GB/T 14369-2011 声学 水声材料样品插入损失、回声降低和吸声系数的测量方法

　　ICS 17. 140 A 59

　　中 华 人 民 共 和 国 国 家 标 准

　　GB/T 14369—2011代替 GB/T 14369—1993

　　声学 水声材料样品插入损失、回声降低和吸声系数的测量方法

　　Acoustics—Measurementmethodsofinsertion loss,echo reduction and sound

　　absorption coefficientforunderwateracousticalmaterialsamples

　　2011-12-30发布 2012-05-01实施

　　中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局中 国 国 家 标 准 化 管 理 委 员 会

　　

　　发

　　

　　布

　　GB/T 14369—2011

　　目 次

　　前言 Ⅰ

　　1 范围 1

　　2 规范性引用文件 1

　　3 术语和定义 1

　　4 符号 2

　　5 脉冲管法 3

　　6 自 由场法 7

　　7 压力罐近场法 10

　　8 测量结果的报告 12

　　参考文献 14

　　GB/T 14369—2011

　　前 言

　　本标准按照 GB/T 1. 1—2009给出的规则起草 。

　　本标准是对 GB/T 14369—1993《声学 水声材料样品插入损失和回声降低的测量方法》的修订 。

　　本标准与 GB/T 14369—1993相比主要有下列变化 :

　　— 本标准名称由《声学 水声材料样品插入损失和回声降低的测量方法》改为《声学 水声材料样品插入损失 、回声降低和吸声系数的测量方法》;

　　— 在测量方法中增加了有关水声材料样品吸声系数导出的内容 ;

　　— 在脉冲管法和自由场法中增加了数字测量装置 ;

　　— 在自由场法中增加了宽带脉冲叠加法 ;

　　— 增加了压力罐近场法 ;

　　— 删除了原附录 A,将内容写入标准正文 。

　　本标准代替 GB/T 14369—1993《声学 水声材料样品插入损失和回声降低的测量方法》。

　　本标准由中国科学院提出 。

　　本标准由全国声学标准化技术委员会(SAC/TC17)归 口 。

　　本标准的起草单位:中国船舶重工集团公司第七一五研究所 、中国科学院声学研究所 。

　　本标准主要起草人:李水 、罗马奇 、赵洪 、易燕 、莫喜平 、崔政 、王荣津 、缪荣兴 、芦俊梅 、庞海鸥 。

　　Ⅰ

　　GB/T 14369—2011

　　声学 水声材料样品插入损失、回声

　　降低和吸声系数的测量方法

　　1 范围

　　本标准规定了用脉冲管法 、自 由场法和压力罐近场法测量水声材料样品插入损失 、回声降低和吸声系数的测量方法 、测量条件 、测量装置和测量不确定度 。

　　本标准适用于水声材料及构件样品(以下简称样品)插入损失 、回声降低和吸声系数的测量 ,其中脉冲管法适用于小样品的测量 , 自 由场法和压力罐近场法适用于不同频段的大样品测量 。

　　2 规范性引用文件

　　下列文件对于本文件的应用是必不可少的 。凡是注 日期的引用文件 ,仅注 日期的版本适用于本文件 。凡是不注日期的引用文件 ,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件 。

　　GB/T 3223—1994 声学 水声换能器自由场校准方法

　　GB/T 3947—1996 声学名词术语

　　3 术语和定义

　　GB/T 3947—1996界定的以及下列术语和定义适用于本文件 。

　　3. 1

　　脉冲管 pulse tube

　　在其中发射 、传播和 接 收 脉 冲 声 波 , 用 于 测 量 材 料 或 构 件 样 品 声 学 特 性 参 数 的 充 水 刚 性 厚 壁 金属管 。

　　注 : 脉冲管一般为厚壁圆管 ,垂直放置 ,厚壁指管的壁厚不小于管的内半径 。

　　3. 2

　　自 由场 free field

　　均匀各向同性媒质中 ,边界影响可以不计的声场 。

　　3. 3

　　压力罐 pressured vessel

　　在其中发射 、传播和接收脉冲声波 ,用于测量材料或构件样品声学特性参数 、可加静水压的充水刚性密封罐体 。

　　注 : 罐体一般垂直放置 ,在罐体中一般按顺序自下而上分别放置发射换能器 、水听器 、样品 、水听器和吸声尖劈 。 3. 4

　　声压透射系数 sound pressure transmission coefficient

　　T

　　给定频率和环境条件下 ,水媒质中平面声波入射到无限大板状样品表面 ,其透射波声压与入射波声压之比 。

　　注 : 实际测量时 ,在边缘效应可忽略的情况下 ,有限大样品等效为无限大样品 。

　　1

　　GB/T 14369—2011

　　3. 5

　　声压反射系数 sound pressurereflection coefficient

　　R

　　给定频率和环境条件下 ,水媒质中平面声波入射到无限大板状样品表面 ,其反射波声压与入射波声压之比 。

　　注 : 见 3. 4 中的注 。

　　3. 6

　　插入损失 insertion loss

　　IL

　　给定频率和环境条件下 ,水媒质中在平面声波传播方向上插入无限大板状样品 ,在声波透过样品后的某处 ,样品插入前与插入后声功率级之差 。

　　注 1: 见 3. 4 中的注 。

　　注 2: 插入损失用分贝表示 。

　　3. 7

　　回声降低 echo reduction

　　ER

　　给定频率和环境条件下 ,水媒质中在平面声波传播方向上插入无限大板状样品 , 在样品前表面某处 ,入射波声功率级和反射波声功率级之差 。

　　注 1: 见 3. 4 中的注 。

　　注 2: 回声降低用分贝表示 。

　　3. 8

　　吸声系数 sound absorption coefficient

　　α

　　给定频率和环境条件下 ,水媒质中在平面声波传播方向上插入无限大板状样品 ,被样品吸收的声功率与入射波的声功率之比 。

　　注 : 见 3. 4 中的注 。

　　4 符号

　　A — 脉冲管的内半径 ,单位为米(m) ;

　　Ai — 与收发合置换能器(或水听器)接收到的样品入射波声压相对应的信号电压幅值 ,单位为伏(V) ;

　　Ar — 与收发合置换能器(或水听器)接收到的样品反射波声压相对应的信号电压幅值 ,单位为伏(V) ;

　　At — 与收发合置换能器(或水听器)接收到的样品透射波声压相对应的信号电压幅值 ,单位为伏(V) ;

　　a1 — 平面发射换能器阵的半径 ,单位为米(m) ;

　　a2 — 球形水听器的半径 ,单位为米(m) ;

　　cw — 水媒质中的声速 ,单位为米每秒(m/s) ;

　　D — 脉冲管法测量时样品的直径 ,单位为米(m) ;

　　D0 — 脉冲管的内直径 ,单位为米(m) ;

　　d1 — 自 由场法中 ,反射测量水听器与被测样品之间的距离 ,单位为米(m) ;

　　2

　　GB/T 14369—2011

　　d2 — 自 由场法中 ,透射测量水听器与被测样品之间的距离 ,单位为米(m) ;

　　ER — 回声降低 ,单位为分贝(dB) ;

　　F — 测量频率 ,单位为赫兹(Hz) ;

　　fr — 换能器谐振频率 ,单位为赫兹(Hz) ;

　　f0 — 测量中心频率 ,单位为赫兹(Hz) ;

　　f1 — 测量频率下限 ,单位为赫兹(Hz) ;

　　f2 — 测量频率上限 ,单位为赫兹(Hz) ;

　　H — 脉冲管的有效长度(换能器表面至样品反射面的距离) ,单位为米(m) ;

　　IL — 插入损失 ,单位为分贝(dB) ;

　　K — 脉冲声波中稳态正弦波的个数 ;

　　L — 自 由场法中 ,发射换能器与反射测量水听器之间的距离 ,单位为米(m) ;

　　l — 样品在声轴垂直平面上投影的最小长度 ,单位为米(m) ;

　　n — 时域信号采样点 ;

　　Q — 换能器的品质因数 ;

　　R — 样品的声压反射系数 ;

　　pi — 与入射波声信号相对应的电压时域信号 ,单位为伏(V) ;

　　pn — 与测量支架产生的干扰声信号相对应的电压时域信号 ,单位为伏(V) ;

　　pr — 与样品反射波声信号相对应的电压时域信号 ,单位为伏(V) ;

　　pr(′) — 与入射波和样品反射波叠加声信号相对应的电压时域信号 ,单位为伏(V) ;

　　pt — 与样品透射波声信号相对应的电压时域信号 ,单位为伏(V) ;

　　T — 样品的声压透射系数 ;

　　t — 水媒质的温度 ,单位为摄氏度( ℃) ;

　　α — 样品的吸声系数 ;

　　θ- 3dB — -3 dB波束角 ,单位为度(°) ;

　　λw — 与测量频率相对应的水媒质中声波波长 ,单位为米(m) ;

　　τ — 脉冲宽度 ,单位为秒(s) ;

　　ω — 角频率(ω= 2πf) ,单位为弧度每秒(rad/s) 。

　　5 脉冲管法

　　5. 1 测量装置

　　脉冲管法的测量装置组成如图 1所示 ,此装置由脉冲管 、收发合置换能器 、标准反射体和电子测量设备组成 。 电子测量设备由信号发生器 、功率放大器 、电子开关(收发转换器) 、带通滤波器 、信号采集器(数字示波器)和计算机系统组成 。计算机安装测量软件 , 通过总线控制数字仪器 , 完成信号采集与处理 、测量结果保存和打印 。采用人工读数测量时 ,信号采集器可用数字示波器替代 , 电子开关可用收发转换器替代 。

　　常用工作频率范围为 1 kHz~ 30kHz。位于脉冲管一端的换能器向脉冲管中发射脉冲调制的正弦波 ,被位于脉冲管中的样品反射和透射 。其中样品反射波再由同一换能器(或水听器)接收 ,样品的透射波在脉冲管末端被声学刚性(或声学柔性)标准反射体反射 ,第二次透过样品 , 由同一换能器(或水听器)接收 。

　　3

　　GB/T 14369—2011

　　图 1 脉冲管法数字测量装置原理框图

　　5. 2 测量条件

　　5. 2. 1 脉冲管要求

　　脉冲管壁厚应均匀 , 内壁应光洁 ,管壁厚度与管内半径之比应不小于 1。 脉冲管的内半径由测量频率上限决定 ,应满足式(1)或式(2)的要求 。脉冲管的有效长度(H) 由测量频率下限决定 ,应满足式(5)的要求 。

　　5. 2. 2 换能器要求

　　脉冲管法中使用的换能器应采用平面活塞型发射换能器 ,可采用同一换能器或另一水听器接收回波 。在变温变压测量条件下 ,应具有良好的温度稳定性及压力稳定性 。换能器的安装应避免与脉冲管壳体的振动耦合 。

　　5. 2. 3 标准反射体要求

　　5. 2. 3. 1 声学柔性标准反射体

　　声学柔性标准反射体的声压反射系数 R近似为 1,相位 180°,用于声学软末端条件下测量的全反射参考 。 常压下的声学柔性标准反射体一般是管端的水与空气界面 ,高静水压下一般使用氮气 。

　　5. 2. 3. 2 声学刚性标准反射体

　　声学刚性标准反射体的声压反射系数 R近似为 1,相位 0°,作为声学硬末端条件下测量时的全反射参考 ,常压和高静水压情况下均可采用 。 主要要求如下 :

　　a) 标准反射体通常为不锈钢圆柱 ,与脉冲管内壁的间隙应不大于 0. 2 mm;

　　b) 标准反射体的厚度应为测量中心频率 f0 时声波在不锈钢圆柱中波长的四分之一 ;

　　c) 标准反射体适用的频率范围为 f0 ±f0/4;

　　d) 标准反射体使用前应进行核查 ,其声压反射系数应不小于 0. 95。

　　5. 2. 4 样品要求

　　5. 2. 4. 1 管中样品

　　对在管中测量声压反射系数 、声压透射系数和吸声系数的样品要求如下 :

　　4

　　GB/T 14369—2011

　　a) 样品应制成圆柱形 , 圆柱度应不大于 0. 1 mm ,样品与脉冲管内壁的间隙应不大于 0. 3 mm;

　　b) 样品端面应平整 ,平面度应不大于 0. 5 mm;

　　c) 样品厚度应测量并记录 。

　　5. 2. 4. 2 管口样品

　　对在管口测量声压反射系数和吸声系数的样品要求如下 :

　　a) 样品应为圆柱、圆锥和尖劈等轴对称结构外形 ,样品末端与脉冲管内壁的间隙应不大于 0. 3 mm;

　　b) 样品末端表面应平整 ,平面度应不大于 0. 5 mm;

　　c) 采用声学柔性标准反射体时 ,样品末端和水面的间距应不超过 1 mm;

　　d) 样品厚度(或高度)应测量并记录 。

　　5. 2. 5 测量仪器要求

　　电子测量仪器要求如下 :

　　a) 信号发生器的频率准确度应优于 2× 10- 5 ;

　　b) 信号采集器的 A/D分辨率至少为 8位 ,采样率应不小于脉冲管最高工作频率的 10倍 ;

　　c) 带通滤波器用于过滤低频电源噪声和高于两倍测量频率的信号 ;

　　d) 在 工 作 频 带 内 功 率 放 大 器 和 换 能 器 应 有 较 好 的 阻 抗 匹 配 , 2 h 内 信 号 幅 值 波 动 应 不 超 过±1% ;

　　e) 系统的测量信噪比应不小于 20 dB;

　　f) 数字示波器的垂直偏转系数误差极限应不超过 ±3% 。

　　5. 3 测量频率范围

　　5. 3. 1 测量频率上限

　　脉冲管测量频率上限的计算方法如下 :

　　a) 测量频率上 限 f2 与 脉 冲 管 内 径 a 有 关 , 取 决 于 在 脉 冲 管 内 径 传 播 平 面 波 的 条 件 , 由 式(1)

　　表示 :

　　f …………………………( 1 )

　　b) 当换能器表面的振速分布中心对称时 ,测量频率上限 f2 可提高 , 由式(2)表示 :

　　f …………………………( 2 )

　　5. 3. 2 测量频率下限

　　脉冲管测量频率下限的计算方法如下 :

　　a) 测量频率下限 f1 与脉冲管的有效长度 H 有关 ,应避免脉冲管内发射脉冲和样品反射 、透射脉冲声信号的相互叠加干扰 ,还应避免与样品和换能器表面声信号的多次反射叠加 。安装时 ,样品应位于距脉冲管水面的三分之一深处 ,脉冲宽度参见 GB/T 3223—1994附录 A 中 A. 2 的规定选取 ,并满足式(3)规定的条件 :

　　…………………………( 3 )

　　b) 测量频率下限 f1 还与换能器的品质因数 Q值有关 ,取决于在脉冲管内传播稳态正弦波的条件 ,脉冲宽度 τ参见 GB/T 3223—1994附录 A 中 A. 4 的规定选取 ,若要求脉冲声波中至少应有 K 个稳态波个数 ,则脉冲宽度 τ应满足式(4)规定的条件 :

　　5

　　GB/T 14369—2011

　　…………………………( 4 )

　　c) 测量频率下限 f1 按式(5)计算 :

　　f …………………………( 5 )

　　5. 4 测量方法

　　5. 4. 1 测量前准备

　　5. 4. 1. 1 脉冲管的准备

　　脉冲管应做如下准备 :

　　a) 脉冲管内应充满蒸馏水 ,首次注水或换水后应稳定至少 48 h,使脉冲管管壁与水媒质充分浸润 ,达到温度平衡 。测量开始前应清除脉冲管内存在的气泡 。

　　b) 记录脉冲管中水媒质的温度 t。

　　5. 4. 1. 2 样品及标准反射体的准备

　　样品应做如下准备 :

　　a) 样品及标准反射体表面应清洗擦拭干净 ,并放入水中浸泡至少 24h,使样品表面充分浸润 ;

　　b) 样品厚度(或高度)和直径 D 的测量可用游标卡尺或钢尺多点测量平均 ,记录平均值 ;

　　c) 样品及标准反射体放入脉冲管内时 ,应避免带入气泡 , 至少等待 5 min,使样品与水媒质之间达到温度平衡后方可开始测量 。

　　5. 4. 2 测量步骤

　　测量步骤如下 :

　　a) 位于脉冲管一端的换能器向脉冲管中发射某个频率的正弦脉冲声波 ,收发合置换能器(或水听器)先后接收样品的反射声波和经脉冲管另一端标准反射体反射的样品二次透射声波 ;

　　b) 在测量频率点上 ,管中未放样品 , 用信号采集器记录与标准反射体反射声脉冲相对应的电信号 ,经离散傅里叶变换(DFT)处理后得到信号电压幅值 Ai ;也可用数字示波器读出与标准反射体反射声脉冲相对应的信号电压幅值 Ai ;

　　c) 测量频率和装置状态不变 ,管中放入样品 ,用同样的信号处理方法测出与样品反射声脉冲相对应的信号电压幅值 Ar 和与样品透射脉冲相对应的信号电压幅值 At ;也可用数字示波器读出Ar 和 At ;

　　d) 按式(6)和式(7)分别计算样品的声压反射系数 R和声压透射系数 T ,按式(8) 和式(9) 计算样品的回声降低 ER 和插入损失 IL,按式(10)计算吸声系数 α。

　　R=Ar/Ai …………………………( 6 )

　　T= (At/Ai …………………………( 7 )

　　ER= 20 lg …………………………( 8 )

　　IL= 20 lg …………………………( 9 )

　　α= 1-R2 -T2 …………………………( 10 )

　　注 1: 脉冲管法测量的声压透射系数为正向声压透射系数和反向声压透射系数的几何平均值 。

　　注 2: 在样品被放置在脉冲管管口情况下进行吸声系数测量时 ,式(10)中 T≈0。

　　5. 5 测量不确定度

　　采用本标准规定的方法 ,在常温常压下采用数字测量装置测量 ,插入损失 IL 和回声降低 ER 的测

　　6

　　GB/T 14369—2011

　　不确定度为(量不确定度)0(均)1(不)信(于)水(1). 平(0)d95(B)(%(置),k(信),吸声(95%)系,k的,测量不确定度不大于(对应的声压透射系数)0(T)2(和)声(置信水平(压反射系)95(数)%(R),。

　　6 自 由场法

　　6. 1 测量装置

　　自 由场法的数字测量装置组成及水下布置如图 2所示 ,此装置由发射换能器 、水听器和电子测量设备组成 。 电子测量设备由 信 号 发 生 器 、功 率 放 大 器 、前 置 放 大 器 、带 通 滤 波 器 、信 号 采 集 器(数 字 示 波器) 、计算机及外设组成 。计算机安装测量软件 ,通过总线控制数字仪器 ,完成信号采集与处理 。采用人工读数测量时 ,信号采集器可用数字示波器替代 。

　　图 2 自 由场法数字测量装置原理框图

　　应用宽带脉冲叠加法时 ,发射换能器发射一宽带脉冲信号(为满足宽带测量要求 ,该信号一般由测量软件进行反滤波压缩处理 , 以缩短脉宽 、提高低频信噪比) ,在声轴方向上垂直或斜方向插入样品 ,位于声轴方向上的水听器 1 和水听器 2分别接收直达声 、样品反射声和透射声声波 。 由测量软件控制信号采集器的采集和处理得到声场中未放样品时与直达参考声信号对应的电压时域信号 pi, 以及放入样品后与反射声信号 、透射声信号对应的电压时域信号 pr和 pt,然后测量软件通过 DFT处理得到相对应的声压幅值频谱 ,求得样品的声压透射系数和声压反射系数频谱 ,然后计算出插入损失 、回声降低和吸声系数的频谱 。

　　应用正弦脉冲法时 ,发射换能器发射一脉冲调制的正弦波 ,在声轴方向上垂直或斜方向插入样品 。通过数字示波器读取声场中未放样品时与直达参考声信号相对应的稳态正弦脉冲电信号幅值 , 以及和放入样品后与反射声信号 、透射声信号相对应的稳态正弦脉冲电信号幅值 , 由此求得样品的声压透射系数和声压反射系数 ,计算出插入损失 、回声降低和吸声系数 。

　　6. 2 测量条件

　　6. 2. 1 声场条件

　　自 由场法测量用声场应满足下列条件 :

　　7

　　GB/T 14369—2011

　　a) 满足自由场远场条件 。样品和水听器应处于发射换能器的远场中 ,使入射到样品和水听器上的声波相当于平面波 ,声场布置应满足式(11) :

　　L …………………………( 11 )

　　b) 避免水池壁或水面声反射对测量的干扰 。推荐使用消声水池 ,并采用脉冲声测量技术 ,声场布置应满足测量时直达信号和来自水池壁或水面的声反射信号隔开 。

　　c) 减少样品边缘衍射波对测量的影响 。在满足样品中周期结构单元的远场条件下 ,水听器尽可能靠近样品表面 , 即 d1 、d2 尽可能小 。推荐使用具有指向性的发射换能器 ,样品几何中心略微偏离声轴位置布放 , 以减少样品边缘衍射对测量的影响 。

　　d) 测量时应记录声场中的水媒质温度 、水深和静水压 。

　　6. 2. 2 样品要求

　　被测样品应满足下列要求 :

　　a) 为了减少衍射的影响 ,样品外形宜制成矩形 ;

　　b) 采用正弦脉冲法测量时 ,样品在声轴垂直平面上投影最小长度 l均应大于测试频率水中波长的 5倍 ,测量并记录样品厚度 ;

　　c) 采用宽带脉冲叠加法和指向性发射换能器测量时 ,样品在声轴垂直平面上最小投影长度 l均应大于最低测试频率水中波长 λw 的 2倍 ,测量并记录样品厚度 ;

　　d) 样品表面应擦拭干净 ,放在水中浸泡 ,使其表面充分浸润 ,温度达到平衡后方可测量 。

　　6. 2. 3 发射换能器和水听器要求

　　6. 2. 3. 1 发射换能器

　　测量用发射换能器应满足下列要求 :

　　a) 采用宽 带 脉 冲 叠 加 法 测 量 时 , 应 采 用 指 向 性 声 源 , 测 量 频 带 内 发 送 电 压 响 应 级 应 不 小 于120 dB、起伏应不大于 40 dB;主波束宽度θ- 3dB应不大于 60°,旁瓣级应不大于 -12dB;

　　b) 采用正弦脉冲法测量时 ,可以采用一般的球形或圆柱形发射换能器 ,也可采用指向性换能器 ,测量信号信噪比应不小于 30 dB。

　　6. 2. 3. 2 水听器

　　测量用水听器应满足下列要求 :

　　a) 在测量频带内接收灵敏度应不小于 -210dB,带内起伏应不超过 ±1. 0 dB;

　　b) 应具有良好的时间 、温度稳定性 ;

　　c) 水听器表面金属部分尽可能少 ,最大线度应不大于 λw 的四分之一 。

　　6. 2. 4 测量仪器要求

　　对测量仪器的要求见 5. 2. 5。

　　6. 3 测量方法

　　6. 3. 1 宽带脉冲叠加法

　　6. 3. 1. 1 声压反射系数和回声降低的测量

　　声压反射系数 R和回声降低 ER 的测量步骤如下 :

　　a) 将发射换能器与样品按图 2所示布放 ,应满足 6. 2. 1 的要求 ;

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　　GB/T 14369—2011

　　b) 根据测量带宽和测量系统的频率响应函数特性设计发射电信号 , 由任意信号发生器输出 ,经功率放大器驱动发射换能器辐射经压缩后的宽带脉冲声波 ,使水听器 1 接收的直达窄脉冲声信号宽度 τ 不大于/cw ,其频 谱 的 - 6 dB带 宽 应 覆 盖 测 量 频段 ,信噪比不小于 20 dB;

　　c) 样品未放入声场时 ,测量与入射波相对应的电压时域信号 ,多次采集平均后将该信号 pi(n) 存入信号采集器或计算机中 ;

　　d) 样品放入声场 ,保持测量系统状态和声场条件不变 ,测量与入射波和样品反射波叠加声信号相对应的宽带脉冲电压时域信号 ,多次采集平均后将该信号 pr(′)(n)存入信号采集器或计算机中 ;

　　波相对应的宽带脉冲电压时域信号 pr(n) ;

　　e) 应用信号采集器或测量软件实现上述两存储数据相减 pr(n) =pr(′)(n) -pi(n) ,得到与样品反射

　　f) 测量软件实现信号 pi(n)和 pr(n)的离散傅里叶(DFT)分析 ,获得信号电压幅值频谱 Ai(f)和Ar(f) ,按式(12)和式(13)计算测量频率范围内随频率变化的样品声压反射系数 R(f) 和回声降低 ER(f) 。

　　R …………………………( 12 )

　　ER = 20 lg …………………………( 13 )

　　6. 3. 1. 2 声压透射系数和插入损失的测量

　　声压透射系数 T 和插入损失 IL测量步骤如下 :

　　a) 将发射换能器与样品按图 2所示布放 ,应满足 6. 2. 1要求 ;

　　b) 测量信号按 6. 3. 1. 1b) 的 要 求 执 行 , 使 水 听 器 2 接 收 的 直 达 窄 脉 冲 声 信 号 宽 度 τ 不 大 于

　　c) 入射波信号测量按 6. 3. 1. 1c)的要求执行 ;

　　d) 样品放入声场 ,保持测量系统状态和声场条件不变 ,测量与样品透射波相对应的宽带脉冲电压时域信号 ,多次采集平均后将该信号 pt(n)存入信号采集器或计算机中 ;

　　e) 测量软件实现信号 pi(n)和 pt(n)的离散傅里叶(DFT)分析 ,获得信号电压幅值频谱 Ai(f)和At(f) ,按式(14)和式(15)计算样品随频率变化的声压透射系数 T(f)和插入损失 IL(f) ;

　　T …………………………( 14 )

　　IL = 20 lg …………………………( 15 )

　　6. 3. 1. 3 吸声系数的测量

　　按 6. 3. 1. 1 和 6. 3. 1. 2测量出随频率变化的样品声压反射系数 R(f) 和声压透射系数 T(f) ,按式(10)计算随频率变化的样品吸声系数 α(f) 。

　　注 1: 在样品漂浮在水面情况下进行吸声系数测量时 ,在样品与水面之间容易生成气泡 ,应特别注意气泡 的 消 除 及气泡对测量的影响 。

　　注 2: 在样品漂浮在水面情况下进行吸声系数测量时 ,式(10)中 T≈0。

　　6. 3. 2 正弦脉冲法

　　采用正弦脉冲法的测量步骤如下 :

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　　GB/T 14369—2011

　　a) 将发射换能器与样品按图 2所示布放 ,应满足 6. 2. 1要求 ;

　　b) 正弦声脉冲应至少包括两个稳态波周波数 ;

　　c) 用数字示波器读出放入样品与未放入样品时与反射波 、透射波和直达波正弦脉冲相对应的电压信号幅值 Ar、At和 Ai ;

　　d) 由式(12) ~式(15)分别计算样品的声压反射系数 R、回声降低 ER、声压透射系数 T 和插入损失 IL,按式(10)计算吸声系数 α。

　　6. 4 测量不确定度

　　用 自 由场法数字测量装置测量样品插入损失 IL和回声降低 ER 的测量不确定度不大于 1. 0 dB(置

　　信水平 95% ,k= 2) ,对应的声压透射系数 T 和声压反射系数R的测量不确定度为 0. 1(置信水平 95% ,

　　k= 2) , 吸声系数 α 的测量不确定度不大于 0. 2(置信水平 95% ,k= 2) 。

　　7 压力罐近场法

　　7. 1 测量装置

　　压力罐近场法的测量装置框图如图 3所示 。该装置由压力罐 、发射换能器 、水听器 、标准反射体 、测量支架 、吸声尖劈等声场设备和电子测量设备 、辅助设备组成 。 电子测量设备包括波形发生器 、功率放大器 、测量放大器 、带通滤波器 、信号采集器和计算机及外设等 ,计算机安装测量软件 ,通过总线控制数字仪器 , 完 成 信 号 采 集 与 处 理 。 辅 助 设 备 由 试 压 泵 和 给 、排 水 设 备 组 成 。 常 用 工 作 频 率 范围 为10 kHz~ 200 kHz。

　　图 3 压力罐近场法测量装置原理框图

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　　GB/T 14369—2011

　　7. 2 测量条件

　　7. 2. 1 声场设备要求

　　声场设备应满足下列条件 :

　　a) 测量用压力罐为可充水 、可加静水压的刚性圆柱形密封罐体 ,根据最低测量频率设计罐体容积尺寸 ,其内径应不小于最低测量频率所对应的水中声波波长的 5倍 ,高度应不小于最低测量频率所对应的水中声波波长的 10倍 ;

　　b) 发射换能器推荐采用耐压平面圆形换能器 ,直径应不小于最低测量频率所对应的水中声波波长的 4倍 ,最低测量频率的波束宽度θ- 3dB应不大于 30°,旁瓣级应不大于 -10dB,后辐射级应不大于 -20dB,在静水压力范围内工作稳定 ;

　　c) 水听器 1 和水听器 2 为耐压平面大面积薄膜水听器 ,最小线径应不小于最低测量频率对应水中声波波长的 2倍 ,接收灵敏度应不小于 -210dB,插入损失应不大于 3 dB;

　　d) 发射换能器 、水听器和被测样品应保持等间隔和平行排列 ;

　　e) 罐体中应充满蒸馏水 ,每次换水应稳定 48h后方可用于测量 。

　　7. 2. 2 样品要求

　　样品应满足下列要求 :

　　a) 样品外形应制成平板状 ,厚度应均匀一致 ,测量并记录 ;

　　b) 样品边长应不小于最低测量频率所对应的水中声波波长的 2倍 ,与水听器尺寸相同(参考已经建标的测量装置 ,水听器 、样品和标准反射体的尺寸为 300 mm×300 mm) ;

　　c) 标准反射体为与样品尺寸相同的不锈钢板 ,厚度均匀 ,表面平整 ,在测量频率范围内其声压反射系数应不小于 0. 98。

　　7. 2. 3 测量信号要求

　　测量信号采用宽带脉冲信号 ,可根据发射换能器电压发送响应和测量频带调节方波脉宽 ,使水听器接收的直达声脉冲频谱 -6dB带宽覆盖测量频段 ,信噪比应不小于 20 dB。

　　7. 2. 4 仪器要求

　　对电子测量仪器的要求见 5. 2. 5。

　　7. 3 测量方法

　　7. 3. 1 回声降低的测量

　　样品回声降低的测量步骤如下 :

　　a) 测量前清洗并充分浸泡发射换能器 、水听器 ,浸泡时间应不少于 24h;样品表面应擦拭干净 ,放在水中浸泡 ,使其表面充分浸润 ,温度达到平衡方可测量 ;

　　b) 对电子设备的预热时间应不少于 30 min;

　　c) 测量时应排除附在水听器 、样品或标准反射体表面的气泡 ;

　　d) 在高静水压下测量时 ,加压到指定值后应至少稳定 5 min才能开始采集脉冲信号数据 ;

　　e) 数据采集时应对数据进行多次平均 ;

　　f) 将标准反射体放在测量支架的样品夹持器上 ,采集与水听器 1 输出的反射声脉冲相对应的电信号 pi(′)(n) ;

　　g) 用样品置换标准反射体 ,采集与水听器 1输出的反射声脉冲相对应的电信号 pr(′)(n) ;

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　　h) 未放入样品时 ,采集与测量支架声干扰信号相对应的电信号 pn (n) ;

　　i) rni射)((相-(n;应(n的),对(电)p(信)号i和r(作(n))散(p)i(′)傅(n里)叶(-p)D(T,计)处理(算与),得(样)到(品)

　　j) 按式(16)计算随频率变化的样品声压反射系数 R(f) :

　　R …………………………( 16 )

　　k) 按式(13)计算随频率变化的样品回声降低 ER(f) 。

　　7. 3. 2 插入损失的测量

　　样品插入损失的测量步骤如下 :

　　a) 进行 7. 3. 1 中 a) ~f)的操作 ;

　　b) 将样品放在样品夹持器上 ,采集与水听器 2输出的样品透射声脉冲相对应的电信号 pt(n) ;

　　c) 未放入样品时 ,采集与水听器 2输出的直达声脉冲相对应的电信号 pi(n) ;

　　d) 由测量软件对 pi (n) 和 pt (n) 作 离 散 傅 里 叶(DFT) 处 理 , 得 到 上 述 两 个 信 号 电 压 幅 值 频 谱Ai(f) 和 At(f) ;

　　e) 按式(14)计算随频率变化的样品声压透射系数 T(f) ;

　　f) 按式(15)计算随频率变化的样品插入损失 IL(f) 。

　　7. 3. 3 吸声系数的测量

　　按 7. 3. 1 和 7. 3. 2测量出随频率变化的样品声压反射系数 R(f) 和声压透射系数 T(f) ,按式(10)计算随频率变化的样品吸声系数 α(f) 。

　　7. 4 测量不确定度

　　用压力罐近场法测量样品插入损失 IL 和回声降低 ER 的测量不确定度不大于 1. 0 dB(置信水平

　　吸声系数 α 的测量不确定度不大于 0. 2(置信水平 95% ,k= 2) 。

　　95% ,k= 2) ,对应的声压透射系数 T 和声压反射系数 R的测量不确定度为 0. 1(置信水平 95% ,k= 2) ,

　　8 测量结果的报告

　　8. 1 测量报告内容

　　按本标准进行的测量 ,在测试报告中至少应包含以下内容 :

　　a) 测量实施单位的名称 、地址 、邮政编码 、电话 、传真和电子邮件等联系方式 ;

　　b) 测量委托单位的名称 、地址 、邮政编码 、电话 、传真和电子邮件等联系方式 ;

　　c) 报告编号 ;

　　d) 样品的名称 、型号或规格 、数量和编号 ;

　　e) 测量地点 ;

　　f) 样品接收日期和测量日期 ;

　　g) 授权签字人签名及职务 ;

　　h) 检测实验室盖章 ;

　　i) 检测实验室对本报告的说明 ;

　　j) 本次测量所使用的系统和所依据的标准 ;

　　k) 测量环境记录 ;

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　　l) 测量内容 ;

　　m) 测量结果及其说明 ;

　　n) 测量不确定度 ;

　　o) 测量人员和审核人员的签字 。

　　8. 2 测量结果样表

　　以下列条件下进行自由场法测量为例 ,给出测量结果样表见表 1:

　　a) 样品 :50 mm 厚橡胶板粘贴 6 mm 钢板 ,尺寸 1 600 mm×1 200 mm×56 mm ;

　　b) 声场布置:水深 1. 8 m ,L= 1. 925 m ,d1 =0. 15 m ,d2 =0. 10 m。

　　表 1 自 由场法测量结果样表

　　频率/

　　kHz

　　反射系数

　　R

　　透射系数

　　T

　　吸声系数

　　α

　　2. 0

　　0. 31

　　0. 95

　　0. 00

　　2. 5

　　0. 20

　　0. 59

　　0. 61

　　3. 0

　　0. 19

　　0. 47

　　0. 74

　　3. 5

　　0. 15

　　0. 55

　　0. 68

　　4. 0

　　0. 14

　　0. 48

　　0. 75

　　4. 5

　　0. 19

　　0. 42

　　0. 79

　　5. 0

　　0. 17

　　0. 37

　　0. 83