数学探究实验报告

下面是Chen的数学探究作业报告，由于实验场所和实验器具以及测量精度与方法等因素影响，实验精度会受到一定的限制，但我已经在个人能力范围内保证了最大的精确性。

研究背景

声音是我们生活中普遍到不能再普遍的事物了，而在城市生活节奏极快的今天，一些声音所引发的问题也需要被我们重视起来。其中，城市噪声污染已经深深地影响到了我们的生活，在夜晚睡觉的时候总是会时不时传出一阵机车声或持续的机器声，更严重的是总会有低频噪声环绕在耳边，头晕捏。

而有时你在观察后会发现有些噪声的声源其实距离我们并不近，但声音一样的大，因此我就萌生了这个实验的想法。

研究目的

探究声源距离与听到的音量大小之间的关系

观察音量的变化与衰减来发现问题

实践设计

由于能力问题，实验的设计不一定科学，谅解

工具准备

声音采集设备：我使用了笔记本电脑的内置麦克风，关闭声音驱动的效果，采用原始音频（位深24bits）
音量处理与统计软件：使用自行编写的web程序，记录特定频率段的声音来剔除一部分噪声干扰，使用RMS算法来计算音量。源代码在此
声音发出设备：采用智能手机发出特定频率，音量100%
声音发出软件：使用自行编写的web程序发出声音。源代码在此
卷尺：用于确定距离

注：程序中的部分代码参考网络文献与示例，也有部分代码使用AIGC辅助完成。

实验步骤

布置采集设备和距离卷尺
核对频率是否一致
一人在采集设备进行记录，另一人联动着将发声设备进行位移（沿直线，水平于地面，总共移动3m，每次移动10cm）
切换不同的频率段并多次重复实验
统计结果，绘图

数据分析与处理

统计的音频信息以JSON格式保存并处理

使用Apache Echarts绘制平滑折线图，由于实验数据量不大，再人工总结

下面是结果绘图：

统计结果

主要发现

经过观察与分析，最终得到发现：声源在距离采集设备1m之内远离时，音量大幅度下降，而在距离1m~3m时，音量会逐渐平稳。

结果分析

得到结果了，然而数据反映的并不是预想的那样，音量会直线下降，反而是在一定距离后平稳，甚者会偶尔增强波动。

目前的推测是由于在室内测试，所以不可避免地声音会有反射或共振的影响，但这确实反映了一些特点。就直觉而言也是在封闭空间内听到的声音大。

而且结果现实性也是可靠的，在测试过程中，就人耳感受而言，音量符合统计结果，在距离1~3m甚至更远时人耳感受到的音量没有明显波动或者衰减。

总结反思

最后再回首，看整个实验设计，还是有一些不合理的地方。最关键就在于测试环境是封闭空间，应当尽最大可能保持实验环境纯净。再者就是音量检测时的只检测特定频率，可能也是不科学的，但由于知识所限，我无法确定。所以总的来看，这个实验只能反映在封闭室内的声音衰减情况，无法广泛的涵盖所有场景，这是欠缺的一点，也需要改进。