潘大昌

摘 要：將DIS數(shù)字信息系統(tǒng)與自制的隔音箱相結(jié)合，以實(shí)驗(yàn)探究的方式，直觀地顯示出噪聲強(qiáng)度與距離、方向角、隔音材料的種類及厚度的關(guān)系，使物理教學(xué)與生活結(jié)合得更密切，為社會(huì)創(chuàng)新教育發(fā)展服務(wù)。

關(guān)鍵詞：噪聲防治；環(huán)境保護(hù)；傳感器

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-6148（2017）5-0054-3

物理學(xué)中把發(fā)聲體做無(wú)規(guī)則振動(dòng)發(fā)出的聲音叫做噪聲。從人的生理學(xué)或環(huán)境保護(hù)角度來(lái)看，凡是干擾人們休息、學(xué)習(xí)和工作的聲音，統(tǒng)稱為噪聲。當(dāng)噪聲對(duì)人及周圍環(huán)境造成不良影響時(shí)，就形成了噪聲污染。如果人長(zhǎng)期生活在高分貝的噪音環(huán)境中，人的聽(tīng)力、視力、心血管系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)均會(huì)受到很大傷害。為了避免噪音對(duì)人們產(chǎn)生危害，通常采用以下幾種控制措施：①使噪聲聲源遠(yuǎn)離需要安靜的地方。因?yàn)槁曇粼趥鞑ブ械哪芰髅芏入S著距離的增加而減小。②改變?cè)肼暤陌l(fā)射方向。因?yàn)殡S著聲音頻率的升高，其傳播的指向性也隨之增強(qiáng)。③建立隔聲屏障，阻擋噪聲的傳播。④應(yīng)用吸聲材料和吸聲結(jié)構(gòu)，將傳播中的噪聲加以吸收。

由于聲音實(shí)際傳播過(guò)程的復(fù)雜性，目前中小學(xué)在學(xué)習(xí)有關(guān)聲學(xué)的內(nèi)容或涉及噪聲控制等相關(guān)話題時(shí)，絕大多數(shù)情況是通過(guò)文本加圖片、視頻的方式展開(kāi)。目前用于噪聲控制和研究的實(shí)驗(yàn)裝置，在中小學(xué)實(shí)驗(yàn)室很少配置。制約了聲學(xué)知識(shí)的學(xué)習(xí)及教育功能的發(fā)揮。本文從“制作要點(diǎn)”“實(shí)驗(yàn)舉例”“技術(shù)試驗(yàn)”3個(gè)方面對(duì)自制“噪聲防治實(shí)驗(yàn)箱”作一描述。

1 噪音防治實(shí)驗(yàn)箱的結(jié)構(gòu)和制作方法

噪音防治實(shí)驗(yàn)箱是一個(gè)能直觀地演示和探究“降噪”方法的實(shí)驗(yàn)裝置。該裝置主要由以下4部分組成：外盒①、內(nèi)盒②、聲傳感器③、探測(cè)窗口④（見(jiàn)圖1）。其中，內(nèi)外盒①②用實(shí)木制成，既有較好的機(jī)械強(qiáng)度，又保證了良好的隔音效果。內(nèi)盒②由高密度消音海綿作為內(nèi)貼面（見(jiàn)圖2）。在內(nèi)外盒①與②之間注入聚氨脂泡沫填縫劑（在裝潢材料市場(chǎng)有售），待泡沫填縫劑充分膨脹，溶劑揮發(fā)基本結(jié)束（一般要2小時(shí)以上），再在盒子中間接入聲音傳感器，一個(gè)簡(jiǎn)單、實(shí)用的“噪聲防治實(shí)驗(yàn)箱”就制作好了。

制作過(guò)程注意以下幾點(diǎn)：1.為方便后續(xù)制作，應(yīng)先將高密度消音海綿貼在內(nèi)盒內(nèi)表面，再用泡沫塊將內(nèi)外盒隔開(kāi)不少于20 cm的距離，然后在夾層間注入聚氨脂泡沫填縫劑；2. 事先準(zhǔn)備一塊有一定彈性的板子，在填縫劑注入后，迅速用板子堵住注入口，以便利用泡沫填縫劑膨脹過(guò)程中產(chǎn)生的擠壓作用，充分填充夾層，這是保證實(shí)驗(yàn)箱良好隔音效果的關(guān)鍵一步；3.連接傳感器的數(shù)據(jù)采集線的布置，要在內(nèi)外盒相對(duì)位置確定后，注入填縫劑之前進(jìn)行，數(shù)據(jù)線的兩頭要用紙包好，防止被填縫劑粘上后影響使用。

2 實(shí)驗(yàn)探究舉例

實(shí)驗(yàn)1 探究聲強(qiáng)與距離的關(guān)系

①調(diào)整實(shí)驗(yàn)箱探測(cè)窗口到聲源的初始距離；

②將實(shí)驗(yàn)箱上聲音傳感器的數(shù)據(jù)線與數(shù)據(jù)采集器、電腦連接好，并進(jìn)行強(qiáng)度校零。

③開(kāi)啟響度穩(wěn)定的模擬噪聲源（如：裝潢師傅常用的電動(dòng)摩光機(jī)、手槍鉆、電動(dòng)車?yán)鹊龋?，使聲源勻速靠近探測(cè)窗口，由DIS系統(tǒng)自動(dòng)記錄數(shù)據(jù)。

④根據(jù)記錄的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，利用Excel插入圖表功能，探究聲強(qiáng)與距離的關(guān)系。

以下是一次在空曠廣場(chǎng)上用電動(dòng)車一邊持續(xù)鳴笛，一邊勻速靠近過(guò)程中，每隔一秒自動(dòng)記錄一次數(shù)據(jù)的測(cè)量結(jié)果（見(jiàn)表1）。

圖3是根據(jù)表1的數(shù)據(jù)由Excel插入圖表功能，作出的聲源靠近時(shí)響度隨時(shí)間的變化情況的圖線。從圖3能直觀地看出，噪音的響度隨著聲源的靠近而增大，但并不是簡(jiǎn)單的線性關(guān)系。

出于篇幅考慮，以下實(shí)例只說(shuō)明其操作方法和主要步驟。

實(shí)驗(yàn)2 探究噪聲傳播的指向性

①在某一位置放上電喇叭，調(diào)整喇叭口的朝向，以喇叭為圓心，不少于3米為半徑確定一個(gè)圓。

②將實(shí)驗(yàn)箱上聲音傳感器的數(shù)據(jù)線與數(shù)據(jù)采集器、電腦連接好，并進(jìn)行強(qiáng)度校零。

③使電喇叭播放某一音級(jí)（事先錄制好），將喇叭舉過(guò)頭頂（以防人體遮擋影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果），原地勻速轉(zhuǎn)動(dòng)一周，同時(shí)由計(jì)算機(jī)自動(dòng)記錄下數(shù)據(jù)或圖線。

④分析數(shù)據(jù)，探究?jī)H在聲源發(fā)聲方向發(fā)生改變時(shí)，噪音響度的變化情況。

⑤使喇叭播放不同頻率的聲音，再按以上②③④的順序?qū)嶒?yàn)，探究聲音傳播指向性與頻率的粗略關(guān)系。

實(shí)驗(yàn)3 探究隔音效果與材料性質(zhì)和厚度的關(guān)系

①將實(shí)驗(yàn)箱上聲音傳感器的數(shù)據(jù)線與數(shù)據(jù)采集器、電腦連接好，并進(jìn)行強(qiáng)度校零。

②保持聲源與探測(cè)窗口距離不變，貼緊探測(cè)窗用同樣厚度的不同材料隔音板擋住窗口，通過(guò)比較計(jì)算機(jī)記錄下的數(shù)據(jù)，探究不同材料隔音性能的好壞；同樣，將同一材料制成不同厚度的隔音板，緊貼探測(cè)窗口，探測(cè)同一材料隔音效果與厚度的關(guān)系。

3 實(shí)驗(yàn)箱的“技術(shù)試驗(yàn)”情況

1.噪音防治實(shí)驗(yàn)箱在探究噪聲強(qiáng)度與距離、方向角、材料種類、材料厚度關(guān)系時(shí)操作簡(jiǎn)單，現(xiàn)象明顯。

2.不足之處：①用該實(shí)驗(yàn)箱研究聲音傳播指向性隨頻率改變時(shí)，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不太明顯；②盒內(nèi)的數(shù)據(jù)線一旦出現(xiàn)接觸不良，更換時(shí)對(duì)盒子有較大的破壞。這些不足需要進(jìn)一步改進(jìn)。

聲學(xué)實(shí)驗(yàn)通常要多人協(xié)作才能順利開(kāi)展，通過(guò)“噪聲防治實(shí)驗(yàn)箱”的制作和一系列實(shí)驗(yàn)探究過(guò)程，能較好地培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作精神。通過(guò)實(shí)驗(yàn)，還能使參與者真切感受到不同種類、不同厚度材料在隔音作用上的差別，為解決生活中的噪音污染問(wèn)題打下一定的知識(shí)、技術(shù)基礎(chǔ)。我們將自制的“噪聲防治實(shí)驗(yàn)箱”多次用于物理教學(xué)、書院社團(tuán)活動(dòng)、學(xué)校生態(tài)文明專題教育活動(dòng)，均收到了良好效果。

參考文獻(xiàn)：

[1]吳禮晨，查漢華，楊海青. 整合DIS與自制教具 優(yōu)化物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)[J].物理教學(xué)探討，2016，34（12）：52-53.

[2]杜功煥，朱哲民，龔秀芬.聲學(xué)基礎(chǔ)（第3版）[M].南京：南京大學(xué)出版社，2012.

（欄目編輯 王柏廬）