西北工业大学声学原理与技术作业集.docx
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西北工业大学声学原理与技术作业集
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1.质点振动学
一、判断题
1.振动体系的固有频率与外力无关。
()
2.无阻尼自由振动的频率为系统固有频率。
()
3.稳态振动的振幅由初始条件决定。
()
4.自由振动的振幅由初始条件决定。
()
5.阻尼振动的频率等于系统固有频率。
()
6.一传声器工作时,其输出信号与音膜振动速度成正比,为了使接收到的声音信号不失真,则传声器的工作频率应选择弹性控制区。
()
二、填空题
1.声波按频率可分为_________________________________________________,人耳可听见的频率范围是:
______________________。
2.一传声器的等效质量为m,等效弹性系数为K,则其固有振动角频率为ω0=___________。
现有一单频声波(角频率为Ω)入射到该传声器上,则这时传声器的振动角频率为_______________。
3.一质点自由振动系统的振动频率为ω,其位移振幅为A,则其加速度振幅为____________。
4.一质点振动系统的力学阻抗为
,发生共振时,力学阻抗为_______。
三、问答题
1.稳态振动速度与外力的关系是什么?
2.振动系统和电路系统有哪些类似性?
四、应用题
1.垂直悬挂的弹簧振子,静止时弹簧伸长量为l0,求固有频率ω0
2.换能器振动端的位移振幅为1μm,频率为1000Hz,求其速度振幅和加速度振幅。
3.质量为1kg的物体A挂在质量可忽略的弹簧上,当再加上0.2kg的物体B时,弹簧又伸长0.02m,现在把物体B突然撤去,就引起A的振动。
已知A物体振动的位移幅值每过1秒衰减为原来的
,求A的位移随时间变化的表达式(重力加速度取10m/s2)。
4.有一质点振动系统,固有频率为50Hz,如果外力频率为300Hz,求系统的弹性抗与质量抗之比。
5.求解无阻尼受迫振动问题,并讨论其共振情况。
6.画出下列振动系统的类比线路,并求出刚体速度的表达式。
(1)
(2)
成绩:
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年月日
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2.弹性体振动学
一、选择题
1.下图所示的弦的振动模式中,弦的长度l与振动波长λ的关系是:
()
A.
;B.
;
C.
;D.
.
二、问答题
1.弹性体振动的固有频率和质点振动的固有频率有何异同?
2.两端固定的弦(棒)的长度与振动波长的关系是什么?
波腹、波节位置如何?
三、应用题
1.习题:
求一端固定另一端自由的棒的纵振动的简谐频率,并画出前三个振动模式的振幅分布图。
成绩:
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年月日
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3.理想流体中声波的传播
一、判断题
1.介质的特性参量包括:
波数k,声速c,特性阻抗ρ0c和密度ρ0.()
2.平面行波的声强处处相等。
()
3.平面行波的声压与振速同位相。
()
4.平面驻波的声强为0.()
5.平面驻波的声压与振速同位相.()
二、填空题
1.空气中的声速是________________,水中的声速是__________________。
2.空气中传播的一束声波的声压级为SPL=100dB,则其声强级SIL=_________,声压幅值为p0=________Pa.
3.密度为ρ、声速为c的介质的特性阻抗是:
________________,当一束平面声波沿
方向传播时其声阻抗率为:
__________________。
4.当一束平面声波从介质I(密度为ρ1,声速为c1)垂直入射到介质II(密度为ρ2,声速为c2)中时,声压反射系数为:
________________。
5.球面行波的声压表达式是:
________________。
三、问答题
1.声压的定义是什么?
2.理想流体介质中三个基本方程是什么?
其意义是什么?
3.线性声波动方程的表达式是什么?
4.速度势与声压、振速的关系是什么?
5.什么是声阻抗率?
什么是介质特性阻抗?
二者有何区别?
6.平面行波的一般形式是什么?
谐波形式是什么?
7.平面驻波的形式是什么?
8.声学边界条件是什么?
9.如何进行中间层匹配透声?
10.如何获得唯一的一维平面波?
四、应用题
1.已知某空间中声场的速度势表达式为:
,
且
求:
(1)声场的速度表达式和声压表达式;
(2)证明该声波是平面波。
2.求沿-x方向传播的简谐平面波的声阻抗率。
3.证明任意波形的平面行波的声阻抗率为
或
.
4.120dB的平面声波在空气中和水中的峰值声压分别是多少?
5.已知一维平面驻波的声压表达式为:
,已知介质的特性阻抗为ρc,试求平面驻波的声阻抗率
和声强I。
6.一束声波垂直入射到空气和未知介质界面上,如果一半能量的声波被反射,求未知介质的特性阻抗。
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年月日
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4.声波的辐射
一、选择题
1.下面哪一个是无限大障板上平面活塞辐射的指向性图案:
()
二、填空题
1.一声源的辐射阻抗为
,辐射角频率为ω,则其同振质量为:
_____________。
2.一扬声器的振膜可视为质点振动系统,其等效质量为m,等效弹性系数为K,则其固有振动角频率为ω0=___________.如果该扬声器以角频率ω工作时的声辐射阻抗
不可忽略,则这时振膜的固有角频率为ω0=______________.
2.一强度为Q的点声源,当向无界空间辐射时,辐射声场的速度势Φ可以表达为:
________________;如果将该点声源镶嵌在无限大平面障板上,则辐射声场的速度势Φ可以表达为:
________________。
三、问答题
1.声辐射阻抗的定义?
2.细管中平面活塞的声辐射阻抗是多少?
四、应用题
1.求半径为a的脉动球源的声辐射阻抗,并讨论其高频和低频近似表达式。
已知球源脉动角频率为ω,媒质声阻抗率为ρc.
2.如图,弹性系数为K的弹簧左端固定,右端连接一质量为m的活塞,活塞在外力
作用下在无限长矩形管中振动。
活塞和矩形管的横截面都是边长为a的正方形,活塞和管壁的摩擦力忽略不计。
管中充有理想流体,其密度和声速分别为ρ和c。
取水平向右方向为x方向,原点O取活塞的平衡位置。
(1)ω满足什么条件时,矩形管中只有唯一的一维平面波存在?
(2)求活塞的声辐射阻抗Zr。
(3)求活塞振动的力学阻抗Zm。
(4)求活塞振动速度v。
(5)活塞共振时矩形管中声场的声压表达式。
成绩:
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年月日
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5.声波的散射和接收
一、判断题
1.接收面上声压等于被测点的声压。
()
2.接收面的方向不影响测量结果。
()
3.接收声压可能与接收面的方向有关。
()
4.接收面上声压与被测声波频率无关。
()
二、问答题
1.接收面上的实际声压与信号声压的关系是什么?
2.为了避免接收失真,对接收器尺寸有何要求?
3.声波接收的基本原理有哪些?
其指向性有何特点?
成绩:
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年月日
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6.声波的吸收
一、问答题
1.声波在传播过程中衰减的原因有哪些?
2.介质对声波的吸收机制有哪些?
3.经典吸收理论中,吸收系数与频率的关系如何?
成绩:
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年月日
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7.超声技术概要
一、问答题
1.超声波的特点有哪些?
2.超声换能器有哪些类型?
3.举几个超声应用的例子。
成绩:
批阅教师:
年月日