Page 107 - 《应用声学》2023年第1期

第 42 卷 第 1 期 杨洋等： 电动式换能器声源级起伏改善实验研究 103

本文接下来从实验上对上述两种方法进行了 为了验证在空气中测试结果对水中结果具有借鉴
验证。由于电动式换能器的工作频段范围一般在几 作用，基于一个电动式换能器模型，理论计算了辐射
赫兹到几百赫兹，在实验水池或有限开阔的水域中 介质分别为空气和水时，声腔底面为刚性面和吸声
难以满足自由场测试条件，测得声场中的声压难以 棉以及声腔充入氦气时两种介质中的声源级对比，
满足测量精度的要求，因此实验中选择了通过加速 如图5所示。
度计测量辐射面的输出振速，然后通过圆面活塞辐
由图 5 可以看到，辐射介质不同时，由于辐射
射面的声压公式 (4) 求解声场声压的方式归算出声
阻、共振质量和声压参考值不同，驱动振子的输出振
源级。
速、驱动振子的谐振频率、机械品质因数及电动式
为了验证声腔谐振可导致声源级响应起伏这
换能器的声源级大小在两种介质中均发生了变化，
一结论，测试中分别测试了无声腔 (即只有驱动振
但声腔引起的起伏对应的频点没有改变，图 5(b)、
子) 和含声腔 (包括声腔内充入空气、声腔内充入空
气并在底部敷设吸声棉、声腔内充入氦气 3 种情况) 图 5(d) 显示加入吸声棉后起伏变化的幅度规律也
的辐射面振速。 相似。因此在空气中通过改变声腔边界条件及声腔
由于不含声腔的驱动振子无法入水测试，因此 内气体声参数等措施改善声源级起伏获得的结论
为了便于比较结果，上述实验均在空气介质中完成。 可以应用到水中。

180 180
160
160
ܦູጟ/dB 140 ܦູጟ/dB 140
120
120
100 100
100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
ᮠဋ/Hz ᮠဋ/Hz
(a) ᣣ࠱̮᠏˞ቇඡ (Ѹভअ᭧) (b) ᣣ࠱̮᠏˞ቇඡ (अ᭧ҫծܦ೟)

200 200
180
ܦູጟ/dB 150 ܦູጟ/dB 160
140
120
100 100
100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
ᮠဋ/Hz ᮠဋ/Hz
(c) ᣣ࠱̮᠏˞ඵ (Ѹভअ᭧) (d) ᣣ࠱̮᠏˞ඵ (अ᭧ҫծܦ೟)
200 200
180
ܦູጟ/dB 150 ܦູጟ/dB 160
140
120
100 100
500 1000 1500 2000 2500 3000 500 1000 1500 2000 2500 3000
ᮠဋ/Hz ᮠဋ/Hz
(e) ᣣ࠱̮᠏˞ඵ (ᑿЯЍඬඡ) (f) ᣣ࠱̮᠏˞ቇඡ (ᑿЯЍඬඡ)
图 5 两种方法在水中和空气中改善声源级起伏的理论效果
Fig. 5 The theoretical effect of two methods in improving the fluctuation of source level in water and air
图 6 所示；实验中使用的仪器设备包括信号发生
2 电动式换能器改善响应起伏实验 器、功率放大器、加速度计、电荷放大器、示波器
等，实验仪器设备连接示意图如图 7 所示。测试中
用于实验测试的电动式换能器为哈尔滨工程 对电动式换能器施加 1 A 的恒定电流，测试频率为
大学研制的 ULF-2 型超低频宽带电动式换能器，如 10 ∼ 1200 Hz。