Page 56 - 《应用声学》2023年第3期

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构设计也越来越复杂，小样品声学性能测试越来越
0 引言
不能满足材料声学性能评估的需求，大样品声学性
水下航行体表面涂覆声学覆盖层可以降低声 能测试逐渐发展起来。Lahti [12] 应用声强技术来测
量材料表面阻抗，他通过两个传声器和互频谱快速
呐探测回波强度。声学覆盖层性能研究一直是航行
傅里叶变换技术直接测定阻抗，并用于试验室和外
体水下目标隐身控制的重点，声学覆盖层结构及其
构件成为水下隐身设计不可或缺的常用装备。声学 场进行声强测量。Allard 等 [13] 采用双传声器传递
覆盖层多是非均匀结构，其声学性能与内部结构关 函数技术测量自由场材料阻抗。Frederickson等 [14]
使用声强探头技术来测量多孔材料的声反射与声
系密切。声学覆盖层的声学性能很难从理论精确
透射特征。陈克安等 [15] 将自由场双传声器法用于
模拟，目前水下材料声学性能评估基本上是以小样
空气声学的斜入射测量中，通过试验验证了该方
品测试为主，一般在声管内进行。材料声学性能评
估高频测量主要采用脉冲法，低频测量采用传递函 法的有效性。Champoux 等 [16] 、Nobile 等 [17] 使用
平面波或球面波假设，给出材料不同入射角下表面
数法。Seybert 等 [1] 、Chary [2−3] 等采用传感器测量
声压谱及双传声器传递函数的方法，对声波垂直入 阻抗的计算方法。Tamura [18] 给出消声室中利用声
学全息技术测量声波斜入射情况下材料表面反射
射消声材料的声学性能进行测试研究。理论上采
系数。何元安等 [19] 利用声强和复声压之间的相位
用双传感器传递函数法，可以分离测试声管平面波
关系和声场空间变换技术，实现声波任意角入射时
传播的入射、反射声波，进而计算材料的吸声、隔
材料反射系数的反演。时胜国等 [20] 利用矢量水听
声等声学性能，但需要传感器有很好的幅度和相
器给出自由场材料表面反射系数测量方法。李水
位一致性。Chu [4−5] 采用一个传感器测量材料声学
等 [21] 则利用宽带压缩脉冲建立自由场材料吸隔声
性能，有效地消除了传感器相位幅度不匹配引起的
性能测量方法，在此基础上，考虑有限空间边界反射
误差，并分析管中声波衰减对测试的影响。俞悟周
对低频声学性能测试的影响，并采用参量声源建立
等 [6] 认为采用双传声器传递函数法，很难解决频
压力环境下水声材料吸隔声性能测量方法 [22] 。考
率限制问题，提出伪随机三点测量法，测量声学材
虑到边界反射多途传递对测试的影响，孙敏等 [23]
料吸声系数，很好地解决了双传声器传递函数法存
采用不同距离多次测量的方法给出水声材料插入
在的缺陷，测试精度也比较高。Bodén 等 [7] 在分析
损失测量声波多途传播抑制方法。由于水声材料声
传递函数法的测量误差时，认为使材料反射系数测
学性能与压力环境关系密切，自由场虽然可以很好
量误差小于 1%，相位误差小于 0.6 ，两传声器间距
◦
测量评估其声学性能，但在有限空间因壁面反射的
S 满足 0.1π 6 ks 6 0.8π 条件 ( 为水中声波波数)。
影响，材料的低频吸隔声性能测量一种测试技术发
Banks-Lee 等 [8] 、Katz [9] 对减小传递函数测量误差
展难点。
方面进行过大量的研究。随着水下探测技术从高频
为了消除有限空间壁面反射对材料声学性能
段逐步向低频段发展，水下材料声学性能测试不能
测试的影响，本文利用脉冲法分离壁面反射对入射
仅仅考虑低频和高频某一方面的性能，宽频段综合
声波及样品反射声波的影响，根据传递函数法测试
声学性能设计已经成为水下隐身技术发展的需要，
原理，给出近场传感器组之间的传递函数与反射系
单纯的低频或高频声学性能测试已经不能满足材
数、透射系数对应关系，提出水下材料声学性能测
料设计需求。同种状态下水下材料宽频段声学性能
试近场长脉冲传递函数法，理论上分析验证方法的
测试成为材料设计、应用及评估的迫切需要。吕世
可行性，在压力水筒通过模型试验考核方法的可靠
金等 [10] 根据脉冲法和传递函数法的测试原理，建
性，为加压环境下水下材料大样品声学性能评估提
立相同状态下水下材料吸声性能宽带测试传递函
供测试基础。
数和脉冲法联合测试，解决不同测试方法测试结果
的一致性问题，并进行水下声学材料吸声性能管中
1 近场长脉冲传递函数法理论
与管端测量结果对比分析 [11] 。
随着声呐探测频率的降低，声学覆盖层低频声 一般认为声源在材料表面入射及反射为平面
学性能成为其声学设计关注的重要方向，其内部结 波的形式，如图 1 所示。入射声压 p i ，入射到样品表