物理实验声音定位的原理

实验名称：双耳效应与声源定位实验实验目的：1. 了解双耳效应的基本原理。

2. 掌握声源定位的方法和技巧。

3. 分析双耳效应在声源定位中的作用。

实验时间：2021年X月X日实验地点：实验室实验器材：1. 音频播放器2. 音频信号发生器3. 耳机4. 双耳效应实验装置5. 记录本实验原理：双耳效应是指人类在听觉过程中，利用双耳之间的时间差、强度差和相位差等特性，对声源进行定位的一种生理现象。

实验过程中，通过改变声源的位置和方向，观察受试者的听觉反应，分析双耳效应在声源定位中的作用。

实验步骤：1. 实验准备：将实验装置连接好，确保音频播放器、音频信号发生器和耳机等设备正常工作。

2. 实验分组：将受试者分为若干组，每组3人，分别为A、B、C三个受试者。

3. 实验过程：a. 首先让A、B两个受试者佩戴耳机，C受试者不佩戴耳机，音频播放器播放固定频率的纯音，观察A、B两个受试者对声源位置的判断。

b. 然后将音频播放器的位置向左或向右移动一定距离，重复步骤a，观察A、B 两个受试者对声源位置的判断。

c. 最后让A、C两个受试者佩戴耳机，B受试者不佩戴耳机，重复步骤a、b，观察A、C两个受试者对声源位置的判断。

4. 实验记录：将受试者的听觉反应记录在实验记录本上。

实验结果与分析：1. 在实验过程中，受试者对声源位置的判断基本准确，说明双耳效应在声源定位中起到了重要作用。

2. 当音频播放器向左或向右移动时，A、B两个受试者对声源位置的判断出现偏差，说明声源位置的变化对双耳效应产生了影响。

3. 当A、C两个受试者佩戴耳机时，受试者对声源位置的判断依然准确，说明双耳效应在声源定位中的作用不受受试者个体差异的影响。

结论：1. 双耳效应在声源定位中起到了重要作用，人类通过双耳之间的时间差、强度差和相位差等特性，对声源进行定位。

2. 声源位置的变化对双耳效应产生了影响，从而影响了受试者对声源位置的判断。

3. 双耳效应在声源定位中的作用不受受试者个体差异的影响。

第5课时人耳听不到的声音【课前导学】1．声音是由于物体的_________而发生的，发声体振动的频率越大，发出声音的_________越高．但并非所有振动物体产生的声音都能被人听到，因为人耳能听到声音的频率范围通常为20—20000Hz．2．人耳听不见的声音包括波和波．波可以传很远，容易绕过障碍物而且无孔不入；波可以用来清洗和焊接物体．3．西方人用一种叫做犬笛的口哨来呼唤爱犬．犬笛吹出的是频率为25 000Hz的声音，周围的行人茫然无所知，而小狗已经按照犬笛中传出的口令行动了是因为小狗能听到_________．4．下列事例中，属于次声波的应用的是（）A．声呐测定海底深度B．预报台风、监测核爆炸C．蝙蝠确定目标的方向和距离D．海豚判断物体的位置和大小5．昆虫飞行时翅膀都要振动,蝴蝶每秒振动5～6次,蜜蜂每秒振动300～400次,当它们都从你身后飞过时,凭你的听觉（）A．能感到蝴蝶从身后飞过B．能感到蜜蜂从身后飞过C．都能感到它们从身后飞过D．都不能感到它们从身后飞过【随堂检测】1．蝙蝠通常在夜间活动，并且能准确地判断方向，是因为它们在飞行时会发出，这些声波碰到障碍物会回来，根据其到来的方位和时间，蝙蝠就可以确定目标的位置和方向了．人们把这种定位的方法叫做，科学家根据这种原理发明了用来等．2．利用超声波速度测定器可以测出高速运动的网球的速度，该仪器是利用超声波的______效应而实现的．由此_______（填“能”或者“不能”）推测此装置可以探测出高速公路上违章超速的汽车速度．3．关于超声波的说法中正确的是（）A．超声波能获得较集中的能量，可以进行超声清洗B．超声波的穿透能力比较好，可以穿透任何物体C．超声波能够成像，人耳能直接听到超声波D．超声波缺乏方向性，且不稳定4．下列距离不能用声波来测量的是（）A．海的深度B．相距很远的两高山之间的距离C．地球到月球之间的距离D．很长的钢管的长度5．下列说法中不正确的是（）A．利用强超声波对钢铁、宝石、金刚石等坚硬物体进行钻孔和切割B．在建筑方面，设计、建造大厅堂时，必须把回声现象作为重要因素加以考虑C．在石油勘探时常采用人工地震的方法，即在地面上埋好炸药包，放上一个探头，把炸药引爆，探头就可以接收到地下不同层间界面反射回来的声波，从而探测出地下油矿D．利用超声波能够预测地震、侦察台风和大气中的核爆炸6．下列现象不属于利用超声波的是（）A．蝙蝠飞行时的定向B．医生利用“B”超给病人检查C．利用声波清洗精细的零件D．优美的小提琴演奏声7．科学家在对蝙蝠的研究中，曾经用黑布将蝙蝠的双眼蒙上，发现蝙蝠也可以很正常地飞行，没有受到一点影响，这是因为（）A．蝙蝠在飞行时会发出超声波，穿透黑布，清楚地看到黑布外面的目标B．蝙蝠在飞行时会发出次声波，根据回声定位原理来飞行C．蝙蝠在飞行时会发出超声波，根据回声定位原理来飞行D．黑布太薄会透光，蝙蝠可以很清楚地看到黑布外面的目标8．由于人类还不能准确地预测地震，因此地震发生时常导致很多人在灾害中丧生．但一些小动物对地震的预警却比人类要好的多，其原因是小动物（）A．能听到声波的频率较高B．能听到地震中的次声波C．能听到地震中的超声波D．能听到响度很小的声音9．蝴蝶在飞行时不停地扇动翅膀，我们听不到蝴蝶飞行的声音，这是因为（）A．蝴蝶在飞行时翅膀产生的是超声波B．蝴蝶在飞行时翅膀不产生声波C．蝴蝶在飞行时翅膀产生的是次声波D．蝴蝶在飞行时翅膀产生的是声波，但声音太小【拓展训练】1．一艘国际商船在“火地岛”，发现了多年前神谜失踪的“马可波罗”号帆船，而船上的一切设备及物品却完好无损．经科学家们多年的研究和探索，终于揭开了这些遇难者的“死亡谜”．原来都死于风暴所产生的．2．一个声源2min内振动了720次，它的频率为是___________Hz，人耳___________（能/不能）听到该声音；小明同学练声时，发出声音的频率是200Hz，则他的声带每秒钟振动___________次．3．关于超声和次声，下列说法正确的是（）A．超声就是速度超过340m/s的声音[BB．超声在水中比空气中传得快，传得远C．次声就是没有传声介质，使人听不到的声音D．超声可以越过一定厚度的真空先前传播4．以下利用了超声波的发射来获取信息的是A．大象的“声音”交流B．蝙蝠的“回声”定位C．外科医生对结石病人的“超声”排石D．站在天坛中央说话，会感到声音特别洪亮5．在地震或火山爆发之前，人通常没有任何感觉，而狗、猫等动物有反常行为，这是什么原因？利用这些行为对我们有什么用？6．由实验探究知，声音是由物体的振动产生的，因此小明同学说，只要物体振动，就一定能听到声音．这种说法对吗？请举例说明．第5课时人耳听不到的声音参考答案【课前导学】1．振动音调2．超声次声3．超声4．B 5．B【随堂检测】1．超声波反射回声定位声呐测量距离2．多普勒能3．A 4．C 5．D 6．D 7．C 8．B 9．C【拓展训练】1．次声波2．12 不能200 3．B 4．B5．因为猫、狗等小动物能够听到人耳听不到的这些灾难发生时产生的次声波．我们可能利用这些动物在灾难发生前的异常表现提前判断灾难的发生，减少生命及财产损失．6．这种说法不对．因为一方面，当发声体振动的频率低于或高于一定的范围时，就成了人耳听不到的声音．另一方面，即使是可听声，人耳听到也还需要满足一定的条件：距离合适，有传播声音的介质，人耳没有毛病等等．。

⼤学物理实验报告声速的测量实验报告声速的测量【实验⽬的】1.学会⽤共振⼲涉法、相位⽐较法以及时差法测量介质中的声速2.学会⽤逐差法进⾏数据处理；3.了解声速与介质参数的关系。

【实验原理】由于超声波具有波长短，易于定向发射、易被反射等优点。

在超声波段进⾏声速测量的优点还在于超声波的波长短，可以在短距离较精确的测出声速。

超声波的发射和接收⼀般通过电磁振动与机械振动的相互转换来实现，最常见的⽅法是利⽤压电效应和磁致伸缩效应来实现的。

本实验采⽤的是压电陶瓷制成的换能器(探头)，这种压电陶瓷可以在机械振动与交流电压之间双向换能。

声波的传播速度与其频率和波长的关系为：v f λ=? (1) 由(1)式可知，测得声波的频率和波长，就可以得到声速。

同样，传播速度亦可⽤ /v L t = (2) 表⽰，若测得声波传播所经过的距离L 和传播时间t ，也可获得声速。

1. 共振⼲涉法实验装置如图1所⽰，图中和为压电晶体换能器，作为声波源，它被低频信号发⽣器输出的交流电信号激励后，由于逆压电效应发⽣受迫振动，并向空⽓中定向发出以近似的平⾯声波；为超声波接收器，声波传⾄它的接收⾯上时，再被反射。

当和的表⾯近似平⾏时，声波就在两个平⾯间来回反射，当两个平⾯间距L为半波长的整倍数，即(3)时，发出的声波与其反射声波的相位在处差(n=1，2 ……)，因此形成共振。

因为接收器的表⾯振动位移可以忽略，所以对位移来说是波节，对声压来说是波腹。

本实验测量的是声压，所以当形成共振时，接收器的输出会出现明显增⼤。

从⽰波器上观察到的电信号幅值也是极⼤值(参见图2)。

图中各极⼤之间的距离均为，由于散射和其他损耗，各级⼤致幅值随距离增⼤⽽逐渐减⼩。

我们只要测出各极⼤值对应的接收器的位置，就可测出波长。

由信号源读出超声波的频率值后，即可由公式(1)求得声速。

2.相位⽐较法波是振动状态的传播，也可以说是位相的传播。

沿波传播⽅向的任何两点同相位时，这两点间的距离就是波长的整数倍。

自然界中回声定位的应用
意大利科学家斯帕拉捷 以及 他著名的 “斯帕拉捷的蝙蝠实验”
自然界中回声定位的应用
1793年夏季的一个夜晚，意大利科学家斯帕拉捷 走出家门，放飞了关在笼子里做实验用的几只蝙蝠。 只见蝙蝠们抖动着带有薄膜的肢翼，轻盈地飞向夜空， 并发出自由自在的“吱吱”叫声..斯帕拉捷见状，感 到百思不得其解，因为在放飞蝙蝠之前，他已用小针 刺瞎了蝙蝠的双眼，瞎了眼的蝙蝠怎么能如此敏捷地 飞翔呢？
在进行这项实验之前，斯帕拉捷一直认为：蝙蝠 之所以能在夜空中自由自在地飞翔，能在非常黑暗的 条件下灵巧地躲过各种障碍物去捕捉飞虫，一定是由 于长了一双非常敏锐的眼睛。他之所以要刺瞎蝙蝠的 双眼，正是想证明这一点。事实却完全出乎他的意料 之外。
自然界中回声定位的应用
意外的情况更激发了他的好奇心。“不用眼睛， 那蝙蝠又是依靠什么来辨别障碍物，捕捉食物的呢？” 于是，他又把蝙蝠的鼻子堵住，放了出去，结果，蝙 蝠还是照样飞得轻松自如。“奥秘会不会在翅膀上 呢？”斯帕拉捷这次在蝙蝠的翅膀上涂了一层油漆。 然而，这也蝙蝠手杖”的装置上 的声波导航仪
回声定位的应用 现代的无线电定位器—雷达
雷达早于发现蝙蝠的回声定位发明出来， 人们发现两者原理相像,所以习惯上称其原理来 自蝙蝠的回声定位。随着蝙蝠回声定位系统的 深入研究和应用，科学家通过模仿蝙蝠按照目 标情况随时调整脉冲参数和调整方向的探测方 法，提高了雷达的灵敏度和抗干扰能力。
自然的创举能否为我们所用呢？
回声定位的应用
回声定位在日常生活中的应用 回声定位在军事上的应用 回声定位在医学上的应用
回声定位的应用
英国科学家制造了称为“蝙蝠手 杖”的装置，这个手杖每秒钟能发 射6万个人耳听不到的超声波脉冲， 帮助使用者探测他们前方、周围甚 至上方至少3米以外的障碍物。任何 物体反射回来的声波都能被这个装 置接收并转换成人手能感知的轻微 振动，通过安装在拐杖塑料手柄上 的4个小衬垫传递给使用者，障碍物 越近，振动的频率越快，从而帮助 存在视力缺陷的人士避开台阶或低 洼的地面。

物理实验探究声音的频率引言：声音是人类日常生活中不可或缺的一部分。

无论是语言交流、音乐欣赏还是环境感知，声音都扮演着重要的角色。

而声音的频率则是决定声音高低音调的重要参数。

本文将通过实验探究声音的频率，并回答一些与声音频率相关的问题。

一、实验目的：本实验旨在通过简单的装置和测量方法，探究声音的频率与不同条件（如不同频率的声源和不同材质的振膜等）之间的关系。

二、实验原理：1. 声音的频率：声音是由物体的振动引起的，当物体振动频率较高时，人耳感觉到的声音就较高，即频率较大。

声音频率的单位为赫兹（Hz），1 Hz 等于每秒1个周期。

人耳能够感知到的声音频率范围在20 Hz到20,000 Hz之间。

2. 音叉实验：音叉是一种常用的用来调音和检测声音频率的演示工具。

通过激励音叉振动，我们可以测量其声音的频率。

三、实验材料与方法：1. 材料：- 音叉集合- 皮擦、玻璃膜等材质的振膜- 直尺- 计时器- 纸和铅笔2. 实验步骤：（1）准备一组音叉，并标记出其相应的频率；（2）选取一个音叉，并使用皮擦激励其振动；（3）将振膜放置在音叉旁边，以便感受到声音；（4）使用直尺测量振膜和音叉的距离；（5）在振膜上标记出不同声音频率下的振动周期；（6）使用计时器测量音叉的振动周期，并记录数据；（7）重复以上实验步骤，使用不同频率的音叉和材质的振膜来进行实验。

四、实验结果与分析：1. 音叉频率与振动周期的关系：通过多次测量不同频率的音叉的振动周期，我们可以得到相关数据。

将周期的倒数与音叉所标记的频率进行比较，可以得出音叉频率与振动周期的反比例关系，即频率越高，振动周期越短。

2. 振膜材质对声音频率的影响：根据实验步骤中的变量，我们可以使用不同材质的振膜进行实验，并记录下相应的声音频率。

通过比较不同材质振膜下的声音频率，我们可以看出不同材质对声音频率的影响。

3. 实验误差与改进：在实验过程中，我们需要注意减小实验误差的影响。

（2）音调：指声音的高低
实验：将钢尺按在桌面上，伸出长度1/3，1/2，2/3，拨动钢尺，听声音有什么不同（注意使钢尺振动幅度相同）
频率：是物体每秒内振动的次数；频率是描述物体振动的快
慢物理量；频率的单位是赫兹（Hz）；频率决定音调，频率越高音调越高。
超声波：人们把高于20000Hz的声叫超声波
次声波：把低于20Hz的声叫次声波
八年级物理 第二章 声现象教案
课 题
§2.1声音的产生与传播
课 时
1课时
课 型
新授课
教学目标
1.通过观察和实验，体会实验过程，全体学生准确叙述声音产生和传播条件
2.通过观察音叉敲击和鼓面振动等具体的实验，知道声音是由物体振动产生；
3.通过观察真空铃声实验，认识到声音传播需要一定的介质（条件），即真空不能传声，并初步认识到声音在固体、液体和气体中传播速度一般不同。
主 备 内 容
个 性修 改
一、创设情境，导入新课。
播放视频“各种声音”
根据学习目标提出问题。
教师预设的问题：
1.声音是如何产生的？什么是声源？
2.声音是怎样传播的？什么是介质？以什么形式传播？
3.什么是声速？大小与什么因素有关？
4.我们是怎样听到声音的？什么是骨传导？
出示自探提示，组织学生自探
自探提示：
基础性练习题
1.“震耳欲聋”反映了声音的很大。
2.在伸手不见五指的黑夜，你仍能分辨出熟人的说话声，是因为每个人的不同。
3.女同学说话的声音通常比男同学“尖细”，是指女同学声音的高，这是因为女同学说话时声带振动比较的缘故。
4.人耳的听频范围是。
拓展提高练习题
1.小明的二胡断了一根细琴弦，他用一根粗弦代替后，则发出的声音的音调将（ ）

神奇的声音初中二年级物理声学实验教案实验目的：通过实验，让学生了解声音的产生、传播和特性，并培养学生的观察能力和实验操作能力。

实验原理：声音是由物体振动产生的，通过空气介质的传播而到达人耳。

声音的传播需要介质，比如空气、水等。

声音传播的速度与介质的密度有关，密度越小，声音的传播速度越快。

实验器材：吹管、玻璃杯、水、钥匙、木槌、手机。

实验步骤：1. 实验前准备：将一杯水倒满，将钥匙放在玻璃杯的边缘。

2. 实验一：用木槌敲击吹管的一端，观察声音的产生和传播。

实验结果：当木槌敲击吹管时，可以听到清脆的声音，声音沿着吹管传播。

实验分析：声音是由木槌振动产生的，通过吹管的空气传播而到达耳朵。

声音的传播过程中，空气分子振动，使周围的空气分子也振动，形成声波，从而传播出去。

实验二：用吹管吹在水中的玻璃杯边缘上，观察声音的传播。

实验结果：当吹管吹在玻璃杯边缘时，可以听到清脆的声音，声音通过水传播到玻璃杯中。

实验分析：声音是由吹管吹出的气流振动产生的，气流通过水的传播使玻璃杯产生共鸣现象，形成声音。

实验三：将手机放在吹管的一端，播放音乐，观察声音的传播。

实验结果：当手机播放音乐时，可以听到音乐清晰地传播出来。

实验分析：手机播放音乐时，产生的声音经由吹管的空气传播到耳朵，通过声音的振动，使得周围的空气分子振动，形成声波，从而传播出去。

实验总结：通过以上实验，我们可以发现声音是由振动产生的，通过介质的传播而到达耳朵。

声音的传播速度与介质的密度有关，密度越小，声音的传播速度越快。

通过这些实验，我们加深了对声音的理解，并培养了观察能力和实验操作能力。

延伸拓展：可以进一步探究声音在不同介质中传播的差异，比如声音在空气、水、固体等介质中的传播速度是否一样？此外，还可以讨论声音对人体的影响，比如声音的大小对听觉的影响，高音和低音对听觉的差异等。

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四、数据处理
1.逐差法计算波长，得到超声波传播速度。
2.计算超声波在空气中传播速度的公认值v公认 ，求出两种测
量方法得到的v的相对误差E
v公认 331.45 T / T0
3.计算不确定度
E v测量 v公认 100% v测量
uλ u2A uB2 , uB Δ仪/ 3 0.02mm/ 3, uA Sλ
沿传播方向上的任何两点，其振动状态相同(同相: 相位差为0)或者说其相位差为2π的整数倍时两点间的距 离应等于波长λ的整数倍，即
相位延迟量与传播的距离有：
2 L
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如果将发射端和接收端输出的电信号分别分别输入到示波 器，显示出李萨如图形。移动S2的过程中，图形从斜率为正的 直线变为椭圆再变到斜率为负的直线。相位差相差π，S2移动 的距离为λ/2，由此也可计算出波长。
vf
信号发生器 驻波法和行波法
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1、共振干涉法——驻波法
驻波：具有相同频率、相同振幅和相同振动方向的两 列波在同一直线上沿相反方向传播时叠加形成的波。 相邻两波节或两波腹间的距离就是半个波长。
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超声发生器S1发出的声波，经空气传播到接收器S2，S2在接 收声波信号的同时反射部分声波信号。如果S2与S1严格平行，
３.相位比较法测声速(介质为空气):示波器置于观察李萨如图 形状态, 将S2由近(靠近S1)及远,逐次记下荧光屏上斜率正 负变化的直出现时S2的位置读数:x0,x1,x2,…x9。
４.时差法测声速（固体介质） 选取三种长度的铜棒或有机玻璃棒。（扩展内容，选做）
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注意事项 1.共振干涉法测量声速时，应尽量在最大 值位置处测量； 2.注意避免声速测定仪的回程差。

初中物理回声定位《神奇的初中物理回声定位》嘿！同学们，你们知道吗？在咱们初中物理里，有一个超级神奇的东西，叫做回声定位！就好像我们在一个大大的山洞里，大喊一声“啊——”，然后就能听到“啊——”的声音传回来。

这传回来的声音可有着大秘密呢！比如说蝙蝠，它们在黑漆漆的夜晚，可没办法像我们一样用眼睛看清楚周围的东西。

那它们怎么知道哪里有障碍物，哪里有好吃的小虫子呢？这就得靠回声定位啦！蝙蝠会发出一种我们人类听不到的声音，然后根据声音传回来的时间和特点，就能知道周围的情况啦！这难道不神奇吗？你想想看，要是我们人类也能像蝙蝠那样，在黑暗中靠声音就能知道周围的一切，那该有多酷啊！老师给我们讲的时候，大家都听得入了迷。

“这怎么可能呢？”有同学忍不住问道。

老师笑着说：“这就是物理的奇妙之处呀！”还有海豚，它们也是回声定位的高手！在茫茫的大海里，它们发出声音，然后通过回声来判断周围有没有伙伴，有没有敌人，甚至能找到美味的小鱼。

这就好比它们有了一双超级神奇的“耳朵眼睛”！咱们做实验的时候，也感受到了回声定位的神奇。

在一个空旷的教室里，我们试着发出声音，然后仔细听回声。

“哇，真的能听到不一样的声音呢！”同学们都兴奋极了。

这回声定位，不就像是给这些动物们装上了一个神秘的导航仪吗？让它们在黑暗中、在广阔的空间里也能自由自在地活动。

我就在想啊，如果未来有一天，我们能把回声定位的原理运用到更多的地方，那该多好！比如发明一种特殊的眼镜，让盲人朋友通过声音就能“看到”周围的世界，那不是很棒吗？或者在探险的时候，有一个能利用回声定位的工具，帮助我们提前发现危险，那不是能让我们更安全吗？反正啊，初中物理的回声定位真的太神奇啦，让我对物理这门课越来越感兴趣！我觉得以后还会有更多更奇妙的知识等着我们去发现呢！。

连接中考
例 关于超声波的应用，下列说法中不正确的是 （ B ） A．利用超声波的穿透能力和反射情况，可以制成超声波探伤仪 B．利用超声波的直线传播和反射，可以测量月球上两座山的距离 C．利用超声波给孕妇做常规检查，确定胎儿的发育状况 D．蝙蝠和海豚等动物有完美的“声呐”系统，它们能在空气和水
中确定物体的位置
人教版 物理 八年级 上册
第二章 声现象
第3节 声的利用
一、声与信息：
2.3 声的利用/
1.声能够传递信息;
医生通过听诊器诊断疾病;
汽车修理师傅听汽车发动机的声音 判断故障 ; 铁路工人用铁锤敲击钢轨，从异常 的声音中发现松动的螺栓。
2、应用： a、回声定位；b、超声导盲仪；c、倒车雷达； d、声呐；e、B超；f、测距；
基础巩固题 3. 声音可以传递能量与信息。下列实例利用声传递能量的是 （A） A．利用超声波清洗机清洗眼镜 B．医生通过听诊器给病人诊病 C．利用超声波检测锅炉有无裂纹 D．盲人利用超声导盲仪探测前进道路上的障碍物
基础巩固题
4. 超声导盲手杖可以发射超声波探测周围5 m内障碍物的情况， 并处理成语音信号及时播放出来，达到“以听代视”的效果。该手 杖可帮助盲人辨别障碍物的方位、距离、大小甚至形状等信息。 下列说法中正确的是 （ D ）
回声定位：根据回声到来的方2.3位声的和利用时/ 间, 来确定目标的位置和距离. 蝙蝠觅食、利用声呐探测海洋深度、 “B超”.
2.3 声的利用/
彩色B型超声波 诊断仪
二、声与能量：
2.3 声的利用/
演示实验：如图所示，将瓶口对着火焰，敲橡皮膜，观察
现火象焰：是火否焰会左摇右动摇？动甚至会熄灭。
知识点 2 声与能量

第二章 声现象 第3节 声的利用
新知预习
1．声与信息 (1)科学家通过声学仪器接收到的 次 声波等信息判断地 震、 火山喷发 、 台风 、 海啸 和核爆炸的方位和强度． (2)蝙蝠在夜间活动，它飞行时发出 超声 波．这些声波碰到 昆虫或墙壁会反射回来，根据 回声 到来的时间和方位，蝙蝠可 以确定目标的 位置 ，蝙蝠采用的方法叫做 回声定位 ．
s1＝v1t＝15 m/s×6 s＝90 m
声音传播的距离：s2＝v2t＝340 m/s×6 s＝2 040 m
设司机鸣笛时汽车到高山的距离为 s，则有：2s＝s1＋s2，所以，
s＝s1＋2 s2＝90
m＋2 2
040
m＝1
065
m
解：(2)司机听到回声时汽车与高山的距离：s′＝s－s1＝1 065 m －90 m＝975 m
【变式 3】 海豚能够发出超声波，老虎能够发出次声波，下列 关于超声波和次声波的说法中正确的是( A )
A．次声波可以传递信息也可以传递能量 B．超声波可以传递信息但不能传递能量 C．超声波听起来比较高亢 D．次声波听起来比较低沉
我的笔记
课内自测
1．(深圳龙华区期末)以下事例是利用声音传递信息的是( B ) A．利用超声波清洗眼镜 B．将超声波应用到倒车雷达 C．利用超声波排除人体内的结石 D．发出较强声音的喇叭能使它前面的烛焰“跳舞”
(3)根据回声定位的原理，人们制成了 超声导盲仪 和 汽车雷达 ，可以探知障碍物的位置；科学家利用这个原理发 明了 声呐 ，可以探知海洋的深度和鱼群的信息等．
2．声与能量 夏季雷雨天气时雷声“震耳欲聋”，说明声音能传递 能量 ．
课堂演练
知识点 1 声与信息 【例 1】 (湛江期末)为了安全，有些轿车装有倒车雷达(如图所 示)，当轿车倒车时，尾部在非安全距离内遇到人或障碍物，雷达就 会发出警报，方便司机判断车尾与后部障碍物间的距离．在倒车雷 达工作过程中，应用了大量的物理知识，下列知识没有得到应用的 是( B )

物理实验技术使用中的声音传播原理探索在物理实验技术中，声音传播原理一直扮演着重要的角色。

通过声音的传播，我们可以了解和分析物质的性质和结构。

本文将探索在物理实验技术使用中的声音传播原理。

声音传播是指声波在空气中的传输和传导过程。

声波是一种机械波，是由物质的震动引起的。

当物质振动时，它会使周围的粒子产生压缩和稀疏的变化，从而形成声波。

声波通过分子间的碰撞和相互作用传播，可以传递能量和信息。

在物理实验中，声音传播原理常用于研究材料的声学性质。

例如，通过声波的传播速度可以确定材料的密度和弹性模量。

当声波通过不同的材料时，它们的传播速度会发生变化，这是因为不同材料的密度和弹性特性不同。

通过测量声音的传播速度，我们可以推断材料的性质，从而得到对其结构和组成的了解。

另一个在物理实验中广泛应用的声音传播原理是声纳技术。

声纳技术利用声波的传播特性来探测和测量远距离的物体。

声纳设备通过发射声波并接收回波来获取目标物体的位置和形状。

声纳技术在海洋勘测、水下导航和水下通信等领域有广泛的应用。

通过测量声波的传播时间和强度，我们可以了解物体的距离和反射特性，从而实现对目标物体的定位和识别。

除了在实验室中的应用，声音传播原理在日常生活中也有许多实际意义。

例如，在建筑和工程领域，声音传播原理经常用于研究和改善声学环境。

通过研究声波在建筑材料和结构中的传播特性，我们可以设计更好的声学绝缘材料和隔音设施，降低噪音对人体健康的影响。

另外，声音传播原理还在医学领域有重要应用。

例如，声音波传播在超声波诊断中被广泛应用。

医生可以通过发射超声波并测量其在人体组织中的传播时间和回波来探测并诊断病变。

超声波诊断技术非侵入性且安全，已成为临床医学中常用的检查方法之一。

除了上述应用外，声音传播原理还涉及到音乐、语言和声学等领域。

在音乐领域，理解声音传播原理可以帮助我们更好地演奏乐器、设计音响系统和音乐制作。

在语言学领域，声音传播原理可用于研究语音的产生和传播，进而探究不同语言的声音特点和变化规律。

关于声音的著名实验
声音是生活中不可缺少的一部分，也是科学研究中的重要领域之一。

有很多著名的实验都是关于声音的，下面我们介绍几个。

1. 声纳定位实验：这个实验是在第二次世界大战期间进行的。

科学家们发现，海豚可以通过声纳定位找到目标。

他们将这个原理应用于军事领域，发明了声纳定位仪。

这个实验不仅帮助人们更好地理解了声波的传播规律，还开创了声纳技术的应用。

2. 声音折射实验：这个实验是在17世纪由著名物理学家霍克斯进行的。

他发现，声音在不同的介质中传播速度不同，同时还会发生折射。

这个实验为后来的声学研究奠定了基础。

3. 声波干涉实验：这个实验是由杨振宁和李政道在20世纪50年代进行的。

他们使用声波进行双缝干涉实验，证明了声波也具有波粒二象性。

这个实验揭示了声波在物理学中的重要性，同时也为量子力学的发展做出了贡献。

4. 语音识别实验：这个实验是现代计算机科学中的热门研究之一。

科学家们利用机器学习算法，将声音转化为数字信号，从而实现对语音的识别和理解。

这个实验为智能家居、智能手机等产品的开发提供了基础技术。

以上这些著名的声音实验，不仅为人们了解声音的特性和传播规律提供了重要的实验数据，而且也为人类社会的发展做出了重要的贡献。

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人耳垂直面定向原理简易实验装置及其实验分析韩思清; 颜新青【期刊名称】《《物理实验》》【年(卷),期】2019(039)011【总页数】5页(P50-54)【关键词】人耳; 耳廓; 定向; 垂直面【作者】韩思清; 颜新青【作者单位】中国人民大学附属中学北京100080【正文语种】中文【中图分类】O422.3人耳具有对声音定位的功能. 从物理学角度分析，水平向的定位比较容易理解，基于双耳定位的原理，人耳通过分辨声音信号到达双耳的时间差和声级差，可以确定声源在水平向的位置[1]. 当声源具有相同水平角度时，对于不同垂直角度的声源，声音信号到达双耳的时间差和声级差是相同的，基于时间差和声级差定位的原理无法解释人可以分辨出声源的垂直向角度. 1968年，美国科学家K. Roffler和 A. Butler的研究，从生理上揭示了人耳对垂直方向角度的感知能力是基于声音信号的高频部分[2]，1969年，E.A.G. Shaw和R. Teranishi的研究证明了人耳垂直向的定向能力来源于耳廓效应[3]. 针对人耳垂直面定向实验，设计了简易的研究人耳垂直面定向原理实验装置，并利用该装置进行了实验研究和分析.1 人耳垂直面定向的原理根据文献[2-5]的解释，来自不同垂直向的声波与耳廓交互作用，会出现折射、反射和衍射现象，等效为与垂直向方向有关的滤波效应，不同垂直向角度的声音经过耳廓时，得到不同的滤波作用，如图1所示[6]，只要能区分出滤波后的声音信号，就可分辨垂面声源的方向，实现垂直面定向.图1 耳廓对声音的滤波作用示意图Lopez-Poveda等对耳廓滤波作用进行了深入分析，提出了基于耳廓物理结构的声音衍射反射模型对耳道入口声信号的物理解释，如图2所示[5].图2 声音信号入射耳廓漩涡结构的二维示意图Lopez-Poveda等认为，耳道的声音入口处声音信号来自3部分：入射波、入射波的反射波和入射波的衍射波的反射波，这3部分波基于波的相干叠加原理形成耳道入口的声音信号.Parham Mokhtari等基于人工耳廓开展了耳廓对不同垂直向滤波作用的研究工作[7]，声源位于正前方垂直向角-45°～90°，以约为5°的间隔，对采集的信号进行频谱分析，如图3所示[7].图3 声源在不同垂直角度时的耳廓滤波作用由图3可见，耳廓滤波作用出现在5 kHz以上的频段，音频信号频谱波峰和波谷随声源高度角变化呈有规律地变化.人耳耳廓的滤波器作用，对不同垂直角度方向的声音信号，形成了在不同频带的波峰和波谷变化，人耳耳蜗神经可以感受到这种频率变化，进而得以感知声源在垂直面的角度.2 实验装置设计为了开展人耳垂直面定向研究和实验，设计了人耳垂直面定向原理研究的简易装置. 实验装置的组成框图如图4所示. 实验装置主要包括人工耳廓、旋转支架、外置声卡、麦克风、有源音箱和计算机.图4 人耳垂直面定向原理实验装置框图人工耳廓采用了医用硅胶注塑的等比人耳模型，旋转支架采用安装了量角器的可旋转的显示器支架，外置声卡为雅马哈USB声卡，麦克风为百灵达电容麦克风，有源音箱为BOSE便携式音箱. 实验装置的工作原理示意图如图5所示.图5 实验工作原理示意图在实验中，声源(音箱)位于接收装置(人工耳廓和麦克风)的正前方，通过调节旋转支架上的转动轴，使声源与人工耳廓之间的垂直向的角度在0°～180°之间变化，对应人耳与声源之间的垂直向的角度在0°(对应头顶指向声源)～180°(对应下颚指向声源)之间变化.图6是实验装置接收端的工作照片，接收端包括人工耳廓和旋转支架，旋转支架能够在垂直向旋转，带动人工耳廓调节其垂直向的角度，如图7所示. 图8是声卡和音箱的照片.(a)侧面(b)正面图6 实验装置的接收端照片图7 实验时旋转支架在不同垂直向角度的状态图8 实验装置的声卡和音箱照片3 实验与讨论在实验中，声源与人工耳廓之间的垂直向的角度在0°～180°之间调整，以5°为间隔采集数据，在采集时，调整旋转支架，使人工耳廓定位在预定角度，然后声卡发送500～20 000 Hz的线性调频声音信号，由音箱将声音信号播出，声音信号经实验装置的接收端的人工耳廓作用，由麦克风采集声音信号，经声卡输入到计算机，再对采集的信号进行频谱分析.实验装置的数据采集通过Matlab程序实现，以下是数据采集代码.for nn=1:100fs=44000;t = 0:1/fs:6;y = chirp(t,500,6,20000);soundsc(y,fs);R = audiorecorder(fs, 24 ,2) ;disp(‘Start of Recording.’);recordblocking(R, 7);disp(‘End of Recording.’);myspeech(nn,:,:) = getaudiodata(R);nnpauseend以下给出了对采集到的数据进行处理与绘图显示的Matlab代码. nn=100d=4000;cut=d/2;m=1;aa=[51 93 57 25 63 19 69 13 75 7 81 1 37];de=[0 105 15 120 30 135 45 150 60 165 75 180 90];for nn=1:length(aa)num=length(myspeech(aa(nn),:,2));fspeech=abs(fft(myspeech(aa(nn),:,2)));cut_fspeech=fspeech(cut:length(fspeech)-cut-1);z=reshape(cut_fspeech,d,(num-cut*2)/d);z=max(z);subplot(ceil(length(aa)/2),2,m);x=1:44000/length(z):22000;plot(x,z(1:length(z)/2));title(strcat(num2str(de(m)),‘ã’));xlabel(‘frequency/Hz’);axis([0 25000 0 60]);grid on;ylabel(‘amplitude’);m=m+1;end程序中首先对所采集的数据进行傅里叶变换，其频谱如图9所示，然后提取频谱包络.图9 采集数据的频谱分布图图9的横轴为频率，纵轴为傅里叶变换后的频谱幅度，因对麦克风和声卡的增益未进行标定，频谱幅度为相对值. 对频谱图提取包络后，由于频谱的对称性，只需要保留正频率部分的频谱就可以用于分析声源方向.为验证实验系统的稳定性，在固定角度重复采集，图10为在105°采集8次数据处理后得到的频谱包络，可以看出同样角度下，频谱包络相似，实验具有可重复性. 图10 人耳垂直面定向原理实验105°的频谱分析图11所示为部分数据(间隔15°)频谱图. 从图11中可以看出，不同垂直向角的频谱有很大差异，可以从频谱的形状上区分声源的垂直向角度.以频谱幅度为例，从采集到数据的频谱包络可以看出，在0～75°的区间内5 kHz 附近处受到了滤波作用，整体的振幅不超过50. 在90°～105°的区间内5 kHz处受到的滤波作用相对较弱，最高振幅达到并超过了50. 而在120°～180°间，5 kHz附近所受到的滤波效果逐渐增强，图像所呈现的峰值受到较大程度的削减.位于10 kHz至15 kHz处的较小峰值同样会因为角度的不同而受到不同的滤波作用. 从120°开始到180°峰值的振幅逐渐增加.图11耳廓对声源滤波形成的频谱轮廓与图3有一定差异，分析主要原因是由于纵轴坐标的差异和简易实验装置的整体幅度频率响应不平坦造成的.图11 人耳垂直面定向原理实验不同角度的频谱分析4 结束语通过对人耳声源垂直角度的辨别原理的学习，搭建了简易的人耳垂直面定向原理研究装置，并利用该装置进行人耳垂直面定向的实验. 通过该实验，验证了人耳垂直向的定向能力来源于耳廓效应，验证了在利用非平坦幅度频谱的实验装置，可以区分出声源在垂直向的方向. 对于实验可以做进一步的改进，一种方法是采用更高的频率响应性能的声卡、麦克风和音箱构建实验系统，这样可以获得更好的实验结果；另一种方法是采用频谱幅度补偿处理的方法，通过补偿测量数据频谱幅度的平坦性.【相关文献】[1] Blauert J. Spatial hearing: The psychophysics of human sound localization [M]. Cambridge: The MIT Press,1983:237-171.[2] Roffler K, Butler A. Factors that influence the localization of sound in the vertical plane [J]. The Journal of the Acoustical Society of America, 1968,43(2):1255-1259.[3] Shaw E A G, Teranishi R. Sound pressure generated in an external-ear replica and real human ears by a nearby point source [J]. The Journal of the Acoustical Society of America,1969,44(1):240-249.[4] Butler R A, Belendiuk K. Spectral cues utilized in the localization of sound in the median sagittal plane [J]. The Journal of the Acoustical Society ofAmerica,1977,61(5):1264-1269.[5] Lopez-Poveda E A, Meddis R. A physical model of sound diffraction and reflections in the human concha [J]. The Journal of the Acoustical Society of America,1996,100(5):3248-3259.[6] 汪俊. 三维空间中人的声音定位知觉特点及定位线索研究[D]. 杭州：浙江大学,2002.[7] Mokhtari P, Takemoto H, Nishimura R, et al. Pinna sensitivity patterns reveal reflecting and diffracting surfaces that generate the first spectral notch in the front median plane [C]//International Conference on Acoustics, Speech and Signal Processing.IEEE,2011:2408-2411.。

声强测量在机械故 障诊断中的应用
声强测量在建筑声 学设计中的应用
声强测量在环境监 测中的应用
对人类听力的影响
声强过大会损害人类的听力，导致 听力下降甚至失聪。
声音的远近对人类听力也有影响， 距离声源越远，听到的声音越小。
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长期处于高声强环境中，人类的听 力系统容易受到损伤。
应用范围：声级计广泛应用于环境保护、噪声控制、工业测量、医疗卫生等领域，用于测量各种环境下的声音强度， 评估声音对人类和环境的影响。
声强测量仪法
测量原理：利用声强测量仪的传感器接收声波，通过测量声波的振幅和相位差计算出声 强
优点：精度高，可同时测量声强和声压
缺点：价格较贵，操作复杂
应用范围：实验室和特定场所的声强测量
工作原理：声级计通常由传声器、放大器、衰减器、计权网络、检波器和显示器等部分组成。传声器将声音转换成电信号，然后通过放大 器和衰减器调整信号幅度，再经过计权网络对不同频率的信号进行不同的衰减，最后通过检波器和显示器显示声压级或声强级。
测量方法：使用声级计时，通常将传声器指向声源，调整声级计的放大器和衰减器，使声级计处于合适的量程范围， 然后读取显示的声压级或声强级。
在噪声环境下，声强与声音的远近对语音识别和音频处理技术的性能产生影响。
声强与声音的远近对紧急通信和公共安全通信的影响较大，需要采取相应措施保障通信 质量。
对动物行为的影响
声强较高的声音会 吸引动物的注意， 影响其活动和觅食 行为
声音的远近影响动物 之间的通讯和交流， 较远的声音可能被动 物忽略或误解
声强与声音传播距 离的关系可以通过 实验进行验证
声强与声音衰减的关系