摘 要

本文依据《GB3223-82（水声换能器自由场校准方法）》，对消声水池进行自由场鉴定研究，根据现有实验条件和水池构造，设计了一套实验方法，利用发射换能器、水听器、示波器、运动机构等等实验设备，对声场中声压与距离的方程关系进行判定，以此得到该消声水池自由场范围和适用的声频率范围。受消声水池建造进度影响，本实验最终在计算机上以数值仿真模拟形式完成，仿真结果表明，在将实验声源设定在水池几何中心的情况下，在该消声水池内，越靠近池壁的位置越难以满足自由场条件，实际声压级与理论值相差越大；越靠近声源的位置越接近自由场状态，实际声压级与理论值相差较小。

关键词：消声水池；自由场；球面波；水声测量

Abstract

This paper is based on "GB3223-82", and it studies the free field of anechoic tank. According to the existing experimental conditions and the reservoir structure, a set of experimental methods was designed. The relationship between the sound pressure and the distance equation in the sound field is determined by using the experimental equipment, such as transmitting transducer, hydrophone, oscilloscope, moving mechanism and so on, to obtain the free field range and the applicable acoustic frequency range. By the impact of the construction of the sound of the sound pool, the final experiment in the computer to simulate the form of numerical completion. The simulation results show that in the case of setting the experimental sound source in the geometric center of the pool, the more the position of the wall near the pool wall is less difficult to meet the free field condition, the actual sound pressure level is larger than the theoretical value. The closer to the sound source position closer to the free field state, the actual sound pressure level and the theoretical value of the difference is small.

Key Words：anechoic tank, free field, spherical wave, underwater acoustic measurement

目 录

第一章 绪论 1

1.1课题背景 1

1.2水声吸声材料的发展 1

1.3水声换能器的发展 2

1.4消声水池的发展 3

1.5自由场实验的发展 3

1.6本文的任务目标 4

第二章 实验原理 5

2.1球面波基本原理 5

2.1.1理想流体媒质中的声波方程 5

2.1.2特殊形式的声波方程 5

2.1.3球面声场 6

2.2最小二乘拟合法 8

2.2.1回归直线方程 8

2.2.2相关系数 9

2.3自由场远场条件 10

2.4水听器校准 12

2.5本章小结 14

第三章 消声水池测量实验 15

3.1实验设备 15

3.2测量方案 15

3.3声学中心 16

3.4实验流程 16

3.5本章小结 17

第四章 水声测量实验 19

4.1水声测量总述 19

4.2仪器介绍 19

4.2.1水听器 19

4.2.2发射换能器 20

4.2.3示波器 21

4.2.4功率放大器 21

4.2.5电荷放大器 21

4.3准备工作 22

4.4脉冲声技术 23

4.5本章小结 25

第五章 仿真实验 26

5.1仿真实验 26

5.1.1仿真实验（一） 26

5.1.2仿真实验（二） 30

5.2 数据处理 34

5.3本章小结 35

第六章 结论 36

参考文献 37

附录 39

致谢 47

第一章 绪论

1. 1课题背景

作为近代声学的一个重要分支，水声学是在第二次世界大战期间发展起来的综合性尖端技术。它是一门非常贴近工程领域的学科，主要研究声波在水下的产生、传播和接收，用以解决与水下目标探测和信息传输过程有关的声学问题。

在所有的能量形式中，声波在水中的传播性能最好。由于海水含有杂质和盐份，无论是光波还是无线电波，它们的衰减都非常大，传播距离十分有限，远远不能满足人类在海洋中的活动，例如水下探测、通讯导航等方面；相比之下，声波在水中传播的距离非常远。比如，通过利用深海声道效应，人们可以在几千公里之外也能清晰地接收到几磅TNT炸药爆炸所产生的辐射声信号。

水声学最重要的一个应用是在军事方面。例如，对于潜艇及水中兵器的探测须要使用到声呐，主动型声呐探测潜艇回波，被动型声呐探测其自噪声，因此，降低潜艇及水中兵器的目标声反射和自噪声是提高其隐蔽性的根本途径。

正是由于水声学的各种用途和影响，水声技术在人类的海洋活动中得到了广泛的应用。

随着科技的进步和工程技术的发展，我国的水下电声测量也得到了相当的重视。我国声学所的声学计量站被国家技术监督局确认为计量谁合格单位。作为负责单位和主要参加成员，制订了七个从几赫到几兆赫频率范围的水声测量国家标准，它们是：《GB3223-82（水声换能器自由场校准方法）》、《GB4128-84（标准水听器）》、《GB4130-84（水声材料纵波声速衰减的测量--脉冲管法）》、《GB7965-87（水声换能器的测量）》、《GB7967-87（水声发射器大功率特性和测量）》、《GB14360-93（水声材料样品插入损失和回声降低的测量方法）》。

1.2水声吸声材料的发展