2025年大学《声学》专业题库- 声学工程与声学测量仪器

2025年大学《声学》专业题库——声学工程与声学测量仪器考试时间：______分钟总分：______分姓名：______一、选择题1.在声学测量中，使用传声器测量声压级时，通常需要将其后接放大和滤波电路。对于测量稳态背景噪声，最常用的参考声压级是哪一种？A.真实声压级B.方均根声压级C.A计权声压级D.C计权声压级2.下列哪一项不属于典型的噪声控制措施中的“传播途径控制”方法？A.在噪声源附近设置隔声罩B.对接收房间进行吸声处理C.在噪声传播路径上设置消声器D.选用低噪声设备作为声源3.根据伊林（Eyring）混响时间理论，当房间内声源持续发声，且观众无声源活动时，稳态声场中的声压级（SPL）与未受声源影响时的背景声压级（SPL₀）之间存在关系S=SPL₀*(1-e^(-τt))。当时间t趋近于无穷大时，S与SPL₀的比值理论上应趋近于多少？A.0B.0.5C.1D.无法确定4.在进行声强法测量时，声强计的输出通常表示为声强级（单位dB）。声强级是以什么为参考基准？A.1V/m²B.1W/m²C.10⁻¹²W/m²D.10⁻¹⁰W/m²5.某吸声材料的吸声系数在500Hz时为0.8，在1000Hz时为0.3。这种材料在1000Hz频率下的声阻抗（Z）相对于500Hz时的声阻抗，通常会发生什么变化？（假设频率变化不大）A.显著增大B.显著减小C.基本不变D.无法判断二、填空题1.声强是指声波传播方向上单位时间流过单位面积的能量，其单位通常用__________表示，对应的声强级单位是__________。2.声波的反射、透射和吸收是声波在介质中传播遇到不同界面时发生的主要现象。对于理想的无反射界面，其声波透射系数τ和反射系数β的关系为：τ+β=_________。3.测量混响时间时，常用的reverberationtimemeter(RTM)通常基于双测点法，通过测量两点之间的声压级衰减来计算混响时间。该方法假设房间满足__________条件，且信号频带较宽。4.在声学测量中，校准是保证测量结果准确可靠的关键环节。对于传声器，最常用的校准方法是__________法，其基本原理是利用已知声压级的声源进行比对。5.噪声评价数（NR）曲线是基于等响曲线和标准噪声频带（中心频率为1000Hz,1600Hz,2500Hz,4000Hz,6300Hz）构建的，它将不同频带的噪声贡献转换为一个单一的数值，用于评价__________区域的噪声允许水平。三、简答题1.简述使用传声器进行声压级测量的基本原理，并说明为何通常需要配合使用声校准器。2.什么是室内声学中的吸声？与隔声相比，吸声主要解决什么问题？简述多孔吸声材料的吸声机理。3.简述声强法的测量原理及其相较于声压法测量声源指向性的主要优势。四、计算题1.某房间体积为200m³。在该房间进行吸声测量，使用电声法测量得到的混响时间为T₁=1.5s。假设房间内背景噪声可忽略，且吸声测量时房间内仅布置有吸声材料。现移除所有吸声材料，测量得到空房的混响时间为T₀=2.8s。已知吸声材料的吸声系数α₁(500Hz)=0.4，求该吸声材料在500Hz时的吸声量(A₁)和吸声系数(α₁)。(提示:吸声量A=S*α，其中S为吸声材料表面积，可假设S≈V/T₀*T₁)2.一声源在自由声场中辐射球面波，距离声源3米处测得的声压级为80dB(A)。假设空气介质密度ρ=1.21kg/m³，声速c=343m/s。求：(1)该距离处的声压有效值(P_eff)；(2)该声源在3米处的声强级(I_L)；(3)该声源辐射的总功率(P)。五、论述题试论述在进行建筑室内声学设计时，如何综合考虑噪声控制、吸声处理和混响时间等因素？以一个音乐厅或一个普通办公室为例，分别说明在噪声控制（声源、传播途径、接收点）和声学环境（混响）方面可能遇到的主要问题以及相应的处理思路。试卷答案一、选择题1.C2.D3.C4.C5.B二、填空题1.W/m²;dB(或decibels)2.13.驻波管(或其他等效表述，如管柱理论近似)4.驻波管(或其他等效表述，如管校法)5.工业环境(或其他等效表述，如工厂、车间)三、简答题1.解析思路:传声器本质上是将声压变化转换为电信号的压力传感器（如电容式）。测量声压级需要知道两点：①声压的有效值；②参考声压级（通常为20μPa）。传声器自身输出的电信号幅度与输入声压有效值成正比，但其灵敏度（输出电压与声压的比值）和频率响应是变化的。因此，需要使用声校准器（如活塞源）产生一个已知声压级（如94dB@1000Hz）的声波，输入给传声器，同时测量传声器的输出电压。通过这个已知的声压级和测得的电压，可以校准出传声器在该频率下的灵敏度，进而对所有测量数据进行修正，得到准确的声压级。2.解析思路:吸声是指声波入射到材料表面时，部分声能被材料吸收转化为热能或其他形式能量的现象。其核心作用是减少声音在室内空间中的反射，缩短混响时间，降低室内的响度。隔声是指利用隔声结构阻止声音从声源处传播到接收处的现象，主要解决声音传播途径中的泄漏问题。吸声主要作用于声波在室内的反射路径，改善室内声学环境。多孔吸声材料（如玻璃棉、岩棉、泡沫塑料）的吸声机理是基于其内部丰富的孔隙和纤维，当声波传入时，空气在孔隙中振动，空气与材料内表面摩擦以及空气分子与材料纤维的粘滞效应将声能转化为热能。3.解析思路:声强法测量的是声波传播方向上的声功率流密度矢量。它使用两个声强探头，一个作为发射器（或同时作为发射和接收），另一个作为接收器。通过测量两个探头之间一定距离处的声强矢量，可以确定声源在该方向的声辐射特性（如指向性）。其原理基于声强I=p·v̄/ρc，其中p是质点振动速度，ρc是声阻抗。声强计测得的是I的有效值。相较于声压法，声压法测量的是空间某点的声压，受环境噪声、反射等因素影响较大，且难以直接反映声源的辐射方向性；而声强法直接测量声能流，能更直接地反映声源的辐射特性，尤其在需要确定声源位置和指向性时更为优越。四、计算题1.解析思路:第一步，根据吸声量公式A₁=S*α₁和混响时间关系T=0.163*V/(S*α)，推导出吸声材料存在时和不存在时的混响时间关系：T₁=0.163*V/(S*α₁)，T₀=0.163*V/S。两式相除得T₁/T₀=α₁/α。即α₁=α*T₁/T₀。已知α₁(500Hz)=0.4，代入数值计算α：α=α₁*T₀/T₁=0.4*2.8/1.5=0.747。然后计算吸声量A₁=S*α₁。需要计算表面积S。根据T₁=0.163*V/(S*α₁)，得S=0.163*V/(T₁*α₁)=0.163*200/(1.5*0.4)=55.33m²。最后计算吸声量A₁=55.33m²*0.4=22.13m²。答案:α₁=0.4;A₁=22.13m²2.解析思路:(1)声压级L_p=20*log₁₀(P_eff/P₀)，其中P₀=20μPa。已知L_p(A)=80dB(A)，注意这里的A计权是对声压级进行加权后的结果。计算80dB(A)对应的声压有效值P_eff(A)=10^(L_p(A)/20)*P₀=10^(80/20)*20μPa=10⁴*20μPa=0.2Pa。由于A计权是频谱加权，若题目要求计算未加权的声压有效值P_eff，则需明确。此处按题目直接给出的80dB(A)对应的P_eff(A)计算，即P_eff=0.2Pa。如果题目意图是计算未经A计权的声压级对应的P_eff，则需额外信息或假设。我们按计算80dB(A)对应的P_eff处理。(2)声强级L_I=10*log₁₀(I/I₀)，其中I₀=1pW/m²=1*10⁻¹²W/m²。声强I=P_eff²/(ρc)。代入数值I=(0.2Pa)²/(1.21kg/m³*343m/s)=0.04/415.03=9.64*10⁻²W/m²。然后计算声强级L_I=10*log₁₀(9.64*10⁻²/1*10⁻¹²)=10*log₁₀(9.64*10¹⁰)≈10*(10+log₁₀9.64)≈10*(10+0.98)=198.8dB。注意：此声强级是基于80dB(A)声压级计算得到的，并非80dB(I)。(3)总功率P=I*4πR²，其中R是距离。P=9.64*10⁻²W/m²*4*π*(3m)²=9.64*10⁻²*4*π*9≈1.08*10⁻¹*113.1=12.21W。答案:(1)P_eff=0.2Pa(基于80dB(A));(2)L_I≈198.8dB(基于80dB(A)声压级计算);(3)P≈12.21W五、论述题解析思路:此题要求结合多个声学要素进行室内声学设计论述，并以具体场所为例。应首先阐述各项要素（噪声控制、吸声、混响）的基本概念和在室内声学设计中的重要性。然后，分别以音乐厅和办公室为例，分析各自的主要声学问题。论述要点:1.要素关系:室内声学设计需平衡噪声（干扰）和声学品质（如清晰度、丰满度）。噪声控制旨在降低室内噪声水平（满足舒适或法规要求），吸声处理旨在控制混响时间、改善声音清晰度或创造特定氛围，混响时间则影响空间的听闻感受（如音乐厅的共鸣感，办公室的清晰度）。三者相互关联，设计时需综合考虑。2.音乐厅:*主要问题:(a)噪声：舞台、观众走动、空调等产生的背景噪声和瞬态噪声；(b)声学品质：追求良好的混响（适度且频率分布合理，有早期反射和后期混响），清晰的直达声，丰富的音乐厅效应（早期反射、混响）。需要控制混响时间（通常较长，如1.5-3秒）。*处理思路:(a)噪声控制：对舞台和设备进行隔振降噪，优化空调系统，控制观众区噪声；(b)声学品质：大厅体型设计、吸声/反射面布置（侧墙、后墙、天花板），控制混响时间，利用声学扩散器增加早期反射声，确保良好的声场分布。3.办公室:*主要问题:(a)噪声：同事交谈、键盘敲击、电话、外部交通等产生的背景噪声和干扰噪声（如开放式办公室的声传播）；(b)声学品质：追求高清晰度（低混响，尤其是语言清晰度），创造专注和舒适的工作环境。需要控制较短的混响时间（通常0.4-0.6秒）。