Page 57 - 《应用声学》2023年第3期
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第 42 卷 第 3 期 时尚等： 水下材料吸隔声性能测试近场长脉冲传递函数法 495
面反射声压为p r 。传统脉冲法需要分开入射声压与 其中，A t 为透射波幅度，B t 为透射波受界面反射波
反射声压，进而测量材料表面的反射系数，这样需要 幅度。
接收传感器距样品表面的距离比较远。为了消除声 则4个位置水听器接收声压为
波在传播距离上的衰减，需要进行有无样品情况下
p 1 = Ae ikL 1 + Be −ikL 1 , (3)
多次测试。如果接收位置距样品表面比较近的情况
p 2 = Ae ik(L 1 +d 1 ) + Be −ik(L 1 +d 1 ) , (4)
下，接收的将是入射波与反射波的叠加 p i + p r ，此
时无法分离出入射波与反射波，特别是在低频测试 p 3 = A t e −ikL 2 + B t e ikL 2 , (5)
情况，声波波长比较长，需要测试距离也比较远，声 p 4 = A t e −ik(L 2 +d 2 ) + B t e ik(L 2 +d 2 ) . (6)
波更难分离。因此有限空间采用传统脉冲法时，测
对测试位置 p 1 、p 2 、p 3 、p 4 传感器测试脉冲信号
试的频率都比较高。传递函数法是采用双水听器或 进行自谱与互谱分析，定义传递函数：
多水听器 [10] ，利用谱分析技术给出传感器之间的传
, (7)
递函数，进而计算材料表面的反射系数。多采用连 H 1 = G p 1 p 2 /G p 1 p 1
续波宽频带测试，一般在无限水域或消声空间；对于 H 2 = G p 1 p 3 /G p 1 p 1 , (8)
有限消声空间，如果消声环境处理不当，边界反射将 H 3 = G p 1 p 4 /G p 1 p 1 , (9)
影响测试结果。为了克服有限空间脉冲法与传递函
其中，G p 1 p 2 为 p 1 、p 2 两传感器接收脉冲信号的
数法测试能力的不足，这里采用长脉冲与传递函数
互谱，G p 1 p 3 为 p 1 、p 3 两传感器接收脉冲信号的互
法联合测试，即脉冲填充波形比传统脉冲法可以多
谱，G p 1 p 4 为 p 1 、p 4 两传感器接收脉冲信号的互谱，
一些，利用空间距离声波传播时间差，消除壁面反射
G p 1 p 1 为传感器p 1 接收脉冲信号自谱。
的影响，采用材料附近近场水听器接收声源入射脉
材 料 反 射 系 数 为 R = B/A， 透 射 系 数 为
冲与材料反射脉冲的叠加信号，对水听器间自谱与
T = A t /A。由式 (3)∼(6)，可得材料反射系数 R、
互谱分析，给出传感器对之间的传递函数，计算材料
透射系数T、吸声系数α 及隔声量TL：
的声学性能，此种方法姑且称为近场长脉冲传递函
e ikd 1 − H 1
数法，这里近场只是对测试距离上而言，并不是传统 R = H 1 − e −ikd 1 e i2kL 1 , (10)
意义上声辐射的近场。 H 2 e ikd 2 − H 3 sin(kd 1 )
T = e ik(L 1 +L 2 ) , (11)
H 1 − e −ikd 1 sin(kd 2 )
L d
2 2
α = 1 − |R| − |T| , (12)
d L L d
TL = − 20 lg |T| . (13)
p p p p
ܦູ
因此，试验可借鉴传递函数法，测量水听器接
ನֶ 收脉冲信号之间的传递函数，可以给出材料吸声、反
射声及透射性能。
图 1 试验方法示意图
Fig. 1 Schematic diagram of the test method
2 试验方案及模型
与传递函数法类似 [10−11] ，采用 4 个水听器测
模型试验在中国船舶科学研究中心声学性能
试(见图 1)，水听器距测试样品较近，接收脉冲波形
试验压力水筒中进行，压力水筒体直径 6 m，长
可以采用平面波叠加形式，入射声场为 (忽略时间
25 m，工作压力 0∼6 MPa，工作温度 5 C∼35 C，
◦
◦
因子)：
水桶周围布置 0.47 m 吸声尖劈，尖劈系数大于 0.9，
p = Ae −ikx + Be ikx , (1) 尖劈下限频率为 1000 Hz，在本文采用测试方法与
换能器下的工作下限频率约为 600∼800 Hz。图 2
其中，A为入射波幅度，B 为反射波幅度。
为试验装置。试验模型为 1.8 m×1.8 m×0.01 m 的
透射声场为
不锈钢板，测试时水听器到样品距离 L 1 = 0.05 m、
p t = A t e −ikx + B t e ikx , (2)
L 2 = 0.05 m，水听器间距d 1 = 0.05 m、d 2 = 0.05 m，
