混响水池理论及应用

目录 丛书序 自序 第1章 绪论 1 1.1 声学测量方法概述 1 1.2 若干名词术语和定义 4 1.2.1 平均自由程 4 1.2.2 混响声场及混响水池 4 1.2.3 混响时间 4 1.2.4 混响半径 5 1.2.5 Schroeder截止频率 5 1.2.6 空间平均声压级 5 1.2.7 简正波和简正频率 5 1.2.8 平均吸声系数 5 1.2.9 吸声量 6 1.2.10 等效平均吸声系数 6 第2章 混响室内的声场理论 7 2.1 基于理想扩散场假设的室内声场理论 8 2.1.1 扩散声场 8 2.1.2 室内混响 9 2.1.3 稳态平均声能密度 11 2.1.4 总稳态声压级 12 2.2 混响声场的统计特性 13 2.2.1 概述 13 2.2.2 单频随机相位平面波均方声压的分布 14 2.2.3 M个点均方声压平均的波动 15 2.2.4 多频率信号场的M个点均方声压的平均 16 2.2.5 小结 16 参考文献 17 第3章 混响水池声学测量理论 19 3.1 混响水池中的简正波 19 3.1.1 矩形混响水池声场的简正波 19 3.1.2 非刚性边界对简正波的影响 22 3.2 矩形混响水池点源的声学测量理论 24 3.2.1 简正波理论解法 24 3.2.2 统计声学解法 27 3.2.3 改善混响水池声源辐射声功率测量精度的方法 29 3.3 矩形混响水池复杂声源的声学测量理论 32 3.3.1 矩形混响水池指向性声源的声学测量理论 32 3.3.2 混响水池多个非相干声源的声学测量理论 35 3.4 矩形混响水池内均匀脉动球源的声阻抗 36 参考文献 37 第4章 混响水池中声源辐射阻抗特性 38 4.1 辐射阻抗理论基础 38 4.1.1 水声换能器阻抗和导纳基础 38 4.1.2 辐射面振速均匀分布声源辐射阻抗计算 43 4.1.3 辐射面振速非均匀分布声源辐射阻抗计算 43 4.2 辐射阻抗建模方法 44 4.2.1 声源辐射阻抗解析计算方法 45 4.2.2 声源辐射阻抗数值计算 48 4.3 封闭空间声学环境对声源辐射阻抗影响研究 52 4.3.1 封闭空间尺度对声源辐射阻抗影响研究 52 4.3.2 封闭空间边界特性对声源辐射阻抗影响研究 59 4.3.3 声源发射位置对封闭空间中声源辐射阻抗影响 63 4.4 混响水池中球形换能器声源辐射阻抗测量实验 67 4.4.1 玻璃水槽中球形换能器声源辐射阻抗测量方案 67 4.4.2 实验数据处理及其分析 68 第5章 混响水池人工扩散声场建立方法 72 5.1 混响水池声场扩散性理论 72 5.1.1 声源频率对扩散性的影响 72 5.1.2 分析带宽对扩散性的影响 77 5.1.3 空间平均范围对扩散性的影响 79 5.1.4 多声源激励声场 81 5.1.5 不规则边界声散射 88 5.2 混响水池扩散声场实验研究 92 5.2.1 实验方案与装置 92 5.2.2 水槽声学特性测量实验 94 5.2.3 声场扩散性测量 97 5.2.4 多声源激励声场空间起伏实验 101 5.2.5 声场扩散性评价 104 参考文献 106 第6章 混响水池中水下复杂声源辐射声功率测量 107 6.1 混响水池中标准声源的辐射声功率测量 107 6.1.1 标准声源辐射声功率测量原理 107 6.1.2 空间平均声压的空间平均测试原理 109 6.1.3 混响时间测量原理 110 6.1.4 标准声源辐射声功率测量方法与实施技术 110 6.1.5 测量结果的分析方法 117 6.2 混响水池内水下复杂声源的辐射声功率测量 120 6.2.1 指向性声源的辐射声功率测量原理 120 6.2.2 多个指向性声源的辐射声功率测量原理 120 6.2.3 实施例：偶极子声源辐射声功率测量实验 121 6.3 混响水池中水下无人系统的辐射声功率测量 122 6.3.1 水下无人系统辐射噪声的混响法测量系统 123 6.3.2 混响水池的混响声场特性 124 6.3.3 混响水池中水下无人系统辐射声功率测量的准确性验证 125 6.3.4 水下无人系统辐射声功率的混响法测量结果 125 6.3.5 水下无人系统推进器的减振降噪效果验证 126 6.3.6 结论 127 6.4 混响法普遍适应性说明 128 6.5 混响水池声源辐射声功率测量的不确定度评定 131 6.5.1 数学模型 131 6.5.2 测量不确定度评定 131 6.5.3 声源辐射声功率测量的不确定度分量 131 6.5.4 合成不确定度及不确定度分量的灵敏度系数 132 6.5.5 不确定度分量的不确定度计算 133 参考文献 134 第7章 混响水池声源辐射声功率低频扩展测试 135 7.1 混响水池结构声源声场仿真研究 135 7.1.1 矩形混响水池声场数值建模与校验 135 7.1.2 混响水池声场传递特性的数值计算方法研究 137 7.2 混响水池中声源低频辐射声功率测量 141 7.2.1 混响水池中声源辐射声功率低频扩展测试技术原理 141 7.2.2 标准声源辐射声功率测量 142 7.2.3 比较法修正量影响因素实验分析 145 7.2.4 圆柱壳声源辐射声功率的比较法测量 152 7.2.5 比较法测量技术使用范围的讨论 155 7.3 混响水槽甚低频声源振动特性研究 156 7.3.1 圆盘辐射器低频振动仿真分析 156 7.3.2 混响水槽中圆柱壳模型低频振动仿真分析 157 7.3.3 标准声源甚低频振动响应测试 160 7.3.4 圆柱壳声源甚低频振动响应测试 165 7.4 近场声强分离法甚低频声学测试技术理论及实验研究 167 7.4.1 近场声强分离法声源甚低频声功率测试原理 167 7.4.2 混响水槽近场声强分离法标准声源甚低频声功率测量 170 7.4.3 圆柱壳模型辐射声功率的近场声强分离测量方法研究 173 第8章 水声换能器混响声场校准方法 183 8.1 水声换能器混响声场互易校准方法 183 8.1.1 校准原理 184 8.1.2 校准条件 187 8.1.3 校准方法 189 8.1.4 校准不确定度评定 193 8.1.5 校准实例 195 8.2 互易常数的测量计算 197 8.2.1 基于混响时间的互易常数测量方法 197 8.2.2 互易常数的比较法测量 198 8.2.3 校准参数测量 199 8.2.4 校准测量结果 202 8.2.5 校准不确定度分析 205 8.3 混响声场水声换能器的比较法校准 207 8.3.1 与标准水听器比较的校准 207 8.3.2 与标准声源比较的校准 207 8.3.3 发射器发送电压（电流）响应的校准 208 8.4 混响声场水听器批量校准 208 参考文献 209 第9章 混响水池中材料吸声系数的测量 210 9.1 吸声材料及吸声系数测量方法 210 9.1.1 吸声材料评价参数 210 9.1.2 吸声系数测量方法 212 9.2 吸声材料及吸声结构 214 9.2.1 均匀黏弹性吸声材料 214 9.2.2 分层吸声结构 216 9.2.3 多孔性吸声材料 217 9.2.4 微穿孔板吸声体 219 9.2.5 谐振腔式吸声结构 220 9.3 吸声系数测量方法 222 9.3.1 驻波管法 222 9.3.2 脉冲管法 223 9.3.3 混响法 224 9.4 混响水箱中材料吸声系数测量 225 9.4.1 水箱中强吸声材料的混响法测量原理 225 9.4.2 水箱中强吸声材料吸声系数的测量 229 参考文献 233 第10章 通海管路管口声辐射及噪声源分离研究 236 10.1 充液管道声场分布的理论分析及仿真计算 236 10.1.1 充液管道声场分布的理论分析 236 10.1.2 充液管道声场分布与各阶简正频率的数值仿真 241 10.2 混响水池中通海管路管口声辐射及噪声源分离方法 244 10.2.1 通海管路的噪声源 245 10.2.2 混响水池中通海管路噪声台架实验测量系统 245 10.2.3 混响水池中通海管路噪声台架实验测量方法 247 10.3 混响水池中通海管路管口声辐射及噪声源分离实验 247 10.3.1 混响水池中通海管路噪声台架实验工况 247 10.3.2 软管直管对比的实验结果与分析 248 10.3.3 是否加弯头对比的实验结果与分析 250 10.3.4 泵出口直接入水的实验结果与分析 253 10.3.5 高位水箱供水的实验结果与分析 255 10.3.6 高位水箱接软管的实验结果与分析 257 参考文献 259 第11章 混响水池中瞬态噪声的测量 261 11.1 水下瞬态噪声的种类与特征 261 11.2 封闭空间中瞬态噪声场建模方法 262 11.2.1 自由场条件瞬态噪声场建模 262 11.2.2 自由场条件瞬态噪声场特性的影响因素分析 265 11.2.3 封闭空间中简单瞬态噪声场数值建模 265 11.3 混响声场瞬态噪声特性研究 268 11.3.1 混响声场中简单瞬态噪声的时频特性分析 268 11.3.2 声场边界对瞬态噪声场的影响 271 11.3.3 非相干处理技术在瞬态噪声场中的应用 272 11.4 混响声场瞬态噪声声能量测量方法 274 11.4.1 混响声场瞬态噪声声能量计算方法 274 11.4.2 混响声场瞬态噪声声能量的自由场校正 275 11.4.3 关于混响声场声场修正量的讨论 276 11.4.4 瞬态噪声场的声场采集方案与优化 276 11.5 混响水池简单瞬态噪声声能量的实验测量 277 11.5.1 实验概况 277 11.5.2 CW脉冲声辐射声能的消声水池测量 278 11.5.3 CW脉冲声辐射声能在混响水池的测量 279 11.5.4 实验小结 280 11.6 混响水池复杂瞬态噪声声能量的实验测量 280 11.6.1 实验概况 280 11.6.2 电火花水下辐射声能的消声水池测量 281 11.6.3 电火花水下辐射声能在混响水池的测量 282 11.6.4 实验小结 283 11.7 混响声场瞬态噪声声能量测量方法的适用性分析 283 11.8 小结 284 索引 285