模拟声波干涉.PDF

臺灣二 OO 四年國際科學展覽會 科 別：物理科 作品名稱：模擬聲波干涉 學 校：臺北市立麗山高級中學 作 者：戚禎庭 作 者 簡 介 我的名字是戚禎庭。由於父親的關系，從小就被灌輸一個關念，找有意義， 自已有興趣的事情去做，學業上要博覽，但不必專精，只要課業有一定的水準 就可以了。所以回到家後，有非常多自已的時間，可以仔細的研究或改造我覺 得好玩、有趣的東西，或思考一些日常理所當然卻又不知道為什麼的東西，有 想到好玩的就常跟同學分享，可是卻常被罵怪，沒事想這麼多做什麼? 進入麗 山高中後，生活越來越剌激，好玩的事情一件一件的來，每次學業都被壓在考 試前的最後一周讀完，但也養成了我在須要時，能夠極度的專心的能力。 摘要 在高中光學裡，介紹了許多有關光波之特性，而聲波與光波皆具有波動性，因 此聲波應具有如干涉、反射、聚焦等特性，但在物理課本上並未詳加敘述，所以我 們開始了本項的研究，希望可以籍由改變聲源及邊界的各項條件，而探討其發生之 現象。 在本研究中，我們利用聲波之基本原理在電腦上進行聲場的模擬並加以改變其 變因（頻率、相位、聲源數、聲源間距、強度、邊界反射），進而明瞭聲場之各項 特性及應用與控制方式。 經電腦模擬聲場圖中，我們觀察到，兩聲源干涉所形成之圖形為多組雙曲線所 組成，近似於光學之雙狹縫干涉，增加聲音頻率與聲源間距離皆可使腹(節)線數目 增加。如同現實世界中所知的，隨著頻率的增加，將會具有指向性的產生並且在聲 源數目越多時越明顯，但發現頻率增加至一定值之後，指向性反而會降低而形成冠 狀面。在延遲了多點聲源間相位之後，聲場分佈有偏轉之現象，利用相位延遲的方 法，在多聲源中，將兩旁之聲音偏向中央將可造成聲音的聚焦。在兩聲源干涉中， 調整其中一聲源之強度，將可完全消除兩音源連線間一點之聲音，可適當的應用在 工業上消除噪音。聲場分佈在具有邊界的環境下，我們試著找出聲源位置及邊界條 件對聲場分佈的影響與關係以模擬室內聲場，但在簡化的數學模式下，即無法有我 們所希望之最均勻聲場分佈產生。最後我們將實驗中的結果與文獻上的實驗數據加 以比較，以探討其誤差。 Summary The optical course in senior high school , which introduced many characteristics of optical wave. However, both of sound and light have the characters of wave; therefore, sound wave should have the characteristics, such as interference, reflection and focalizing. Nevertheless, there are not many details of sound wave in the section of acoustic on our textbook. So we began this research, and discuss the different phenomena by changing many kinds of variables. In our research, we simulated the sound field on the computer, based on sound wave’s principle, furthermore we change many variables, which like frequency, phase, source number, distance, intensity and reflection. It helps us understand the characteri