声学与水声学测量技术
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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
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
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, 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
★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
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
★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
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。
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
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 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
声学与水声学实验
主讲：许鹭芬 (lfxu@xmu.edu.cn)
wk.baidu.com
任意波形发生器
实验目的
★ 熟悉任意波形发生器，用任意波形发生器产生常用波形
信号，并学会使用软件产生需要的任意波形信号
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。
★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， 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
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 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
★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。
★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
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。
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。
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
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
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, 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
★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
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
★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
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。
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
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 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
声学与水声学实验
主讲：许鹭芬 (lfxu@xmu.edu.cn)
wk.baidu.com
任意波形发生器
实验目的
★ 熟悉任意波形发生器，用任意波形发生器产生常用波形
信号，并学会使用软件产生需要的任意波形信号
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。
★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， 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
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 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
★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。
★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
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。
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。