水声材料声反射系数测试方法概述

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1、水声材料声反射系数测试方法概述第1章绪论1.1论文研究背景与意义在工业生产领域，科技的进步使工业生产的机械化进程大大的加快，工业噪声也成为了环境的主要污染源之一，噪声会造成人们听觉下降甚至疾病，所以，如何有效、便捷地控制噪声成为了人们关心的热点问题。迄今为止，控制噪声的主要手段有三种，即在噪声源处控制噪声、在噪声传播途径控制噪声和在接收者处控制噪声。而在当今条件下，在噪声的传播路径上敷设声吸收材料因为其有效性、便捷性成为了主要的方法之一。在国防军队建设领域，潜艇以其隐蔽性、打击的突然性成为了各国海军

2、建设中不可或缺的一股威慑力量。随着声纳探测技术的发展，各种新型的声纳探测手段和越来越多的装备探测装备涌现出来，使潜艇在战场上的隐蔽性受到了前所未有的巨大挑战。为了控制潜艇的辐射噪声和主动声纳探测信号的回波强度，在潜艇表面敷设消声材料成为了潜艇保持其隐蔽性的主要手段。消声材料有吸声和隔声的双重作用，消声材料的声反射系数是表征其性能的主要参数，如何快速、准确地获得消声材料的声反射系数成为了水声工程研究领域的热点问题之一。在空气声学领域内，随着声学理论的日趋完善和信号处理算法和手段的不断发展，声学材料声反

3、射系数的测试手段也越来越多，越来越有效。在水声学领域内，由于水声信道的复杂性，使水声材料声反射系数的测量存在一定的难度。但是随着水声学的发展，人们发现了越来越多的行之有效的测试方法。目前，水声材料声反射系数测试方法大都借鉴了空气声学测试的经验并结合水声信道的自身特点，人们发现了越来越多的适合水声测量的方法。矢量传感器最早应用于空气声学领域，声学材料声反射系数的测量带来了新的思路。同样，矢量水听器的出现也为水声材料声反射系数的测量方法的研发注入了新的活力。矢量水听器可以同时获得空间同一点的声压和质点振

4、速信息，使测量声场中的能量变化更为方便，并且，矢量水听器以其8字形指向性可以对其他表面反射杂波起到抑制作用。1.2声学材料声反射系数测试方法概述目前，声学材料的声反射系数可以大致分为声管法、混响室法和自由场测试方法等。声管测试方法主要有驻波管法[1][2]、行波管法[3]和传递函数法[4-5]等。驻波管法是将待测材料置于驻波管中，用声源发射声波，使其在驻波管中以平面波的方式进行传播，当声波被反射以后与入射波形成稳定干涉波，即驻波，再测量声场驻波的驻波比计算材料的垂直入射的声反射系数。该方法只能测试材

5、料的垂直反射系数，不能够测量任意角度入射的反射系数，并且测试频段受声管性质限制，不易进行低频测试。传递函数法是在声管中放置两只传感器，分别测量得到两只传感器的输出声压，计算二者之间的传递函数，在计算得到材料的声反射系数，但是该方法对两只传感器的一致性要求很高，为了解决这一问题，人们首先提出了传感器交换技术，但是这样的话就需要两次测量，并且很难保证两次测量的声场完全一致，为了解决这一问题，同济大学的王毅刚等提出的伪随机三点测试技术[6]解决了这一问题，朱蓓丽等人也对传递函数法进行了深入的研究，他们提出

6、的多只传感器测量技术[7]同样得到了令人满意的结果。传递函数法测量准确，已经成为了国家标准测量方法。行波管法是为了解决声管测试方法低频测试的问题提出的一种新方法，该方法精度高，但是测试系统设备庞大，技术复杂，对测量结果精度产生影响的因素很多，还需进一步研究改进。混响室法[8]是将材料置于混响室中，分别测量有材料和无材料时的混响时间，利用赛宾公式计算材料的声反射系数，但是由于材料边缘衍射效应和混响场扩散程度的影响，同一材料的不同次测量的结果会有偏差，甚至在有些频段的反射系数会大于1，所以该方法还有很多

7、需要改进的地方。第2章基于表面阻抗法的声反射系数测试方法研究2.1球面波反射理论球面波指的是声波在传播过程中其波阵面是一系列同心圆球的声波。当球形声源表面做同振幅、同相位的振动时即可产生球面声场。我们将波阵面上的所有点的振动幅度相同、相位一致的球面波称为各向同性球面波。声波的传播介质的声阻抗定义为声场中的复声压与复振速的比值，利用传统的声压水听器无法直接获得声场的振速信息，这使准确、实时地获得声场的阻抗特性存在较大难度。但是在使用矢量水听器进行测试时，可以同时获得空间中同一点的声压与质点振速数据，经

8、过简单的计算就可以得到声场的阻抗特性。表面阻抗法[34-35]通过测量材料表面附近的声阻抗特性，经过计算得到材料的反射系数的。从上面各图可见衍射声场随频率变高尔变大，也就是说在利用表面阻抗法对材料反射系数进行测量时高频段影响要高于低频段。并且材料尺寸越大衍射声场声压相对幅值越小，所以在实际测试时使用尺寸规格较大的材料有助于抗衍射波影响。仿真条件3：铝板尺寸为2m2m，声源距离材料板面为5m，接收水听器置于铝板声中心正前方距板面0.05m处，信号频率范围为1000Hz，