声学多计

使用声学多普勒水流剖面系统 (ADCP) 进行河流流速和流量测量时，最常被忽视的错误或问题来源之一是选址。您可能在仪器操作、安装等方面做到一切正确，但是如果您选择的地点违反了 ADCP 河流测量的基本假设，那么您仍然无法获得准确的数据。选择测量地点时，目标是能够测量代表平均河道流速的速度。理想情况下，将有一段适当长度的顺直河道，不受河道弯曲、水中障碍物、流入、流出等造成的流动干扰。一般建议，测量或安装位置应在任何流动干扰源的上游和下游至少 5-10 个河道宽度，这样可保持充分的线性距离，从而使任何湍流、涡流、上升流、回水效应等均能稳定为均匀而稳定的水流。河道中的植物生长会对水流情况产生影响，河道的底部地形也会产生影响，因为水面以下可能存在不可见的显著流动干扰源。使用多波束声学多普勒测流系统时请注意的相关事项。同质条件使用任何多波束声学多普勒测流系统进行测量的基本假设之一是，各个波束在相似条件下进行测量，因此各个波束的平均速度将提供准确的平均速度。空间平均使用多波束声学多普勒测流系统（如 RiverSurveyor S5/M9、SonTek-SL 和 SonTek-IQ），报告的速度是单个声束测量的速度的平均值，这些声束非常窄。报告的速度近似于根据 2、3 或 4 个波束测量的速度计算出的空间平均值，平均面积随着与系统的距离而增加。SonTek 系统的离轴波束角为 25 度*，因此在距系统的任何特定距离（即范围）处，波束间隔的距离为 (0.93 x 范围)。例如，使用 2 波束 SonTek-SL 系统，在 10m 范围内，波束间隔为 9.3m。湍流/涡流当河道中存在明显的湍流或涡流时，各个波束可能会在截然不同的条件下进行测量（因此违背了均质条件的假设），从而导致其平均流速明显不同于实际平均流速。例如，在某些情况下，大涡流会导致波束测量相反方向的速度，从而导致平均速度为零。河道中通常存在一定程度的湍流或涡流，尤其是自然河道，但在适当长的时间内对速度数据进行平均，有助于改善结果。如速度误差和相关性等参数将提供测量均匀性指示。磁场影响另一个选址考虑因素是局部磁场，它会影响配备罗盘的系统，例如 RiverSurveyor S5/M9/RS5。磁干扰源可能包括钢桥、混凝土桥梁、结构中使用的钢筋以及电力线。以下示例显示了河流横断面的带有速度矢量的船迹，其附近的桥柱对罗盘造成了磁干扰：根据可用的测量地点，上述建议和考虑可能并不总是可行的。没有任何地点是完美的，但在选择地点时牢记基本假设非常重要。

安徽理工大学力学与光电物理学院副教授吴宏伟团队，针对声学系统中速度矢量场的矢量特性和分布调控展开理论研究和实验观测，实现了速度场的斯格明子模式分布和局部调控，有效拓展了操控矢量场的途径，为未来实现高速、高密度声波信息存储和传输提供了更多调控自由度。相关研究成果日前发表于《应用物理快报》。 实验观测声学斯格明子模式的局部调控 安徽理工大学供图斯格明子最早是由英国物理学家Tony Skyrme在高能物理中提出的一种拓扑孤立子。近些年，人们在不同物理系统（包括玻色爱因斯坦凝聚、磁性材料、光学系统等）中观察到了斯格明子模式，并发展衍生出各式各样的斯格明子分布，这种特殊的矢量场分布有望代替传统的计算机硬盘，实现超紧缩的数据存储器。 “声波作为经典波之一，在日常生活、生产中起到重要作用。借助于声学超构材料设计，构造特殊声波的速度场分布可以实现对声波传输操控，以推动声波在生物医学、传感检测以及信息传输与存储方面的应用。”吴宏伟向《中国科学报》介绍。近年来，斯格明子模式由于其特殊的实空间拓扑保护性和巨大的应用前景，使其成为不同物理分支中研究的热点和前沿方向。然而，与光学这种矢量场相比，声波过去一直被认为是无旋标量场。直到最近，人们才认识到声学系统中结构声场可以产生有旋速度场矢量。因此，在声学系统中研究速度场的斯格明子模式分布，不仅对实际的声波信号传输和存储具有重要意义，对认识声波的矢量特性也具有一定科学价值。吴宏伟团队率先在声学领域开展斯格明子模式研究，设计了阿基米德螺旋线型的亚波长超结构，实现了局域型声学斯格明子模式，实现对声波信号的数据存储。研究发现，这种螺旋结构不仅可以支持多频率的斯格明子模式，而且具有易激发和样品制作简单等优点。“我们研究发现，这种物理机理来自于超结构表面的沟槽对声波产生了一种束缚作用，形成具有高传播波矢的声学表面波，进而在结构表面干涉产生特殊的声速矢量场的分布。”吴宏伟说。传统的斯格明子模式按照矢量场分布类型，通常可以分为Néel型、布洛赫型、反型斯格明子等，这些类型的斯格明子模式具有固定的矢量场分布特征。为进一步操控斯格明子模式的矢量场分布，课题组在前期工作的基础上，进一步提出一种梯度超结构方案，实现Néel型斯格明子模式内部矢量场的局部调控，产生紧缩或扩张矢量场分布。通过3D打印实际下凹、平整、和上凸的样品，从实验上实际观测到了斯格明子模式的紧缩、平缓和扩张的速度场分布。这种斯格明子模式内部局部操控的方法不仅对Néel型模式，对其他类型的模式也具有同样的调控作用，并且依然保持了斯格明子模式的拓扑保护性。研究结果有效拓展了操控矢量场的途径，为调控速度矢量场分布提供了更多的自由度。审稿专家认为：“作者在声学领域提出了一种全新的方法，产生Néel型的斯格明子，并通过实验观测到了斯格明子模式的局部操控以及拓扑保护特性，在声波信息传输与存储方面有着重要意义。”

什么是建筑声学?什么又是建筑物理实验室?在一个IT数码网站谈论这些内容，未免有点过于专业了。其实，声学离我们很近，又离我们很远。每天我们都会听到美妙的音乐声，同时也会接触到令人心烦的噪音。建筑声学，是用来解决建筑声学环境问题的科学，同时还要考虑到室内音质及建筑环境噪音的控制问题。　　而建筑物理实验室又是干嘛的呢?众所周知，声学属于物理学科范围内，建筑物理实验室，主要是用来测试建筑声学环境是否符合国家标准的一个实验室，不仅可以提供检测报=报告结果，同时还是在校学生的一个学习场所。今天我们就抛开那些电脑音箱，走进清华大学的建筑物理实验室看看，探索下声学奥秘。　　　这所建筑物理实验室可是相当古老，据说清华大学主楼还没建好的时候，这所建筑物理实验室就已经在工作了。大约是在1956年，还是由苏联专家协助建设的。去的当天赶上下大雨，您看那墙都湿了。如今，这所实验室里包含了上图中的五家单位，他们都在这里办公。基本上这个实验室就是用来测试建筑声学环境，以及提供国家认证的有效的测试报告结果，很多工程项目都需要有建筑声学环境的检测报告。　　　　建筑学院培训中心组织的学习课程，每周都会有，主要介绍一些建筑声学方面的知识、概念、案例，所有课程都是免费的，感兴趣的朋友可以联系 孙伊伟 负责人，联系电话：13693223194，有关课程时间排期等方面的问题都可以咨询孙老师。　　从进了实验室办公区的大门之后，您就能看到四处都是与建筑声学有关的材料或装修。这面墙就铺着圣德木质吸声板，条纹状，主要作为展示用。　　　先去实验室的办公区看看，里面人并不多，和大多数的职场的布局基本一致，不过墙面上的这幅画还会蛮有意思的，这可不是一幅普通的装饰画哦!据孙老师介绍，这幅画拥有吸声处理作用，不过就是没有那些材料效果那么好，但比它们看起来要美观的多，要在自己的影音室里挂一幅这样的画，既起到装饰房间的作用，又能起到吸声的作用，两全其美了。　　看完四周的墙，再来看看角落里的木地板，地板是没什么特殊的，亮点在地板下面，这也是吸声的吗?准确的说，是用来吸收高跟鞋的声音的，现场一个穿跟鞋的妹纸用脚在上面踩了踩，基本上没有什么声音，效果非常的明显。　　　从实验室的办公区打开这扇隔声门，可以直接进入隔声室，很期待里面是什么样的，笔者也是第一次见，充满好奇心。穿过这两层门，便可进入隔声室内。　　　整个隔声室的平面布局图，一个音源室，外加两个接收室，其中一个接收室在地下。　　　这就是整个实验室的布局，有点像正在装修的客厅，一片狼藉，如果您第一次见到这里的环境的话，肯定以为这个实验室正在装修呢，其实这就是原形。隔声室是用来测试建筑的墙体、门窗、楼板等隔声效果的，只有符合国家标准的，才可以批准使用。　　　接收室的天花板布局　　　音源室的天花板布局　　不同的实验室天花板布局不一样，主要都是为了对声音的控制，感觉很奇怪，接收室的天花板像挂着帆船布，而音源室的天花板又好像是铺满管道一般。　　　音源室的中央摆着这样一个仪器，好似平衡杆一样，通过它来测试并得出具体的数据及结果。　　接下来，我们再去看看消音室和混响室。　　说实话，实验室的工作环境还是挺恶略的，可以说几乎是密不透风，因为在里面时间长了，会感到很憋屈，所以作为声学测试的人员，工作还是很辛苦的。顺着楼梯往地下走，直奔消音室，一个非常神奇的实验室。　　　　消音室是全封闭的，实验室顶部的四个角，都安装了这样一块板子，也是起到对声音的处理的作用。　　　实验室四周墙壁凹凸不齐　　天花板好似被网遮住一样　　在这个消声室内，如果一言不发，调整好呼吸的话，几乎听不到一点点的声响，安静到吓人。地面下是双层的，中间有很多弹簧支撑，用力跳起，落下的时候会有轻微的感受。消声室可以提供一个低噪声的检测环境，同时也提供一个声学自由场环境。　　离开消声室，转头去向混响室。打开这扇厚实的隔声门，看到满墙的三氯氰胺吸声泡沫，虽然它对人体有害，但却是一种非常好的吸声材料。　 　　在往里走，就到达了混响室，这里面看着相对来说还整洁点，但房间四壁并不是平面的，除了地板之外，其他的墙壁都是半圆柱的凸起设计。在房间内，说话、拍手都有很大的回声。整个实验室是用来检测混响时间的，什么是混响时间呢?当您喊了一声之后，在您喊的这个环境中还存在着来自其他各个界面的迟到的被反射的声音&ldquo 残留&rdquo 现象，就用混响时间里表达。混响时间是建筑声学中很重要的一个概念。　　看到墙上的一道裂痕了吗?这是当年地震的时候，留下的残骸，可见这间混响室的&ldquo 岁数&rdquo 也不小了。　　通过参观清华大学的声学实验室，看到了常人很难见到的声学检测环境，虽然整体看着非常简陋，但其作用却是非常重要的，目前国内像国家大剧院、奥运会工程都有使用到这所实验室，我们能有机会参观一番，也算是另一种学习。