噪声防治实验箱的制作和使用
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摘 要：将DIS数字信息系统与自制的隔音箱相结合，以实验探究的方式，直观地显示出噪声强度与距离、方向角、隔音材料的种类及厚度的关系，使物理教学与生活结合得更密切，为社会创新教育发展服务。
关键词：噪声防治；环境保护；传感器
中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1003-6148（2017）5-0054-3
物理学中把发声体做无规则振动发出的声音叫做噪声。从人的生理学或环境保护角度来看，凡是干扰人们休息、学习和工作的声音，统称为噪声。当噪声对人及周围环境造成不良影响时，就形成了噪声污染。如果人长期生活在高分贝的噪音环境中，人的听力、视力、心血管系统、神经系统均会受到很大伤害。为了避免噪音对人们产生危害，通常采用以下几种控制措施：①使噪声声源远离需要安静的地方。因为声音在传播中的能流密度随着距离的增加而减小。②改变噪声的发射方向。因为随着声音频率的升高，其传播的指向性也随之增强。③建立隔声屏障，阻挡噪声的传播。④应用吸声材料和吸声结构，将传播中的噪声加以吸收。
由于声音实际传播过程的复杂性，目前中小学在学习有关声学的内容或涉及噪声控制等相关话题时，绝大多数情况是通过文本加图片、视频的方式展开。目前用于噪声控制和研究的实验装置，在中小学实验室很少配置。制约了声学知识的学习及教育功能的发挥。本文从“制作要点”“实验举例”“技术试验”3个方面对自制“噪声防治实验箱”作一描述。
1 噪音防治实验箱的结构和制作方法
噪音防治实验箱是一个能直观地演示和探究“降噪”方法的实验装置。该装置主要由以下4部分组成：外盒①、内盒②、声传感器③、探测窗口④（见图1）。其中，内外盒①②用实木制成，既有较好的机械强度，又保证了良好的隔音效果。内盒②由高密度消音海绵作为内贴面（见图2）。在内外盒①与②之间注入聚氨脂泡沫填缝剂（在装潢材料市场有售），待泡沫填缝剂充分膨胀，溶剂挥发基本结束（一般要2小时以上），再在盒子中间接入声音传感器，一个简单、实用的“噪声防治实验箱”就制作好了。
制作过程注意以下几点：1.为方便后续制作，应先将高密度消音海绵贴在内盒内表面，再用泡沫块将内外盒隔开不少于20 cm的距离，然后在夹层间注入聚氨脂泡沫填缝剂；2. 事先准备一块有一定弹性的板子，在填缝剂注入后，迅速用板子堵住注入口，以便利用泡沫填缝剂膨胀过程中产生的挤压作用，充分填充夹层，这是保证实验箱良好隔音效果的关键一步；3.连接传感器的数据采集线的布置，要在内外盒相对位置确定后，注入填缝剂之前进行，数据线的两头要用纸包好，防止被填缝剂粘上后影响使用。
2 实验探究举例
实验1 探究声强与距离的关系
①调整实验箱探测窗口到声源的初始距离；
②将实验箱上声音传感器的数据线与数据采集器、电脑连接好，并进行强度校零。
③开启响度稳定的模拟噪声源（如：装潢师傅常用的电动摩光机、手枪钻、电动车喇叭等），使声源匀速靠近探测窗口，由DIS系统自动记录数据。
④根据记录的实验数据，利用Excel插入图表功能，探究声强与距离的关系。
以下是一次在空旷广场上用电动车一边持续鸣笛，一边匀速靠近过程中，每隔一秒自动记录一次数据的测量结果（见表1）。
图3是根据表1的数据由Excel插入图表功能，作出的声源靠近时响度随时间的变化情况的图线。从图3能直观地看出，噪音的响度随着声源的靠近而增大，但并不是简单的线性关系。
出于篇幅考虑，以下实例只说明其操作方法和主要步骤。
实验2 探究噪声传播的指向性
①在某一位置放上电喇叭，调整喇叭口的朝向，以喇叭为圆心，不少于3米为半径确定一个圆。
②将实验箱上声音传感器的数据线与数据采集器、电脑连接好，并进行强度校零。
③使电喇叭播放某一音级（事先录制好），将喇叭举过头顶（以防人体遮挡影响实验结果），原地匀速转动一周，同时由计算机自动记录下数据或图线。
④分析数据，探究仅在声源发声方向发生改变时，噪音响度的变化情况。
⑤使喇叭播放不同频率的声音，再按以上②③④的序实验，探究声音传播指向性与频率的粗略关系。
实验3 探究隔音效果与材料性质和厚度的关系
①将实验箱上声音传感器的数据线与数据采集器、电脑连接好，并进行强度校零。
②保持声源与探测窗口距离不变，贴紧探测窗用同样厚度的不同材料隔音板挡住窗口，通过比较计算机记录下的数据，探究不同材料隔音性能的好坏；同样，将同一材料制成不同厚度的隔音板，紧贴探测窗口，探测同一材料隔音效果与厚度的关系。
3 实验箱的“技术试验”情况
1.噪音防治实验箱在探究噪声强度与距离、方向角、材料种类、材料厚度关系时操作简单，现象明显。
2.不足之处：①用该实验箱研究声音传播指向性随频率改变时，实验现象不太明显；②盒内的数据线一旦出现接触不良，更换时对盒子有较大的破坏。这些不足需要进一步改进。
声学实验通常要多人协作才能顺利开展，通过“噪声防治实验箱”的制作和一系列实验探究过程，能较好地培养学生的团队合作精神。通过实验，还能使参与者真切感受到不同种类、不同厚度材料在隔音作用上的差别，为解决生活中的噪音污染问题打下一定的知识、技术基础。我们将自制的“噪声防治实验箱”多次用于物理教学、书院社团活动、学校生态文明专题教育活动，均收到了良好效果。
参考文献：
[1]吴礼晨，查汉华，杨海青. 整合DIS与自制教具 优化物理实验教学[J].物理教学探讨，2016，34（12）：52-53.
[2]杜功焕，朱哲民，龚秀芬.声学基础（第3版）[M].南京：南京大学出版社，2012.