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近代聲學(xué)技術(shù)概述第次課第一頁(yè),共四十四頁(yè),編輯于2023年,星期六課程主要內(nèi)容第一章近代聲學(xué)技術(shù)概述(2學(xué)時(shí))第二章電聲學(xué)及其相關(guān)技術(shù)(2學(xué)時(shí))第三章環(huán)境聲學(xué)及其相關(guān)技術(shù)(4學(xué)時(shí))第四章聲學(xué)探測(cè)(6學(xué)時(shí))第五章其他活躍的聲學(xué)分支介紹(2學(xué)時(shí))第二頁(yè),共四十四頁(yè),編輯于2023年,星期六參考文獻(xiàn)《近代聲學(xué)概述》,參閱相關(guān)期刊文獻(xiàn)。《影視錄音電聲學(xué)》林達(dá)悃,中國(guó)廣播電視出版社。《建筑聲學(xué)設(shè)計(jì)原理》吳碩賢中國(guó)建筑出版社《檢測(cè)聲學(xué)原理及應(yīng)用》尚志遠(yuǎn)西北工業(yè)大學(xué)出版社《超聲醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)》陳思平人民軍醫(yī)出版社馬大猷.聲學(xué)手冊(cè).北京:科學(xué)出版社《聲學(xué)學(xué)報(bào)》編輯委員會(huì).聲學(xué)學(xué)報(bào).《聲學(xué)學(xué)報(bào)》編輯部《應(yīng)用聲學(xué)》編輯委員會(huì).應(yīng)用聲學(xué).《應(yīng)用聲學(xué)》編輯部《聲學(xué)技術(shù)》編輯委員會(huì).聲學(xué)技術(shù).《聲學(xué)技術(shù)》編輯部《美國(guó)聲學(xué)雜志》編輯委員會(huì).美國(guó)聲學(xué)雜志.《美國(guó)聲學(xué)雜志》編輯部第三頁(yè),共四十四頁(yè),編輯于2023年,星期六第一講近代聲學(xué)技術(shù)概述人類主要通過光和聲兩種媒介來獲取外部信息。早在16世紀(jì),伽利略就曾對(duì)弦的振動(dòng)和發(fā)生做了詳細(xì)的觀察和研究。1978、1979年科學(xué)家瑞利發(fā)表了“聲學(xué)理論”。1900年Sabin發(fā)表”先進(jìn)建筑聲學(xué)”?!按温暋?、“可聽聲”和“超聲”,根據(jù)人類的感覺對(duì)聲做分類定義的。大象用次聲交流,蝙蝠和海豚有超聲的語(yǔ)言。但近代聲學(xué)的研究和應(yīng)用已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出人們聽覺的限制。覆蓋了及其寬廣的頻率范圍和及其廣闊的領(lǐng)域(0Hz~1014Hz),形成了許多的邊緣學(xué)科。第四頁(yè),共四十四頁(yè),編輯于2023年,星期六第一講近代聲學(xué)技術(shù)概述第一次世界大戰(zhàn)中,探測(cè)水艇的需求刺激了超聲學(xué)和水聲學(xué)的發(fā)展。P.Langevin從1916年起研究產(chǎn)生和運(yùn)用水下超聲。1920年,貝爾實(shí)驗(yàn)室開始開發(fā)現(xiàn)代電話通訊和心理聲學(xué)的研究。1940年起,聲學(xué)進(jìn)入了醫(yī)學(xué)界和化學(xué)界,超聲透熱療法和超聲加速化學(xué)反應(yīng)的嘗試。在工業(yè)中也出現(xiàn)了早期的無損檢測(cè)儀器。二次大戰(zhàn)中,提出了在極強(qiáng)噪聲環(huán)境下(如坦克)的可靠語(yǔ)言交流的需要,大大促進(jìn)了聲學(xué)的發(fā)展。第五頁(yè),共四十四頁(yè),編輯于2023年,星期六第一講近代聲學(xué)技術(shù)概述經(jīng)典聲學(xué)的理論很早被提出來,但到二十世紀(jì)后期,伴隨著微電子科學(xué)技術(shù)、特別是半導(dǎo)體集成電路得發(fā)明,計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)和其它學(xué)科的發(fā)展和進(jìn)步,聲學(xué)取得了巨大的飛速的發(fā)展。近代聲學(xué)是在聲學(xué)工作中應(yīng)用電子技術(shù)而發(fā)展起來的,實(shí)驗(yàn)條件的基礎(chǔ)是電聲測(cè)量技術(shù).第六頁(yè),共四十四頁(yè),編輯于2023年,星期六(一)近代聲學(xué)特點(diǎn)及主要研究?jī)?nèi)容聲學(xué)是一門研究聲音的發(fā)生、傳播、接收以及聲波與物質(zhì)相互作用的科學(xué)。聲學(xué)是一門滲透性很強(qiáng)的學(xué)科。聲學(xué)已經(jīng)成為近代物理科學(xué)中非?;钴S的一個(gè)分支學(xué)科。近代聲學(xué)有很寬闊的頻率范圍和媒質(zhì)類別,分支既多,范疇又廣,用其所長(zhǎng),舍其所短,就能充分利用聲波來達(dá)到各種不同目的。第七頁(yè),共四十四頁(yè),編輯于2023年,星期六(一)近代聲學(xué)特點(diǎn)及主要研究?jī)?nèi)容按照研究的對(duì)象和內(nèi)容,近代聲學(xué)有許多分支。主要有:物理聲學(xué)、線性聲學(xué)、非線性聲學(xué)、語(yǔ)言聲學(xué)、音樂聲學(xué)、水聲學(xué)、超聲學(xué)、量子聲學(xué)、環(huán)境聲學(xué)、建筑聲學(xué)、生理聲學(xué)、心理聲學(xué)、生物聲學(xué)、計(jì)量聲學(xué)、電聲學(xué)、超聲電子學(xué)、超聲醫(yī)學(xué)、聲測(cè)量和儀器、聲信號(hào)處理等等。第八頁(yè),共四十四頁(yè),編輯于2023年,星期六聲學(xué)分支和它們與科學(xué)技術(shù)及文化藝術(shù)的關(guān)系中心圓內(nèi)是近代聲學(xué)的基礎(chǔ);內(nèi)環(huán)聲學(xué)的各個(gè)分支學(xué)科;外環(huán)中扇形面積是各分支學(xué)科的應(yīng)用范圍;最外面是分屬五大類學(xué)科.第九頁(yè),共四十四頁(yè),編輯于2023年,星期六第一講近代聲學(xué)概述近代聲學(xué)特點(diǎn)及主要研究?jī)?nèi)容近代聲學(xué)的主要應(yīng)用技術(shù)第十頁(yè),共四十四頁(yè),編輯于2023年,星期六(一)近代聲學(xué)特點(diǎn)及主要研究?jī)?nèi)容聲學(xué)作為物理學(xué)基礎(chǔ)學(xué)科的研究聲作為信息載體的研究聲作為能量載體的研究聲作為信號(hào)處理載體的研究聲作為人類聽覺載體的研究超聲診斷和治療聲換能器和聲信號(hào)處理第十一頁(yè),共四十四頁(yè),編輯于2023年,星期六(一)近代聲學(xué)特點(diǎn)及主要研究?jī)?nèi)容(1)聲學(xué)作為物理學(xué)基礎(chǔ)學(xué)科的研究聲學(xué)基本問題是振動(dòng)和聲的基本特性和各種效應(yīng)。對(duì)于聲的輻射、傳播和散射問題,擴(kuò)展到對(duì)脈沖波、對(duì)一些復(fù)雜形狀的發(fā)聲體和散射體做研究。聲學(xué)基本量的測(cè)量、特別是精確測(cè)量一般來說是很難進(jìn)行的。聲與物質(zhì)的相互作用研究是很重要的方面,具有顯著的交叉性。聲光效應(yīng)、聲致發(fā)光,熱聲效應(yīng)等。第十二頁(yè),共四十四頁(yè),編輯于2023年,星期六(一)近代聲學(xué)特點(diǎn)及主要研究?jī)?nèi)容(2)聲作為信息載體的研究聲是機(jī)械波。聲能夠成為信號(hào),作為信息的載體,用于通訊、測(cè)量、檢測(cè)、聲波地質(zhì)勘探和控制等。電話語(yǔ)言通信研究、自動(dòng)識(shí)別的直接應(yīng)用是聲控開關(guān)。目標(biāo)的定位、測(cè)距、識(shí)別等,以及傳聲介質(zhì)聲學(xué)特性的測(cè)量,是超聲學(xué)、水聲學(xué)、大氣聲學(xué)、超聲醫(yī)學(xué)、聲波地質(zhì)勘探等共同關(guān)心的問題,但媒質(zhì)、指標(biāo)、先驗(yàn)知識(shí)的差別導(dǎo)致面臨的問題是不同。第十三頁(yè),共四十四頁(yè),編輯于2023年,星期六(一)近代聲學(xué)特點(diǎn)及主要研究?jī)?nèi)容(3)聲作為能量載體的研究作為波動(dòng),聲本身攜帶和傳遞能量。次聲的能量能夠引起人或生物的不適,高聲強(qiáng)的可聽聲或超聲環(huán)境中的老鼠和魚類會(huì)很快死亡聲能能夠改變物質(zhì)的結(jié)構(gòu)、狀態(tài)、功能、或加速這些改變的過程。產(chǎn)生極端物理環(huán)境,如高溫高壓高電場(chǎng),液體中“聲空化效應(yīng)”是功率超聲的主要作用機(jī)理。第十四頁(yè),共四十四頁(yè),編輯于2023年,星期六(一)近代聲學(xué)特點(diǎn)及主要研究?jī)?nèi)容(4)聲作為信號(hào)處理載體的研究聲作為信號(hào)處理載體的原理基于聲與電磁波、聲與光、聲與其它物質(zhì)等的相互作用。首先將電磁波信號(hào)轉(zhuǎn)換成聲信號(hào),聲信號(hào)經(jīng)過處理后再轉(zhuǎn)換成電信號(hào),這種將聲作為信號(hào)處理載體的思想是很巧妙的,并且有獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)的。利用聲波處理電磁波信號(hào)的器件體積可以小15個(gè)數(shù)量級(jí)。電視機(jī)中的彩色解碼器,手機(jī)中的聲表面波器件。第十五頁(yè),共四十四頁(yè),編輯于2023年,星期六(一)近代聲學(xué)特點(diǎn)及主要研究?jī)?nèi)容(5)聲作為人類聽覺載體的研究工作和生活的聲學(xué)環(huán)境是環(huán)境保護(hù)的重要方面。噪聲控制成為重要的研究?jī)?nèi)容。對(duì)聲的心理學(xué)、物理學(xué)意義上的研究始終是重點(diǎn)課題?;谖⒋┛装謇碚摰男】紫暺髟谑覂?nèi)和隧道內(nèi)得到成功應(yīng)用。

第十六頁(yè),共四十四頁(yè),編輯于2023年,星期六(一)近代聲學(xué)特點(diǎn)及主要研究?jī)?nèi)容(6)聲換能器和聲信號(hào)處理幾乎所有的聲學(xué)分支都與換能器有關(guān),也都涉及到信號(hào)處理。換能器是聲學(xué)和聲學(xué)技術(shù)中最基本最重要的器件。壓電換能器、復(fù)合材料換能器、PVDF薄膜換能器、電磁換能器等。第十七頁(yè),共四十四頁(yè),編輯于2023年,星期六(二)近代聲學(xué)的主要應(yīng)用技術(shù)(1)超聲在工業(yè)上的應(yīng)用

a.大功率超聲的工業(yè)應(yīng)用利用大功率超聲波作用于物質(zhì),可改變物質(zhì)的性質(zhì)和狀態(tài),如空化現(xiàn)象。實(shí)現(xiàn)清洗、乳化、脫氣以及使固體粒子懸浮、或使高分子分解和聚合,促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)等;在固體中發(fā)射大功率超聲,可用于粉碎、研磨、切割、加工和焊接等等。利用固體中超聲波的特殊波形,研制成超聲馬達(dá),具有體積小、響應(yīng)快、精度高和無電磁感應(yīng)等特殊性能,適用于傳真機(jī)、打印機(jī)等現(xiàn)代化辦公設(shè)備中傳送紙張。第十八頁(yè),共四十四頁(yè),編輯于2023年,星期六超聲清洗機(jī)適用范圍:電子零件、電鍍、五金、鐘表、機(jī)械、表帶、工具、光學(xué)鏡片、珠寶首飾、鏡片、眼鏡架、半導(dǎo)體硅片、噴絲板過濾芯及玻璃器皿等的清洗。第十九頁(yè),共四十四頁(yè),編輯于2023年,星期六超聲脫氣清洗機(jī)用于液相色譜、農(nóng)殘留檢測(cè)儀的配套,實(shí)驗(yàn)儀器玻璃器皿的清洗、分析前的脫氣、藥物的分散,加速化學(xué)反應(yīng)等。第二十頁(yè),共四十四頁(yè),編輯于2023年,星期六清華研制出世界上最小的超聲馬達(dá)。

利用直徑1毫米的超聲馬達(dá)制造出來的血管機(jī)器人,在直徑為3~4毫米的血管里,將活動(dòng)得更加靈活,使血栓類疾病的治療變得更加簡(jiǎn)單。這種小馬達(dá)也可以用在胃鏡中,制成體積更小的攝像頭。將其用在國(guó)防上,則可以生產(chǎn)出更小的微型飛機(jī),更方便、更隱蔽地收集信息,而不必?fù)?dān)心被對(duì)方識(shí)別。

日前,清華大學(xué)物理系聲學(xué)研究室研制出了直徑為1毫米的超聲馬達(dá),并在中國(guó)“超聲電機(jī)項(xiàng)目產(chǎn)業(yè)化論壇”上得到眾多專家的認(rèn)可。專家們認(rèn)為,這種直徑1毫米的彎曲旋轉(zhuǎn)馬達(dá)樣機(jī),是目前國(guó)際上直徑最小的超聲馬達(dá)。第二十一頁(yè),共四十四頁(yè),編輯于2023年,星期六(二)近代聲學(xué)的主要應(yīng)用技術(shù)(1)超聲在工業(yè)上的應(yīng)用

b.超聲檢側(cè)和無損評(píng)價(jià)超聲無損評(píng)價(jià)(或超聲檢測(cè))與電磁波、X光及粒子探測(cè)技術(shù)并列為探索物質(zhì)的四大技術(shù)。物質(zhì)內(nèi)部的不均勻性如,氣泡、裂痕、夾雜、疏松、位錯(cuò)或脫粘等缺陷。引起超聲波不同的反射信號(hào)。測(cè)量流體的流速、流量、厚度、粘度、應(yīng)力、溫度及液位等。聲波在材料中的傳播時(shí)間;聲速隨應(yīng)力和溫度而改變等。第二十二頁(yè),共四十四頁(yè),編輯于2023年,星期六超聲探傷儀適用于金屬和部分非金屬材料的無損檢測(cè),尤其適用于流動(dòng)性大的野外或高空作業(yè)探傷,可作為無損檢測(cè)人員資格考核用標(biāo)準(zhǔn)化儀器。第二十三頁(yè),共四十四頁(yè),編輯于2023年,星期六數(shù)字超聲探傷儀最高采樣速率240MHz,測(cè)量分辨率0.1mm,最小顯示范圍5mm工作頻率范圍分1~5,0.5~15MHz兩檔,分別突顯高靈敏度和寬頻帶的優(yōu)點(diǎn)界面波跟蹤功能,通過A、B閘門間的邏輯關(guān)系,容易實(shí)現(xiàn)水浸法探傷或精確測(cè)厚第二十四頁(yè),共四十四頁(yè),編輯于2023年,星期六超聲波細(xì)胞粉碎機(jī)利用強(qiáng)超聲在液體中產(chǎn)生空化效應(yīng),對(duì)物質(zhì)進(jìn)行超聲處理,能用于多種動(dòng)植物細(xì)胞、病毒細(xì)胞的破碎,同時(shí)可用來乳化、分離、勻化、提取、消泡、清洗及加速化學(xué)反應(yīng)等等。被廣泛應(yīng)用于生物化學(xué)、微生物學(xué)、藥物化學(xué)、表面化學(xué)、物理學(xué)、動(dòng)物學(xué)等領(lǐng)域。第二十五頁(yè),共四十四頁(yè),編輯于2023年,星期六智能超聲波流量計(jì)是利用超聲波穿過流動(dòng)的流體時(shí),沿著順流方向和逆流方向的傳播速度不同,而產(chǎn)生時(shí)間差的原理,設(shè)計(jì)制造出來的。廣泛的應(yīng)用于管網(wǎng)給排水、電廠鍋爐給水、食品加工清洗用水、紙廠用水、地?zé)崛∷⒌叵氯∷约盎S腐蝕性高粘度的化學(xué)液體的計(jì)量。第二十六頁(yè),共四十四頁(yè),編輯于2023年,星期六(二)近代聲學(xué)的主要應(yīng)用技術(shù)(2)光聲學(xué)與激光超聲光聲效應(yīng):當(dāng)強(qiáng)度調(diào)制的激光束照射于物質(zhì)(包括氣體、液體和固體)時(shí),物質(zhì)吸收光能而產(chǎn)生熱,周期性熱流使周圍的介質(zhì)熱脹冷縮而激發(fā)聲波,這種將光能轉(zhuǎn)化為聲能的現(xiàn)象稱為—。與紅外照相(熱像)技術(shù)相結(jié)合發(fā)展的熱脈沖回波成像技術(shù),適合于對(duì)航空、航天飛機(jī)、輸氣、輸油管道等大型機(jī)件的非接觸式大面積的無損檢測(cè)。第二十七頁(yè),共四十四頁(yè),編輯于2023年,星期六(二)近代聲學(xué)的主要應(yīng)用技術(shù)(3)聲電子技術(shù)聲表面波器件可對(duì)信號(hào)完成傳遞、延遲、濾波、展寬、壓縮、移頻、調(diào)制、解調(diào)、開關(guān)、放大、編碼、解碼、卷積相關(guān)、報(bào)譜分析、富氏變換及其他數(shù)學(xué)變換等信號(hào)處理功能。聲表面波器件廣泛應(yīng)用于通訊、雷達(dá)、電子對(duì)抗、電視廣播、光電子學(xué)以及傳感控制等領(lǐng)城。目前主要是幾十兆赫至幾百兆赫頻段。第二十八頁(yè),共四十四頁(yè),編輯于2023年,星期六(二)近代聲學(xué)的主要應(yīng)用技術(shù)(4)生物醫(yī)學(xué)超聲超聲與X光、核磁共振成為醫(yī)學(xué)三大診斷手段超聲診斷在醫(yī)院中已普遍推廣,許多疾病都可由超聲診斷儀(如A型掃描儀,B型超聲斷面顯像儀,多普勒血流圖等等)早期發(fā)現(xiàn)。超聲治療:利用超聲的熱效應(yīng)、振動(dòng)效應(yīng)以及由強(qiáng)振動(dòng)引起的空化效應(yīng)。超聲外科手術(shù):超聲手術(shù)刀代替通常的手術(shù)刀,切除人體病變組織。第二十九頁(yè),共四十四頁(yè),編輯于2023年,星期六B超診斷儀掃描聲成像是通過掃描從不同位置“照明”物體和接收含有物體信息的聲信號(hào),經(jīng)過相應(yīng)的適當(dāng)處理,獲得物體聲像,并在熒光屏上顯示以獲得可見圖像。第三十頁(yè),共四十四頁(yè),編輯于2023年,星期六超聲治療原理:

★可調(diào)超聲能量穿透至病變部位并聚積,由表及里,從里到外的治療,精確定位,表皮無損傷;

★病變組織在超聲波的熱效應(yīng)、機(jī)械效應(yīng)、空化效應(yīng)作用下發(fā)生可逆改變的細(xì)胞在微循環(huán)改善恢復(fù)功能

第三十一頁(yè),共四十四頁(yè),編輯于2023年,星期六TXD-I型腫瘤低頻超聲輻射微波治療儀,應(yīng)用于臨床,治療惡性腫瘤取得了可喜的療效,為癌癥二、三期患者遏制惡性腫瘤生長(zhǎng)和繼續(xù)擴(kuò)散,提供了有效的治療方法。第三十二頁(yè),共四十四頁(yè),編輯于2023年,星期六該儀器應(yīng)用超聲波的“切割效應(yīng)”及“空化效應(yīng)”將白內(nèi)障晶體破碎乳化后吸出眼外,植入人工晶體,以恢復(fù)視力。超聲乳化術(shù)是目前世界上最先進(jìn)的白內(nèi)障手術(shù)。美國(guó)ALCON超聲乳化系統(tǒng)(珠峰20000系列)。世界第一流的超聲乳化系統(tǒng)。第三十三頁(yè),共四十四頁(yè),編輯于2023年,星期六(二)近代聲學(xué)的主要應(yīng)用技術(shù)(5)聲化學(xué)和聲空化利用超聲來加速化學(xué)反應(yīng),增加反應(yīng)產(chǎn)率和引發(fā)新的化學(xué)反應(yīng)等。聲化學(xué)技術(shù)在生產(chǎn)上可望首先為合成塑料、洗滌劑、制劑和化肥等化工工業(yè)方面帶來重大變革,因此受到化工生產(chǎn)行業(yè)的極大關(guān)注。第三十四頁(yè),共四十四頁(yè),編輯于2023年,星期六超聲釀酒機(jī)超聲波萃取、陳化與醇化超聲波萃取技術(shù)主要用在制藥、食品、生物工程等領(lǐng)域,而超聲波釀酒醇化儀主要是應(yīng)用在釀酒與香水制造業(yè)。將超聲波作用于發(fā)酵液,可增加細(xì)胞膜的透性和選擇性,促進(jìn)酶的分泌,增強(qiáng)細(xì)胞的代謝過程,從而縮短發(fā)酵時(shí)間,改善生物反應(yīng)條件,提高生產(chǎn)效率。第三十五頁(yè),共四十四頁(yè),編輯于2023年,星期六(二)近代聲學(xué)的主要應(yīng)用技術(shù)(6)語(yǔ)言信息處理a.語(yǔ)言識(shí)別:旅行信息查詢、飛機(jī)訂票、城市查勘以及辦公室管理等特殊應(yīng)用場(chǎng)合的語(yǔ)言識(shí)別和語(yǔ)言理解系統(tǒng)都取得了較好的效果b.語(yǔ)言合成:為殘疾人提供朗讀或助講等等。第三十六頁(yè),共四十四頁(yè),編輯于2023年,星期六(二)近代聲學(xué)的主要應(yīng)用技術(shù)(7)水聲信號(hào)處理技術(shù)聲波是唯一能在海水中有效地進(jìn)行遠(yuǎn)距離信息傳遞的載體。所有的水下探測(cè)、通訊、導(dǎo)航、遙控等活動(dòng)都離不開聲學(xué)。聲信號(hào)的處理和分析經(jīng)常借鑒其他學(xué)科中的方法和技術(shù)是較早應(yīng)用數(shù)字技術(shù)的學(xué)科,如FFT(快速傅里葉變換),短時(shí)傅里葉變換及時(shí)頻分析、數(shù)字濾波技術(shù)、小波變換等。第三十七頁(yè),共四十四頁(yè),編輯于2023年,星期六(二)近代聲學(xué)的主要應(yīng)用技術(shù)(8)環(huán)境聲學(xué)環(huán)境科學(xué)是當(dāng)前研究的前沿?zé)狳c(diǎn)之一,其中環(huán)境聲學(xué)由于人類生存條件的變化,引起了很大的重視。為了改善廳堂內(nèi)音質(zhì)及隔絕室外噪聲,對(duì)吸聲材料和隔聲材料進(jìn)行了理論和實(shí)驗(yàn)研究。噪聲控制,一般采取隔絕的方式,近年來則發(fā)展有源消噪和減振的方式,即人為地有目的地產(chǎn)生次級(jí)聲振動(dòng)信號(hào)去抵消原有噪聲,從而達(dá)到消噪和除噪的目的。如,耳鳴干擾器、掩蔽聲等。第三十八頁(yè),共四十四頁(yè),編輯于2023年,星期六小孔消聲器是控制空氣動(dòng)力性噪聲往外傳播的有效設(shè)備,在內(nèi)部作聲學(xué)處理后,可以大大降低噪音的產(chǎn)生和傳播,且不影響氣流通過。安裝消聲器后,設(shè)備消聲量應(yīng)達(dá)到20-40dB(A),主觀感覺響度相應(yīng)降低50-90%的效果第三十九頁(yè),共四十四頁(yè),編輯于2023年,星期六槍的聲音主要來自子彈出堂,空氣沖出槍口是巨大的壓

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