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
例如：
在空气中某一点声压级值为80dB，则记作
P Lp 80dB 0dB re 20 Pa
1/1倍频程：
Δf = f H - f L = 70.7% f0
（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
1、定义
一个声学量与其同类量的基准值之比的 对数。
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 LPC ，海洋环境噪声为 LPN
则船只的实际辐射噪声为 LPS 。
• 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？
如果声场中有两个声源A和B，它们的声压级分别为 L pa
和
L pb
，而它们的声压有效值分别为
pa
和
pb
， 则求
。
在A、B两声源形成的声场中某点C处声压级
L pc
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
倍频程是频程的单位
（3）ISO规定
a、1/1倍频程：n=1
fH fL = 2
b、1/3倍频程：n=1/3
c、十倍频程：
fH
fL 2
1 3
f H f L = 10
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
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
（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。
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
（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、
2、表达式
Lx logr ( 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）
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
f0 =
fH • fL
恒定百分比带宽滤波器：
f 2 f1 2
1/3倍频程：
n
f H = 2 f0
n
fL =
1 2
n
f0
Δf = f H - f L = 23.1% f0
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： p0 为声压基准值； 在空气中为20μPa； 在水中为1μPa。
声强级表达式为
I LI 10lg I / I0
（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,
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）
• 结束1
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
1 声 学 测 量 技 术 的 发 展 状 况
瑞利
克拉尼
朗之万
赫姆霍兹
贝尔
声音盲区
水中声速测量
深海通道
声学测量技术的发展状况
声学测量技术的发展状况
声学测量技术的发展状况
声学应用
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。
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