2025年大学《声学》专业题库-声学原理在自动驾驶中的应用

2025年大学《声学》专业题库——声学原理在自动驾驶中的应用考试时间：______分钟总分：______分姓名：______一、选择题（每题2分，共20分）1.在自动驾驶车辆的声纳系统中，为了提高探测距离，通常会采用具有特定频率范围的超声波，主要是利用了超声波在空气中传播时（）的特性。A.频率低，衰减小B.波长短，衍射小C.能量高，穿透力强D.易于产生干涉2.多普勒效应在自动驾驶声学应用中的主要作用是（）。A.提高声音的分辨率B.减少环境噪声的影响C.用于测量移动物体的相对速度D.实现声音的主动控制3.车内主动降噪系统（ANC）的核心原理是利用声波的（）来抵消unwanted噪声。A.吸收B.隔绝C.相位差D.频率调制4.在车内声学设计中，为了降低低频噪声，常采用（）材料。A.高密度泡沫B.空气层C.薄膜阻尼材料D.多孔吸声棉5.以下哪一项不是声音在传播过程中必然发生的衰减现象？（）A.声压级降低B.声强减小C.声音频率改变D.声音波形畸变6.自动驾驶车辆利用声音进行定位或识别时，主要依赖的是接收到的声音信号的（）。A.发射功率B.传播时间C.波形失真程度D.谐波分量7.语音识别系统在车载环境中的主要挑战之一是（）。A.信号带宽不足B.说话人发音不准确C.车内噪声和回声干扰D.词汇量有限8.声波的衍射现象使得声波能够绕过障碍物，这在自动驾驶中可能导致（）。A.障碍物被完全遮挡B.对障碍物距离的误判C.信号完全消失D.声音无法传播9.为了提高车内乘员的舒适度，除了降噪，还需要控制（）。A.声音的清晰度B.振动的频率和幅值C.音乐的播放列表D.车窗的隔音系数10.将声学原理应用于自动驾驶领域，最根本的目的是（）。A.提高车辆的声学美观度B.增强车辆对环境的感知能力C.降低车辆的生产成本D.替代其他类型的传感器二、填空题（每空1分，共15分）1.声波在介质中传播的速度主要取决于介质的______和______。2.声压级用______表示，其单位是______。3.声音的反射现象是形成______的基础。4.在声纳系统中，利用声波反射回来的时间来计算目标的______。5.主动降噪技术通常需要结合______技术来精确获取噪声信号。6.车内NVH问题主要包括噪声、______和声振粗糙度。7.利用声音进行环境感知时，需要考虑声音的______、______和______等特性。8.多普勒声纳利用多普勒频移效应来测量目标的______和______。9.语音信号处理的第一步通常是对模拟语音信号进行______。10.声音的吸收主要发生在具有______结构的材料或构件上。三、简答题（每题5分，共20分）1.简述超声波在自动驾驶近距离探测中的应用及其优势。2.解释车内噪声的主要来源有哪些，并说明其中一种噪声的控制方法。3.描述多普勒效应的基本原理，并说明其在自动驾驶中至少两个不同的应用场景。4.为什么车内语音识别系统在嘈杂的车内环境中会面临挑战？简述克服这些挑战的常用技术手段。四、计算题（共10分）假设一自动驾驶车辆使用声纳系统探测前方障碍物。已知声波在空气中的传播速度为343m/s，声纳发出信号后，接收到反射回来的回波所需的总时间为0.008秒。请计算：（1）声波在空气中传播的单程距离是多少米？（2）如果障碍物是静止的，那么障碍物距离声纳系统多远？（请写出计算过程）五、论述题（共15分）论述声学原理在提升自动驾驶车辆安全性、可靠性和舒适性方面的作用，并选择其中一个方面进行详细阐述，说明涉及的具体声学技术和应用。试卷答案一、选择题1.B2.C3.C4.C5.C6.B7.C8.B9.B10.B二、填空题1.密度，弹性模量2.分贝，dB3.回声4.距离5.信号处理6.振动7.时间，强度，方向8.速度，距离9.模数转换（或A/D转换）10.空隙（或多孔）三、简答题1.答案：超声波频率高，波长较短，不易受环境杂波干扰，方向性好，分辨率高。在自动驾驶中，可用于近距离障碍物检测（如盲点监测、低速近距离行人/车辆探测），其穿透性（对某些材料）也使其在特定场景下有应用优势。解析思路：考察对超声波特性（频率、波长、方向性、分辨率）及其在探测应用中优势的理解。需结合自动驾驶对近距离、高精度探测的需求进行阐述。2.答案：主要来源包括发动机噪声、空气动力噪声（风噪声）、轮胎与路面摩擦噪声、传动系统噪声以及车内乘员活动产生的噪声等。控制方法之一是对声源进行控制，例如采用更安静的发动机、优化气流通道设计、使用低滚阻轮胎等。解析思路：考察对车内噪声主要来源的分类认知和对噪声控制基本原理（声源控制）的理解。列举具体来源和控制方法即可。3.答案：多普勒效应是指波源与观察者相对运动时，观察者接收到的波的频率会发生变化。当两者靠近时，接收频率高于发射频率；当两者远离时，接收频率低于发射频率。在自动驾驶中，可用于测速（如自适应巡航控制中的车距保持）、声纳测距（通过频率变化计算距离变化率）、甚至用于某些类型的避障系统。解析思路：考察对多普勒效应核心原理（相对运动导致频率变化）的掌握，并能将其至少两个不同的应用场景与自动驾驶功能联系起来。4.答案：主要挑战是车内存在大量强噪声源（如发动机、空调、交通噪声等）和丰富的反射面（车顶、仪表盘、乘员等），这些噪声和反射会干扰语音信号，降低信噪比，使得麦克风难以准确拾取目标说话人的语音。常用技术手段包括使用多个麦克风形成阵列进行波束形成以拾取目标方向语音、采用先进的噪声抑制算法（如谱减法、自适应滤波）和回声消除技术。解析思路：考察对语音识别在噪声环境下面临的主要问题（信噪比低）的理解，以及对常用抗噪声技术（麦克风阵列、噪声抑制、回声消除）原理的掌握。四、计算题（1）声波传播的总距离s=v*t=343m/s*0.008s=2.744m。因为是回波，所以单程距离为s/2=2.744m/2=1.372m。（2）障碍物距离声纳系统为1.372m。五、论述题答案：声学原理在提升自动驾驶车辆安全性、可靠性和舒适性方面发挥着重要作用。安全性方面，声学原理通过声音感知技术提升车辆与环境/目标的交互能力。例如，利用超声波或声音发射进行探测，可以辅助车辆感知盲区障碍物、后方来车或行人，增强泊车辅助、变道辅助等功能的可靠性，从而提高行车安全。声音信号也可以作为一种可靠的警示手段，用于盲人辅助驾驶系统，或在紧急情况下发出警报。可靠性方面，通过主动降噪技术（ANC）有效抑制车内噪声，可以提高车内环境声学清晰度，使得车载语音识别系统、驾驶员与乘客之间的语音交流更为可靠。同时，优化车内声学设计，减少共振和异常响声，也能提升车辆的NVH性能，间接体现其制造质量和可靠性。舒适性方面，声学原理在车内NVH控制中应用最为直接。通过吸声、隔声、阻尼等手段降低发动机噪声、风噪声、路噪等外部噪声传入车内，并控制车内振动，营造一个安静、舒适的乘坐环境，这是提升用户体验的关键因素。此外，合理设计车内声音