第一章 水声测量
声学测量指导书
声学测量实验指导书陈洪娟哈尔滨工程大学水声工程学院2005.4.16第1部分必做实验实验1 声学测量仪器设备认知实验一、实验目的通过本实验掌握声学常用测量仪器的使用方法，并了解声学测量实验应该满足的条件要求和实验室进行实验时的注意事项。
二、实验内容与要求：1、内容单台演示各测量仪器的功能，并连接成测量系统演示水声信号。
2、要求教师操作并讲解，学生提问并试操作。
实验2 水听器自由场电压灵敏度校准一、实验目的通过本实验掌握水听器灵敏度的比较校准方法，并熟悉有关测量仪器的使用。
二、实验原理与方法1．水听器的灵敏度水听器就是水声接收换能器，它是把水下声信号转换为电信号的换能器。
水听器的灵敏度就是水听器的接收灵敏度，通常是指开路电压灵敏度，可分为自由场灵敏度和声压灵敏度。
（1）自由场[电压]灵敏度M在平面波自由声场中，水听器输出端的开路电压oc e 与在声场中引入水听器前存在于水听器声中心位置处的自由场声压f p 的比值，称为水听器的自由场电压灵敏度。
符号为M ，单位是伏每帕V/Pa ，以数学式表示为：f ocp e M = （1）自由场电压灵敏度是相对于平面行波而言的。
如果水听器是无指向性的，则不论平面波从哪个方向传来，灵敏度都是相等的。
如果水听器是有指向性的，则灵敏度随平面波入射方向而变。
因此，在水听器上必须标明正对平面波的入射方向、频率和输出端。
自由场灵敏度M 与其基准值r M 之比值的以10为底的对数乘以20，称为自由场[电压]灵敏度级，符号为M 、单位是分贝，以数学式表示为：M )/lg(20r M M = （2）自由场灵敏度级的基准值r M 为1V/μPa 。
（2）声压灵敏度水听器输出端的开路电压与作用于水听器接收面上的实际声压的比值称为水听器的声压灵敏度，符号为p M 。
当用分贝表示时，称声压灵敏度级，符号为p M 。
如果水听器的最大线性尺寸远小于水中波长，且水听器的机械阻抗远大于水听器在水中的辐射阻抗，则其声压灵敏度[级]等于自由场电压灵敏度[级]。
水声测量
（ii）近场特性
k p 2 cu0 sin 2
r a r
2 2
a
活塞面中心点处,r=0时
ka a p 0 2 cu0 sin 2 cu0 sin 2
a 2n
2
, p0 0
a ( 2 n 1)
自由声场中，声源附近瞬时声压与瞬时质点振速不同
相的声场。
2.自由场的建立 （1）天然水域
（2）实验室
（1）天然水域自由场条件
· 水域应有足够的空间，以便从边界反射回来的干扰能用 脉冲声技术、消声边界或长距离传输等方法消除； · 应有很低的噪声环境，以保证测量所需的信噪比； · 在水介质中要避免有可能引起折射和散射的任何因素， 诸如流、温度梯度、海洋生物、气泡和污物等； · 要有良好的气候条件，以保证测量的顺利进行和便利； · 在高频和超声频范围测量时，水深通常小于20m；对 1kHz以下的频率，水深应大于20m。
对于其他情况
r r
最大线度尺寸L L2/λ
声场误差小于0.5dB
（2）等效声中心的确定
①问题的提出
Δd
0 0`
d0 d
pd Δd
0 0`
d0 d
pd
Δd
0 0`
d0 d
pd
②确定方法
pd——远场中某处声压；
d——以参考点为起点的测量距离；
Δd——参考点与实际声中心的偏差。
A/Pd
A/P2
A/P1
（2）实验室自由场条件： · 消声水池 · 非消声水池采用脉冲声技术
3.测量距离的确定
（1）远场判据
（2）等效声中心的确定
水声测量设备的布放方法
魏伟荣 等：水声测量设备的布放方法
２ 一 种 锚 定 浮 标 布 放 的 实施 过 程
图 ８所示 为一 种锚 定浮 标 ，它主 要 由浮 标 、锚 用 耐压筒 、联接 电缆 等组成 。浮标 由浮 筒 、 浮 力块 、 加长 杆和 挂环 等组 成 ，它具 有正浮 力 。锚用 耐压 筒 由耐 压简 体 、声学 换能 器 、脚 板和 挂环 等组 成 ，它 具有 负浮 力 。该浮标 布放 包 括 ：将 锚用 耐压 筒布放 到水 底预 定位 置 ，将浮标 布 放到水 面 ，浮标 与锚用 耐压 筒 间通 过联接 电缆相连 。
摘要 介绍 了一些水 声测 量设备的布放 方式、方法 ，包括 自由垂放 、船底布放 、拖曳布放 和浮标布放 等 ，这些方法 出 自水上作业的经验 ，以供相关人员参考 。
关 键 词 水 声测 量 设 备 ；布 放 ；综 述
在水文 、水声测量工作 中，要将各种测 量设备放 置到水 中的适 当位 置 ，以便测量设备 能在预 定的深度 位 置工作 。 了解水 中测量设 备的布 放方法、 影响因素 ， 能有针对性采取相 应措施 ，提高作业效 率。
设 备
１ ． ３ 拖 曳布 放 拖 曳 布 放 是 当 水 声 设 备 较 大 或 者 要 求 深 度 较 深 ，而 同时要 求船 处于 航行状 态 的一 种布 放 方式 ， 如 图 ４所示 。当船 速较 高时 ，为达 到较 深位 置 ，拖 曳 缆应 采用 钢 缆 ，用 于产 生较 大 负浮力 。通 过调 整 钢 缆长 度和 配 重大 小来 控制 深度 。
阻力 的作 用 ， 拖 曳体最 大深 度增 加 不 明显 ， 但 向上 、 往 浅 处 的调节 作用 大而 迅速 。拖 曳缆在 水 中拖动 时
会产 生抖 动 ，抖 动会 增加 水 阻力 ，从而 影 响拖 曳体 深度 。在 拖曳 缆上 增加 绳须 可减 小抖 动 。 １ ． ４ 浮标 布放
水声换能器测量规程
水声换能器测量规程全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：水声换能器是一种用于测量水下声音并将其转换为电信号的设备，常用于海洋科学研究、水声通信、海洋资源勘探等领域。
水声换能器的测量精度直接影响到数据的准确性和可靠性，在进行水声换能器的测量过程中需要严格遵守一定的规程，以确保测量结果的准确性。
本文将介绍一份关于水声换能器测量规程的具体内容，希望能够帮助读者了解水声换能器测量的主要步骤和注意事项。
一、测量前的准备1. 确定测量的目的和测量范围，明确需要测量的参数和技术要求。
2. 准备好水声换能器以及相关的测量设备和配件，确保设备能够正常工作。
3. 对测量地点进行认真的现场勘测，了解水声环境、水声传播特性等相关信息。
4. 对测量人员进行培训，确保他们熟悉水声换能器的使用方法和操作规程。
二、测量过程的实施2. 将水声换能器置于需要测量的位置，调节传感器的方向和角度，确保能够准确接收水下声音信号。
3. 开始进行测量，记录下测量开始时间和测量参数等相关信息。
4. 在测量过程中要及时调整水声换能器的位置和参数，确保测量数据的准确性。
5. 测量结束后，停止测量并记录下测量结束时间，保存测量数据并进行分析。
三、测量结果的处理和分析1. 对测量数据进行处理和分析，计算出所需的参数和结果。
2. 对测量结果进行比对和验证，确保结果与实际情况一致。
3. 将测量结果进行归档和备份，以备日后查看和参考。
四、注意事项和安全措施1. 在进行测量时要注意保护水声换能器和相关设备，避免碰撞和损坏。
2. 在测量地点要注意安全，避免发生意外和事故。
3. 在测量过程中要保持仪器的稳定性，避免数据误差。
4. 在遇到问题和困难时要及时与专业人员沟通，寻求帮助和解决方案。
水声换能器测量规程是保证测量准确性和可靠性的重要措施，只有严格遵守规程，才能够得到准确的测量结果。
希望本文能够对读者在进行水声换能器测量时有所帮助，提高测量工作的效率和质量。
【2007字】第二篇示例：水声换能器是一种将水中的声波信号转换为电信号的装置，广泛应用于海洋科学研究、海洋勘测、水声通信等领域。
第1章 水听器测声场声功率-陆明珠 方莉
顾名思义，PVDF针式水听器是针形的。针式水听器由于直径很小因而可检测测量点的声压，实际上是针式水听器直径尺寸范围的平均声压；原则上针式水听器的直径越小越好，至少小于声场的1个波长，如15MHz的声场，则针式水听器的直径要小于0.1mm。针式水听器是测量声场和声压的首选换能器（一级标准测量工具），适合连续波和脉冲波的测量。针式水听器针尖上有一层通常为几个微米厚的PVDF薄膜，现在可以做到9－28μm的膜厚，这层薄膜就相当于一个高灵敏度的压电换能器，能将接收到的声压信号转换为相应的电压信号，目前换能器直径可做到40μm－1mm，在1－35MHz频率范围针式水听器具有平坦的测量特性。
(1.2)
其中Tail参数（ ，静态时（ ）。
(1.3)
最后光电检测输出与声压变化（ ）的关系为：
(1.4)
H是常数（取平均值 ），上式表示光电检测输出与声压变化是与声压的变化成正比，实验证明在声压（-12Mpa－＋40MPa）非线性小于5%, 是修正系数。
相对于PVDF水听器，FOPH的突出优点有：更高的空间分辨率（光纤探头直径100μm）、带宽理论上>1GHz，放大器限制带宽100MHz、快速响应、可测高幅值正压和高幅值负压、高的抗电磁干扰能力、能测试更高幅值的声压、既使在空化条件下也能精确测量。FOPH水听器本身可做为标准测试不需要参照标准（因为折射率对给定材料的条件是确定的）；FOPH的感应尖在受到高幅值声压场产生的空化活动作用而损坏时，能够快速修复。FOPH系统适用于测试高幅值声压场（≥0.9 MPa）的测试。
水声计量测试技术
水声计量测试技术水声计量测试技术1. 引言水声计量测试是一种常用的技术，用于测量水声传播和声波参数。
它在海洋学、海洋地质学、水声通信等领域具有广泛的应用。
本文将深入探讨水声计量测试技术的原理、方法和应用，并分享对这一技术的观点和理解。
2. 水声计量测试技术的原理水声计量测试技术基于声波在水中传播的特性，通过测量水中的声波信号来推断水质、水温、水深等参数。
其原理可以简单概括为声波的发射、传播和接收三个步骤。
2.1 声波的发射水声计量测试通常使用声源（例如声纳）发射特定频率或宽频带的声波信号。
声源的选择取决于测试需求，常见的包括压电式声纳和鱼雷型声纳。
这些声源能够将电能转化为声能，并向水中传播。
2.2 声波的传播一旦声波信号被发射到水中，它们会沿着特定路径传播。
声波在水中传播的速度取决于水的温度、盐度和压力等因素。
根据声纳原理，测试者可以根据声波的传播时间和距离计算出水的声速，进而推断温度和盐度等参数。
2.3 声波的接收接收声波信号的装置通常与声源相对应，可以是水中的接收器、浮标式接收器或固定式接收器。
这些装置能够将声波信号转化为电能，并进一步处理和测量声波参数。
3. 水声计量测试技术的方法水声计量测试技术可以通过不同的方法来实现。
以下介绍两种常用的方法。
3.1 移动测量方法移动测量方法是指使用移动平台上的设备，在水中进行点对点的测量。
这种方法适用于需要获取特定位置声波参数的情况，如测量海底地形和水下物体的距离。
测试者可以通过控制设备的位置和时间来获取准确的测量结果。
3.2 固定测量方法固定测量方法是指在水中选取合适的位置，固定设备进行长时间的连续测量。
这种方法适用于长期跟踪水域的声学变化，如监测水下生物活动和水质变化。
测试者可以将多个固定位置的测量结果进行比较，以获取更全面的数据。
4. 水声计量测试技术的应用水声计量测试技术在许多领域具有广泛的应用。
4.1 海洋学领域水声计量测试技术在海洋学研究中被广泛应用。
水声学原理(第一章)
13
声学中不仅声学量用分贝表示，它们的误差范围也用误差表示， 声学中不仅声学量用分贝表示，它们的误差范围也用误差表示， 例如 ±2dB, ±3dB。
用分贝表示的误差与百分比误差的换算关系：设声压是 p ±∆p 用分贝表示的误差与百分比误差的换算关系： 则有，图给出其关系曲线： 分贝表示是 L ±∆L ，则有，图给出其关系曲线：
2
不能在水中远距离传播 能远距离传播
1.2、声呐与雷达的异同 1.2、
声呐与雷达的工作原理相似。但由于信息载体－ 声呐与雷达的工作原理相似。但由于信息载体－声波与电磁波的差异决定了 声呐和雷达有重要差别。 声呐和雷达有重要差别。
a.电磁波速度30万公里/ a.电磁波速度30万公里/秒,声波在水中1.5公里/秒。决定： 电磁波速度30万公里 声波在水中1.5公里/ 1.5公里 决定： •工作频率差别大。雷达频率约GHz（ 109 Hz） 工作频率差别大。雷达频率约GHz（ Hz） 工作频率差别大 GHz •工作速率差别大。雷达搜速快，声呐搜索慢 工作速率差别大。雷达搜速快， 工作速率差别大 •分辨率差。声图象模糊。 分辨率差。声图象模糊。 分辨率差 声呐频率约kHz（ Hz） 声呐频率约kHz（ 103 Hz） kHz
5
1.5 声呐简介 声呐（声纳） 声呐（声纳）-SONAR(Sound Navigation and Ranging)
凡是利用水下声信息进行探测、识别、定位、导航和通讯的系统， 凡是利用水下声信息进行探测、识别、定位、导航和通讯的系统，都通称为声呐系 统。声呐的主要应用是军用声呐。按工作方式可以分为：主动声呐和被动声呐。 声呐的主要应用是军用声呐。按工作方式可以分为：主动声呐和被动声呐。 按安装平台分可以分为： 按安装平台分可以分为： 潜艇声呐：潜艇上的电子设备是声呐。一般核潜艇装有 ～ 部声呐 主要有： 部声呐。 潜艇声呐：潜艇上的电子设备是声呐。一般核潜艇装有10～15部声呐。主要有： 艏部主、被动综合声呐；被动测距声呐；舷侧阵声呐；拖曳线列阵声呐。 艏部主、被动综合声呐；被动测距声呐；舷侧阵声呐；拖曳线列阵声呐。 水面舰声呐：舰艏声呐；变深拖曳声呐；拖曳线列阵声呐。 水面舰声呐：舰艏声呐；变深拖曳声呐；拖曳线列阵声呐。 机载声呐和浮标：吊放声呐；声呐浮标。 机载声呐和浮标：吊放声呐；声呐浮标。 海洋水声监视系统：岸站（岸边海底固定式声呐）；预警系统 海洋水声监视系统：岸站（岸边海底固定式声呐）；预警系统 ）； 水声对抗器材：鱼雷报警声呐；声诱饵；干扰器； 水声对抗器材：鱼雷报警声呐；声诱饵；干扰器；气幕弹 水中兵器自导：鱼雷声自导；水雷声引信； 水中兵器自导：鱼雷声自导；水雷声引信； 其它：通讯仪、鱼探仪、多普勒测速仪、浅地层剖面仪等。 其它：通讯仪、鱼探仪、多普勒测速仪、浅地层剖面仪等。
声学测量之水声工程
3声学测量的特点 1.环境因素影响大； 2.测量信号复杂； 3.测量空间多样； 4.测量精度低、量值传递误差大； 5.测量频域范围宽； 6.外场实验困难； 7.测量结果多用分贝表示。
4参考文献 * 《水声计量技术》 郑士杰 * 《水下电声测量技术》 阎福旺 * 《声学测量实验》 贾志富 * The Journal of the Acoustical Society of American （JASA） * 声学学报 * 应用声学 * 声学技术 * 电声技术 * 振动与冲击
声学测量
主讲教师：陈洪娟、张虎 授课学时：16
声学测量：
研究声学测量技术的科学。 包括: ——测量方法 ——测量仪器
第 1章 第 2章 第3章
声学测量的基本问题 测量换能器 声学测量基本方法（水声测量）
第一章
声学测量的基本问题
（一）绪论 （二）基本预备知识
（三）声学量的级及其基准值
（四）实验
（一）绪论
6、两个声压绝对值之比与其声压级差值的关系
7.分贝误差
（1）绝对误差：
绝对误差△x＝测量值-真值=X′-x （物理量单位）
（2）相对误差（百分比误差）：
相对误差δx =绝对误差△x /真值x =（测量值-真值）/真值 =X′ /x-1（%） （3）分贝误差： δLx=20lg（1+ δx ）
8、分贝加减法则 （1）声压级的合成——分贝的加法
其中： I 0 为声强基准值，在水中为1pw/m2。
分贝（为什么采用？）
• 人类的耳朵能感应声压的范围很大； • 人类的听觉反应是基于声音的相对变化而非绝对的 变化； • Nhomakorabea算方便；
• 直观。
5、表示方法
第一章水声测量资料
2、表达式
Lx log r (x x0 )
3、单位
声学量级的单位视对数底而定。 (1)若取以10为底的常用对数，则其单位为“贝”（B）,
但实际使用中常取其1/10作为级的单位，即分贝 （dB）。
X Lx lg( x x0 )(B) 10lg(x / x0)dB
(2)若取以e为底的自然对数，则其单位为奈培（Np）
第1章 声学测量的基本问题 第2章 测量换能器 第3章 声学测量基本方法（水声测量）
第一章 声学测量的基本问题
（一）绪论 （二）基本预备知识 （三）声学量的级及其基准值 （四）实验
（一）绪论
1.声学测量技术的发展状况 2.声学测量的内容 3.声学测量的特点 4.参考文献 5.声学测量系统
2声学测量的内容
倍频程是频程的单位
（3）ISO规定
a、1/1倍频程：n=1 b、1/3倍频程：n=1/3 c、十倍频程：
fH fL = 2
1
fH fL 23
fH fL =10
d、三者之间的关系：
十 倍 频 程（1个） 1/1 倍 频 程（3个）
1/3倍频程(3个)
1Hz
2Hz
4Hz
8Hz 10Hz
21/3Hz
为了保护听力，声音不能超过90dB；为了保证工作和学习， 声音不能超过70dB ;为了保证休息和睡眠，声音不能超过 20dB。 • 计算方便。
把某些乘除运算变成了加减运算 。 • 直观。
不管是振幅类还是平方类量，变成分贝后它们的量级是一致 的，可以直接进行比较、计算。
5、表示方法
例如： 在空气中某一点声压级值为80dB，则记作
纵波、横波、行波、驻波、平面波、 柱面波、球面波；
水声学基础第一章
14
2.2 水声学基本内涵
水声学是围绕水声技术、水声对抗技术和水声工程 的基本需求来开展科学研究的 – 水声技术
利用声波作为信息载体来实现水下探测、定位、导航 和通信的原理与方法
– 水声对抗技术
在军事上，对抗水下声探测、定位、导航和通信的技 术措施与手段
– 水声工程
水声技术和对抗技术的工程目标实现
i.e.
2017/3/28
c(T, p, S) = fl = 1500 m/s
21
Speed of Sound in Water
Medium Effects: Elasticity and Density
Variable Effects of: Salinity
Salinity
Pressure
– 因此…
SPL = 20 log ( P / 1 mPa )
2017/3/28 8
小测验
两个噪声源的声压级均为 60 dB. 两个噪声源共同辐射噪声的声压级是 多少? 60 + 60 = 120 ……… 对吗 …??
错!
60dB + 60dB = 63dB 具体如下…
2017/3/28 9
Combining Sound Pressure Levels (SPL) 两个相同的噪声源
水声学是本专业主要特色课程之一
教材：
刘伯胜、雷家煜，水声学原理，哈尔滨工程大学出 版社，2009.
主要参考资料：
R. J.尤立克著，洪申译，水声原理，哈尔滨船舶工程学院 出版社，1989. 汪德昭、尚尔昌，水声学（第二版），科学出版社，2013. P.C. Etter, Underwater acoustic modeling and
水声换能器测量规程
水声换能器测量规程全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：水声换能器测量规程是海洋科学研究中非常重要的一部分，它能够帮助研究人员准确测量海洋中的声波信号，从而帮助我们更好地了解海洋环境及其中的生物和物理过程。
水声换能器测量规程一般包括测量前的准备工作、测量过程的操作要点以及数据处理和分析等内容。
下面我们就来详细介绍水声换能器测量规程的相关内容。
一、测量前的准备工作1. 确定测量目的：在进行水声换能器测量前，首先要明确测量的目的和范围。
确定测量目的有助于我们选择合适的测量参数和工作模式，确保测量结果的准确性和可靠性。
2. 确定测量设备：选择合适的水声换能器是非常重要的一步。
根据测量的具体要求和场地环境，选择合适的水声换能器类型和规格，确保测量设备能够满足实际测量需求。
3. 测量设备的校准：在进行水声换能器测量前，需要对测量设备进行校准。
通过校准可以确保测量设备的精度和准确性，提高测量结果的可靠性。
4. 确定测量位置：根据测量目的和要求，选择合适的测量位置。
在选择测量位置时，需要考虑水声传播特性、背景噪声水平以及其他环境因素，确保测量结果的准确性。
5. 测量环境的评估：在进行水声换能器测量前，需要对测量环境进行评估。
评估测量环境可以帮助我们了解环境的特点和影响因素，为测量过程中的数据处理和分析提供参考依据。
二、测量过程的操作要点1. 测量参数的设定：在进行水声换能器测量时，需要设定合适的测量参数。
测量参数包括频率范围、采样率、增益等，根据测量的具体要求和目的，选择合适的测量参数设置。
2. 测量设备的安装：在进行水声换能器测量前，需要将测量设备正确安装在测量位置上。
安装时需要确保水声换能器与水面或海床的接触良好，避免测量误差。
3. 测量数据的采集：在进行水声换能器测量时，需要正确采集测量数据。
采集数据时需要注意数据传输的稳定性和完整性，避免数据丢失或错误。
4. 测量过程的监控：在进行水声换能器测量时，需要及时监控测量过程中的运行状态。
工作报告之水中声速测量实验报告
水中声速测量实验报告【篇一：实验报告声速的测定】实验报告声速的测定-驻波法测声速2013301020142吴雨桥13级弘毅班物理科学与技术学院本实验利用超声波采用驻波法来测定空气中的声速。
【实验目的】(1)学会用驻波法测定空气中的声速。
(2)了解压电换能器的功能，熟悉低频信号发生器和示波器的使用。
(3)掌握用逐差法处理实验数据。
【实验器材】声波驻波仪、低频信号发生器、数字频率计、毫伏表、示波器、屏蔽导线。
【仪器介绍】声波驻波仪如图所示，在量程为50cm的游标尺的量爪上，相向安置两个固有频率相同的压电换能器。
移动游标及借助其微动装置就可精密地调节两换能器之间的距离l。
压电换能器是实现声波（机械振动）和电信号相互转换的装置，它的主要部件是压电陶瓷换能片。
当输给一个电信号时，换能器便按电信号的频率做机械振动，从而推动空气分子振动产生平面声波。
当它受到机械振动后，又会将机械振动转换为电信号。
压电换能器s1作为平面声波发射器，电信号由低频信号发生器供给，电信号的频率读数由数字频率计读出；压电换能器s2作为声波信号的接收器被固定于游标尺的附尺上，转换的电信号由毫伏表指示。
为了在两换能器的端面间形成驻波，两端面必须严格平行。
【实验原理】两列振幅相同传播方向相反的相干波叠加形成驻波，它不受两个波源之间距离等条件的限制。
驻波的强度和稳定性因具体条件的不同有很大差异。
只有当波源的频率和驻波系统的固有频率相等时，驻波振幅才达到最大值，该现象称为驻波共振。
t 等于任一温度时，声波在理想气体中的传播速度为v=v0 1+??273.15式中v0=331.45m???1，它为0℃时的声速，t为摄氏温度。
由上式可以计算出t等于任意温度时，声波在理想气体中的传播速度。
【实验内容】(1)仪器接线柱连接。
用屏蔽导线将压电换能器s1的输入接线柱与低频信号发生器的输出接线柱连接，用屏蔽导线将压电换能器s2的输出接线柱与毫伏表的输入接线柱连接，再将低频信号发生器的输出端与数字频率计的输入端相连。
声学测量之水声工程46页PPT
1、合法而稳定的权力在使用得当时很 少遇到 抵抗。 ——塞 ·约翰 逊 2、权力会使人渐渐失去温厚善良的美 德。— —伯克
3、最大限度地行使权力总是令人反感 ；权力 不易确 定之处 始终存 在着危 险。— —塞·约翰逊 4、权力会奴化一切。——塔西佗
5、虽然权力是一头固执的最灵繁的人也看不见自己的背脊。——非洲 2、最困难的事情就是认识自己。——希腊 3、有勇气承担命运这才是英雄好汉。——黑塞 4、与肝胆人共事，无字句处读书。——周恩来 5、阅读使人充实，会谈使人敏捷，写作使人精确。——培根
声学和水声学测量技术应用
发送部分电路图
声学和水声学测量技术应用
接收部分
★前置放大电路
考虑到水声信道对声信号的衰减较大，必须在接收前端加以前置 放大器。考虑到方案的易实现，前置放大电路采用TL084中的运 算放大器模块构成放大电路。
声学和水声学测量技术应用
接收部分电路图
声学和水声学测量技术应用
带通滤波电路
★考虑到实用性及可靠性的折中，带通滤波器的设计采用双二阶滤波
器电路 ，电路图为
声学和水声学测量技术应用
检波电路
★信号滤波后必须经过检波和低通的处理才可作为初步控制输入
比较器，考虑到半波整流电路性能不高，这里采用线性检波电路 完成检波功能，电路图如下：
声学和水声学测量技术应用
比较电路
★检波后信号接入比较器中进行比较，比较器采用芯片LM311，
声学和水声学测量技术应用
水声换能器发射响应的测量
实验目的
★ 掌握水声换能器发射电压响应的测量方法
声学和水声学测量技术应用
实验原理
★发射响应：在单位输入电压或电流下换能器的声源级
★发射电压响应：Sv是发射换能器在指定方向上，离其有效中心参
考距离上产生的自由场表现声压Pf与加在换能器输入端的电压V 的比值
折射等不同的路径到达接收器的。在水声信道中，多途主要是由于 所辐射的信号经海面、海底单次或多次反射在接收点随机叠加而形 成的，在此过程中，声波的折射决定着声线的走向。
★多途结构：多途和直达脉冲有的是彼此分离的，有的和直达的迭
合在一起，多途的幅度总体上有随时间减少的趋势，但有的却大于 直达的。
★多途特征
t=50μs。故一周期内采样T/t=880个数据，其中应有m=τ/t=79 个“1”。
第一章声在海洋中的应用
利用声音来给海洋测体温
夏威夷 太平洋
声学监测网点
全球海面温度分布图
人们探测海洋的“耳朵”—声纳
➢ SONAR — SOund Navigation and Ranging 声音导航测距 ➢ 鲸鱼、海豚等海洋生物都是用声来探测和通信，它们具有天生的
“声纳系统”。 ➢ 很久以前，渔夫和海员就已经利用声音在水中的传播方式并使用
• 声是研究海洋细节过程，探测、跟踪海 洋中目标的一种有效工具
• 声呐高分辨能力及应用远没有达到极限 • 仍有许多重要研究课题（挑战、应用）
水声学的子领域
• 海洋声测量学（声海洋学）
– 海洋中声的早期应用之一：测深（1925年至今） – 测量更多的特性：深度、浪高、水温、流等 – 特点（有别于其它类型传感器测量）：
* 回声定位仪也 称作声呐特别 是主动声呐）
* 回声定位仪广 泛地应用于军 事、商用中
应用举例（5）— Side Scan Sonar 侧(旁)扫声呐
• 当具有足够高的分辨率时，回声定位仪可 以用于成像。
• 目前由最好的系统（如侧扫声呐）提供的 图像都是相当粗糙的。
• 很多时候仍靠潜水员或载人潜器来直接识 别物体，或用光学探针以提供视觉线索。
• 结构/水密度和声速差异不大，该复杂的结构波 与水中声场强耦合。如：舰船壳体散射的声与入 射信号在幅度，而且在时域特性上都不同。
相关学科：结构力学、声学
• 水动力声学（Hydroacoustics）
水动力噪声（Hydrodynamic Noise）
– 由任何不稳定流场产生
• 船只的螺旋桨 • 运动物体的湍流边界层 • 腔体上流产生的涡旋
• 信号处理设计、实现、显示不同
– 共同之处：
第一章水声测量资料
相对误差=绝对误差/真值=（测量值-真值）/真值 =测量值/真值-1
（3）分贝误差： 表示某一物理量级的测量误差。
Lp 20lg 1+p
如： *真值=1，测量值=0.99，测量值/真值=0.99 百分比误差=-0.01=-1%，分贝误差=-0.09=0.1dB
1.声源特性研究; 2.媒质特性研究; 3.声波发射与接收的研究; 4.测量方法与手段的研究; 5.声学设备的研究。
3声学测量的特点
1.环境因素影响大； 2.测量信号复杂； 3.测量空间多样； 4.测量精度低、量值传递误差大； 5.测量频域范围宽； 6.外场实验困难； 7.测量结果多用分贝表示。
5声学测量系统
X Lx ln x x0 (NP)
4、常用声学量的级及其基准值（GB3238-82）
声压级表达式为
P Lp 20lg( p / p0 )
其中： p为0 声压基准值； 在空气中为20μPa；
在水中为1μPa。
声强级表达式为
I LI 10lgI / I0
其中： I为0 声强基准值，在水中为1pw/m2。
倍频程是频程的单位
（3）ISO规定
a、1/1倍频程：n=1 b、1/3倍频程：n=1/3 c、十倍频程：
fH fL = 2
1
fH fL 23
fH fL =10
d、三者之间的关系：
十 倍 频 程（1个） 1/1 倍 频 程（3个）
1/3倍频程(3个)
1Hz
2Hz
4Hz
8Hz 10Hz
21/3Hz
第1章 声学测量的基本问题 第2章 测量换能器 第3章 声学测量基本方法（水声测量）
水声测量原理五种典型噪声
水声测量原理五种典型噪声
水声测量是利用声波在水中传播的特性来获取相关信息的一种技术方法。
以下是水声测量中常见的五种典型噪声：
1. 海底地震噪声：由于地球内部的地震活动产生的地震波向水体传播引起的噪声，频率范围广泛，能够遍及整个水柱。
2. 海洋动力噪声：由于海洋水体的风浪、潮汐等运动引起的噪声，频率范围通常在几十赫兹到几千赫兹之间。
3. 海洋生物噪声：由于海洋中生物活动产生的声音引起的噪声，如鱼类的鳞片摩擦、鲸鱼的歌声等。
频率范围较低，通常在几十赫兹到几千赫兹之间。
4. 人为噪声：由于船只、渔船、潜水器等人为活动引起的噪声，频率范围较宽，通常在几十赫兹到几千赫兹之间。
5. 水声仪器本身的噪声：由于水声仪器及其传感器本身的电子噪声引起的噪声，可以通过合理的设计和隔离来降低。
以上是水声测量中的五种典型噪声，根据噪声的特点和频率范围的不同，科研人员在测量过程中会采取相应的去噪处理措施，以减小噪声对测量结果的干扰。
大学物理实验-空气、液体介质的声速测量
（1315实验室） 空气、液体介质的声速测量声波是一种在弹性媒质中传播的机械波，频率低于Hz 20的声波称为次声波；频率在kHz 20~Hz 20的声波可以被人听到，称为可闻声波；频率在kHz 20以上的声波称为超声波。
超声波在媒质中的传播速度与媒质的特性及状态因素有关。
因而通过媒质中声速的测定，可以了解媒质的特性或状态变化。
例如，测量氯气（气体）、蔗糖（溶液）的浓度、氯丁橡胶乳液的比重以及输油管中不同油品的分界面，等等，这些问题都可以通过测定这些物质中的声速来解决。
可见，声速测定在工业生产上具有一定的实用意义。
同时，通过液体中声速的测量，了解水下声纳技术应用的基本概念。
【实验目的】1．了解压电换能器的功能，加深对驻波及振动合成等理论知识的理解。
2．学习用共振干涉法、相位比较法和时差法测定超声波的传播速度。
【实验原理】在波动过程中波速V 、波长λ和频率f 之间存在着下列关系：λ∙=f V ，实验中可通过测定声波的波长λ和频率f 来求得声速V 。
常用的方法有共振干涉法与相位比较法。
声波传播的距离L 与传播的时间t 存在下列关系：t V L ∙= ，只要测出L 和t 就可测出声波传播的速度V ，这就是时差法测量声速的原理。
1．共振干涉法（驻波法）测量声速的原理:当二束幅度相同，方向相反的声波相交时，产生干涉现象，出现驻波。
对于波束1：)/X 2t cos(A F 1λ∙π-ω∙=、波束2：()λ∙π+ω∙=/X 2t cos A F 2，当它们相交会时，叠加后的波形成波束3：()t cos /X 2cos A 2F 3ω∙λ∙π∙=，这里ω为声波的角频率，t 为经过的时间，X 为经过的距离。
由此可见，叠加后的声波幅度，随距离按()λ∙π/X 2cos 变化。
如图1所示。
压电陶瓷换能器1S 作为声波发射器，它由信号源供给频率为数千周的交流电信号，由逆压电效应发出一平面超声波；而换能器2S 则作为声波的接收器，正压电效应将接收到的声压转换成电信号，该信号输入示波器，我们在示波器上可看到一组由声压信号产生的正弦波形。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
（3）分贝误差： 表示某一物理量级的测量误差。
L p 2 0 lg 1 + p
如： *真值=1，测量值=0.99，测量值/真值=0.99 百分比误差=-0.01=-1%，分贝误差=-0.09=0.1dB
*真值=1，测量值=1.01，测量值/真值=1.01 百分比误差=0.01=1%，分贝误差=0.09=0.1dB
（二）基本预备知识
1.基本概念
2.声学基本物理量及其单位 3.频程与倍频程
1、基本概念 声场参数：
声场、 声压、声强、声功率、声速、
质点振速；
声
波：
纵波、横波、行波、驻波、平面波、 柱面波、球面波；
2、声学基本物理量及其单位
3.频程与倍频程
（1）频程
（2）倍频程 （3）ISO规定 （4）中心频率及倍频程滤波器
声强级表达式为
I LI
1 0 lg I
/ I0
其中： I 0 为声强基准值，在水中为1pw/m2。
分贝
• 人类的耳朵能感应声压的范围很大。 正常的人耳能够听到最微弱的声音叫作听觉阈为20μPa （1000Hz），另一方面，非常噪吵的情况能产生很大的压力 变化，例如一架太空穿梭机在发出最大马力时能在近距离产 生大约 2,000 Pa或2 x 109μPa的噪音。 • 人类的听觉反应是基于声音的相对变化而非绝对的变化。 为了保护听力，声音不能超过90dB；为了保证工作和学 习，声音不能超过70dB ;为了保证休息和睡眠，声音不能超 过20dB。 • 计算方便。 把某些乘除运算变成了加减运算 。 • 直观。 不管是振幅类还是平方类量，变成分贝后它们的量级是 一致的，可以直接进行比较、计算。
仿B&K2610（测放）
滤波器
-30~110dB 10μV~30V
输入放大选择 输出放大选择
电源开关 平均时间
前放输入端 校准 输入选择 输入端
输出端
指示端
GOS6051（示波器）
5、表示方法
例如：
在空气中某一点声压级值为80dB，则记作
P L p 8 0 d B 0 d B re 2 0 P a
6、两个声压绝对值之比与其声压级差值的关系
7.分贝误差
（1）绝对误差：
某物理量值与其真值之差称绝对误差，它是测量值偏 离真值大小的反映，有时又称真误差。即 绝对误差＝测量值-真值 修正值＝-绝对误差＝真值-测量值 真值＝测量值+修正值 （2）相对误差： 绝对误差与真值的比值称为相对误差或误差率。有 时，两组测量的绝对误差相同，但真值不同，而此时实际 反映了两种不同的准确度。所以采用相对误差就能够清楚 地表示出测量的准确程度。 相对误差=绝对误差/真值=（测量值-真值）/真值 =测量值/真值-1
（1）频程
• 定义：又称为频带，将整个频率范围（视工作要 求而定）分成的若干较小的频段。
（2）倍频程
• 定义：计量两个频率之间间隔或频带宽度的单位。
倍频程是频程的单位
（3）ISO规定
a、1/1倍频程：n=1
fH
b、1/3倍频程：n=1/3
fL = 2
1
c、十倍频程：
fH
fL 23
fH
f L = 10
考虑：对于多个声压级合成问题如何处理？
（2）在考虑背景噪声情况下，测量声场中某 一声源的声压级——分贝的减法
在考虑海洋环境噪声的情况下，测得某一船只的
辐射噪声为 L PC ，海洋环境噪声为 L PN
LP
S
则船只的实际辐射噪声为
。
• 结论： （1）总声压级高于背景噪声声压级10dB，则背 景噪声可忽略。 • 考虑：如何根据测量精度要求确定背景噪声可忽 略的限值？
8、分贝加减法则 （1）声压级的合成——分贝的加法
如果声场中有两个声源A和B，它们的声压级分别为 L p a
和
Lp
，而它们的声压有效值分别为
b
pa
和
pb
， 则求
。
c
在A、B两声源形成的声场中某点C处声压级
Lp
结论： （1）两个声压级相同的声源同时发声时，其合成 声压级值比一只声源单独发声时形成的声压级只 增加3dB； （2）两个声压级不同的声源同时发声时，其合成 声压级值为两个声压级值中较大的一项加上修正项 即可
（四）实验 • 仪器设备认知实验
目的：
掌握声学常用测量仪器的使用方法，并了解声学测量实验 应该满足的条件要求和实验室进行实验时的注意事项。
内容：
学习并掌握各测量仪器的功能、使用方法和注意事项。
要求：
在教师指导下练习仪器设备操作方法。
GFG3015（信号源）
正弦波, 方波, 三角波, 脉 冲波, AM, FM, 扫描功能,
声学测量：
研究声学测量技术的科学。包括测量方法和 测量仪器。
声压测量、声强测量、声质点速度测量、频率测 量、加速度测量、传声器和水听器绝对校准、通信系统 检测、语言清晰度测试、听力测量、声波分析、电声仪 器性能评价、房间音质测量等。 近代声学测量的仪器设备有各种声级计、电容传声 器和电子放大记录设备、模拟和数字频谱分析仪、声强 计、加速度计、驻波管等，以及消声室、混响室、隔声 室、高声强实验室、消声水池和混响水池。
f0 = fH • fL
恒定百分比带宽滤波器：
f2
f1 2
n
fH =
2
n
1
f0
fL = 2
n
f0
1/3倍频程：
Δ f = f H - f L = 23.1 % f 0
Δ f = f H - f L = 70.7 % f 0
1/1倍频程：
（三）声学量的级及其基准值
1.定义 2.表达式 3.单位 4.常用声学量的级及其基准值 5.表示方法 6.两个声压绝对值之比与其声压级差值的关系 7.用分贝表示测量误差 8.分贝加减法则
d、三者之间的关系：
十 倍 1/1
1/3倍频程(3个)
频 频
程（1个） 程（3个）
倍
1Hz 21/3Hz
2Hz
4Hz
8Hz
10Hz
22/3Hz
1Hz 21/3Hz
2Hz
4Hz
8Hz
10Hz
22/3Hz
1:1.25 :1.6 :2 :2.5 :3.15 :4:5 :6.3 :8 :10
中心频率表达式
触发 信号类型选择及频率、 幅值调整
调整旋钮
触发设置
外触发
输出
扫描等参数设置
YE5871（功放）
输出 输入
100VA，10V-10A 20Hz~30kHz 增益： 高阻抗-8A/V 低阻抗-5V/V
输出电压 电流指示 表盘
增益旋钮 （连续） 阻抗选择
电源开关 参考电压
电流调整
2Hz~200kHz
1、定义
一个声学量与其同类量的基准值之比的 对数。
2、表达式
L x log r ( x x 0 )
3、单位
声学量级的单位视对数底而定。 (1)若取以10为底的常用对数，则其单位为“贝”（B）, 但实际使用中常取其1/10作为级的单位，即分贝（dB）。
X L x lg( x x 0 )(B ) 10lg( x / x 0 ) dB
3声学测量的特点 1.环境因素影响大； 2.测量信号复杂； 3.测量空间多样； 4.测量精度低、量值传递误差大； 5.测量频域范围宽； 6.外场实验困难； 7.测量结果多用分贝表示。
5声学测量系统
发射系统
测量介质
接收系统
发射系统：信号源、功率放大器、匹配电路、发射器 接收系统：前置放大器、滤波器、测量放大器、处理器 测量介质：固体、气体、液体
(2)若取以e为底的自然对数，则其单位为奈培（Np）
X L x ln x x 0 (N P )
4、常用声学量的级及其基准值（GB3238-82）
声压级表达式为
P L p 2 0 lg ( p / p 0 )
其中： p 0 为声压基准值； 在空气中为20μPa； 在水中为1μPa。
第1章 第2章 第3章
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
声学测量的基本问题 测量换能器 声学测量基本方法（水声测量）
第一章
声学测量的基本问题
（一）绪论 （二）基本预备知识
（三）声学量的级及其基准值
（四）实验
（一）绪论
1.声学测量技术的发展状况 2.声学测量的内容
3.声学测量的特点
4.参考文献 5.声学测量系统
2声学测量的内容 1.声源特性研究; 2.媒质特性研究; 3.声波发射与接收的研究; 4.测量方法与手段的研究; 5.声学设备的研究。