对于其他情况
r r
最大线度尺寸L L2/λ
声场误差小于0.5dB
（2）等效声中心的确定
①问题的提出
Δd
0 0`
d0 d
pd Δd
0 0`
d0 d
pd
Δd
0 0`
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
d0 d
pd
②确定方法
pd——远场中某处声压；
d——以参考点为起点的测量距离；
Δd——参考点与实际声中心的偏差。
A/Pd
A/P2
A/P1
2 2
c
接近远场区（分析近场公式）
r》a 时，
k p 2 cu0 sin r 2 a 2 r 2
a2 a4 r 2 a2 r 3 2r 8r
若
时，即
则
k a2 a 2 p 2 cu0 sin 2 cu0 sin 4r 2 r
第三章
水声测量
一、测量条件 二、脉冲声技术
三、实验
一、测量条件
1.基本概念
2.自由场的建立
3.测量距离的确定
1.基本概念
（1）自由场 （2）远场
（3）近场
（1）自由场 均匀各向同性的媒质中，边界影响可以不计时的声场.
（2）远场 自由声场中，离声源远处瞬时声压与瞬时质点振速同 相的声场。
（3）近场
（1）电串漏信号：
电或电磁的信号，经非声学途径传播，是发 射与接收系统直接 电耦合所至，可能是接地 线不妥当或水听器屏蔽不好。
（2）直达信号：
经声传播时间延迟后到达，由于电子设备和 换能器滤波特性，致使直达脉冲信号形状产生畸 变。
（3）反射信号：
由于各种反射途径均比直达声程远，因此各 种反射波均在直达声后面出现。
（2）实验室自由场条件： · 消声水池 · 非消声水池采用脉冲声技术
3.测量距离的确定
（1）远场判据
（2）等效声中心的确定
(1)远场判据
① 理论推导
以活塞发射器和点接收器组成的系统为例，推导远场距离判据。
p dp
s
kc j u 0 e j t kr ds 2r
p

2
, p 0 2 cu0
圆面活塞中心点处声压 根据a与λ之间关系 可以确定可大可小。
r
b
在活塞法线上声压幅值极大极小点处
k 2
k 2
p
r

2
2
a 2 r n

n=0,1,2·· ·
p=0
1 r a r n 2
2

n=0,1,2·· ·
p=max
r
在法线上将会出现声压极大、极小值的交替分布现象
离发射面最远处声压极大值点对应于n=0
即
r0
a
2



4
这表明，最后一个最大值的位臵恰好是边缘声线和 轴向声线程差为 的点，超过此点，活塞面上任何两 个元波到达法线上点的程差都小于 ，声压幅值变为 单调的减小，于是声场逐渐进入弗朗霍夫尔区。在此点 附近，声压幅值变化很缓慢，类似于平面波。
Q f0
Q——发射换能器的品质因数； fo——发射换能器的谐振频率。
（Ⅳ）为与连续信号测量相比拟，使换能器各部分之间完 成相互作用
2l c
l——沿声波传播方向上水听器的尺寸；
（Ⅴ）为保证声信号不发生畸变，测试设备等带宽应为
f
2

（2）脉冲周期的选择
2 T T60 3
T60——水池混响时间。
（ii）近场特性
k p 2 cu0 sin 2

r a r
2 2

a
活塞面中心点处,r=0时
ka a p 0 2 cu0 sin 2 cu0 sin 2
a 2n

2
, p0 0
a ( 2n 1)
工作原理
∆t
∆t
∆t
∆t
∆t
2、实现方法
（1）脉冲宽度（τ）的选择
（I）避免边界影响
1 c


d2 H2 d


1 c
d 2 B2 d

1 L d c
（Ⅱ）换能器尺寸大于声波长时，避免换能器之间的反射 影响
2d c
（Ⅲ）为与连续信号测量相比拟，使换能器达到稳态条件
k a2 a 2 p 2 cu0 sin 2 cu0 sin 4r 2 r
当

很小时， sin
所以
若
ka 2 sin 4r
ka 2 4r
ka p cu0 2r
2
u 0 a 2 2 J 1 (k asin ) j (t kr ) p ( r , t ) j e 2r k asin
O` o
Δd
d1
d2
d
二、脉冲声技术
1、原理 2、实现方法
1、原理
利用正弦填充矩形脉冲信号或不同于连续单频 信号的短促脉冲信号激励发射换能器，并控制接收 系统使其只在脉冲声信号从发射器直达水听器的那 一段时间内接收和测量（直达信号），而在此段时 间之前到达的脉冲电信号（电串漏信号）或此段时 间之后到达的脉冲声信号（反射信号）将被接收系 统拒绝接收，这样即可将被测有用信号与不希望的 噪声信号在时域上分离开来，从而形成时间域上的 自由场。
1 声压幅值按照 r
球面波规律衰减。
②结论
活塞发射器和点接收器组成的系统的远场 距离判据为：
③经验公式
对于均匀圆形活塞换能器
ra
a r
2
代表一定误差下对幅度的要求； （二项式展开舍去高次项）
代表一定误差下对相位的要求； （正弦函数用小角度代替）
近似于圆形或方形活塞
r r
面积/波长 最大线度尺寸
式中：
r
u0
——活塞发射器表面振动幅度
r

——活塞上面元到观察点的距离
c ——水中声速
——水的密度
ds ——面元面积
（i）远场特性
u 0 a 2 2 J 1 (k asin ) j (t kr ) p ( r , t ) j k asin e 2r
式中：a—活塞发射器半径；
自由声场中，声源附近瞬时声压与瞬时质点振速不同
相的声场。
2.自由场的建立 （1）天然水域
（2）实验室
（1）天然水域自由场条件
· 水域应有足够的空间，以便从边界反射回来的干扰能用 脉冲声技术、消声边界或长距离传输等方法消除； · 应有很低的噪声环境，以保证测量所需的信噪比； · 在水介质中要避免有可能引起折射和散射的任何因素， 诸如流、温度梯度、海洋生物、气泡和污物等； · 要有良好的气候条件，以保证测量的顺利进行和便利； · 在高频和超声频范围测量时，水深通常小于20m；对 1kHz以下的频率，水深应大于20m。