《声速的测量》PPT课件

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1、超声声速测定太原理工大学物理实验中心一、声波背景二、实验目的三、实验原理四、实验仪器五、实验内容六、数据处理一、声波背景1、声音与我们的生活2、声速测量的目的3、声速测量的发展自然界中充满了各种各样的声音：收音机里播放的悦耳音乐声，飞机掠过长空时扰人的噪声，狂风的呼啸声，海祷的怒吼声，爽朗的欢笑声，欢畅的交谈声，……等等，在日常生活中处处都可以听到。可见声音与我们的生活是密切相关的。人类对声学的研究最早可以追溯到公元前580年埃及人毕达哥拉斯。而古希腊人亚里士多德接触到声学理论，他持有关于空气的运动性质构成声音的正确思想，并且

2、他还知道，如果管的长度加倍，则管内的振动就要花两倍的时间。1.声音与我们的生活牛顿在他的《原理》中对声速作了理论推导，但实验的结果与此并不相符，牛顿推测了实验值和理论值之间不一致的原因。但是，真正的解释是在过了一个世纪之后由拉普拉斯(1749—1827)做的。牛顿没有考虑到由于压缩变热和稀疏致冷引起的弹性变化。今天人们对声音的研究，从语音声学、生理声学、建筑声学、环境声学、水声学、超声学等等，遍及各个领域。特别值得一提的是次声波，次声波指的是频率在0.0001赫兹至20赫兹之间的波。虽然我们的耳朵听不见它，在我们周围由自然和人

3、工产生的次声波也很多。2、声速测量的目的声学测量和分析是人们认识声学问题本质的一种手段。通过必要的测量和分析可以对声学有定量概念，从而了解其规律性。声学测量通常是指先用电声(或机电)换能器把声波(或振动)转换成相应的电信号，然后用电子仪表放大到一定的电压，再进行测量与分析的技术以及有关声学仪器的工作原理．3、声速测量的发展二十世纪以来，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，如宽的频范围和动态范围，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

4、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，提出新的测量力法，使用自动化数字式仪器，以提

5、高测量的淮确度和速度。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、频谱分祈仪和声级记录器实现了声信号的声压级测量，频谱分析和声情号特性的自动记录；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．二、实验目的1、学习用共振干涉法和相位比较法测定空气

6、中的声速。加深对共振、振动合成、波的干涉等理论2、了解压电换能器的功能及超声波的产生、发射、传播和接受原理3、熟悉低频信号函数发生器、模拟示波器的使用使用方法。声速的特点频率在20～20000Hz的声振动在弹性媒质中所激起的纵波称声波。声波是一种机械波。频率超过20000Hz的声波称为超声波。声波的频率、波长、速度、相位等是声波的重要特性。声波在空气中的传播速度与声波的频率无关，只取决于空气本身的性质，因此有γ-绝热系数，R-摩尔气体常数，μ-空气分子的摩尔质量，T-绝对温度三、实验原理由此可见，气体中的声速v和温度T有关，还

7、与比热比γ及摩尔质量μ有关，后两个因素与气体成分有关。因此，根据测定出的声速还可以推算出气体的一些参量。在标准状态下，0oC时，声速为vo＝331.45m／s，显然在toC时，干燥空气中声速的理论值应为由此我们也可以想象，在极地和赤道声音传播的速度是不同的。本实验是对超声波波速的测量。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v=fλ测出声振动频率f和声波的波长λ，就可算出声波的波速v。当然这仅仅是一种最简便的近似测量。实验室中常利用，用共振干涉法、相位比较法测定波长λ，由函数发生器或示

8、波器直接读出频率f。测量方法共振干涉法（驻波法）S1发射S2反射干涉而成驻波LS2表面声压与其位置的关系Lp波腹波节结论：每两个相临波腹（波节）间的距离为s1和s2为压电陶瓷超声换能器，s1作为超声源（发射头），信号源发出的正弦电压信号接到换能器s1后，即能发出一平面声波。s