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物理实验技术中的声学测量方法与仪器引言：声学是研究声波传播的学科，其在物理实验技术中起着至关重要的作用。
声学测量旨在通过仪器来准确地测量和分析声波的特征和参数，从而深入研究声波在各种材料和环境中的传播规律。
本文将介绍一些常见的物理实验技术中的声学测量方法与仪器，以及它们的应用。
一、声级表和频谱分析仪声级表是一种用于测量声音强度的仪器。
它通过麦克风将声音信号转换为电信号，并将其转化为相应的声级数值。
声级表通常具有不同的量程，可以测量从极低的噪音到非常高的音量，例如从机舱噪音到音乐演出的音量。
频谱分析仪是一种用于测量声音频谱的仪器。
它可以将复杂的声音信号分解为不同频率的成分，从而分析声音的谐波、噪音以及其他频率特征。
频谱分析仪可以用于研究音乐、语音和各种声学现象，如共振和谐波产生。
二、声速测量方法与仪器声速是声音在介质中传播的速度，可以通过不同的方法进行测量。
其中最常用的方法之一是通过声源和接收器之间的时间差来计算声速。
例如，可以使用超声波发射器作为声源，然后在一定距离处设置接收器接收超声波，通过测量声波从声源到接收器的时间，即可计算声速。
此外，还可以使用共振法测量声速。
共振法可以通过改变管道或空气柱的长度，使之发生声振动，并调节频率，直到达到共振，即声波与管道长度相符合的情况。
当发生共振时，可以通过测量声波的频率和管道的长度来计算声速。
三、声音品质评估方法与仪器声音品质评估是评价人们对声音感觉的能力和偏好的性质。
在物理实验技术中，有许多方法和仪器用于评估声音品质。
例如，可以使用音频编辑软件来改变声音的频率、振幅和时长，从而评估声音品质的变化。
此外，主观评估和客观评估是常用的声音品质评估方法。
主观评估是通过人们的听觉感知和感受来评估声音品质，可以利用听众对声音的喜好或不喜好进行评估。
客观评估则是通过测量声音的物理参数，如噪音、谐波等，来评估声音的品质。
四、声学显微镜与超声波成像仪声学显微镜是一种利用声波对物质进行非破坏性观测的仪器。
电声换能器电声转换器是把声能转换成电能或电能转换成声能的器件，电声工程中的传声器、扬声器和耳机是最典型的电能、声能之间相互变换的器些器件统称为电声换能器。
目录电声换能器分类电声换能器系统组成电声换能器主要性能电声换能器分类o广义的电声应用的频率范围很宽，包括次声、可听声、超声换能器。
属于可听声频率范围内的电声换能器有传声器、扬声器、送受话器、助听器等等。
按照换能方式，它们又可以分成电动式、静电式、压电式、电磁式、碳粒式、离子式和调制气流式等。
其中后三种是不可逆的，碳粒式只能把声能变成电能，离子式和调制气流式的只能产生声能。
而其他类型换能器则是可逆的。
即可用作声接收器也可用作声发射器。
电声换能器系统组成o各种电声换能器，尽管其类型、功用或工作状态不同，它们都包含两个基本组成部分，即电系统和机械振动系统。
在换能器内部，电系统和机械振动系统之间通过某种物理效应相互联系，以完成能量的转换；在其外部，换能器的电系统与信号发生器的输出回路，或前级放大器的输入回路相匹配；而换能器的机械振动系统，以其振动表面与声场相匹配。
电声换能器它包括三个互相联系的子系统。
1.以辐射或接受声波的振动板为中心的机械一声系统。
2.起电一声两种能量之间相互变换作用的能量变换系统。
3.担任电信号输入、输出的电学系统。
这三个子系统的复合系统之间的能量关系是非常复杂的，是互相联系密不可分的。
这三种体系是互相牵制的，处理得不好往往会顾此失彼。
例如，一个有效的磁系统可能会非常笨重，变成一种令人不能接受的声障碍物；或者声输入阻抗或电输出阻抗的数值，可能根本不能与周围媒质或附属设备相匹配。
由此可见，电声换能器的设计总是在许多相互矛盾的因素中采取折衷的办法。
电声换能器主要性能o 1.换能器的工作频率换能器工作频率的设计依据涉及传声媒质对超声波能量衰减的因素、检测目标（如缺陷）对超声波的反射特性、传声媒质的本底噪声以及辐射阻抗等等。
决定换能器工作频率的影响因素有很多，如激励用电信号的频率、换能器的组装结构设计、工作原理的应用范围与限制条件、换能元件自身的材料物理特性等等。
换能器灵敏度测量一、名词术语1. 自由场：均匀且各项同性的介质中，边界的影响可以不计时的声场。
2. 远场：自由场中，离声源较远处瞬时声压与瞬时质点振动速度同相的声场。
在远场中的声波离开声源时呈球面发散波，即声源在某点产生的声压与该点至声源声中心的距离成反比。
3. （有效）声中心：在发射器上或附近的一个点，在远处观测时，好像声波是从这个点发出的球面发散声波，对于互易换能器，用作接收器与用作发射器时的声中心是一致的。
4. 几何声中心：换能器结构或辐射表面的几何对称中心，如球型换能器的球心。
低频时，声中心和几何中心是一致的。
5. 参考声中心：换能器上某个指定点，用做描述换能器特性时的坐标原点。
该点是任选的，一般为换能器的几何中心。
6. 接收换能器开路输出电压：接收换能器的输出端没有电流流出时，在该点呈现的瞬时电压，单位为V 。
7. 可逆换能器：换能损失与传输方向无关的换能器。
它既能用作发射器又能用做接收器。
8. 互易换能器：线性、无源、可逆并满足互易原理的换能器。
9. 换能器对的电转移阻抗FJ Z ：对于由发射器F 和接收器J 组成的换能器对，在某一频率下的电转移阻抗为，当换能器置于声场中，其主轴相对指向并位于一直线上时，接收换能器开路电压J u 与输入发射器的电流F i 的复数比，单位为Ω，以数学形式表示为F J FJ i u Z /=其模和幅角分别为F J F J FJ I U i u Z //==，F J i u FJ FJ Z φφφ-==arg式中J U 为接收换能器开路电压的有效值，单位为V ，F I 为输入发射器电流的有效值，单位为A ，J u φ为接收换能器电压的相位单位为rad ，F i φ为输入发射器电流的相位，单位为rad 。
电转移阻抗与换能器对所处的声场、电负载、环境等条件有关时，应同时指出这些条件。
换能器对处于自由场远场条件时，其转移阻抗模与换能器对声中心间的距离d 成反比，即d Z FJ =常数10. 自由场（电压）灵敏度f M ：接收换能器输出端的开路电压u 与在自由声场中引入接收换能器前存在于其声中心位置处的瞬时声压f p 的复数比值。
电声换能器电声转换器是把声能转换成电能或电能转换成声能的器件，电声工程中的传声器、扬声器和耳机是最典型的电能、声能之间相互变换的器些器件统称为电声换能器.目录•电声换能器分类•电声换能器系统组成•电声换能器主要性能•电声换能器分类o广义的电声应用的频率范围很宽,包括次声、可听声、超声换能器.属于可听声频率范围内的电声换能器有传声器、扬声器、送受话器、助听器等等。
按照换能方式,它们又可以分成电动式、静电式、压电式、电磁式、碳粒式、离子式和调制气流式等。
其中后三种是不可逆的，碳粒式只能把声能变成电能,离子式和调制气流式的只能产生声能。
而其他类型换能器则是可逆的。
即可用作声接收器也可用作声发射器.•电声换能器系统组成o各种电声换能器，尽管其类型、功用或工作状态不同，它们都包含两个基本组成部分，即电系统和机械振动系统.在换能器内部，电系统和机械振动系统之间通过某种物理效应相互联系，以完成能量的转换；在其外部，换能器的电系统与信号发生器的输出回路,或前级放大器的输入回路相匹配；而换能器的机械振动系统，以其振动表面与声场相匹配.电声换能器它包括三个互相联系的子系统。
1.以辐射或接受声波的振动板为中心的机械一声系统。
2.起电一声两种能量之间相互变换作用的能量变换系统。
3.担任电信号输入、输出的电学系统。
这三个子系统的复合系统之间的能量关系是非常复杂的，是互相联系密不可分的.这三种体系是互相牵制的,处理得不好往往会顾此失彼。
例如，一个有效的磁系统可能会非常笨重,变成一种令人不能接受的声障碍物；或者声输入阻抗或电输出阻抗的数值，可能根本不能与周围媒质或附属设备相匹配。
由此可见，电声换能器的设计总是在许多相互矛盾的因素中采取折衷的办法。
•电声换能器主要性能o1。
换能器的工作频率换能器工作频率的设计依据涉及传声媒质对超声波能量衰减的因素、检测目标（如缺陷）对超声波的反射特性、传声媒质的本底噪声以及辐射阻抗等等。
决定换能器工作频率的影响因素有很多，如激励用电信号的频率、换能器的组装结构设计、工作原理的应用范围与限制条件、换能元件自身的材料物理特性等等。
换能器灵敏度测量一、名词术语1.自由场：均匀且各项同性的介质中，边界的影响可以不计时的声场。
2.远场：自由场中，离声源较远处瞬时声压与瞬时质点振动速度同相的声场。
在远场中的声波离开声源时呈球面发散波，即声源在某点产生的声压与该点至声源声中心的距离成反比。
3.（有效）声中心：在发射器上或附近的一个点，在远处观测时，好像声波是从这个点发出的球面发散声波，对于互易换能器，用作接收器与用作发射器时的声中心是一致的。
4.几何声中心：换能器结构或辐射表面的几何对称中心，如球型换能器的球心。
低频时，声中心和几何中心是一致的。
5.参考声中心：换能器上某个指定点，用做描述换能器特性时的坐标原点。
该点是任选的，一般为换能器的几何中心。
6.接收换能器开路输出电压：接收换能器的输出端没有电流流出时，在该点呈现的瞬时电压，单位为V 。
7.可逆换能器：换能损失与传输方向无关的换能器。
它既能用作发射器又能用做接收器。
8.互易换能器：线性、无源、可逆并满足互易原理的换能器。
9.换能器对的电转移阻抗：对于由发射器F 和接收器J 组成的换能器对，在某一频FJ Z 率下的电转移阻抗为，当换能器置于声场中，其主轴相对指向并位于一直线上时，接收换能器开路电压与输入发射器的电流的复数比，单位为，以数学形式表示为J u F i ΩF J FJ i u Z /=其模和幅角分别为，F J F J FJ I U i u Z //==F J i u FJ FJ Z φφφ-==arg 式中为接收换能器开路电压的有效值，单位为V ，为输入发射器电流的有效值，J U F I 单位为A ，为接收换能器电压的相位单位为rad ，为输入发射器电流的相位，单位为J u φF i φrad 。
电转移阻抗与换能器对所处的声场、电负载、环境等条件有关时，应同时指出这些条件。
换能器对处于自由场远场条件时，其转移阻抗模与换能器对声中心间的距离d 成反比，即=常数d Z FJ 10.自由场（电压）灵敏度：接收换能器输出端的开路电压u 与在自由声场中引入接f M 收换能器前存在于其声中心位置处的瞬时声压的复数比值。
