空腔结构吸声器的吸声系数计算方法的研究

探讨计算空腔结构吸声器吸声系数的方法。以粘弹体能量守恒方程为基础导出吸声器各层媒质的表达式,用声波在分层吸收媒质中传播模型计算能量吸收系数。用所导出的等效密度、弹性模量表达式和文献1[声学学报,1965;2(4):192-197]、文献2[同济大学学报, 1979(1):96-104]所给的等效参数,分别计算了尖劈吸声器和空腔结构的尖劈吸声器的吸声系数,比较表明对于前者三种方法都有效,对于后者本文的结果与实测吸声系数曲线较符合,另两文与实验相差较大;又用本方法分别计算了平板吸声器含空腔及空腔结构变化时的吸声系数,所得结果合理地反映了空腔结构对吸声性能的影响;对原空腔结构吸声器的吸声系数模拟结果作了实验验证,表明计算值和测量结果基本相符。结果表明用本文所给等效参量表达式和声波在分层吸收媒质中传播模型,近似计算空腔结构吸声器的吸声系数是可行的。     

微穿孔板吸声结构水下应用研究

马大猷教授提出的微穿孔板吸声结构在空气噪声降低和隔离方面得到了广泛的应用,但未见水下应用的相关研究和报道。本文将空气中微穿孔板理论应用到水中,得到了水下微穿孔板吸声结构的吸声公式。通过理论分析,得出了微穿孔板结构直接应用于水中无法获得宽频吸收的结论。提出了通过匹配液将微穿孔板间接应用到水下的设想。设计了单层板和双层板吸声结构,并对它们的吸声特性进行了理论分析与仿真。结果表明,本文设计的微穿孔板吸声结构在水中能够获得优于空气中的宽频带吸声效果。实验测量了自制的微穿孔板吸声结构,吸声系数的测量值与理论曲线基本吻合,从而验证了理论分析的正确性。     

压力罐中水声材料声学特性的参量源测量法

设计了一种原波频率500 kHz、差频范围1~30 kHz的截断宽带参量阵,作为水声材料测量系统的声源。通过分析典型频率下的宽带参量源指向性理论计算和实际测量结果,发现两者结果的曲线基本吻合,证明计算模型是正确的。应用钟形短时脉冲实现水声材料声特性的宽带测量,有益于降低样品边缘衍射干扰。并建立了测量水声材料大面积板状样品声压反射系数、声压透射系数和吸声系数的压力罐测量系统,罐体内尺寸Φ4 m×12 m,最高静水压4.5 MPa,测量频率范围1~30 kHz。对标准样品(尺寸1m×1m)进行了测量实验,其测量结果和理论曲线有很好的吻合,参量源测量法得到了验证;之后,通过对一块橡胶板样品在不同静压力下的吸声性能进行了测量和有效评估,进一步确认了参量源测量法在压力罐这样有限水域中的潜在应用价值。      

水下微穿孔吸声体结构设计与试验研究

根据马大猷院士的微穿孔板(MPP)理论,提出在可设计的夹芯复合隐身结构的空腔中附加微穿孔板层的水下微穿孔吸声体。基于微穿孔板的精确计算理论及水下声隐身结构的特点,考虑空腔深度、穿孔板厚度、穿孔直径及穿孔率等对微穿孔板吸声性能的影响,对水下微穿孔吸声体进行了结构设计。利用脉冲声管法对水下微穿孔吸声体试样的吸声系数进行了测量,结果表明:水下微穿孔吸声体有效地拓宽了低频吸声频带,其微穿孔板结构参数的影响规律也与理论分析一致;对于多种吸声机理并存的水下微穿孔吸声体的空腔个数、形状及谐振特性等也是影响吸声性能的重要因素,在实际的工程应用中必须结合所关心的频带对水下微穿孔吸声体进行匹配优化设计。      

一种现场测量材料吸声特性的新方法

现有的材料吸声系数测量方法主要有混响室法和驻波管法,都属于实验室测量方法,不适合现场测量。使用普通扬声器的反射法可以对材料的吸声特性进行现场测量,但是对材料尺寸和测试环境有较高的要求。本文利用参量阵非线性自解调可听声的高指向性和在阵长距离内的平面波特性,结合传递函数法,测量材料的吸声系数,并与传统驻波管测量结果进行了对比。结果表明在普通房间条件下,不需要驻波管,混响室等实验环境,即可对小尺寸的材料进行吸声系数的现场快速测量,具有较大的实用性。      

含玻璃微球的黏弹性复合材料覆盖层的水下吸声性能分析

水下吸声覆盖层对潜艇的隐身具有重要的意义, 因此得到了广泛的关注. 本文对含有玻璃微球的黏弹性复合材料覆盖层的水下吸声性能进行了理论分析. 采用等效参数法计算了玻璃微球的体积含量对复合材料的力学和声学性能的影响. 应用声波在多层介质中传播的一维模型, 计算了不同玻璃微球体积含量的单层复合材料覆盖层的吸声性能.结果表明, 增加玻璃微球的体积含量可以提高覆盖层的低频吸声性能, 但是其高频吸声性能降低.采用遗传算法对玻璃微球在覆盖层厚度方向上的体积含量分布进行优化. 优化的多层结构可以在一定的频带内改善覆盖层的表面与水的声阻抗匹配, 在保证覆盖层的高频吸声系数大于某一限值(0.7)的前提下, 提高其低频吸声性能.另外, 多层优化结构覆盖层不含宏观的空腔结构, 不影响覆盖层的耐压性能.其结构简单, 对制备工艺的要求不高.因此, 本文形成的理论方法适用于水下吸声覆盖层的设计. 关键词： 水下吸声 黏弹性复合材料 玻璃微球 遗传算法     

基于声场重建的材料吸声系数测量方法

针对现有方法对材料吸声系数进行现场测量时存在低频测量误差大的问题,本文提出了一种利用扬声器线阵列对材料吸声系数进行现场测量的新方法。该方法使用基于能量比值约束的最小二乘法在待测材料表面进行平面波声场重建并结合双传声器传递函数法对材料的吸声系数进行测量。数值仿真表明在100～1600 Hz频率范围内,新方法在未加约束时能够对材料的吸声系数进行准确测量。在半消声室中利用新方法测量了三聚氰胺泡沫的吸声系数,分析了能量比值约束值对测量结果的影响,并和阻抗管以及其它两种现场测量方法的测量结果进行了对比。结果表明该方法能够对吸声材料在160～1600 Hz频段内的吸声系数进行准确测量,并且相较于现存的现场测量方法,新方法具有更低的测量频率下限。     

载流弹性薄板结构吸声性能的研究

对弹性薄板吸声结构在水下的吸声性能进行了研究,推导了载流弹性薄板结构声阻抗的解析解。提出并计算了薄板结构的势能因子B_(nm)、动能因子A_(nm)和载流因子系数χ。得出薄板结构吸声性能严格的解析理论和幂级数近似表达式,本文获得的结果使薄板理论的吸声机理更加清晰,计算也更加简化。通过低频水声管对薄板结构进行了测试,测试结果和理论计算结果吻合得较好,验证了本文理论的正确性。     

导热系数测定过程中下铜板散热速率的理论计算

采用传热学的相关理论,对稳态法测量导热系数实验过程中下铜板的散热速率进行了计算,并与实测结果进行对比分析。     

基于声压-质点速度声强探头的材料吸声系数的测量

通过由一个声压换能器和一个质点速度换能器所构成的传感器(p-u声强探头)同时测量材料表面附近的声压和质点振动速度,可直接得到其声学阻抗,进而得到材料的反射因子、吸声系数。本文利用一个p-u探头声强测量系统,在半消声室内测量了三聚氰胺泡沫的吸声系数,分析了声源高度和入射角度、材料样本尺寸和厚度对吸声系数测量的影响,并和阻抗管中测量得到的法向吸声系数进行了对比。最后分析了声阻抗率的幅值和相位误差对吸声系数的影响,推导了它们的误差传递公式。     

Investigations on the acoustic transmission characteristics of underwater perforated panel structures

Perforated panel structures have a wide potential in underwater applications. However, up to now there has been little related research. The acoustic impedance of an underwater perforated panel is obtained based on the theories for air perforated panel sound absorption. In this paper sound transmission characteristics of underwater perforated panel structures are theoretically analyzed by the transfer matrix method. A formula for normal incidence sound transmission coefficients is given. The main factors that have effects on the acoustic transmission coefficient are analyzed by numerical simulations. The perforated panel structures made by ourselves are tested in a standing-wave tube by the four-sensor transfer-function method. The experimental results are well in accord with the results obtained by the numerical method, which proves that the theoretical analysis is correct. This paper has provided theoretical and experimental bases for the design of underwater perforated panel structures.     

基于四水听器的充水弹性管声速测量方法*

实验室中水声材料声学参数的测量主要在水声声管中进行。管内平面波声速是正确测量这些参数的基础。该文提出一种基于四水听器结合不同边界的测量充水弹性管中声速的新方法。该方法利用4个固定位置处的水听器,采用最小二乘的方法,使得两组水听器分别得到的声管末端入射波声压差值的平方最小的声速即为管内平面波声速。该方法利用单频信号,在每一频率点均可测得声速,可以在任一种声管末端边界下进行测量,同时无需知道各水听器到边界的精确距离,在文中的3种边界下声速测量结果具有很好的一致性,实验操作简单、误差很小。该方法的仿真结果与管内声速的理论值吻合得很好,同时实验测量结果与仿真值之间的误差很小,证明了方法的准确性以及鲁棒性,为声管声速测量提供一个很好的思路。     

深海脉冲信号簇到达结构特征及其在水下声源定位中的应用_

为了实现对深海水下声源的定位,对典型深海环境中的脉冲信号到达结构特征进行了理论分析,给出了声源和接收位置位于近海面时到达信号的簇信号形式近似表达式.当声源和接收位置处于近海面深度时,接收到的信号呈簇状结构形式.在提取到达信号中各簇信号到达时间、幅值等特征参数的基础上,提出了一种通过对到达信号中簇信号特征参数匹配搜索进行...     

水下爆炸声源辅助声呐系统的目标定位和参数估计

系统阐述了利用水下爆炸声源作为发射声源,辅助声呐系统实现水下目标定位和目标方位、距离参数估计的方法。研究了目标散射信号的窄波束混响模型,以及混响背景下的目标方位参数的估计方法。对目标参数估计误差进行研究,证明方位参数、距离参数的估计误差近似满足高斯分布,并推导了距离参数估计误差方差的表达式。利用仿真实验对目标距离参数估计误差及其标准差进行研究,得出了一系列提高距离参数估计精度的措施。仿真和湖试数据处理结果显示,在存在一定爆炸声源距离误差的条件下,本文方法可实现对远距离水下目标的准确定位。      

线阵声强缩放方法在水下声源辐射功率估算中的应用_

为了解决水下声源辐射声功率难以计算的问题,利用线阵声强缩放方法在波束形成声源识别的基础上,根据波束输出结果与声源辐射声功率之间的换算关系来获得相应的声功率.为了提高线阵声强缩放方法的水下声功率估算精度,给出了一定动态范围限制的主瓣区域积分方法,并通过仿真验证了该方法的有效性.在消声水池中开展了水下声功率估算的实验研究....     

水下爆炸声源辅助声呐系统的目标定位和参数估计研究（英文）

Underwater target localization and parameters(azimuth and range) estimation by the method of utilizing explosions as underwater sound sources are described in this paper.The narrow beam reverberation model of the target echo signal is researched to estimate the target azimuth in reverberation background.Estimation errors of target azimuth and range are studied and proved to approximately meet Gauss distribution.Then the variance formula of target range error is deduced.Simulation experiments are applied to research the target range error and its standard deviation,and a series of measures to improve the estimation accuracy of target range are proposed.It is confirmed by the data processing results of simulations and lake experiments that the proposed method can accurately locate underwater target at a long distance on the condition of a certain underwater explosion range error.     

基于声弛豫频率的可激发气体压强合成算法

声弛豫频率是声吸收谱峰值点的频率,包含可激发气体成分、环境温度和压强信息.利用声弛豫频率线性正比气体压强的特性,提出一种通过两频点声吸收系数和声速测量值计算声弛豫频率,并通过查表方式合成气体压强的算法.算法的声弛豫频率测量误差具有随声测量值误差线性变换的特性,且当两频点的声吸收测量误差相等时,压强的合成误差为零.对于一定温度下的甲烷及其混合气体,仿真计算证明算法的有效性和声测量误差的稳健性.提供一种简单、稳健性好、可实时连续在线检测可激发气体腔体压强的声学方法.     

海洋声学环境下水中声源的时延估计法定位精度分析

水中声源的定位精度受到海洋声学环境的重要影响。结合海上试验的实际应用,分析了水下观测平台采用时延估计法对声源的定位精度问题。根据理论分析,计算了时延估计误差、海洋中声速不均匀、平台非稳性、及声传播起伏等因素引起的俯仰角和方位角误差。利用误差传递公式,获得了上述因素引起的不同平台深度下,不同距离声源的定位误差。比较了采用平面阵与立体阵、是否补偿声线弯曲效应等条件下定位误差的变化,并通过海上试验结果进行了部分验证。研究结果表明,海洋声速不均匀对定位误差的贡献最大。采用立体阵代替平面阵、测量海洋声速剖面并补偿声线弯曲引起的定位误差,在1000m距离上可使定位相对误差从最大30%降低到约10%,有效提高了较远距离上的定位精度。研究结果对于采取措施提高水中声源的定位精度有指导意义。      

散射条件下声源分离及参数获取的平行障板方法*

声纳系统或水声设备湿端不可避免存在某些散射体,克服散射体干扰对声源本身辐射特性进行测量目前还缺乏简捷有效的方法。依据刚性圆盘散射规律,通过有限元建模分析了与观察方向平行布设的刚性圆盘对声源辐射特性的影响规律,结果表明：在满足远场条件时,在较小的允许误差范围内观察轴线上声压幅值分布与引入平行障板无关。并在此基础上尝试提出一种简捷有效的平行障板方法,实现散射条件下声源分离与参数获取。通过有限元仿真分析,在1~20kHz频率范围内,半径0.4m厚8mm的钢板对脉动圆管声源级分离测量引入误差在±0.6dB以内。