇到障碍物返回来的时间间隔,只要你事先测出超声波发生器到障碍物之间的距离S,并将S除以往返时间的一半就是声音在空气里的传播速度了。(超声波在空气中的传播速度跟一般人能听得到的声波速度是相等的)。
测量声速最简单、最有效的方法之一是利用声速v 、振动频率f和波长λ之间的基本关系,即实验时用结构相同的一对(发射器和接收器)超声压电陶瓷换能器,来作声压与电压之间的转换。利用示波器观察超声波的振幅和相位,用振幅法和相位法测定波长,由示波器直接读出频率f。
(一)谐振频率
超声压电陶瓷换能器是实验的关键部件,每对超声压电陶瓷换能器都有其固有的谐振频率,当换能器系统的工作频率处于谐振状态时,发射器发出的超声波功率最大,是最佳工作状态。
(二)振幅法
由发射器发出的声波近似于平面波。经接收器反射后,波将在压电陶瓷换能器的两端面间来回反射并且叠加。当两个换能器之间的距离等于半波长的整数倍时发生共振,产生共振驻波现象,波幅达到极大。由纵波的性质可以证明,振动位移处于波节时,则声压是处于波腹。接收器端面近似为一波节,接收到的声压最大,经接收器转换成的电信号也最强。声压变化和接收器位置的关系可从实验中测出,当接收器端面移动到某个共振位置时,示波器上会出现最强的电信号,如果继续移动接收器,将再次出现最强的电信号,两次共振位置之间的距离即为1/2λ 。
(三)相位法
波是振动状态的传播,也可以说是相位的传播。沿传播方向上的任何两点,其振动状态相同,或者说其相位差为2π的整数倍时两点间的距离应等于波长λ的整数倍,利用这个公式可测量波长。由于发射器发出的是近似于平面波的超声波,当接收器端面垂直于波的传播方向时,其端面上各点都具有相同的相位。沿传播方向移动接收器时,总可以找到一个位置使得接收到的信号与发射的信号同相。移过的这段距离必然等于超声波的波长λ 。为了判断相位差并且测定波长,可以利用双踪示波器直接比较发射的信号和接收的信号,同时沿传播方向移动接收器寻找同相点。也可以利用利萨如图形寻找同相时椭圆退化为斜直线的点。