三、实验原理
声速的测量方法可分为两类。第一类方法是直接根据关系式
测出传播距离S和所需时间t后即可算出声速，称为“时差法”。
第二类方法是利用波长频率波速关系式
测量出频率f和波长λ来计算出声速，测量波长时又可用“共振干涉法”或“相位比较法”。
（1）共振干涉（驻波）法测声速
到达接收器的声波，一部分被接收并在接收器电极上有电压输出，一部分向发射器方向反射。由波的干涉理论可知，两列相向传播的同频率波干涉将形成驻波，驻波中振幅最大的点称为波腹，振幅最小的点称为波节，任何两个相邻波腹（或两个相邻波节）之间的距离都等于半个波长。改变两只换能器间的距离，同时用示波器监测接收器上的输出电压幅度变化，可观察到电压幅度随距离周期性的变化。记录下相邻两次出现最大电压数值（振幅极值）时游标尺的读数。两读数之差的绝对值应等于声波波长的1／2，即
已知声波频率并测出波长，即可计算声速
实际测量中为提高测量精度，可连续多次测量并用逐差法处理数据，连续记录n次出现振幅极值的游标尺读数Li＋1，计算n个相邻位置间的距离为
由于两相邻距离为半波长，声速的计算公式应为
（2）相位比较（行波）法测声速
当发射器与接收器之间距离为L时，在发射器驱动正弦信号与接收器接收到的正弦信号之间将有相位差且满足
若将发射器驱动正弦信号与接收器接收到的正弦信号分别接到示波器的X及Y输入端，则相互垂直的同频率正弦波干涉，其合成轨迹称为李萨如图，如图3.9所示。
图3.9 相位差不同时的李萨如图
当接收器和发射器的距离变化等于一个波长时，则发射与接收信号之间的相位差也正好变化一个周期（即ΔΦ＝2π），相同的图形就会出现。如果示波器上的图形重复出现n次时，对应距离的改变量为(https://www.daowen.com)
那么声速表达式为
在此要特别注意，两个周期之间出现同一的图形称为特征图形，特征图形不能任意选取，否则很容易增大误差。选择直线为特征图形可以减小误差（由图3.9就可以看出）。
（3）时差法测量声速
若以脉冲调制正弦信号输入到发射器，使其发出脉冲声波，经时间t后到达距离L处的接收器。接收器接收到脉冲信号后，能量逐渐积累，振幅逐渐加大，脉冲信号过后，接收器作衰减振荡，如图3.10所示。t可由测量仪自动测量，也可从示波器上读出。实验者测出L后，即可由式（3.41）计算声速。
图3.10 时差的测量
（4）理想气体中的声速值
声波在理想气体中的传播可以认为是绝热过程，由热力学理论可导出速度为
式中 R——摩尔气体常数（R＝8.314 J／moL·K）；
γ——比热容比（气体的定压比热容与定容比热容之比）；
μ——分子量；
TK——气体的开氏温度，若以摄氏温度t计算，则
其中T0＝273.15 K。将式（3.43）代入式（3.42）得：
对于空气，在标准大气压下，t＝0℃时，u0＝331.45 m／s，因此有
