最響亮的哨子

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1、目錄：1背景：哨子在生活和生產(chǎn)中已經(jīng)有了廣泛的應(yīng)用，哨子是能夠發(fā)出聲音的裝置，通過將空氣快速壓入一個狹小的空間裝置內(nèi)造成氣流的紊亂，從而能夠發(fā)出強烈的聲響。交警通過哨子來引導(dǎo)車流通過，軍人通過緊急的哨響來達到緊急集合的目的，體育賽事中，裁判通過哨聲來判罰和指導(dǎo)比賽的進行，當(dāng)人們處在危險當(dāng)中時能夠通過強烈的哨響來發(fā)出求救的信號。所以具有高音質(zhì)的哨子往往在生產(chǎn)和生活中能夠發(fā)揮巨大的作用。所以能否設(shè)計出一個足夠響亮的哨子是能否提高生活品質(zhì)和生產(chǎn)效率的關(guān)鍵？2假設(shè)：1哨子的聲響是由空氣振動引起的氣流紊亂造成的，不同強度的氣流會影響哨子的聲音強度。2哨子的聲響

2、與空氣的濕度和流速有關(guān)，空氣的濕度會對空氣的音色、音質(zhì)造成不同程度的影響，不同流速的空氣會發(fā)出不同的聲響。3哨子的聲響與氣體所受摩擦力有關(guān)。哨體內(nèi)的摩擦力會會造成聲波能量的損失，會嚴(yán)重削弱聲響的強度。4哨子的聲響受流場擾動影響，不同的氣流會走不同的路線，這樣就形成了不同分布的流場，會造成壓強發(fā)生差異，從而會影響聲音的強度。5哨子的聲響與哨子的材質(zhì)有關(guān)，不同的材質(zhì)具有不同的聲色，不同的聲色也會影響聲音的強度變化，所以，材質(zhì)也會造成聲音強度的變化。6哨子的聲響與聲波的反射率有關(guān)，聲波的反射率大會使得傳播過程中能量損失減少，從而會增大聲音的強度。7哨子的聲

3、響與哨體的結(jié)構(gòu)和尺寸有關(guān)，不同結(jié)構(gòu)的哨體，其內(nèi)部的空氣流動形式會不同也會造成不同的發(fā)生強度，哨口的尺寸大小會影響氣流的反轉(zhuǎn)形式，會對聲音的頻率和振動造成明顯的影響，所以哨體的結(jié)構(gòu)和尺寸會影響哨子的聲音強度。3問題分析問題1如何設(shè)計出一個高強度、高音質(zhì)的哨子首先要求我們應(yīng)該努力發(fā)現(xiàn)影響哨子聲響的因素，通過對哨子聲音強度實際情況的分析，我們發(fā)現(xiàn)了許多直接的聯(lián)系：哨子發(fā)出的聲響與氣體的流速，哨子的結(jié)構(gòu)，哨子的材質(zhì)，聲音的反射率，以及氣流紊亂程度等因素有關(guān)。我們通過采用模型法和控制變量法來進行研究，探索各個因素對哨子聲音強度的影響程度。通過控制氣體不同的流速

4、進入哨體，我們通過專業(yè)的聲波接受儀接受哨子發(fā)出的聲波的振動形式，得到了不同氣流速度下的哨體聲波的振動圖像如圖：通過對上圖的分析，我們可以知道聲波的振幅發(fā)生了明顯的變化，氣流速度大的氣體通過哨子后發(fā)出的聲波其振幅較大，氣體流速小的氣體，通過哨子后，聲波的振幅較小。所以，我們可以推知不同的氣流速度會對聲音響度造成顯著的影響。問題2通過對問題1的分析，我們發(fā)現(xiàn)許多因素都能夠影響哨子的聲音強度。哨子的發(fā)生機理是一個復(fù)雜的過程，提高哨子的聲音強度也需要一些切實可行的方法，無論采用什么樣的方法解決這個問題，哨子的聲音強度都會受內(nèi)外因素的影響。我們通過進一步的建立

5、模型來模擬哨子的聲音強度與各因素之間的關(guān)系，我們將哨子的氣流速度耦合到能量方程和質(zhì)量方程中，通過對不同氣流速度造成能量的差異建立起兩者相關(guān)的方程，建立起兩者之間定量的關(guān)系。通過全方面的綜合分析，我們建立了一個近似的模型來模擬發(fā)現(xiàn)這些因素對哨子聲音強度的影響大小。然后通過我們對這個模型的模擬效果，更加有針對性的去提高哨子發(fā)聲強度。從上面的圖像我們可以知道不同的氣流速度會造成聲音的能量發(fā)生明顯的變化，氣流速度大的氣體，所傳遞的能量也較大，氣流速度小的氣體，其傳遞的能量也小。而能量的大小又是影響響度的直接因素，能量大的氣體能夠發(fā)出的聲音響度也大，能量小的氣

6、體能夠發(fā)出的聲音響度也小。所以，研究氣體流速對聲音響度的影響有著十分重要的意義。4變量聲明模型參數(shù)v當(dāng)?shù)仄骄俣瑞ば院屯牧饕鸬目偰Σ亮熱流強度f單位質(zhì)量力P當(dāng)?shù)氐膲簭姰?dāng)?shù)乜諝饷芏萒當(dāng)?shù)氐臏囟萔給定的時間t內(nèi)所研究的流體體積S體積v的曲面法向速度橫截面積A的側(cè)面積橫截面積A的側(cè)面積比內(nèi)能單位時間內(nèi)單位質(zhì)量流體放出的熱量5解決方案5.1簡單分析1眾所周知，影響哨子聲響的原因有很多，哨子發(fā)出的聲響與氣體的流速，哨子的結(jié)構(gòu)，哨子的材質(zhì)，聲音的反射率以及氣流紊亂的程度等因素都有密切的關(guān)系。哨子的發(fā)生波形如圖，我們可以得知哨子的波形是一些列連續(xù)的正弦波，所以

7、如何增大波形的波峰或波谷成了增大哨子聲響的關(guān)鍵。2通過對1的分析，我們知道氣流速度是會影響哨子的聲音強度的，通過哨子的不同流速的氣流會直接引起進入哨子的能量不同，不同的能量又會造成發(fā)出的聲音強度有明顯的變化，所以，通過對模擬效果的分析可以推導(dǎo)出不同的氣流速度與聲音強度的關(guān)系式。下圖是聲波的頻率與聲音分貝之間的立體模擬圖，通過下圖我們可以分析出，聲音的頻率越大其聲波的分貝也越大，聲音的頻率越小其聲波的分貝也越小，所以，合適的頻率能夠增大聲音的頻率，從而增大聲音的響度。3通過控制變量的方法，控制氣流速度，研究哨子縫隙尺寸的大小對哨子聲音強度的影響，通過實

8、驗研究，保證相同的氣流速度，采用同一材質(zhì)的哨子，控制哨子有不同尺寸的排氣口，通過分貝測試儀，測定哨子不同縫隙