聲速測量的方法
一、傳統方法
方法1:一個聲音產生後,並不會立刻傳到你的耳朵,通常要經過一段時間。例如:如果你參加一個運動會,坐在離鳴槍的人有一段距離的地方,你會先看到槍冒煙,後聽到槍聲。這是因為光行進的速度非常快,而聲音的速度就慢得多。所以你會立刻看到槍冒煙,但聲音要過一會兒之後才會聽到。於是早期測量聲音的速度是利用槍來做實驗。幫忙的人要拿著槍在一個量好的距離外,另一個人就拿著馬表站在原點。在看到信號之後,幫忙的人就對空鳴槍。在原點的人一看到槍的火花和煙時,就把馬表按下來;而當他聽到槍聲時,就再按一次馬表讓馬錶停下來。看到火花和聽到槍聲之間的時間,就是聲音行經這一段量好距離所需的時間。就能算出聲音的速度。根據這一原理你不妨在今後的校運動會的時候試驗一下(利用百米賽跑就可以了)。為了測量聲音的速度你需要一個馬表和一個皮尺。量一個500公尺的距離,要盡可能量得准確一點。你和你的同學分別站在兩端;你的同學兩手各拿一塊大石頭,你則拿一個馬表。當你大叫「開始」時,你的同學要把石頭舉到頭頂,盡量大聲敲擊。當你一看到石頭撞在一起,就按下馬表。等到你聽到石頭撞擊的音,就再按一下馬表讓馬錶停下來。時間方面要記錄到十分之一秒。如果能多做幾次實驗,算出時間的平均值是最好的。你只要用計算機把你和你同學的距離除以時間,就可以算出聲音的速度了。
方法2:測量聲音的速度還有一種利用迴音來測量的方法:所謂回聲,就是聲音在傳播的過程中碰到高大的障礙物被反射了回來,那麼我們就可以根據這樣的原理,站在離高牆較遠的地方(事先測出你到高牆的距離)大聲地喊一下,在你喊的同時按下秒錶,當你聽到自己的回聲再按一下秒錶,這樣一來,你的喊聲從你那兒到高牆打了一個來回,你只要把上面說的你跟高牆的距離除以測得的時間的一半,這聲音的速度也就出來了(這里要注意的是因為人能分辨出自己的回聲的時間間隔要超過0.1秒,聲音有傳播速度是340米每秒,所以你與牆的距離,至少不得少於17米才行,而且中間還不能有障礙物)。
二、現代大學實驗室中測量方法
測量聲速最簡單、最有效的方法之一是利用聲速v 、振動頻率f和波長λ之間的基本關系,即實驗時用結構相同的一對(發射器和接收器)超聲壓電陶瓷換能器,來作聲壓與電壓之間的轉換。利用示波器觀察超聲波的振幅和相位,用振幅法和相位法測定波長,由示波器直接讀出頻率f。
方法1::共振干涉法
由發射器發出的聲波近似於平面波。經接收器反射後,波將在壓電陶瓷換能器的兩端面間來回反射並且疊加。當兩個換能器之間的距離等於半波長的整數倍時發生共振,產生共振駐波現象,波幅達到極大。由縱波的性質可以證明,振動位移處於波節時,則聲壓是處於波腹。接收器端面近似為一波節,接收到的聲壓最大,經接收器轉換成的電信號也最強。聲壓變化和接收器位置的關系可從實驗中測出,當接收器端面移動到某個共振位置時,示波器上會出現最強的電信號,如果繼續移動接收器,將再次出現最強的電信號,兩次共振位置之間的距離即為1/2λ 。
方法2:相位比較法
波是振動狀態的傳播,也可以說是相位的傳播。沿傳播方向上的任何兩點,其振動狀態相同,或者說其相位差為2π的整數倍時兩點間的距離應等於波長λ的整數倍,利用這個公式可測量波長。由於發射器發出的是近似於平面波的超聲波,當接收器端面垂直於波的傳播方向時,其端面上各點都具有相同的相位。沿傳播方向移動接收器時,總可以找到一個位置使得接收到的信號與發射的信號同相。移過的這段距離必然等於超聲波的波長λ 。為了判斷相位差並且測定波長,可以利用雙蹤示波器直接比較發射的信號和接收的信號,同時沿傳播方向移動接收器尋找同相點。也可以利用利薩如圖形尋找同相時橢圓退化為斜直線的點。
方法3:時差法
即用比傳統方法更精確的儀器測出聲波傳播一定距離所用的時間,然後根據公式V=L/t即可測出聲速。
❷ 聲速是怎麼測出來的拜託了各位 謝謝
聲速測量儀必須配上示波器和信號發生器才能完成測量聲速的任務。實驗中產生超聲波的裝置如圖所示。它由壓電陶瓷管或稱超聲壓電換能器與變幅桿組成;當有交變電壓加在壓電陶瓷管上時,由於壓電體的逆壓電效應,使其產生機械振動。此壓電陶瓷管粘接在鋁合金製成的變幅桿上,經過電子線路的放大,即成為超聲波發生器,由於壓電陶瓷管的周期性振動,帶動變幅桿也做周期軸向振動。當所加交變電壓的頻率與壓電陶瓷的固有頻率相同時,壓電陶瓷的振幅最大,這使得變幅桿的振幅也最大。變幅桿的端面在空氣中激發出縱波,即超聲波。本儀器的壓電陶瓷的振盪頻率在40kHz以上,相應的超聲波波長約為幾毫米,由於他的波長短,定向發射性能好,本超聲波發射器是比較理想的波源。由於變幅桿的端面直徑一般在20mm左右,比此波長大很多,因此可以近似認為離開發射器一定距離處的聲波是平面波。超聲波的接受器則是利用壓電體的正壓電效應,將接收的機械振動,轉化成電振動,為使此電振動增強。特加一選頻放大器加以放大,再經屏蔽線輸給示波器觀測。接收器安裝在可移動的機構上,這個機構包擴支架、絲桿、可移動底座(其上裝有指針,並通過定位螺母套在絲桿上,有絲桿帶動作平移)、帶刻度的手輪等。接收器的位置由主、尺刻度手輪的位置決定。主尺位於底座上面;最小方尺位於底坐上面;最小分尺為1mm,手輪與絲桿相連上分為100分格,每轉一周,接收器平移1mm,故手每一小格為0.01mm,可估到0.001mm
❸ 聲速測定怎麼做
【實驗內容】
1.共振干涉法測波長
⑴ 接線與儀器的初步調節
1)按圖6-1接好線路,打開電源開關預熱15分鍾,儀器自動工作在連續波方式。選擇的介質為空氣的初始狀態。
2)根據測量要求初步調節好示波器(參照示波器的使用調節)。
⑵ 諧振頻率的調節(超聲波頻率f的確定)
將信號源輸出的正弦波信號頻率調節到換能器的諧振頻率,以使換能器發射出較強的超聲波。方法如下:
在兩換能器s1和s2的發射面保持平行的前提下,調節s1和s2相距為1~2cm左右。調節聲速測試儀信號源板面上「發射強度」旋鈕,使信號源輸出電壓在10~15V之間。調節「信號頻率」旋鈕,使信號頻率在25~45kHz之間。然後細調信號頻率,同時觀測示波器上顯示的接收波的電壓幅度變化。在信號源頻率接近實驗室提供的換能器諧振頻率處(34.5~37.5kHz之間),電壓幅度最大,同時聲速測試儀信號源的信號指示燈亮,此時頻率即為與壓電換能器s1、s2相匹配的諧振頻率,記錄該頻率FN(超聲波頻率),轉動搖手鼓輪,改變s1和s2間的距離,適當選擇位置,重新用上述方法調整頻率,再次測定諧振頻率FN,測量5次,取其平均值f為超聲波的頻率。
⑶ 波長λ的測量
轉動搖手鼓輪,由近及遠地改變換能器s1到s2的間距,同時監測示波器的接收信號,記下第1,2,3,…,20個出現正弦波電壓幅度最大的特定位置l1,l2,l3,…,l20。注意利用游標尺的刻度准確地確定這些l值。轉動搖手鼓輪時注意連續向一個方向轉動(為什麼?)。注意測試過程中保持換能器s1和s2表面相互的平行。用逐差法計算出λ值。數據記錄與計算用列表法進行。以下表格供參考。
i li(cm) i+10 li+10(cm) (cm)
1 11
2 12
┆ ┆
10 20
2.相位比較法測波長(利用李薩如圖形找出同相點求波長)
⑴ 在「共振干涉法測波長」中測定換能器諧振頻率f的基礎之上,將示波器的掃描時間開關(TIME/DIV)置於「x - y」位置。
⑵ 轉動距離調節鼓輪,觀測示波器上顯示的李薩如圖形為一特定角度的斜線(某一特定相位點)時,記錄下此時s2的距離l1(l1值仍由游標尺的刻度讀出)。向同一方向移動換能器s2接收面,使示波器上觀察的波形又回到前述的特定角度斜線位置(同相點),記錄下此時s2接收面的距離l2。依上方法,連續向同一方向轉動距離調節手輪,對出現的每一同相點,分別記錄下相應的位置l3,l4,…,l20,即20個同相點的位置。
用逐差法求出波長的平均值 ( cm)。
3.根據測定的超聲波頻率 和用上二種方法測定的波長 ,分別計算兩種方法測定的在該室溫下超聲波在空氣中的傳播速度 (m/s)。
4.時差法測量聲速
將測試方法設置到脈沖方式。將s1和s2之間的距離調到一定距離(≥50mm)。再調節接收增益,使顯示的時間差值讀數穩定,此時儀器內置的定時器工作在最佳狀態。然後記錄此時的距離值和顯示的時間值li-1、ti-1(時間由聲速測試儀信號源時間顯示窗口直接讀出)。移動s2,同時調節接收增益使接收信號幅度始終保持一致。記錄下這時的距離值和顯示的時間值li、ti。則聲速vi=(li-li-1)/(ti-ti-1)。測量5次計算出vi值,取其平均值為測量結果。
*5.測量液體介質中的聲速
當使用液體為介質測試聲速時,先在測試槽中注入液體,直至把換能器完全浸沒,但不能超過液面線。然後將信號源面板上的介質選擇鍵切換至「液體」,採用前述方法,即可進行測試,步驟相同。
但是,由於聲波在液體中衰減較小,發射出的聲波在很多因素的影響下產生多次反射疊加,在接收換能器表面已經是多個回波的疊加(混響),疊加後波形的駐波特徵較為復雜,並不是可根據單純兩列波疊加來觀察它的幅度變化,來求出波長。因此用通常的兩束波的疊加的公式求波速,其精度已大為下降,會導致測量結果不確定性的增大。
❹ 聲速可以通過什麼儀器測量啊
測量聲速最簡單、最有效的方法之一是利用聲速v 、振動頻率f和波長λ之間的基本關系,即實驗時用結構相同的一對(發射器和接收器)超聲壓電陶瓷換能器,來作聲壓與電壓之間的轉換。
利用示波器觀察超聲波的振幅和相位,用振幅法和相位法測定波長,由示波器直接讀出頻率f。
諧振頻率:超聲壓電陶瓷換能器是實驗的關鍵部件,每對超聲壓電陶瓷換能器都有其固有的諧振頻率,當換能器系統的工作頻率處於諧振狀態時,發射器發出的超聲波功率最大,是最佳工作狀態。
聲學中的基本量
在聲學中,或描述一聲源及其產生的聲場的特性,或在某些聲學現象、效應中起主導作用的一些量,為聲學中的基本量。表1所列為這些基本量及其相互關系。在前四個量中,聲強是最容易測量的,而且可以量得很准確,另三個量又能由聲強導出,因此,過去一直誤認為只有聲強才是聲學中的基本量。
以上內容參考:網路-聲學測量
❺ 物理試驗中測定聲速得方法有哪些
【目的和要求】
學習粗略測定聲音速度的方法,了解空氣中聲速的大小。【儀器和器材】
梆子,秒錶或手錶,捲尺。【實驗方法】
在高牆前或山谷中唱歌或叫喊時,往往可以聽到回聲,而且在早晨時回聲最清晰響亮,因此本實驗最好在早晨進行。首先選擇好合適的實驗場所,例如一堵高牆,高牆的前面平坦空曠。實驗者站在離高牆的距離為R處,按照均勻的時間間隔T敲打梆子。當聽到反射回來的第一次梆子聲與打出來的第二次梆子聲完全重疊時,則表示每次梆子發出的聲音傳到高牆並被高牆反射回來到達實驗者處的時間剛好等於敲梆子的時間間隔T。因此聲音傳播的速度v為v=2R/T
1.站在離高牆100米或更遠的距離,以一定的時間間隔敲打梆子。
2.注意控制敲梆子的節拍,使從高牆處反射回來的梆子聲與敲出來的聲音相重疊。
3.站在旁邊的學生由一人報出敲擊的次數,其他學生同時用秒錶或手錶計時。測出敲擊20次至50次的時間間隔t,並由所得的結果計算出敲梆子的時間間隔T(秒)。
4.用捲尺測出敲擊地點到高牆的距離R(米)。
5.將所得的數據代入公式v=2R/T求出聲速v米。同時要記下測量時空氣的溫度,因為空氣中聲音傳播的速度與溫度有關。【注意事項】
1.實驗者離牆的距離以能清晰地聽到回聲為宜。
2.若每隔一次聽到敲擊聲與回聲重合,則聲速公式v=2R/T。實驗內容
1、連接測量系統。函數信號發生器的輸出與發射換能器和示波器的X(Y2)輸入並聯連接,接收換能器的輸出與示波器的Y1輸入連接。
2、練習使用函數信號發生器和示波器。
(1)用示波器觀察由信號發生器提供的不同的波形信號。
(2)用示波器觀察李薩如圖形。
3、調節諧振頻率。信號發生器輸出正弦信號,頻率調節到換能器的諧振頻率,記下諧振頻率f。這時,換能器發射出的超聲波最強。
4、利用駐波法測量聲速。
(1)信號發生器輸出頻率處於諧振頻率;示波器Y軸工作方式選擇開關置於Y1,「拉Y1
(X)」旋鈕推進。
(2)從兩換能器相距1cm左右開始,由近及遠移動接收換能器,觀察示波器上的接收信號的變化情況,記下第1、2、3、……、20個出現正弦波極大值時接收換能器的位置即游標卡尺的讀數L1、L2、L3、……、L20。
(3)採用逐差法求出波長λ,進而求出聲速v;計算聲速的不確定度,表示測量結果。
5、利用相位比較法測量聲速。
(1)信號發生器輸出頻率處於諧振頻率;示波器Y軸工作方式選擇開關可以置於任意位置,「拉Y1(X)」旋鈕拉出。
(2)從兩換能器相距1cm左右開始,由近及遠移動接收換能器,觀察示波器上李薩如圖形的變化情況,記下第1、2、3、……、20個出現直線時接收換能器的位置即游標卡尺的讀數L1、L2、L3、……、L20。
(3)採用逐差法求出波長λ,進而求出聲速v;計算聲速的不確定度,表示測量結果。
儀器簡介
1、超聲聲速測定儀:主要由兩個超聲壓電換能器和游標卡尺組成;超聲壓電換能器可以實現聲
壓和電壓之間的相互轉換,分別用於發射和接收超聲波;游標卡尺用來測量聲波發射面和接
收面之間的距離。
2、函數信號發生器:提供適當頻率的正弦電信號給壓電換能器來發射超聲波。
3、雙蹤示波器:
(1)觀察和測量接收換能器將聲壓轉換成的電信號;
(2)觀察發射電信號和接收電信號兩個相互垂直簡諧振動疊加產生的李薩如圖形,測量相位差。
❻ 大學物理實驗聲速測定
實驗報告實驗題目: 聲速的測量實驗目的:了解超聲波的產生,發射和接收的方法,用干涉法和相位法測聲速.實驗內容1 測量實驗開始時室溫.2 駐波法(1) 將超聲聲速測定儀的兩個壓電陶瓷換能器靠在一起,檢查兩表面是否水平.如果不水平將其調平.(2)將函數信號發生器接超聲聲速測定儀的發射端,示波器接接收端.函數信號發生器選擇正弦波,輸出頻率在300HZ左右,電壓在10-20V.(3)通過示波器觀察訊號幅度,調整移動尺改變測定儀兩端的距離找到使訊號極大的位置,在極大值附近應該使用微調,即固定移動尺螺絲,使用微調螺母調整.(4)從該極大位置開始,朝一個方向移動移動尺,依次記下每次訊號幅度極大(波腹)時游標的讀數,共12個值.3 相位法(1) 將超聲聲速測定儀的兩個壓電陶瓷換能器靠在一起,檢查兩表面是否水平.如果不水平將其調平.(2) 將函數信號發生器接超聲聲速測定儀的發射端,示波器的CH1接在接收端,CH2接在發射端.選擇CH1,CH2的X-Y疊加.函數信號發生器選擇正弦波,輸出頻率在300HZ左右,電壓在10-20V.(3) 通過示波器觀察李薩如圖形,調整移動尺改變測定儀兩端的距離找到使圖形為一條斜率為正的直線的位置.(4)從該位置開始,朝一個方向移動移動尺,依次記下每次圖形是斜率為正的直線時游標的讀數,共10個值.4 測量實驗結束時室溫,與開始時室溫取平均值作為溫度t.收拾儀器,整理實驗台.5 對上面兩組數據,分別用逐差計算出l,然後算出聲速v,並計算不確定度.與通過t計算出的理論值計算相對誤差.數據處理1 理論計算實驗開始時溫度23.0℃,實驗結束時溫度21.8℃,所以認為實驗時溫度t=22.4℃.根據理論值計算2 駐波法游標讀數(mm)95.42100.50105.70110.66115.88120.90126.16131.34136.20141.44146.52151.60逐差=3(mm)30.7430.8430.5030.7830.6430.70相鄰游標相減的2倍=i(mm)10.1610.409.8810.4410.0410.5210.369.7210.4810.1610.16標准差的A類不確定度查表得:當n=11,P=0.95時,=2.26.因為是用類似游標卡尺的儀器測量的,所以B類不確定查表得,當P=0.95時,=1.96.所以的不確定度選取聲波輸出頻率為34.3KHz,已知不確定度.聲速對,有不確定度傳遞公式:空氣中的聲速v=(350.99±1.20)m/s (P=0.95)相對誤差=3 相位法游標讀數(mm)110.80121.04131.14141.36151.58161.72171.88182.02192.10202.26逐差=5(mm)50.9250.8450.8850.7450.68相鄰游標相減=i(mm)10.2410.1010.2210.2210.1410.1610.1410.0810.16標准差的A類不確定度查表得:當n=9,P=0.95時,=2.26.因為是用類似游標卡尺的儀器測量的,所以B類不確定度查表得,當P=0.95時,=1.96.所以的不確定度選取聲波輸出頻率為34.3KHz,已知不確定度聲速對,有不確定度傳遞公式:空氣中的聲速v=(348.57±1.09)m/s (P=0.95)相對誤差= 誤差分析:1 儀器本身的系統誤差和由於老化引起的誤差.2 室溫在實驗過程中是不斷變化的.3 無論是駐波法中在示波器上找極大值,還是相位法在示波器上找斜率為正的直線,都是測量者主觀的感覺,沒有精確測量.思考題1 固定兩換能器的距離改變頻率,以求聲速,是否可行 答:不可行.因為在聲速一定時,頻率改變了,波長也會隨之改變.所以無法同時測量出頻率和波長,也就無法求出聲速.不對
❼ 超聲聲速測定儀怎麼讀數
三種測試方法測試聲速
三種測試方法測試聲速一、實驗目的掌握測量聲速的幾種方法實際測量聲速二、實驗儀器SV—DH系列聲速測試儀為觀察、研究聲波在不同介質中傳播現象,測量這些介質中聲波傳播速度的專用儀器。它們都由聲速專用測試架及專用信號源二部分組成。儀器可用於大學基礎物理實驗。SV—DH系列聲速測試儀不但覆蓋了基礎物理聲速實驗中常用的二種測試方法,而且,在上述常規測量方法基礎上還可以用工程中實際使用的聲速測量方法時差法進行測量.在時差法工作狀態下,使用示波器,可以非常明顯、直觀地觀察聲波在傳播過程中經過多次反射、疊加而產生的混響波形。型號與組成SV-DH系列聲速測試儀是由聲速測試儀(測試架)和聲速測試儀信號源二個部分組成.下列聲速測試儀都可增加固體聲速測量裝置,用於固體聲速的測量。對於聲速測試架,有以下型號:SV—DH—3型聲速測定儀(支架式、千分尺讀數);SV—DH-3A型聲速測定儀(支架式、數顯容柵尺讀數);SV—DH—5型聲速測定儀(液槽式、千分尺讀數);SV—DH—5A型聲速測定儀(液槽式、數顯容柵尺讀數);SV—DH—7型聲速測定儀(液槽可脫卸、千分尺讀數).SV—DH—7A型聲速測定儀(液槽可脫卸、數顯容柵尺讀數)。對於信號源,有以下型號:SVX—3型聲速測定信號源(頻率范圍20kHz~45kHz,帶時差法測量脈沖信號源);SVX—5型聲速測定信號源(頻率范圍20kHz~45kHz,帶時差法測量脈沖信號源);SVX—7型通用信號源(頻率范圍50Hz~50KHz、帶時差法測量脈沖信號源);圖1列出SVX—5、SVX-7聲速測試儀信號源面板,圖2為聲速測試儀外形示意圖.圖1 SVX-5、SVX—7聲速測試儀信號源面板調節旋鈕的作用:信號頻率:用於調節輸出信號的頻率;發射強度:用於調節輸出信號電功率(輸出電壓);接收增益:用於調節儀器內部的接收增益。
圖2 聲速測試架外形示意圖主要技術參數1. SV—DH聲速測試儀1。1 環境適應性:工作溫度10~35℃;相對濕度25~75%。1。2 抗電強度:儀器能耐受50Hz正弦波500V電壓1min耐壓試驗。1.3 配對壓電陶瓷換能器:諧振頻率:35±3kHz;可承受的連續電功率不小於15W.1。4 兩換能器之間測試距離:50~280mm(支架式)、50~350mm(水槽式)1。5 外形:測試架外形尺寸:480
❽ 聲速測量儀的使用
聲速測定儀有一個金屬澆鑄而成的兩端高起、中間平整的元寶狀體儀器座,儀器座中間平面上設兩條導軌,兩條導軌上穿裝一個裝有超聲波接收頭的滑塊,接收頭的後端裝有螺桿,螺桿穿過儀器座一端的螺管後裝上手輪;儀器座的另一端固定一個超聲波發射頭,此發射頭與接收頭的兩個圓心在同一條中心線上,此中心線與導軌平行,同時發射頭與接收頭的發射面與接收面應與儀器座上的兩條導軌相間的面積垂直,儀器座的側面上部固定一條刻度尺。超聲波發射頭與接收頭的導線入口孔可用橡膠塞塞緊,則聲速測定儀可浸入液態實驗媒質中進行實驗。
❾ 聲速測量誤差分析
(1) 在發射換能器與接收換能器之間有可能不是嚴格的駐波場。
(2) 調節超聲波的諧振頻率時出現誤差。
(3)示波器上判斷極大值的位置不準確也會引入人為的和儀器的誤差。
(4)聲波傳播距離太近或太遠。
(9)聲速測量儀b類測量方法擴展閱讀:
聲速-深度探頭,包括一對距離固定的收、發換能器和一個壓力計。電子收發裝置產生電信號,激勵探頭內的發射換能器發出聲波,聲波傳到接收換能器後,再由收發裝置進行處理,測出聲速。常用的聲速測量方法有相位法與環鳴法兩種。
相位法使用連續波,通過測量發射與接收聲波之間的相位差,推算出發射與接收換能器之間海水的聲速。環鳴法使用短脈沖,接收換能器每收到一個脈沖,即觸發發射換能器再發射一個脈沖,如此反復,根據脈沖重復頻率推算出聲速。
❿ 聲速的測量的常用方法有哪些實驗設計的思想是什麼,有什麼區別
加一把發出聲音的槍可以把,大不了自己叫好了,同時作個手勢
傳統方法
方法1:一個聲音產生後,並不會立刻傳到你的耳朵,通常要經過一段時間。除非你自己有這種經驗,否則這是很難理解的。例如:如果你參加一個運動會,坐在離鳴槍的人有一段距離的地方,你會先看到槍冒煙,後聽到槍聲。這是因為光行進的速度非常快(約1秒鍾300000公里),而聲音的速度就慢得多(約1秒種340米)。所以你會立刻看到槍冒煙,但聲音要過一會兒之後才會聽到。�
於是早期測量聲音的速度是利用槍來做實驗。幫忙的人要拿著槍在一個量好的距離外,另一個人就拿著馬表站在原點。在看到信號之後,幫忙的人就對空鳴槍。在原點的人一看到槍的火花和煙時,就把馬表按下來;而當他聽到槍聲時,就再按一次馬表讓馬錶停下來。看到火花和聽到槍聲之間的時間,就是聲音行經這一段量好距離所需的時間。就能算出聲音的速度。根據這一原理你不妨在今後的校運動會的時候試驗一下(利用百米賽跑就可以了).
為了測量聲音的速度你需要一個馬表和一個皮尺。量一個500公尺的距離,要盡可能量得准確一點。你和你的同學分別站在兩端;你的同學兩手各拿一塊大石頭(或者鑼、鼓、或者乾脆拍手--拍手的聲音太低如果對方聽不到就不好辦了),你則拿一個馬表。當你大叫「開始」時,你的同學要把石頭舉到頭頂,盡量大聲敲擊。�當你一看到石頭撞在一起,就按下馬表。等到你聽到石頭撞擊的音,就再按一下馬表讓馬錶停下來。時間方面要記錄到十分之一秒。如果能多做幾次實驗,算出時間的平均值是最好的。�你只要用計算機把你和你同學的距離除以時間,就可以算出聲音的速度了。
**聲速的測量**
二十世紀以來,聲學測量技術發展很快。目前聲學儀器有較大發展,並具有高保真度,很寬的頻率范圍和動態范圍,小的非線性畸變和良好的瞬態響應等。
過去,測量聲波和振動的儀表都是模擬式電子儀表,測量的速度和准確度受到一定的限制。六十年代初。出現了數字式儀表,直接採用數字顯示,提高了測量時讀數的准確度。由於計算技術和高質量、低功耗的大規模集成電路的發展,人們已能用由微處理機控制的自動測量代替逐點測量,使許多需要事後計算的聲學測量和分析工作可以用微計算機實時運算。
以微處理機為中心的測量儀器,不但實現了小型化、多功能,而且由於採用了快速博里葉換演算法,從而實現了實時分析。同時也出現了一些新的聲學測量和分析方法,例如實時頻譜分析,聲強測量,聲源鑒別,瞬態信號分析,相關分析等。
今後聲學測量的任務是採用新的測量技術,提出新的測量方法,使用自動化數字式儀器,以提高測量的准確度和速度。
回顧歷史,可以看到,在發展經典聲學的過程中,許多研究工作是直接用人耳來聽聲音的。直到本世紀,發展了無線電電子學,才使聲波的測量採用了電聲換能器和電子測量儀器。 高性能的測量傳聲器、頻譜分析儀和聲級記錄器實現了聲信號的聲壓級測量,頻譜分析和聲信號特性的自動記錄;從而可以測量各種不同頻率、不同強度和波形的聲波,擴展了聲學的研究范圍,促進了近代聲學的發展。可以期望,計算技術和大規模集成電路的發展,微計算機和微處理機在聲學工作中的應用,必將促使近代聲學進一步發展。
傳統方法
方法1:一個聲音產生後,並不會立刻傳到你的耳朵,通常要經過一段時間。除非你自己有這種經驗,否則這是很難理解的。例如:如果你參加一個運動會,坐在離鳴槍的人有一段距離的地方,你會先看到槍冒煙,後聽到槍聲。這是因為光行進的速度非常快(約1秒鍾300000公里),而聲音的速度就慢得多(約1秒種340米)。所以你會立刻看到槍冒煙,但聲音要過一會兒之後才會聽到。�
於是早期測量聲音的速度是利用槍來做實驗。幫忙的人要拿著槍在一個量好的距離外,另一個人就拿著馬表站在原點。在看到信號之後,幫忙的人就對空鳴槍。在原點的人一看到槍的火花和煙時,就把馬表按下來;而當他聽到槍聲時,就再按一次馬表讓馬錶停下來。看到火花和聽到槍聲之間的時間,就是聲音行經這一段量好距離所需的時間。就能算出聲音的速度。根據這一原理你不妨在今後的校運動會的時候試驗一下(利用百米賽跑就可以了).
為了測量聲音的速度你需要一個馬表和一個皮尺。量一個500公尺的距離,要盡可能量得准確一點。你和你的同學分別站在兩端;你的同學兩手各拿一塊大石頭(或者鑼、鼓、或者乾脆拍手--拍手的聲音太低如果對方聽不到就不好辦了),你則拿一個馬表。當你大叫「開始」時,你的同學要把石頭舉到頭頂,盡量大聲敲擊。�當你一看到石頭撞在一起,就按下馬表。等到你聽到石頭撞擊的音,就再按一下馬表讓馬錶停下來。時間方面要記錄到十分之一秒。如果能多做幾次實驗,算出時間的平均值是最好的。�你只要用計算機把你和你同學的距離除以時間,就可以算出聲音的速度了。
方法二.
測量聲音的速度還有一種利用迴音來測量的的方法:(
所謂回聲,就是聲音在傳播的過程中碰到高大的障礙物被反射了回來,不是在電視里(當然是誇張)有時看到一個人面對大山大喊一聲,可以聽到三個、四個甚至五個回聲嗎?
哪么我們就可以根據這樣的原理,站在離高牆較遠的地方(事先測出你到高牆的距離)大聲地喊一下,在你喊的同時按下秒錶,當你聽到自己的回聲再按一下秒錶,這樣一來,你的喊聲從你那兒到高牆打了一個來回,你只要把上面說的你跟高牆的距離除以測得的時間的一半,這聲音的速度也就出來了(這里要注意的是因為人能分辨出自己的回聲的時間間隔要超過0.1秒,聲音有傳播速度是340米每秒,所以你與牆的距離,至少不得少於17米才行,而且中間還不能有障礙物)。
利用回聲測聲音速度比較高級和精確的做法是:
利用超聲波遇到物體發生反射,超聲波發生器通過電纜線連與超聲接受器連為一體,接受器能將接收到的超聲波信號進行處理並在電腦屏慕上顯示其波形,超聲波發生器每隔固定時間發射一短促的超聲波信號,而接收到的由於障礙物反射回的超聲波信號經儀器處理後也可在電腦屏上顯示出來(兩個波的形狀一大一小便於區分),每個反射波與相應的發射波之間的滯後的時間可經電腦的處理輸出,即能直接從電腦上讀出一個超聲波發射後遇到障礙物返回來的時間間隔,只要你事先測出超聲波發生器到障礙物之間的距離S,並將S除以往返時間的一半就是聲音在空氣里的傳播速度了。(超聲波在空氣中的傳播速度跟一般人能聽得到的聲波速度是相等的)。
測量聲速最簡單、最有效的方法之一是利用聲速v 、振動頻率f和波長λ之間的基本關系,即實驗時用結構相同的一對(發射器和接收器)超聲壓電陶瓷換能器,來作聲壓與電壓之間的轉換。利用示波器觀察超聲波的振幅和相位,用振幅法和相位法測定波長,由示波器直接讀出頻率f。
(一)諧振頻率
超聲壓電陶瓷換能器是實驗的關鍵部件,每對超聲壓電陶瓷換能器都有其固有的諧振頻率,當換能器系統的工作頻率處於諧振狀態時,發射器發出的超聲波功率最大,是最佳工作狀態。
(二)振幅法
由發射器發出的聲波近似於平面波。經接收器反射後,波將在壓電陶瓷換能器的兩端面間來回反射並且疊加。當兩個換能器之間的距離等於半波長的整數倍時發生共振,產生共振駐波現象,波幅達到極大。由縱波的性質可以證明,振動位移處於波節時,則聲壓是處於波腹。接收器端面近似為一波節,接收到的聲壓最大,經接收器轉換成的電信號也最強。聲壓變化和接收器位置的關系可從實驗中測出,當接收器端面移動到某個共振位置時,示波器上會出現最強的電信號,如果繼續移動接收器,將再次出現最強的電信號,兩次共振位置之間的距離即為1/2λ 。
(三)相位法
波是振動狀態的傳播,也可以說是相位的傳播。沿傳播方向上的任何兩點,其振動狀態相同,或者說其相位差為2π的整數倍時兩點間的距離應等於波長λ的整數倍,利用這個公式可測量波長。由於發射器發出的是近似於平面波的超聲波,當接收器端面垂直於波的傳播方向時,其端面上各點都具有相同的相位。沿傳播方向移動接收器時,總可以找到一個位置使得接收到的信號與發射的信號同相。移過的這段距離必然等於超聲波的波長λ 。為了判斷相位差並且測定波長,可以利用雙蹤示波器直接比較發射的信號和接收的信號,同時沿傳播方向移動接收器尋找同相點。也可以利用利薩如圖形尋找同相時橢圓退化為斜直線的點。