声速测定中声强的综合衰减系数的测定.pdfVIP

第 18 卷 第 1 期 大 　学 　物 　理 　实 　验 　 Vol . 18 No . 1 2005 年 3 月出版 PHYSICAL EXPERIMENT OF COLL EGE Mar . 2005 ( ) 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 :04221 　　　　文献标识码 :A 1 　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 。 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 图 1 　声速测定示意图 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 。 收稿 日期 :2004 - 10 - 14 — 25 — 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 。根据测得数据作 UX 图如图2 所示 ,从图中可见数据点的分布基本符合指数函 数的规律 。用指数函数趋势线拟合 ,各数据点基本上分布在指数衰减曲线上 。据此对所测 各电压值取对数 ,如表 1 中所列 。计算数据列LnU 和数据列 X 的相关系数γ= - 0 . 99477 , ( ) 由此可以基本断定LnU 与 X 是线性相关的 ,作LnUX 图 如图3 所示 ,各数据点的分布基 本为一直线 。 从图2 的指数函数趋势线的方程和图3 的线性拟合方程中都可以得知系统的综合衰 减系数为 - 0 . 0292/ mm 。 4 　结束语 通过以上的讨论 ,可以得到这样的结论 :对于一个声速测定系统声音在传播过程中 , 都有其声强衰减综合系数 。因此在声速测定实验中 ,可根据需要充实实验内容 ,达到更好 的实验教学 目的。 表 1 　接收换能器位置与信号关系 x/ mm U/ V ln U 9 . 712 3 . 6158