2025年大学《声学》专业题库- 声学技术在智能交通系统中的应用

2025年大学《声学》专业题库——声学技术在智能交通系统中的应用考试时间：______分钟总分：______分姓名：______一、选择题（每题3分，共30分）1.在智能交通系统中，用于监测道路车流量时，利用声学传感器阵列分析的主要声学特征是？A.声波的频率B.声波的振幅C.声波到达阵列各麦克风的时间差（时差）D.声波的极化方向2.声学屏障在道路降噪中最主要的降噪机理是？A.吸收声能B.减少声源发声C.折射声波D.阻挡声波传播3.以下哪种声学技术最常用于需要较高吸声系数的隧道内壁，以减少混响和隧道效应？A.隔声罩B.反射板C.多孔吸声材料D.薄膜吸声结构4.在评估机场周边交通噪声对居民的影响时，通常采用哪个噪声评价量？A.LAeqB.LmaxC.L10D.SRTN5.基于车辆引擎声或轮胎声进行车辆识别的技术，主要利用了声学的哪个特性？A.频谱特性B.时域波形C.传播速度D.声强6.主动噪声控制技术在智能交通系统中，理论上最适用于抑制哪种类型的噪声？A.稳定、持续的背景噪声B.断续、无规律的突发噪声C.由多个声源叠加形成的复合噪声D.低频、结构传声7.以下哪项不属于声学技术在智能交通系统中的安全应用范畴？A.声学信号灯B.车辆盲区声学预警C.自动驾驶车辆的声纳探测D.交通广播系统8.声学传感器用于监测桥梁结构振动时，其主要关注的是？A.声音的响度B.声音的音色C.声音的频率成分与结构共振频率的匹配D.声音的传播方向9.在城市道路噪声控制规划中，优先考虑设置声学屏障的位置通常是？A.道路内侧靠近声源处B.道路外侧靠近受声点处C.声源与受声点之间声传播的阴影区D.道路中间隔离带处10.利用超声波进行短距离障碍物探测（如倒车雷达），主要利用了声波的哪个特性？A.强度大B.传播速度快C.方向性好，易于聚焦D.能在空气中远距离传播二、填空题（每空2分，共20分）1.交通噪声的主要来源包括发动机噪声、______噪声和轮胎与路面相互作用噪声。2.声学透声率是衡量声学屏障透声能力的关键参数，其值越接近______，则透声效果越好。3.基于麦克风阵列进行声源定位时，常用的算法有______算法和______算法。4.评价区域长期噪声暴露水平的常用指标是______。5.主动噪声控制系统通常由______、误差传感器和控制器组成。6.声学技术在智能交通系统中的一个重要发展趋势是与其他传感器技术（如光学、雷达）进行______。7.隧道内使用吸声材料的主要目的是减少声波的______，降低隧道口处的噪声反射。8.估算交通流量的声学方法中，基于多普勒效应的原理主要适用于______的车辆检测。9.声景质量评估是智能交通系统中考虑乘客或驾驶员______的一个重要方面。10.噪声地图是利用声学技术绘制出的______与噪声水平关系分布图。三、简答题（每题8分，共24分）1.简述利用声学方法估算道路交通流量的基本原理。2.比较声学屏障和吸声材料在降低交通噪声方面的主要区别和适用场景。3.简述主动噪声控制技术在抑制交通噪声方面面临的主要技术挑战。四、论述题（12分）论述声学技术在优化自动驾驶车辆环境感知能力方面可能的应用方向及其优势。五、计算题（14分）某城市道路旁设置了一高度为3米、长度为100米的声学屏障，用于降低道路噪声对路边住宅的影响。已知屏障上游（距离屏障15米处）的等效连续A声级（LAeq）为70dB(A)，屏障本身具有5dB(A)的透声损失。假设屏障后方无其他主要声源，请估算距离屏障下游25米处、屏障正上方10米处以及距屏障下游25米、屏障后方10米处（即屏障末端后方）的等效连续A声级（LAeq）。假设声波在空气中以343米/秒的速度传播，忽略地面影响和屏障两侧的反射。试卷答案一、选择题1.C解析：利用声学传感器阵列监测车流量，主要是通过分析车辆经过时产生的声音到达阵列中不同麦克风的时间差异（时差）来计算车辆的速度和数量。2.D解析：声学屏障通过阻挡声波传播的路径来降低声能传到受声点，其主要作用是阻碍声波的直线传播。3.C解析：多孔吸声材料能够将声能转化为热能，具有较高吸声系数，能有效吸收中高频声波，减少隧道内的混响。4.A解析：LAeq（等效连续A声级）代表在一天或一晚内，对时间变化进行加权平均的噪声级，是评估长期噪声暴露水平的常用指标，特别适用于评估交通噪声对居民的影响。5.A解析：不同车辆的引擎声、排气声、轮胎摩擦声具有独特的频谱特征，基于这些频谱差异进行车辆识别是利用了声学的频谱特性。6.B解析：主动噪声控制技术通过产生一个与原始噪声相位相反、幅值相等的声波来抵消噪声，理论上最适用于抑制频率稳定、持续不变的噪声。7.D解析：交通广播系统属于信息发布系统，不属于利用声学技术进行探测、监测或控制安全的范畴。其余选项均涉及声学在交通安全领域的应用。8.C解析：利用声学传感器监测桥梁振动时，通过分析接收到的结构振动产生的声音（或直接监测振动）的频率成分，判断是否与桥梁结构的固有频率发生共振。9.B解析：为了有效降低道路外侧居民的噪声接收水平，声学屏障应设置在靠近受声点（即居民区）的一侧，以阻挡声波直接传播到受声点。10.C解析：超声波具有波长短、方向性好、易于聚焦的特性，适合用于短距离的精确定位和探测，如倒车雷达利用其良好的方向性探测障碍物。二、填空题1.轮胎2.03.波束形成；时差4.等效连续A声级(LAeq)5.参考声源(或噪声发生器)；前置放大器6.融合7.混响8.高速9.舒适度10.地理位置或区域三、简答题1.解析思路：首先说明声波传播速度与距离、频率的关系（声速公式）。然后说明车辆通过声源（如车头）时，会改变声源与接收点之间的距离，导致接收点处声波相位发生变化或频率发生多普勒频移。通过分析接收信号中由多普勒效应引起的频率变化，可以估算出车辆的速度。或者，通过分析特定声源特征频率（如引擎声）的强度随距离衰减规律，建立声强与车流量之间的关系，从而估算流量。2.解析思路：首先分别说明声学屏障和吸声材料的原理。声学屏障主要通过阻挡声波传播路径来降低透射声能，适用于隔离声源和受声点之间的直线距离。吸声材料通过内部孔隙结构吸收声能，降低反射声，适用于减少声波在室内空间的反射和混响。其次比较适用场景：屏障适用于在声源和受声点之间形成物理隔离；吸声材料适用于需要降低室内反射声能，改善声环境质量（如降低混响）的场景，常用于室内空间墙壁、天花板等。3.解析思路：首先说明主动噪声控制系统的基本原理（生成反相声波进行抵消）。然后分析交通噪声的特点（通常由多个移动声源组成，频谱复杂，强度和频谱随时间和位置变化快，非稳定信号）。接着指出挑战：①精确估计移动噪声的声源特性（位置、频谱、强度）并进行实时补偿非常困难；②对于非稳定、非简谐的复合噪声，要生成能有效抵消所有成分的反相声波极其复杂；③系统需要快速响应能力以适应噪声变化；④系统稳定性和可靠性要求高；⑤成本和体积也是实际应用中的挑战。四、论述题解析思路：首先指出自动驾驶车辆需要感知周围环境，包括障碍物、行人、车道线等。然后分别论述声学技术在这些方面的应用方向：①环境探测与传感：利用超声波传感器（声纳）或激光雷达（LiDAR，虽非声学，但利用多普勒效应或飞行时间原理，与声学探测类似）进行障碍物探测和距离测量；利用麦克风阵列进行声音源定位，识别行人呼喊、车辆鸣笛等声音，增强环境感知能力。②交通流监测：利用声学方法（如基于多普勒效应或频谱分析）在不依赖光学视线的情况下，检测和估计道路上的车辆速度和流量。③声学警示与通信：开发基于声音的警告信号（如声学手势或特定频率警告），或探索声学短距离通信（V2X）在车与车、车与基础设施间信息交换中的应用潜力。最后总结优势：声学传感器（特别是超声波）成本相对较低、环境适应性好（不受光照条件影响）、可提供距离信息、麦克风阵列可用于声音识别和定位等，这些特性使声学技术在自动驾驶环境感知、特别是复杂和恶劣条件下的感知方面具有独特优势，可作为视觉、雷达等传感器的有效补充。五、计算题解析思路：（1）计算屏障上游（距离屏障15米处）的直达声级L1。由于题目未提供屏障上游的原始声源声级，且屏障本身有5dB(A)透声损失，此步计算无法直接给出结果，但需知晓此处的声级是后续计算的基准。（2）计算屏障下游25米处（距离屏障端部25米，即总共40米处）的声影区声级L2。由于屏障高度3米小于屏障长度100米，且透声损失为5dB(A)，可认为声波被有效阻挡，该处接收不到直达声，主要接收屏障末端反射声或衍射声。根据声影区近似公式（忽略反射和衍射）：L2=L1-屏障插入损失IL。屏障插入损失IL=10log(10^0.1IL+1)≈10log(10^0.1屏障透声损失)=10log(10^0.1*5)=10log(3.16)≈5dB(A)。（此处简化处理，实际更复杂）。因此L2≈L1-5dB(A)。（3）计算屏障正上方10米处（距离屏障100米水平距离，10米垂直高度）的声级L3。由于距离屏障较远（水平距离100米），且屏障高度仅为3米，可近似认为该处主要接收直达声，但需考虑屏障的阻挡和透射。使用屏障衰减公式（简化，忽略地面影响）：L3=L1-IL。IL≈10log(1+(h/H)^2*(L/λ)^2)+TL，其中h=3m,H=10m,L=100m,λ=c/f，f为频率，TL=5dB(A)。由于L/H=10,L/λ=c/(fL)=343/(f*100)≈3.43/f。当f较高时，此项主导。若忽略频率影响，L3≈L1-10log(1+(3/10)^2*(100/λ)^2)-5。若取一个典型频率f=1000Hz，λ=343/1000≈0.343m，L3≈L1-10log(1+(3/10)^2*(100/0.343)^2)-5≈L1-10log(1+0.09*(291.5)^2)-5≈L1-10log(1+0.09*85000)-5≈L1-10log(7649.1)-5≈L1-83.5dB-5dB=L1-88.5dB。考虑到透声损失，实际衰减会小于此值，但远大于5dB。此处简化为L3=L1-IL'，其中IL'是考虑了屏障透声的综合衰减，可能估算为L1-15dB(A)。（4）计算屏障末端后方10米处（距离屏障端部10米，即总共110米处）的声级L4。该处位于屏障末端之外，虽然距离较远，但受屏