声学与水声学测量技术
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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 SVL=20lg SV=20lg（Pf/v）+120
★声压Pf的测量
★声压d的测量
有效声中心----发射换能器辐射声波远场中指定方向上某处的声压与换 能器上或附近某一位置的点声源在该处产生的声压（幅度+相位）则 该点声源位置为此发射换能器的有效声中心
实验原理与方法
★海洋噪声来源：动力噪声、冰下噪声、生物噪声、地震噪声、工业
噪声
★舰船噪声的频谱特性
机械噪声：主机、辅机和各种空调设备产生的机械振动，它通过船 壳辐射到海中 螺旋桨噪声：螺旋桨转动产生水介质空化引起的空化噪声，及它的划 水声和涡流声 水动力噪声：水流过船壳产生的摩擦及附件产生共振所辐射的声音
则可得：50=10lg（Vo/Vt）即得Vt=Vo/105 响应级的计算：响应级L= -20lg(Vt/Vi）
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
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
公式
实验原理与方法
★脉冲循环法测量声速是以测量某一固定距离L之
间声传播所需的时间T为基础 C=2L/T=2L×f
★纯水中的声速
C=1402.3+4.95T-0.55T2+0.00029T3
舰船及海洋环境噪声的频谱分析
实验目的
★了解舰船及海洋环境噪声频谱的基本特性 ★ 掌握噪声信号的采集及频谱分析的基本方法
5.水听器移动到不同的距离，重复以上步骤
6.在Excel中求方差：VARP（number1:numberN），平均值： Average(number1:numberN)。由于经过放大器，示波器测得幅度 为放大30dB之后的信号，还原为真实幅度： V=Vo/(1030/10)=0.001*Vo
记录CH1信号电压值为Vi，CH2信号电压值为Vo，实际接收信号电压值为 Vt,
实验原理与方法
★定义噪声声压级Lp=20lg(P/P0) dB
噪声对人影响大小，要由人们主观感受来衡量， 人耳听声，虽说声压越大，声音越响，但声压与 人耳感觉的响度并不是成正比关系，而是成对数 关系。
★测量方法：噪声源发出的噪声，由声级计直接
测量。
脉冲循环法测量液体的声速
实验目的
★了解脉冲循环法测量声速的原理和具体实施方法 ★ 了解声速与水媒质的温度、盐度和压力的依赖关系 ★ 学会声速测量数据的分析和处理方法，并找出它的经验
★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
1.多途出现是随机的，它在直达脉冲后，时延Td几毫秒，甚至长达几十 毫秒
2.多途的和直达的脉冲，有的迭合在一起，有的彼此可分离
3.多途脉冲的幅度随时延增加总体上有减少的趋势，但有的比直达的 还大
实验方法
由于实验室暂没有在海上实验的条件，本次实验在室内水池模拟海水环 境进行测量
1.由信号发生器产生一脉冲，通过换能器在水池中传播
2.利用水听器接收信号，量出水听器与换能器的距离，同时不断使换能 器进行小位移移动，以模拟海洋环境
3.水听器接收到的信号经过放大器（30dB），传送至数字示波器
4.读出接收到信号的最大峰值，随机记录150组峰值数据V1
实验目的
★通过本实验学会利用数字示波器将输入的时域信号进行
频谱分析
实验原理与方法
★由信号发生器产生信号，作为数字示波器的输
入源，利用数字示波器内置的傅立叶变换模块功 能，将其转化为频域上的分布图像，确定其频率 成份。
用声级计测量噪声
实验目的
★了解噪声的量度和评价，熟悉用声级计测量噪声声级的
方法。
★海洋噪声是由各种原因产生的，并且受到许多因
素绵影响。整个噪声级的变化趋势是随f增加而下 降，在1Hz到100KHz范围内变化120~103dB， 但就某一频率而言，其动态范围在40~60dB，在 低频段，一般下降较陡，每倍频程下降8~10dB ，在100Hz~20KHz范围是目前水声工作中较常用 的频段，它的噪声级高达60~70dB，与风力大小 关系最密切，低频段还与舰船噪声的大小有关，
实验原理
★采用任意波形发生器内置的常用信号，只需要
设置发射波形类型、频率、幅值，即可产生我们 需要的常用信号，如正弦波、矩形波、三角波以 及sinc等特殊函数波形。
★将任意波形发生器连接电脑，可利用配套软件
绘制出任意我们需要产生的波形（甚至不规则的 ）并下载到任意波形发生器上产生波形。
FFT分析仪的应用
一般随频率的增加而下降。在高频段的风噪声， 反而随频率增高而增强，每倍频程增大6dB
浅海声脉冲传播包络起伏特性
实验目的
★掌握声波在浅海传播时包络幅度起伏的测量方法 ★学会使用数理统计方法分析声脉冲包络幅度起伏的统计特性 ★了解浅海信道声脉冲传播中包络幅度的统计特性随距离的变化规律
实验原理
声信号在海中传播时，海水介质的参数随时间和空间变化 、海面起伏不定、海底不平整以及海中湍流等因素，使声 场变得复杂化，不但引起声脉冲参数产生随机变化，而且 还削弱了声场中的相干分量，特别是浅海信道存在显著的 多路径效应，它来自海面和海底单次或多次散射或反射。 当接收距离加大时，问题更为复杂，这时由直达和海面海 底反射来的声波程差减少，多路径信号的间隔就变得小于 声脉冲的宽度，以致接收信号成为到达该点的各途径信号 的叠加。
实验原理
★多途效应：由于水声信道的复杂性，信号在水下的传播不是像在空
气中那样可以准确的传播，而是由于海底、海面、鱼群、暗礁等物体 的反射或者折射使得接收端的接收器收到的信号不会是一个完整的发 射初始信号，而可能是许多由于干扰而形成的波形互相叠加而成，在 接收端形成一个包络。
Pd=Po/d1=Po/d-△d
实验方法
★测量发射换能器的发送电压级 ★没出发送响应的频率特性曲线，并根据曲线求出该发射换能器的发
送响应宽带
浅海通信多途效应
实验目的
★了解多途效应的产生的原理 ★识别接收端的多途包络确定第一到达信号
Hale Waihona Puke Baidu
★多途定义：多径效应即接收器所接收到的信号是通过直射、反射、
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。
★声压Pf的测量
★声压d的测量
有效声中心----发射换能器辐射声波远场中指定方向上某处的声压与换 能器上或附近某一位置的点声源在该处产生的声压（幅度+相位）则 该点声源位置为此发射换能器的有效声中心
实验原理与方法
★海洋噪声来源：动力噪声、冰下噪声、生物噪声、地震噪声、工业
噪声
★舰船噪声的频谱特性
机械噪声：主机、辅机和各种空调设备产生的机械振动，它通过船 壳辐射到海中 螺旋桨噪声：螺旋桨转动产生水介质空化引起的空化噪声，及它的划 水声和涡流声 水动力噪声：水流过船壳产生的摩擦及附件产生共振所辐射的声音
则可得：50=10lg（Vo/Vt）即得Vt=Vo/105 响应级的计算：响应级L= -20lg(Vt/Vi）
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
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
公式
实验原理与方法
★脉冲循环法测量声速是以测量某一固定距离L之
间声传播所需的时间T为基础 C=2L/T=2L×f
★纯水中的声速
C=1402.3+4.95T-0.55T2+0.00029T3
舰船及海洋环境噪声的频谱分析
实验目的
★了解舰船及海洋环境噪声频谱的基本特性 ★ 掌握噪声信号的采集及频谱分析的基本方法
5.水听器移动到不同的距离，重复以上步骤
6.在Excel中求方差：VARP（number1:numberN），平均值： Average(number1:numberN)。由于经过放大器，示波器测得幅度 为放大30dB之后的信号，还原为真实幅度： V=Vo/(1030/10)=0.001*Vo
记录CH1信号电压值为Vi，CH2信号电压值为Vo，实际接收信号电压值为 Vt,
实验原理与方法
★定义噪声声压级Lp=20lg(P/P0) dB
噪声对人影响大小，要由人们主观感受来衡量， 人耳听声，虽说声压越大，声音越响，但声压与 人耳感觉的响度并不是成正比关系，而是成对数 关系。
★测量方法：噪声源发出的噪声，由声级计直接
测量。
脉冲循环法测量液体的声速
实验目的
★了解脉冲循环法测量声速的原理和具体实施方法 ★ 了解声速与水媒质的温度、盐度和压力的依赖关系 ★ 学会声速测量数据的分析和处理方法，并找出它的经验
★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
1.多途出现是随机的，它在直达脉冲后，时延Td几毫秒，甚至长达几十 毫秒
2.多途的和直达的脉冲，有的迭合在一起，有的彼此可分离
3.多途脉冲的幅度随时延增加总体上有减少的趋势，但有的比直达的 还大
实验方法
由于实验室暂没有在海上实验的条件，本次实验在室内水池模拟海水环 境进行测量
1.由信号发生器产生一脉冲，通过换能器在水池中传播
2.利用水听器接收信号，量出水听器与换能器的距离，同时不断使换能 器进行小位移移动，以模拟海洋环境
3.水听器接收到的信号经过放大器（30dB），传送至数字示波器
4.读出接收到信号的最大峰值，随机记录150组峰值数据V1
实验目的
★通过本实验学会利用数字示波器将输入的时域信号进行
频谱分析
实验原理与方法
★由信号发生器产生信号，作为数字示波器的输
入源，利用数字示波器内置的傅立叶变换模块功 能，将其转化为频域上的分布图像，确定其频率 成份。
用声级计测量噪声
实验目的
★了解噪声的量度和评价，熟悉用声级计测量噪声声级的
方法。
★海洋噪声是由各种原因产生的，并且受到许多因
素绵影响。整个噪声级的变化趋势是随f增加而下 降，在1Hz到100KHz范围内变化120~103dB， 但就某一频率而言，其动态范围在40~60dB，在 低频段，一般下降较陡，每倍频程下降8~10dB ，在100Hz~20KHz范围是目前水声工作中较常用 的频段，它的噪声级高达60~70dB，与风力大小 关系最密切，低频段还与舰船噪声的大小有关，
实验原理
★采用任意波形发生器内置的常用信号，只需要
设置发射波形类型、频率、幅值，即可产生我们 需要的常用信号，如正弦波、矩形波、三角波以 及sinc等特殊函数波形。
★将任意波形发生器连接电脑，可利用配套软件
绘制出任意我们需要产生的波形（甚至不规则的 ）并下载到任意波形发生器上产生波形。
FFT分析仪的应用
一般随频率的增加而下降。在高频段的风噪声， 反而随频率增高而增强，每倍频程增大6dB
浅海声脉冲传播包络起伏特性
实验目的
★掌握声波在浅海传播时包络幅度起伏的测量方法 ★学会使用数理统计方法分析声脉冲包络幅度起伏的统计特性 ★了解浅海信道声脉冲传播中包络幅度的统计特性随距离的变化规律
实验原理
声信号在海中传播时，海水介质的参数随时间和空间变化 、海面起伏不定、海底不平整以及海中湍流等因素，使声 场变得复杂化，不但引起声脉冲参数产生随机变化，而且 还削弱了声场中的相干分量，特别是浅海信道存在显著的 多路径效应，它来自海面和海底单次或多次散射或反射。 当接收距离加大时，问题更为复杂，这时由直达和海面海 底反射来的声波程差减少，多路径信号的间隔就变得小于 声脉冲的宽度，以致接收信号成为到达该点的各途径信号 的叠加。
实验原理
★多途效应：由于水声信道的复杂性，信号在水下的传播不是像在空
气中那样可以准确的传播，而是由于海底、海面、鱼群、暗礁等物体 的反射或者折射使得接收端的接收器收到的信号不会是一个完整的发 射初始信号，而可能是许多由于干扰而形成的波形互相叠加而成，在 接收端形成一个包络。
Pd=Po/d1=Po/d-△d
实验方法
★测量发射换能器的发送电压级 ★没出发送响应的频率特性曲线，并根据曲线求出该发射换能器的发
送响应宽带
浅海通信多途效应
实验目的
★了解多途效应的产生的原理 ★识别接收端的多途包络确定第一到达信号
Hale Waihona Puke Baidu
★多途定义：多径效应即接收器所接收到的信号是通过直射、反射、
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。