用同方向振动的合成法测定空气中的声速

声波的传播速度υ与声波的频率f及波长λ的关系为υ=fλ,其中f等于声源的频率,可以用频率计测定,而λ的测定方法在现有的物理实验教材中多数是用共振干涉法或相位法。共振干涉法可以用真空管毫伏表显示,也可以用示波器显示。而相位法一律用示波器显示,也就是将声源的信号及接收器接收到的信号分别送到示波器的x、y输入端,根据示波器上所显示的李萨如图形进行相位比较。     

声速测量实验中界面反射问题的探讨

探讨在声速测量实验中,声波在发射器和接收器两个端面之间反向形成极大值的位置和条件,以及声波强度随距离变化的规律。这有利于学生正确实验和理解声波特性。     

相位法测声速

声是一种机械波,它在空气中传播速度的测定是一个重要的实验课题.空气是一种弹性媒质,声在空气中以纵波形式向外传播.若以固定声源为端点,在远离声源的轴线上,距声源不同距离的各点,声波相位各不相同.如果知道两点间某一频率的声波相位相差2π,则两点间的距离就是该频率声波的波长.假若声源频率可以精确测得,那么声源在空气媒质中传播速度即可求得.     

水下声音可冲出表面

简单的声波理论曾预言，任何在水下产生的声音都会在水-气交界面处发生反射，而不会发射到空气中去．因此长期以来科学家们相信在海下产生的声音是不可能被水面上探测到的．但最近美国Colorado环境科学联合研究所（Cooperative Institute for Research in Environmental Science，简称CIRES）的0．Godin博士发现简单的声波理论不能描述在水面附近产生的低频噪声波的行为，他利用最新的声波理论计算得出，当声波波长可与声源与水面的距离相比凝或更长时。声源发出的声波可全部发射到空气中．     

典型深海声场频率-距离干涉结构分析及实验研究

基于射线理论分析了在典型深海情况下声源与接收水听器位于海水表层时声场频率-距离干涉结构,给出了直达声作用区与影区情况下声场频率-距离干涉结构的近似理论表达式。数值仿真与实验结果表明:在直达声作用区内,由直达声与海面一次反射声形成声场干涉结构,频率域干涉周期为该两条声线到达时间差的倒数;在影区内,由声源-海底-接收器、声源-海面-海底-接收器、声源-海底-海面-接收器和声源-海面-海底-海面-接收器四条声线形成声场干涉结构,声强随着频率具有两种干涉周期,分别随着声源深度、接收水听器深度的增大而减小,并与收发距离有关。本文给出的理论表达式可以较好的解释实验观测到的声场频率-距离干涉结构。      

基于最小二乘法的声速测定实验数据处理及分析

用振幅极大值法比振幅极小值法测声速的误差小和声波在传播过程中声压按指数函数关系衰减。     

驻波法测量声速实验的讨论

根据声波在2个换能器之间多次反射和声波在空气中的衰减,研究了驻波法测量声速实验中接收器输出信号随接收器到发送器间距离的变化.理论推导结果表明:声波在一般情况下不是严格的驻波,但是当反射比接近-1时则是双曲函数形式的驻波,这与实验测量结果一致.只有接收器到发送器的距离比较远,反射比接近-1时,才能得到几乎理想的驻波.     

深海中利用单水听器的影区声源无源测距测深方法

在典型深海情况下当声源与接收水听器位于海水表层时,在影区内由声源海底接收器、声源海面海底接收器、声源海底海面接收器和声源海面海底海面接收器4条声线形成声场干涉结构,声强随着频率具有两种干涉周期,随着收发距离的增加而增大,分别随着声源深度、接收水听器深度的增加而减小。因此由单水听器记录的声场干涉结构即可实现宽带声源目标的无源测距测深,仿真分析验证了其有效性。在南海深海声学实验中观测到海面宽带噪声源在声场影区所形成的声场干涉结构,数据分析结果验证了深海声场干涉结构用于声源无源定位的有效性。与传统无源定位方法相比,该方法不需要宽带引导声源、精确的海底声学参数和大规模的拷贝场计算。      

利用波导不变量的浅海负跃层声源深度判别

在夏季负跃层水文条件下,声源激发的声场同时存在折射类和反射类简正波,导致通过分离简正波进行深度判别的方法性能下降甚至失效·提出了一种利用波导不变量判别声源深度的方法。当接收器位于负跃层以下时,水面声源和水下声源的波导不变量数值不同。在本文的仿真条件下,水面声源波导不变量约等于1,当声源位于负跃层以下时,波导不变量大于1.利用频域warping变换从干涉结构中提取与实际距离成线性关系的时域脉冲,可以在未知声源距离的情况下,从声场干涉结构中获得声源激发声场的波导不变量,从而在夏季负跃层水文条件下进行声源深度判别。方法无须声源与接收器存在最近经过距离,可适用于单水听器或水平阵波束形成后输出的LOFAR谱.仿真结果证明,方法可以提取水面目标和水下目标的时延轨迹并计算干涉条纹的波导不变量。最后,对海试实验数据进行分析处理,从水面声源的干涉条纹中提取波导不变量,证明了方法的有效性。      

基于Matlab语言仿真声波多普勒效应的研究

1.多普勒效应的概念多普勒效应是奥地利物理学家、数学家克里斯琴·约翰·多普勒于1842年首先提出的。由于波源和观察者之间有相对运动,使观察者感到频率变化的现象叫做多普勒效应.2.多普勒效应的基本原理根据声波的多普勒效应公式,当声源与接收器     

空气中快速运动声源水下声场的波数积分模型

本文采用二维波数积分，对空气中高速运动声源激发的水下声场进行建模。针对二维波数积分计算声场时域解计算量大的问题，提出一种快速计算方法。用本文提出的方法，对深海和浅海情况下，空气中高速运动单频点声源激发的水下声场进行了计算和仿真。计算结果表明：在深海，水下接收信号的幅度和瞬时频率随时间发生变化；接收器深度、接收器与声源运动轨迹的最小距离对接收信号的变化快慢有较大影响，而声源高度的影响较小；在浅海中，接收信号呈现快速的幅度起伏，明显的多普勒频移和大的频率展宽效应。与简正波方法相比，本文方法主要适用于近场计算，而简正波方法适用于远场。另外，当声源频率较高时，二维波数积分方法的计算量将迅速增大。     

声波多次往返叠加对相位比较法测量声速的影响

相位比较法测量声速实验中,由于声波在传输过程中存在衰减、反射以及在收、发换能器之间多次反射叠加,当收、发换能器间距较小时,发射信号和接收信号合成的李萨如图形变化规律与理论不一致,即,接收器移动1个波长的距离,示波器中观察到合成直线段在同相和反相区域分别连续出现多次,该现象影响了学生对实验现象的判断和实验测量.本文通过理论计算分析,声波在收、发换能器之间的多次往复反射叠加次数增加,声波传输衰减小和换能器表面反射系数大会增大该现象产生的强度和持续的空间范围,理论计算直观地说明了接收器接收的声压信号与空气振动信号之间的关系和利用相位比较法测量声速的合理性.     

旋涡声散射的空间尺度特性数值研究

旋涡对声波的散射问题是声波在复杂流场中传播的基本问题,在声源定位、声目标识别及探测、远场噪声预测等方面具有重要的学术研究价值和工程应用价值,如飞行器的尾涡识别、探测及测距,湍流剪切流中声目标预测,声学风洞试验中声学测量和声源定位等.声波穿过旋涡时会产生非线性散射现象,其物理机理主要与声波波长和旋涡半径的长度尺度比相关.本文采用高阶精度高分辨率线性紧致格式,通过求解二维非定常Euler方程,数值模拟了平面声波穿过静止等熵涡的物理问题.通过引入声散射截面法,分析了不同声波波长与旋涡半径的长度尺度比对声波脉动压强、声散射有效声压以及声散射能量的影响规律.研究表明:随着声波波长与旋涡半径的长度尺度比逐渐增加,旋涡流场对声场的影响逐渐减弱,声散射有效声压影响区域先逐渐增大随后逐渐减小,声散射能量最大值呈现4种不同的变化阶段.     

对多普勒效应验证实验仪器的改进

声源与接收器之间存在相对运动就会发生多普勒效应。目前，许多高校物理实验室使用的多普勒效应验证仪器只能验证接收器和声源在一条直线上时，接收频率与接收器运动速度的关系，对于声源运动以及相对运动与二者连线存在角度等情况还不能验证。因此，为了全面验证多普勒效应，在原装置的基础上进行了一定程度的改进，新的实验装置可以弥补原实验装置的不足。通过对实验数据的处理分析，计算出声速的相对误差在3%左右，验证了本实验装置的可靠性。     

利用残差网络分析普氏蹄蝠耳朵对恒频声源定向的影响

为研究恒频蝙蝠耳朵与空间定位的关系,利用深度学习算法和仿蝙蝠静态双耳接收器,分析蝙蝠耳朵对恒频声源定向的影响。首先根据普氏蹄蝠耳朵模型设计不同双耳夹角和间距的仿生双耳接收器,并从多个空间方位采集声源发射的不同频率的恒频声呐信号,然后提取双耳同步采集信号的时频图并归一化作为输入特征,最后利用残差网络实现声源定向。实验结果表明,静态双耳接收器对恒频声源的定向误差平均值基本保持在3.5°以下,但高于动态单耳接收器的定向误差;定向精度与声源频率及声源所在空间方位有关,声源位于接收器水平方向±30°范围内时,定向精度相对较高;双耳夹角和间距也会影响定向精度,且前者影响较为显著。     

深海大深度声传播特性及直达声区水下声源距离估计

深海大深度声传播特性对在深海近海底进行水声目标探测和定位具有重要意义。利用一次南海中南部深海不完全声道中的脉冲声传播实验数据,分析了海底附近大深度声传播损失及脉冲多途传播特性,并根据直达波和海底-海面反射波的时延差与收发距离的关系,提出一种利用深海直达声区脉冲多途到达时间进行水下声源距离估计的方法。结果表明:当接收器深度位于南海深海海底附近而声源深度较浅时,直达声区水平宽度可达30 km,传播损失相对影区来说较小,有利于水下声源探测;直达声区的直达波与海底-海面反射波的到达时延差随着收发距离的增大单调减小,可被用于水下声源距离估计。得到水下声源的距离估计结果与实验GPS测量结果较为一致,距离估计均方误差为0.28 km。      

医用超声Doppler技术与血流测量(Ⅰ)

1842年Christian Doppler发现,当频率f_0的振源与观察者之间相对运动时,观察者接收到的频率不再是f_0而是f’.后来将这种由于相对运动而引起频移的现象称为Doppler效应. 若声源静止,接收体相对声源运动,则在接收点收到一个波长λ_0的时间为T’=λ_0/(C±V)=C/(C±V)f_0=1/f’(1)式中T’——接收点收到一个波长λ_0所需的时间,即周期;f’——接收点收到的频率;λ_0——     

测量介质微波吸收的实验研究

利用微波分光仪测量介质板的微波吸收系数,考虑了接收器和介质板对微波的反射影响.沿波传播方向移动介质板的位置来测量微波强度的极大值和极小值,以它们的平均值作为透射波的强度.还考虑了介质板两个界面的反射对入射波强度的影响.     

测量介同波吸收的实验研究

利用微波分光仪测量介质板的微波吸收系数,考虑了接收器和介抽板对微波的反射影响,沿波传播方向移动介质板的位置来测量同波强度的极大值和极小值,以它们的平均值作为透射波的强度。还考虑了介质板两个界面的反射对入射波强度的影响。     

一种简便的表达声波波动特性的演示方法

1引言 普通扬声器发出的声波不是强指向性的；当声源发出的直达声波到达接收传声器后，由房间内对应各个反射面向声源产生的声波也陆续到达，造成严重的干扰．由于室内反射面状况较复杂，对时域中具有一定持续时间的信号，其直达声与反射声完全混叠，无法将各个像声源所对应的声波一一辨别出，因此直接采用扬声器发出的窄带或单频信号作为波源的实验方法就无法应用于普通的课堂教学．