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利用起伏界面改善非消声水池中的声功率测量

谢丁丁 李琪 唐锐 尚大晶 任超

谢丁丁, 李琪, 唐锐, 尚大晶, 任超. 利用起伏界面改善非消声水池中的声功率测量[J]. 声学学报, 2023, 48(3): 524-531. doi: 10.15949/j.cnki.0371-0025.2023.03.004
引用本文: 谢丁丁, 李琪, 唐锐, 尚大晶, 任超. 利用起伏界面改善非消声水池中的声功率测量[J]. 声学学报, 2023, 48(3): 524-531. doi: 10.15949/j.cnki.0371-0025.2023.03.004
XIE Dingding, LI Qi, TANG Rui, SHANG Dajing, REN Chao. Sound power measurements in a non-anechoic tank with random surface[J]. ACTA ACUSTICA, 2023, 48(3): 524-531. doi: 10.15949/j.cnki.0371-0025.2023.03.004
Citation: XIE Dingding, LI Qi, TANG Rui, SHANG Dajing, REN Chao. Sound power measurements in a non-anechoic tank with random surface[J]. ACTA ACUSTICA, 2023, 48(3): 524-531. doi: 10.15949/j.cnki.0371-0025.2023.03.004

利用起伏界面改善非消声水池中的声功率测量

doi: 10.15949/j.cnki.0371-0025.2023.03.004
基金项目: 国家自然科学基金项目(11874131)和哈尔滨工程大学博士研究生科研创新基金项目(XK205002102801)资助
详细信息
    通讯作者:

    唐锐, tangrui@hrbeu.edu.cn

  • 中图分类号: 43.30, 43.55

Sound power measurements in a non-anechoic tank with random surface

  • 摘要:

    针对非消声水池的声学测量应用, 提出了一种在界面起伏的非消声水池中测量水下声源辐射声功率的方法。基于数值方法分析了在非消声水池中利用起伏界面改善低频声源辐射声功率测量的可行性, 进一步在一个尺寸为1.2 m × 1.0 m × 0.8 m的非消声水池中开展实验研究, 测量了水声换能器的辐射声功率。实验表明, 相对于界面静止的水池, 利用造波装置生成随机起伏界面后, 声场扩散性明显改善: (1) 水池的Schroeder频率从10015 Hz降低到8370 Hz, 辐射声功率的测量范围向低频扩展; (2) 结合空间平均技术测得的频响曲线起伏程度减小, 与自由场值更接近, 辐射声功率的测量结果更为准确。所提方法有助于提高非消声水池中水下目标声学特性的测量能力。

     

  • 图 1  非消声水池模型 (a) 静止界面; (b)起伏界面

    图 2  频率为750 Hz时水平面内声场分布 (a) 静止界面; (b) 起伏界面 (波长为2 m、波高为1 m)

    图 3  声场扩散性分析 (a) $ H = L/8 $; (b) $ H = L/4 $; (c) $ H = L/3 $; (d) $ H = L/2 $

    图 4  (a) 非消声水池中测试系统简图; (b) 设备布放俯视图

    图 5  实物照片 (a) 换能器布放; (b) 水泵; (c) 水泵布放; (d) 起伏界面

    图 6  消声水池中测试系统简图

    图 7  消声水池

    图 8  背景噪声级 (a) 静止界面; (b) 起伏界面

    图 9  声功率级曲线 (a) 工况A; (b) 工况B; (c) 工况C; (d) 工况D; (e) 工况E; (f) 工况F (灰线: 非消声水池测量结果, 黑线: 消声水池测量结果)

    表  1  1/3倍频程60 dB混响时间及相应Sabine吸收量

    中心频率(Hz)静止界面起伏界面
    混响时间(s)Sabine吸收量 (m2)混响时间(s)Sabine吸收量 (m2)
    50000.2980.1190.2560.138
    63000.2830.1250.2310.153
    80000.2940.1200.2350.151
    100000.2770.1300.1620.219
    125000.2590.1370.1460.242
    160000.2170.1630.1290.274
    200000.2070.1710.1210.293
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    表  2  非消声水池中辐射声功率测量方法

    测量方法实施方法
    直接测量 1个水听器在混响控制区内固定位置测量10 s信号
    离散空间平均 6个水听器在混响控制区内固定位置测量10 s信号, 6组结果取平均
    连续空间平均 1个水听器在混响控制区内随机移动测量10 s信号
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    表  3  实验工况

    工况界面测量方法
    A静止直接测量
    B起伏
    C静止离散空间平均
    D起伏
    E静止连续空间平均
    F起伏
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    表  4  非消声水池中辐射声功率测量准确性评估

    工况ABCDEF
    与自由场值之差 (dB)4.191.901.791.221.240.89
    频率起伏程度 (dB)4.362.292.031.601.510.97
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    表  5  重复测量引起的不确定度 (dB)

    中心频率 (Hz)工况
    ABCDEF
    50000.400.450.430.430.380.26
    63000.480.540.460.290.380.26
    80000.430.570.440.430.580.41
    100000.420.650.430.350.740.31
    125000.380.470.380.430.480.29
    160000.840.760.240.210.510.49
    200000.590.650.530.270.440.33
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出版历程
  • 收稿日期:  2022-04-07
  • 修回日期:  2022-08-30
  • 刊出日期:  2023-05-11

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