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聽音辨位--聲波的測量應用

科展類別

臺灣國際科展

屆次

2004年

科別

工程學

學校名稱

臺北市立麗山高級中學

指導老師

吳明德、金佳龍

作者

潘建宏、陳幸萱

關鍵字

聽音辨位 聲波 感應器

摘要或動機

本實驗設計主要是以波的傳送速度(特別是聲波),以及接收收到的時間值來做實驗、運算、討論。而其特點是為了應用於實際生活中,做了許多異於平常測量方法的設計。主要是使用時間差(|t1–t2|V=發聲器到兩感應器的距離差
)來消彌掉一般測量時,需要採取同步的條件,說明如下:


圖一 時間差示意圖

1. 由以上的圖中,t1’ = T + t1 為實際由感應器開始感應到感應器#1 接收到訊號的時間;同理,t2’ = T + t2 為實際由開始感應到感應器#2
接收到訊號的時間。而T 為感應器開始感應到發聲器開始發聲的的時間(之後的 T 皆為如此)。由以下式子得知:


|t1’ - t2’|=|( T + t1 ) - ( T + t2 ) |=|t1 - t2|及為本實驗所需的時間差。利用減法將T 消除,便及為發聲器與感應器不必採取同步,此為本實驗目標以及優點之一。


2. 之後的公式推導中,實際由感應器開始感應到感應器接收到訊號的時間中,表示為t1、t2、t3……以此類推。

像是市面上販售的反射式測距器由於其直線性的限制,在我們可負擔的情況下,就只能做一維的測量,而在本實驗中,我們使用多個感應器,而可測量至二、三維空間,並使測出的物體由相對位置轉為絕對位置。再加上正在計劃中的測量儀器改良與自製,例如利用電腦的音效卡接上麥克風或是其他感測器,以及電子零件、電路的組合與設計。而在於一般的實際應用面上可配合工業的破壞性檢測,甚至是橋樑的斷裂處、各種振源的測量,亦或是人員的搶救,都應有不錯的效果與利用價值。


1.The major design of experiment is to spot the location of an object by experiment,
calculating and discussing of such figures like the transmission speed of the waver
(especially sound wave), plus time value of the receptor and so on to get the result.
2.In practice, the ordinary measuring method has to be implemented under the circumstance
of synchrony: however, the distinguishing characteristic in the experiment is to
overcome such restriction with the use of the “time lapse” concept. 3.The reflecting
measuring instrument on the market is limited by its “straight-line characteristic.”
Instead, we use multiple sensors to spot the absolute location of an object in its
1-D, 2-D, 3-D form. 4.We have now been working on the improvements of the measuring
instruments, for instance, using sound cards to connect to the microphone to make
a new sensor; also, the redesign and combination of other electric parts and circuits
are also under construction. 5. We plan to apply the experiment not only in spotting
the location of an object but also in further spotting the location of vibration
coming from various objects (e.g. in the use of rescue).


聽音辨位--聲波的測量應用

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