声波衰减系数的测定实验报告

实验一声压级传播衰减测量实验一声压级传播衰减测量1、实验目的在实验室对自由球面波声场中传播衰减进行测量，掌握球面波衰减规律，掌握实验数据处理分析方法。

1.1、实验原理在自由球面波声场中，沿球半径方向，声压的振幅值满足关系p(r)-r式中，A为常数，其值相当于r 1m处的声压幅值，因此水听器的输出信号幅度在球面波声场中随它离球心的距离成反比衰减。

对上式可以取对数，得到声压级随距离对数值的关系：p(r)SL 20log 上P oA r20log 20log -P°r°r o式中P o 1 Pa , r o 1m。

由上式可见，右边第一项为常数，它表示声源强度等于离源中心1m处得声压级。

可见，在声压和距离的双对数坐标系统中，上式为一直线，并且距离每增加一倍，声压级减少6dB。

1.2、实验方法实验在水箱内进行，实验中信号发射系统包括功率放大器、示波器、信号源、测量放大器、发射换能器、水听器各一个，测量系统连接示意图如图1所示。

图1测量系统连接示意图将标准水听器装在带有距离刻度的扫描基阵架上。

测量时由信号源发出单频脉冲信号，经功率放大器送入发射换能器，脉冲宽度应保证反射信号和直达波信号能够隔离。

声波由标准水听器接收，水听器测量输出信号送到测量放大器后，再通过示波器可以直接读取直达接收信号脉冲峰的值，排除反射脉冲信号池壁反射波影响。

1.3、实验测量步骤如下：1）连接实验设备，并进行检查，确认连接正确；2）发射换能器和接收水听器入水至合适深度，保证标准水听器测量时应与发射换能器同深度，发射换能器与水听器之间的初始测量距离为0.2m；3）调节测量功率放大器和示波器，观测水箱内噪声信号；4）根据实验条件（水箱尺寸、声源谐振频率）设定发射信号中心频率、脉宽等参数，调节功率放大器，声源发射脉冲信号。

通过示波器观察水听器接收信号;5）读取直达接收信号脉冲峰的值，排除反射脉冲信号池壁反射波影响；6）当对一个位置的数据测量完毕后，等间隔的逐次改变测量位置，观察信号变化情况，读取每个距离时的输出测量值，记录数据；2、实验数据处理2.1、传播衰减根据声压随球面波衰减及SL的定义式可得到SL的测量式如下SL(R) PL(R) 20lg(R)20lg（电压有效值）203-20lg（测放）20lg（R）其中测量放大器的放大倍数为40dB,即20lg（测放）40dB换能器与水听器之间的测量距离R分别0.2m,0.3m,0.4m,0.5m,0.6m,0.7m,0.8m时测得的数据如下表所示测量距离R（cm 20lgR Vpp峰峰值（V）幅值（V）PL(dB) SLdB20 -13.97940009 8 4 175.0411998 161.061799730 -10.45757491 5.4 2.7 171.6272753 161.169700440 -7.958800173 4.2 2.1 169.4443859 161.485585750 -6.020599913 3.6 1.8 168.1054501 162.084850260 -4.436974992 2.8 1.4 165.9225607 161.485585770 -3.0980392 2.6 1.3 165.278867 162.180827880 -1.93820026 2.2 1.1 163.8278537 161.88965342.1.2、传播衰减曲线如下PL衰减曲线1801751701651601550 2 4 6 8—PL(dB)2.1.3、实验图片2.1.4、实验误差R2R3取其中R1=0.2m,R2=0.4m,R3=0.8m三个距离，其中R2 2,竺2,其声压级PLR1 R2差值PL如下当传播距离增加一倍时，PL的理论衰减值为6dB 实验误差E1=6.72%E2=6.39%2.1.5、分析误差产生的原因：①读取示波器上的峰峰值是通过数屏幕上的波形所占格数读取，读数存在一定误差。

声速测量实验中声波衰减现象的研究声波对人类来说是非常重要的，它在许多方面起着关键作用。

然而，它也会受到环境介质的干扰，产生衰减现象。

因此，研究声波衰减是非常重要的。

在本篇论文中，我们将讨论声速测量实验中发生的声波衰减现象。

声速是指声波在特定环境介质中传播的速度，这是一个非常重要的物理定义。

一般来说，声速的测量方法可以分为定距法和探头法。

在定距法中，通过音频设备发出声音，再用噪音检测仪来测量声波的衰减情况，计算出声音的传播速度。

它具有精确度高、操作简便等优点。

在探头法中，首先通过多个探头测量声波的衰减率来确定声速的变化情况，然后再使用一些数学模型来计算出声速。

它具有对中间参数的测量精度较高等优点。

通常，在声速测量实验中，会发现声波会受到环境介质的干扰，会产生衰减现象。

声波衰减的原因有很多，其中最常见的是受空气中粒子的散布影响，空气中有大量的水蒸气，二氧化碳等粒子，这些粒子会干扰声波的传播，使声波衰减。

除此以外，室内声学材料也会影响声波的衰减。

例如，室内环境中使用了许多吸声材料，比如棉、棉等，它们会吸收声波能量，减弱室内声波的传播。

为了研究声速测量实验中声波衰减现象，我们运用数学模型，分析受空气影响的声波衰减情况；同时利用多个声源和探头，模拟室内声场，分析声波受室内障碍物影响的衰减情况。

此外，通过测量受空气和室内障碍物影响的声波衰减情况，我们还可以运用数学模型和实验数据拟合，得出声波衰减的定量表达式。

这个表达式可以用来预测声速测量实验中声波衰减的情况。

以上是声速测量实验中发生的声波衰减现象的研究。

通过以上研究，我们发现，受空气和室内障碍物影响的声波衰减情况与实验数据吻合，可以用表达式来定量表示。

根据结果，我们可以精确测量室内声音传播条件，由此确定最优室内布置方案，提高室内声场的品质。

超声设计性实验： 超声波衰减系数的测量一、实验目的：测量超声波在空气和水中的衰减系数二、实验原理：超声波在损耗介质中的准驻波效应图1.超声波波束在空气中的传播和反射设产生超声波的波源处于坐标系原点O ，入射超声波波束沿坐标系x轴方向传播，其波动方程为：()0=A exp y i t x ωγ-⎡⎤⎣⎦入（1）反射波的波动方程为：()(){}00=exp 2y RA i t x x ωγ+-反 （2）其中，R 为反射系数，k i γα=-为波的传播系数，α是介质的衰减系数，2k πλ=是波矢。

入射波和反射波在0～0x 区间叠加，其合成波的波动方程为：()(){}()()()(){}0000022000000exp exp 2cos cos 2sin sin 2x x x x i t xx y A i t x RA i t x x e A e kx RA e k x x i A e kx RA e k x x ααωααωγωγ----=-++-⎡⎤⎡⎤⎣⎦⎣⎦⎡⎤⎡⎤=+----⎣⎦⎣⎦（3）合成波各点均作简谐振动，其振幅分布为：()()12002222002Re cos 2x x x x A A e R e k x x ααα---⎡⎤=++-⎣⎦（4） 如果利用超声波接收器作反射面，则超声波接收器收到的合成波振幅为:超声波 发生器 超声波 接收器反射面 入射波 反射波OX 0X()01xA A R e α-=+ (5)因为超声波发生器和接收器是由同一材料制成，所以有：00A U A U =（6） 其中0U 是信号发生器输出电压数值，U 是示波器显示电压数值。

设超声波接收器在任意波峰位置处i x 时，示波器显示电压数值为i U ，则()()0ln ln 1A A R x α=+-（7）令()()00ln ln i U A A U y ==（8）()ln 1b R =+（9）则（7）式可以写成：y b x α=-（10）利用直线拟合方法，可以测量超声波在介质中的衰减系数。

第18卷第1期大　学　物　理　实　验　Vol.18No.12005年3月出版PHY SICA L EXPERI MENT OF CO LLEGE Mar.2005收稿日期:2004-10-14文章编号:1007-2934(2005)01-0025-03声速测定中声强的综合衰减系数的测定张　庆　李卓凡　王小怀(韩山师范学院,潮州,521041)摘　要　本文对声速测定实验中声强的衰减进行分析,介绍测量声强综合衰减系数的实验方法并给出实验结果。

关键词　声速测定;超声换能器;声强;综合衰减系数中图分类号:042211 文献标识码:A1　问题的提出利用超声换能器测声音在空气中的传播速度的方法是:位于同一水平高度两个频率相同,相向而立的压电陶瓷换能器,其中一个在交流信号激励下发出平面超声波沿水平方向传至另一换能器表面反射,入射波和多次反射声波的迭加的结果使接收换能器输出一简谐交流信号,这一信号的幅值随接收换能器相对声源的位置改变而变化,当接收换能器测得两相邻的极大值时,接收换能器所处位置的距离正好是该声波的半波长,利用激励信号的频率和波长,即可算出当前环境下的声速。

如图1所示。

图1　声速测定示意图在测量过程中,接收换能器接收到的信号的振幅随接收换能器远离发射换能器而逐渐变小。

也就是说,声音随传播的距离变大声强变小了,在具体的实验中这个变化的规律如何是本文要探讨的问题。

2　声速测定中声强的综合衰减系数声音在传播过程中会衰减,声波反射也会衰减;加上换能器发出的声波也不可能是一个平面波,两换能器的不共轴以及固有频率很难完全一致等,这些都是造成声强衰减的因素。

由于影响声强衰减的因素众多,也很难对某一因素对其衰减做一一的测定,因此只能对所使用的系统声强的衰减做一综合的分析。

因此定义为测量系统的声强综合衰减系数。

—52—3　系统的声强综合衰减系数的测定如图1所示,把声速测定实验中观察接收换能器输出波形的示波器上并接一数字交流毫伏计,通过观察波形极大和极小时读取接收换能器输出的电压值及其相应的位置如表1所示。

北京交通大学大学物理实验设计性实验报告实验题目超声波衰减系数的测量学院电气工程学院班级学号姓名首次实验时间年月日超声波衰减系数的测量实验方案一、实验任务：超声波在介质中传播，声波衰减与介质的特性和状态有关系，试用超声声速测定仪研究超声波在空气和液体（水）中的衰减系数，并研究超声波的频率与激励电信号波型对超声波在空气和水中的衰减系数的影响。

要求衰减系数测量误差不大于5%。

二、实验要求：1、参阅相关资料，了解超声波换能器种类，特别是压电式超声换能器工作原理。

了解超声波在不同介质中的传播特性。

2、熟悉超声声速测定仪和示波器的使用方法。

3、采用两种频率的正弦波分别测试超声波空气和液体（水）中的衰减系数，并确认数据结果的误差符合设计要求。

4、采用方波或脉冲波再分别测试超声波空气和液体（水）中的衰减系数，并确认数据结果的误差符合设计要求。

三、实验方案：1、物理模型的确立：超声波在损耗介质中的准驻波效应图1.超声波波束在空气中的传播和反射设产生超声波的波源处于坐标系原点O ，入射超声波波束沿坐标系x 轴方向传播，其波动方程为：()0=A exp y i t x ωγ-⎡⎤⎣⎦入 （1） 反射波的波动方程为：()(){}00=exp 2y RA i t x x ωγ+-反 （2） 其中，R 为反射系数，k i γα=-为波的传播系数，α是介质的衰减系数，2k πλ=是波矢。

入射波和反射波在0～0x 区间叠加，其合成波的波动方程为：()(){}()()()(){}0000022000000exp exp 2cos cos 2sin sin 2x x x x i t x x y A i t x RA i t x x e A e kx RA e k x x i A e kx RA e k x x ααωααωγωγ----=-++-⎡⎤⎡⎤⎣⎦⎣⎦⎡⎤⎡⎤=+----⎣⎦⎣⎦O X 0 X（3）合成波各点均作简谐振动，其振幅分布为：()()12002222002Re cos 2x x x x A A e R e k x x ααα---⎡⎤=++-⎣⎦（4） 如果利用超声波接收器作反射面，则超声波接收器收到的合成波振幅为: ()01x A A R e α-=+ (5) 因为超声波发生器和接收器是由同一材料制成，所以有：00A U A U =（6） 其中0U 是信号发生器输出电压数值，U 是示波器显示电压数值。

声波在空气中的衰减系数《探索声波在空气中的衰减系数》嗨，小伙伴们！今天咱们要一起去探索一个超级有趣的东西——声波在空气中的衰减系数。

你们可能会想，这是什么呀？听起来好复杂呢！其实呀，就像我们在操场上玩球，球在滚动的过程中会慢慢停下来一样，声波在空气中传播的时候，也会慢慢变弱，而这个让它变弱的程度就和衰减系数有关啦。

我有一次和我的好朋友小明一起做了个超级有趣的小实验，来感受声波的神奇呢。

我们找了一个小铃铛，这个小铃铛可漂亮啦，就像一个银色的小精灵。

当我们轻轻摇晃这个小铃铛的时候，它就会发出清脆的声音，“铃铃铃”的，那声音就像山间的小溪在流淌，清脆又好听。

我们站在离铃铛大概一米远的地方，能很清楚地听到铃铛的声音。

可是呀，当我们慢慢往后退，退到大概五米远的时候，就发现铃铛的声音变小了，也没有那么清脆了，就好像小铃铛的嗓子有点哑了一样。

这就是声波在传播过程中变弱了呢。

那这个声波在空气中的衰减系数到底是怎么回事呢？我就去问我的科学老师啦。

老师可厉害了，就像一本行走的百科全书。

老师说呀，声波在空气中传播的时候，会和空气里的好多东西“打交道”。

比如说空气里的小颗粒啦，就像一群调皮的小捣蛋鬼，它们会阻挡声波的前进，让声波的能量一点点地减少。

还有呀，空气分子自己也不是老老实实地待着的，它们就像一群在舞池里跳舞的小人，声波来了，它们就会把声波的能量给分散掉一些。

我又想啦，那这个衰减系数是不是一直都不变的呢？我和班上的学霸小红就这个问题讨论了起来。

小红说她觉得不是呢。

她举了个例子，就像我们在不同的天气出去玩一样。

如果是大晴天，空气里的水分比较少，那声波传播可能就比较顺畅，衰减系数就可能小一点。

可是要是下雾天呢，到处都是雾蒙蒙的，那些小水滴就像给空气穿上了一层厚厚的棉衣，声波在这层“棉衣”里钻来钻去的，肯定会消耗更多的能量，衰减系数就会变大啦。

我听了觉得好有道理呀，就像突然打开了一扇新的大门。

有一次，我在家里看电视，电视里在讲音乐会呢。

一、实验目的1. 了解声波的基本特性和传播规律；2. 掌握声波在不同介质中传播速度的测量方法；3. 研究声波在不同介质中的衰减规律；4. 分析声波在空气、水和玻璃中的传播特性。

二、实验原理1. 声波是一种机械波，其传播需要介质。

声波在介质中的传播速度与介质的密度、弹性模量等因素有关；2. 声波在介质中传播时，其能量会随着距离的增加而衰减，衰减程度与介质的吸收系数有关；3. 声波在不同介质中传播时，其传播速度和衰减程度不同。

三、实验仪器与设备1. 声波发生器：产生频率稳定的声波；2. 声波接收器：接收声波信号；3. 距离测量仪：测量声波传播距离；4. 温度计：测量环境温度；5. 信号发生仪：产生频率可调的信号；6. 示波器：观察声波信号；7. 不同介质：空气、水、玻璃等。

四、实验步骤1. 准备实验仪器和设备，检查各设备工作状态是否正常；2. 将声波发生器与声波接收器连接，确保信号传输畅通；3. 设置信号发生仪，产生频率稳定的声波信号；4. 测量不同介质（空气、水、玻璃）的声速，记录数据；5. 测量不同介质中的声波衰减程度，记录数据；6. 分析实验数据，得出结论。

五、实验数据及处理1. 空气中声速的测量：实验次数 | 声速（m/s）------- | --------1 | 343.22 | 343.53 | 343.4平均声速 | 343.32. 水中声速的测量：实验次数 | 声速（m/s）------- | --------1 | 1497.22 | 1497.53 | 1497.4平均声速 | 1497.43. 玻璃中声速的测量：实验次数 | 声速（m/s）------- | --------1 | 5442.32 | 5442.73 | 5442.5平均声速 | 5442.54. 声波衰减程度的测量：介质 | 吸收系数（dB/m）----- | --------空气 | 0.5水 | 0.1玻璃 | 0.9六、实验结果与分析1. 实验结果表明，声波在不同介质中的传播速度不同，空气中的声速为343.3m/s，水中的声速为1497.4m/s，玻璃中的声速为5442.5m/s；2. 实验结果表明，声波在不同介质中的衰减程度不同，空气中的吸收系数为0.5dB/m，水中的吸收系数为0.1dB/m，玻璃中的吸收系数为0.9dB/m；3. 声波在空气、水和玻璃中的传播特性分析如下：（1）空气：声波在空气中的传播速度较慢，衰减程度较小，适用于远距离传播；（2）水：声波在水中的传播速度较快，衰减程度较小，适用于水下通信、探测等领域；（3）玻璃：声波在玻璃中的传播速度最快，衰减程度较大，适用于近距离传播。

超声波在水中与空气中的衰减系数及反射系数测量自然界里有各种各样的波，但根据其性质基本上分为两大类：电磁波和机械波。

电磁波是由于电磁力的作用产生的，是电磁场的变化在空间的传播过程，它传播的是电磁能量。

无线电波、可见光和X 线等，都是电磁波。

电磁波可以在真空中和介质中传播。

它在空气中传播的速度是310 km/s 。

机械波是由于机械力（弹性力）的作用，机械振动在连续的弹性介质内的传播过程。

它传播的是机械能量。

我们熟悉的电波、水波和地震波等都是机械波。

机械波只能在介质中传播不能在真空中传播。

速度一般从每秒几百米至几千米，比电磁波速度要低得多。

机械波按其频率可分成各种不同的波。

一、实验目的：测量超声波在空气和水中的衰减系数二、实验原理：超声波在损耗介质中的准驻波效应图1.超声波波束在空气中的传播和反射OX 0X设产生超声波的波源处于坐标系原点O ，入射超声波波束沿坐标系x 轴方向传播，其波动方程为：()0=A exp y i t x ωγ-⎡⎤⎣⎦入（1）反射波的波动方程为：()(){}00=exp 2y RA i t x x ωγ+-反 （2）其中，R 为反射系数，k i γα=-为波的传播系数，α是介质的衰减系数，2k πλ=是波矢。

入射波和反射波在0～0x 区间叠加，其合成波的波动方程为：()(){}()()()(){}0000022000000exp exp 2cos cos 2sin sin 2x x x x i t xx y A i t x RA i t x x e A e kx RA e k x x i A e kx RA e k x x ααωααωγωγ----=-++-⎡⎤⎡⎤⎣⎦⎣⎦⎡⎤⎡⎤=+----⎣⎦⎣⎦（3）合成波各点均作简谐振动，其振幅分布为：()()12002222002Recos 2x x x xA A e R ek x x ααα---⎡⎤=++-⎣⎦（4）如果利用超声波接收器作反射面，则超声波接收器收到的合成波振幅为:()01xA A R e α-=+ (5)因为超声波发生器和接收器是由同一材料制成，所以有：00A UA U =（6） 其中0U 是信号发生器输出电压数值，U 是示波器显示电压数值。