聲波衰減系數(shù)的測(cè)定實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目名稱(chēng)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)?zāi)康臏y(cè)出聲波在空氣中聲強(qiáng)衰減系數(shù)。實(shí)驗(yàn)原理1. 聲強(qiáng)與聲壓之間的關(guān)系聲波在介質(zhì)傳播過(guò)程中，其能量隨著傳播距離的增加而逐漸減弱的現(xiàn)象稱(chēng)為 聲波的衰減。聲功率是指聲源在單位時(shí)間內(nèi)輻射的總聲能量，常用W表示，單位為瓦。聲功率是表示聲源特性的一個(gè)物理量， 聲功率越大，表示聲源單位時(shí)間 內(nèi)發(fā)射的聲能量越大，引起的噪聲越強(qiáng)。聲強(qiáng)是指在聲場(chǎng)中垂直于聲波傳播方向 上，單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)單位面積的聲能，常以 I表示，單位為瓦/平方米。聲波在 媒介中傳播時(shí)，聲強(qiáng)衰減如下式所示：Id Ioe d式中Io表示入射初始聲強(qiáng)，I d為深入媒質(zhì)d距離處的聲強(qiáng)，為衰減系數(shù)。目前，在聲學(xué)測(cè)量中，聲強(qiáng)和聲

2、功率通常不易直接測(cè)量， 往往要根據(jù)測(cè)出的 聲壓通過(guò)換算來(lái)求得，故常用聲壓來(lái)衡量聲音的強(qiáng)弱。聲波在大氣中傳播時(shí)，引 起空氣質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)，從而使空氣密度發(fā)生變化。在聲波所達(dá)到的各點(diǎn)上，氣壓時(shí) 而比無(wú)聲時(shí)的壓強(qiáng)高，時(shí)而比無(wú)聲時(shí)的壓強(qiáng)低，某一瞬間介質(zhì)中的壓強(qiáng)相對(duì)于無(wú) 聲波時(shí)壓強(qiáng)的改變量稱(chēng)為聲壓，記為 P，單位是帕斯卡。在自由聲場(chǎng)中，聲波傳 播方向上某點(diǎn)聲強(qiáng)I與聲壓P、媒介特性阻抗Z存在如下關(guān)系：I P22Z2.聲壓與電壓關(guān)系S kE，比例系數(shù)g、超聲換能器的核心部件是壓電陶瓷片。壓電陶瓷片是用多晶體結(jié)構(gòu)的壓電材 料（如鈦酸鋇），在一定的溫度下經(jīng)極化處理制成的。 它具有壓電效應(yīng)。在簡(jiǎn)單情 況下，壓電材料受

3、到與極化方向一致的應(yīng)力 F時(shí)，在極化方向上產(chǎn)生一定的電場(chǎng) 強(qiáng)度E。它們之間有一簡(jiǎn)單的線(xiàn)性關(guān)系 E gF。反之，當(dāng)在壓電材料的極化方 向上加電場(chǎng)E時(shí)，材料的伸縮形變S與電場(chǎng)E也有線(xiàn)性關(guān)系k稱(chēng)為壓電常數(shù)，它與材料性質(zhì)有關(guān)。能將正弦交流信號(hào)變反過(guò)來(lái)，也可以使聲由于E和F、S和E之間具有簡(jiǎn)單的線(xiàn)性關(guān)系，因此, 成壓電材料縱向長(zhǎng)度的伸縮，使壓電陶瓷成為聲波的波源。方向性強(qiáng)，基本上是一個(gè)平面波，這對(duì)于壓變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷旱淖兓从脡弘娞沾善鳛槁曨l信號(hào)的接收器。 壓電陶瓷超 聲換能器產(chǎn)生的超聲波頻率比較單純， 提高測(cè)量的精密度是有利的。P kU3.衰減系數(shù)的確定由聲強(qiáng)與聲壓的關(guān)系：I fl2Z在聲波傳播時(shí)，

4、聲強(qiáng)衰減如下式所示：Id loe d聲壓與電壓關(guān)系kUU2dUo2e d對(duì)其兩邊取對(duì)數(shù)則有:2l nUd2lnU0式中為 為衰減系數(shù)，可看出電壓對(duì)數(shù)的兩倍2lnU d與衰減系數(shù) 成線(xiàn)性關(guān)系。若測(cè)得n組電壓數(shù)值，作如上處理。（1）式求得斜率即求得衰減系數(shù)四. 實(shí)驗(yàn)儀器聲速測(cè)定儀、數(shù)字示波器、函數(shù)信號(hào)發(fā)生器、信號(hào)連接線(xiàn)。五. 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟1. 調(diào)節(jié)信號(hào)源，示波器至最佳狀態(tài)信號(hào)源頻率處于換能器共振頻率附近， 示波器顯示信號(hào)波形大小合適，位 置居中。2. 將接收換能器從相距發(fā)射器 20mm左右開(kāi)始往后移動(dòng)，連續(xù)捕捉極大電壓 峰值，并記下各自相應(yīng)的峰峰電壓值和接收換能器位置。六. 數(shù)據(jù)記錄及處理（包括

5、數(shù)據(jù)表格、數(shù)據(jù)計(jì)算、畫(huà)圖等）次數(shù)峰值距峰值電2l nu次數(shù)峰值距離（mm峰值電2l nu離（mm壓（V）壓（V）125.00660.08.18914144.22810.44.684233.67645.67.64015153.3549.64.524342.88437.67.25416171.5388.84.350452.13229.66.77617180.7448.04.159561.19422.46.21818190.0627.64.056670.47818.65.84619200.0247.03.892779.81415.25.44320209.1806.43.713888.80616.05

6、.54521218.2206.03.584998.10414.45.33422229.1665.63.44610107.33213.25.16023238.0445.23.29711116.34212.45.03524249.1264.83.13712125.38012.04.97025258.0244.53.00813135.08611.24.832由上表中數(shù)據(jù)繪出2LnU-d圖,如下圖所示。2lnUd關(guān)系圖501009&75431匚0200251>150300由上圖可以看出,2LnU-d基本上顯示線(xiàn)性關(guān)系,符合公式（1）。經(jīng) Excel斜率即聲強(qiáng)的衰減系數(shù)線(xiàn)性擬合計(jì)算,其相關(guān)系數(shù)R2 = 0.92725,=-0.01884dB/mm。七. 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析與小結(jié)1. 根據(jù)實(shí)驗(yàn)做出的散點(diǎn)圖，發(fā)現(xiàn)圖像的中間部分?jǐn)M合效果最好，因此在試 驗(yàn)選擇起始位置時(shí)不能太靠前也不能太靠后。2. 在測(cè)量過(guò)程時(shí)，可能出現(xiàn)隨著距離的增