2025年大学《声学》专业题库-声学技术在交通系统中的应用

2025年大学《声学》专业题库——声学技术在交通系统中的应用考试时间：______分钟总分：______分姓名：______一、选择题（每小题2分，共20分。请将正确选项的字母填在题后的括号内）1.以下哪种交通工具的噪声主要是由轮胎与路面摩擦以及发动机排气引起？()A.飞机B.火车（轮轨噪声为主）C.汽车摩托车D.轮船2.在距离点声源1米处，测得声压级为90dB(A)。若距离变为4米，测得的声压级约为多少分贝？()A.90dB(A)B.80dB(A)C.76dB(A)D.70dB(A)3.评价城市交通噪声长期影响的主要指标是？()A.噪声峰值级LmaxB.瞬时噪声级L10C.等效连续A声级LAeqD.噪声累积百分级L904.能够吸收声能，使声波能量转化为热能的材料或结构称为？()A.隔声材料B.吸声材料C.减振材料D.声屏障5.在室内声学中，为了降低结构传播的固体声，常采用以下哪种措施？()A.使用多孔吸声材料B.在结构连接处增加阻尼C.设置高频反射板D.减小房间体积6.交通噪声中最常见的声屏障类型是？()A.全反射屏B.开放式声屏障C.半开放（微穿孔板）声屏障D.吸声屏7.主动噪声控制技术的核心原理是？()A.声能吸收B.声波反射C.产生一个与原始噪声相位相反、等幅的声波进行干涉抵消D.降低声源声功率8.低噪声轮胎主要通过以下哪种方式降低滚动噪声？()A.提高轮胎接地面积B.改进胎面橡胶配方和花纹设计，减少摩擦和空气湍流C.增加轮胎气压D.减小轮胎重量9.在评估交通噪声对居民影响的时，通常需要考虑噪声的哪些特性？()A.声压级和频谱B.噪声源类型和位置C.A和BD.噪声的突发性和连续性10.轨道交通噪声的主要来源包括？()A.发动机噪声B.轮轨冲击噪声、轴承噪声、电机噪声C.车体振动D.B和C二、填空题（每空2分，共20分。请将答案填在横线上）1.交通噪声根据声源性质可分为空气噪声和______噪声。2.声波在传播过程中，能量会逐渐减弱，这种现象称为______。3.国际标准化组织（ISO）发布的______系列标准是进行道路交通噪声预测的基础。4.隔声结构的基本要求是具有较高的______和较低的透声系数。5.在室内声学中，利用吸声材料或结构消耗声能，降低室内混响声，这称为______。6.声屏障的降噪效果不仅取决于其插入损失，还与______、______等因素有关。7.评价车辆车内噪声，除了声压级，常用的指标还有______和总谐波失真。8.交通噪声控制的基本途径主要有______、______和______。9.噪声地图是利用声学模型预测区域内的______分布图。10.随着交通量增加和车辆加速，交通噪声的______特性通常更为显著。三、名词解释（每小题3分，共15分）1.等效连续A声级(LAeq)2.声屏障插入损失(IL)3.多孔吸声材料4.轮轨噪声5.主动噪声控制四、简答题（每小题5分，共20分）1.简述汽车发动机噪声的主要频谱特性。2.简述室内声学中吸声、隔声、减振三种控制噪声的基本原理及其主要应用场合。3.为什么声屏障通常设计成有一定倾斜度？4.简述轨道交通噪声与公路交通噪声的主要区别。五、计算题（每小题7分，共14分）1.某点声源在距离10米处测得声压级为65dB(A)。求该点声源的声功率级（忽略空气吸收）。已知空气吸收在100米距离上约衰减0.5dB(A)@1000Hz。2.一条道路旁设置了一道高度为3米、长度为20米的声屏障，其插入损失在频率1000Hz时为12dB。假设声源在屏障后方，距离屏障1米，距离地面高度1.5米。估算该屏障在1000Hz频率下对该位置居民窗户处的降噪效果（近似值）。六、论述题（10分）论述在交通枢纽（如机场、火车站）环境中，如何综合运用多种声学技术来控制噪声污染，并分析各种技术的优缺点和适用性。七、设计题（15分）针对城市主干道旁一居民小区的噪声扰扰问题，请设计一个初步的声学控制方案。方案应至少包含两种声学技术的组合应用（如声屏障+室内隔音），并简要说明每种技术的选型依据、预期降噪效果以及可能存在的问题或改进方向。试卷答案一、选择题1.C解析：汽车和摩托车的噪声主要来源于发动机和轮胎与地面的摩擦。飞机噪声主要来自发动机和空气动力；火车噪声主要来自轮轨接触和电机；轮船噪声主要来自主机和螺旋桨。2.C解析：根据点声源衰减公式，距离增加一倍，声压级衰减约6分贝。从1米到4米，距离增加3倍，衰减约10*log(4/1)=10*log(4)≈12分贝。90dB-12dB=78dB。选项中最接近的是76dB(A)。3.C解析：LAeq（等效连续A声级）是模拟人耳对噪声时间变化的加权声级，用于评价噪声对人的长期影响，是最常用的评价指标。4.B解析：吸声材料通过材料的内部孔隙或结构吸收声能，将其转化为热能，主要降低驻波声压或室内混响声。5.B解析：隔振是阻止振动从声源传播到结构或通过结构传播到其他地方的技术。增加结构连接处的阻尼可以消耗振动能量，减少固体声传播。6.B解析：开放式声屏障（如实心板式、混凝土墙式）是应用最广泛、结构最简单的声屏障类型，通过阻挡声波直接传播来降噪。7.C解析：主动噪声控制的核心是利用电子设备产生一个与原始噪声相位相反、幅值相等（或按需要调整）的“反噪声”，两者叠加抵消。8.B解析：低噪声轮胎通过特殊配方（如更软的橡胶）和花纹设计（如减少胎纹深度、特殊沟槽），减小轮胎与路面间的摩擦以及空气湍流，从而降低滚动噪声。9.C解析：评估交通噪声影响需要考虑声压级（反映响度）和频谱（反映annoyance特性），以及噪声的突发性和连续性等因素。10.D解析：轨道交通噪声来源多样，包括高速列车行驶引起的轮轨冲击噪声、轴承摩擦噪声、电机和电子设备噪声，以及车体结构振动等。二、填空题1.固体解析：交通噪声按传播介质可分为通过空气传播的空气噪声和通过地面、结构传播的固体噪声。2.衰减解析：声波在无障碍的自由空间传播时，能量会随距离的增加而按球面波规律扩散，导致声压级逐渐降低，即声衰减。3.ISO1996-1解析：ISO1996-1(Acoustics--Noiseexposureatwork--Part1:Determinationofnoiseexposureduringworkperiodswithrespecttoadailynoiseactionvalueandadailypersonalnoisedose)及其修正部分提供了用于预测道路、铁路和机场噪声的方法。4.密度/质量密度解析：理想的隔声结构需要质量大（高密度）以抵抗声压作用，同时需要刚性大或材料本身隔声性能好（低透射系数）以减少声音穿透。5.吸声解析：利用吸声材料或结构吸收声能，降低室内混响时间，改善室内声学环境。6.屏障高度；声源与接收点相对屏障的位置解析：屏障的有效降噪高度取决于声波频率和屏障与声源、接收点的相对几何关系。屏障必须高于声源或接收点一定距离才能有效阻挡直达声。7.总谐波失真(THD)或加权声压级(如LpA)解析：车内噪声除了响度（A声级），音质（如Harmonics含量）也很重要，THD是衡量音质的技术指标之一。8.声源控制；传播途径控制；接收点防护解析：这是噪声控制的三种基本策略，分别从产生源头、传播路径和受声点着手解决问题。9.等效连续A声级(LAeq)解析：噪声地图通常以颜色等高线形式展示某一区域内的平均噪声水平（LAeq）分布。10.频率解析：交通噪声通常包含宽频谱成分，但随着车速或交通密度的增加，低频成分往往更为突出和令人烦扰。三、名词解释1.等效连续A声级(LAeq)：对某一段时间内起伏的噪声，用A计权网络测得的能量平均声级，它代表一个连续的稳态噪声的声级，是评价噪声长期影响最常用的指标。2.声屏障插入损失(IL)：声屏障插入损失是指设置声屏障后，在接收点测得的声压级与不设置声屏障时，在相同接收点测得的声压级之差。它表示声屏障阻挡声波传播的能力。3.多孔吸声材料：指由大量相互连通的微小孔洞组成的材料，如玻璃棉、矿棉、泡沫塑料、吸声砖等。当声波传入材料内部时，空气在孔洞中振动摩擦生热，将声能转化为热能，从而实现吸声。4.轮轨噪声：指高速列车运行时，车轮与钢轨之间的冲击和摩擦产生的噪声。它是轨道交通噪声的主要来源，具有高频、冲击性强的特点。5.主动噪声控制：指利用电子技术和扬声器等设备，主动产生一个与原始噪声具有相反相位和适当幅值的声波（反噪声），使其与原始噪声在特定区域发生干涉而相互抵消，从而降低噪声的技术。四、简答题1.汽车发动机噪声的主要频谱特性通常包含中低频和宽频带的噪声成分。在中低频段（如几百赫兹到几千赫兹），噪声主要由发动机的燃烧过程、活塞运动、进气和排气阀的开关等机械振动产生。高频段（几千赫兹以上）则包含排气噪声、进气噪声以及一些机械部件的振动噪声。发动机类型（如直喷、自然吸气）、排量和运行状态（转速）都会显著影响其噪声的频谱特性。此外，发动机噪声还具有较强的指向性，尤其是在中低频段。2.吸声：利用多孔材料或共振结构吸收声能，降低室内混响声。主要应用在需要控制室内声音反射、提高语言清晰度的场所，如教室、会议室、音乐厅等。隔声：利用密实、沉重的隔声结构（如墙体、门窗）阻挡声音传播。主要应用在需要隔绝外部噪声或防止室内声音外泄的场所，如住宅、录音棚、需要安静的工业场所等。减振：通过增加连接处的阻尼或改变结构固有频率来减少固体声的传播。主要应用在控制设备振动通过结构传播引起的噪声，如精密仪器房、需要降低结构传声的建筑物等。3.声屏障通常设计成有一定倾斜度（向外倾斜或向声源侧倾斜），主要是为了提高对低频声波的衰减效果。对于低频声波，其波长远大于屏障的高度，如果屏障是垂直的，低频声波更容易绕射过屏障顶部或底部，导致屏障的插入损失减小。通过将屏障向外倾斜，可以增加低频声波绕射过屏障顶部所需的路径长度，或者使其更容易被反射向声源方向，从而提高对低频噪声的阻挡能力，改善整体降噪效果，尤其是在需要控制交通噪声等低频成分较为显著的情况。4.轨道交通噪声与公路交通噪声的主要区别在于：*噪声源构成：轨道交通噪声除了轮轨噪声外，还包括显著的轴承噪声、电机和电子设备噪声，且这些噪声往往具有更高的稳定性。公路交通噪声主要来自发动机和轮胎。*频谱特性：轨道交通噪声，特别是轮轨噪声，具有更强的高频冲击特性，且低频成分（由列车重量和速度决定）通常更突出。公路交通噪声频谱相对更宽，中高频含量也高，但冲击性可能不如轮轨噪声。*传播特性：轨道交通通常在专用线路上运行，且常位于隧道或靠近居民区，其噪声传播路径相对固定且影响范围可能更集中。公路交通噪声源分布广泛，传播路径复杂多变。*速度影响：轨道交通噪声通常随速度的平方根成正比增加，且在高速时更为显著。公路交通噪声也随速度增加，但关系可能更复杂。五、计算题1.解：设点声源声功率级为L_W，距离r1=10m处声压级为L_p1=65dB(A)。L_p1=L_W-10*log(r1)-ΔL65=L_W-10*log(10)-0.565=L_W-10*1-0.565=L_W-10.5L_W=65+10.5=75.5dB(A)答：该点声源的声功率级为75.5dB(A)。2.解：估算屏障在接收点（距离屏障1m，即总距离20m-1m+10m=29m）处的降噪效果。首先计算屏障后接收点的声压级（无屏障情况）：L_p2'(无屏障)=L_W-10*log(r2')-ΔL'r2'≈20m(假设屏障长度足够覆盖声源影响，接收点主要受远场影响)ΔL'≈0.5dB(A)@1000Hz(假设空气吸收随距离增加，按100m衰减0.5dB，29m约为0.15dB，可忽略或取0.5dB保守估计)L_p2'(无屏障)≈75.5-10*log(20)-0.5L_p2'(无屏障)≈75.5-13-0.5=61.5dB(A)再计算屏障后的声压级（有屏障情况）：L_p2''(有屏障)=L_p2'(无屏障)-IL-10*log(r3)r3=1m(屏障到接收点的距离)L_p2''(有屏障)=61.5-12-10*log(1)L_p2''(有屏障)=61.5-12-0=49.5dB(A)降噪效果ΔL=L_p2'(无屏障)-L_p2''(有屏障)ΔL=61.5-49.5=12dB(A)答：该屏障在1000Hz频率下对该位置居民窗户处的近似降噪效果为12dB(A)。六、论述题（此题答案需根据个人对知识点的掌握和理解进行展开，以下提供一个论述的框架和要点，非标准答案）在交通枢纽（如机场、火车站）环境中，噪声源多样且强度高，包括飞机起降/滑行噪声、列车进站/运行噪声、列车鸣笛声、广播声、车辆通行噪声等，影响范围广，且对周边居民、工作人员造成严重干扰。控制此类噪声污染需要综合运用多种声学技术，采取分区、分层、多层次的治理策略。1.声源控制：*飞机噪声：推广使用低噪声发动机、优化飞机气动设计；合理安排航线、起降时刻；建设远机位、卫星厅；发展低噪声滑行道技术。*轨道交通噪声：采用低噪声轮轨材料与技术（如弹性车轮、减震轨道）；优化轨道结构设计；合理选择列车运行速度；设置车辆段声屏障。*其他噪声：对站内广播、鸣笛等人为噪声进行规范管理；优化车辆调度和停车场布局。2.传播途径控制（声屏障与隔声）：*声屏障：在机场端区、滑行道、火车站线路两侧、站前广场等区域，设置高耸的声屏障（机场常用透明声屏障结合吸声材料）或半开放声屏障（火车站常用微穿孔板声屏障），有效阻挡直达噪声。屏障设计需考虑高度、长度、倾斜度（尤其应对低频）、透声/吸声特性以及与环境的协调性。*隔声结构：对枢纽内的建筑（如候机楼、站房、办公室、住宅）进行隔声设计，提高墙体、门窗的隔声性能，防止噪声传入室内。对设备机房等噪声源房间，采取隔声罩或隔声间措施。3.接收点防护（室内声学处理）：*对于无法完全避免噪声影响的敏感建筑（如紧邻枢纽的住宅），通过改善室内声学环境来降低噪声干扰。采用隔声、吸声、减振相结合的措施，如增加墙体厚度、使用隔声门窗、吊顶内填充吸声材料、铺设地毯、使用隔振垫等，降低室内噪声水平，提高居住舒适度。4.主动噪声控制：*在室内空间（如候车大厅、办公室）可探索应用主动噪声控制技术，针对低频背景噪声进行干扰，改善听觉环境。但在室外或大范围区域应用成本高、技术难度大，目前应用较少。优缺点与适用性分析：*声源控制：优点是治本，效果最显著，尤其对飞机噪声。缺点是可能涉及技术改造、成本高、受限于技术发展和政策法规。适用于源头可控且投入允许的场景。*声屏障/隔声：优点是技术成熟、应用广泛、成本相对可控。缺点是可能影响景观、存在绕射效应（尤其低频）、需要占用土地。适用于线状噪声源（如铁路、公路）和固定区域边界防护。声屏障对高频效果好，对低频效果有限，需要结合吸声材料改善。*室内声学处理：优点是灵活、适用于已有建筑改造或新建建筑。缺点是降噪效果有限，主要提高舒适度。适用于敏感建筑和需要改善室内声环境的场所。*主动噪声控制：优点是可实现定向降噪。缺点是技术复杂、成本高、对环境噪声稳定性和空间位置有严格要求。适用于特定室内空间或对噪声有精确控制的场景。综合应用：最有效的策略是多种技术的组合应用。例如，在火车站，通常需要结合低噪声列车、轨道降噪措施、线路两侧声屏障以及候车室/周边建筑的隔声吸声处理，才能达到较好的整体降噪效果。方案设计时需综合考虑噪声特性、环境条件、经济成本和美观要求，进行优化选择。七、设计题（此题开放性较强，以下提供一个设计方案的框架和示例内容，非标准答案）针对城市主干道旁居民小区的噪声扰扰问题，设计一个初步的声学控制方案，采用声屏障+室内隔音的组合策略。1.方案组成：*传播途径控制（声屏障）：在道路与居民楼之间设置一道声屏障。屏障类型选择：考虑到道路噪声频谱特点（通常包含中高频和部分低频），采用半开放声屏障，如微穿孔板声屏障。微穿孔板具有透声率高、阻尼特性好、对中高频降噪效果显著的特点，同时能保持一定的可视性，外观更协调。屏障高度：根据噪声测量结果和频率分析，确定主要受影响的噪声频率。假设低频成分是主要问题，屏障高度需超过低频声波波长的1/4至1/2，一般建议设置在3-5米以上。长度：沿道路一侧居民楼外立面设置，长度应足以覆盖主要噪声影响区域。材料：采用镀锌钢板或铝板作为面板，微穿孔板（孔径0.8-1.0mm，穿孔率1%-3%）安装在面板后，并配合吸声材料（如岩棉）