-20
-30
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
-40
-45
-15
2.4
1.6
0.9
0.7
2.8
TL
距离 20
30
34.2 40
45
50
55
60
65
Vp（V） 5
4
4
3
2.6
2.4
2.2
2
1.8
距离 70
Vp（V） 1.6
L=151.4cm B=121.7cm H=88.7cm D=34.2cm Q=15 τ≤min()
声源级和传播损失
p(r) SL 20 log
P0
A
r
20 log 20 log
P0r0
r0
式中 P0 1Pa , r0 1m 。由上式可见，右边第一项为常数，它表示声源 强度等于离源中心 1m 处得声压级。可见，在声压和距离的双对数坐
标系统中，上式为一直线，并且距离每增加一倍，声压级减少 6dB。
一、实验内容：
心,否则发射器和接收器间距必须比有效声中心和转轴间距大 100 倍。发射器和
接收器的间距要满足远场条件。
将频率为待测水听器相应工作频率 f 的电信号加到辅助发射器上,且保持发
射声场恒定不变。转动待测水听器,记下各个方向上水听器的输出电压。
信号源
示波器
功率放大器
测量放大器
发射换能器
实验水槽 水听器
图 1 测量系统连接示意图
根据声压随球面波衰减及 SL 的定义式可得到 SL 的测量式如下 SL(R) PL(R) 20lg(R)
20 lg(电压有效值 ) 203 - 20lg(测放) 20lg(R)
其中测量放大器的放大倍数为 40dB，即 20 lg(测放) 40dB
测量距离 R （cm） 20 30 34.2 40 45 50 55 60 65 70
负分贝数。换能器的发射指向性图会随发射信号频率的改变而变化， 就是说，同一换能器当发射不同频率的信号时，其辐射声能在空间分 布是不同的。
对于一个水听器或基阵，它的接收指向性图是表示自由场远场传 来的平面波入射到水听器接收面上的平均声压随入射方向变化的曲 线图。或者说，它是水听器在远场平面波作用下，所产生的开路输出 电压随入射方向变化的曲线图，其函数表示式可记作：
实验图片
实验数据和处理：
SL： 34.2cm Vp=4V M=-220dB，前置放大：40dB，%输入 Vpp=5V，放大 Vpp=4V%
DI 角度 0 Vp（V） 4 角度 -10 Vp（V） 3.4
+10 +20 +30 +40 +50 +60 +25
3.8
3.2
2.4
1.6
0.9
0.5
2.8
其中： 表示考察方向与极轴（通常为 Z 轴）的夹角； 表示考察方向在 XOY 平面上的投影线与 x 轴的夹角； p(, ) 表示各考察方向 (, ) 上自由场声压的有效值； p(0,0) 表示声轴方向（或选定方向）上自由场远场电压的有效
值，通常 p(0,0) 方向就选定为有效值声压为最大值的方向。 D(, ) 是个不大于 1 的正值，若取分贝表示，则 20lg D(, ) 恒为
% MATLAB Code % Generated by MATLAB(R) 8.3 and the Signal Processing Toolbox 6.21. % Generated on: 15-Dec-2015 12:30:37
% Butterworth Lowpass filter designed using FDESIGN.LOWPASS.
而当测试带宽为 1HZ 则这样的 NL 称为环境噪声谱级。在书上找到的 深海环境噪声谱级的图谱如下。
仿真程序： 主程序
fs=10000; y=sqrt(10^12)*randn(1,100000);(模拟一个正态分布白噪声) x=(0:100000-1)/fs; n1=lbq;（定义滤波器） n2=filter(n1,y);（调用滤波器，利用滤波器使500HZ以下噪声信号衰减以建立噪声
% [EOF]
仿真图片： 1.原始噪声图
幅值 （V） PL(dB)
2.5
170.9588002
2
169.0205999
2
169.0205999
1.5 166.5218252
1.3 165.278867
1.2 164.5836249
1.1 163.8278537
1
163
0.9 162.0848502
0.8 161.0617997
SLdB 156.9794001 158.563025 159.701122 158.563025 158.3431173 158.563025 158.6351075 158.563025 158.3431173 157.9637605
描述一个水声换能器的自由场远场的指向性响应的特性参量有： 指向性图、指向性因数和指向性指数等。
1．指向性图 （1）基本概念 发射换能器或其基阵的发射指向性图是表示它在自由场中辐射 声波时，在其远场中声能的空间分布图像。通常用 D(, ) 表示归一化 的指向性图函数，定义式如下：
D(, ) p(, ) p(0,0)
对于声呐换能器或其基阵来讲，它们的指向性图的特性参量有： 波束宽度和最大旁瓣级两个。所谓波束宽度就是指主瓣或主波束两侧 的两个方向之间的夹角，此两方向上的声压级相对于轴向声压级下降
3（或 6、10）分贝的声级，分别称之为下降 3 分贝（或 6、10 分贝）
的波束宽度。通常记作 23dB、26dB、210dB ，如果指向性图的主瓣在声 轴两侧是对称的，则也可用半波束宽度来表示，记作3dB ，即半波束 宽度是指声轴与指定声压级方向之间的夹角，一般波束宽度取决于辐
b(, ) I (, ) / I (0,0) P2 (, ) / P2 (0,0) D2(, )
我们称 b(, ) 为声强指向性图函数，称 D(, ) 为声压指向性图函 数，两者若用分贝表示时，其分贝值是相同的。
由上述可知，一个完整的指向性图应是一个三维空间图案，但使 用时，通常都使用二维极坐标图来表示换能器的指向性。
D(, ) F(, ) / A M (, ) F (0,0) / A M (0,0)
其中： F(, ) ， F(0,0) 分别表示任意方向和最大值方向入射的平面波 在水听器接收面上所产生的作用力；
A 为水听器接收面的有效面积； M (, ) ，M (0,0) 分别表示任意方向和最大值方向上的自由场电压 灵敏度。 可见，水听器的接收指向性图也就是它的相对灵敏度的曲线图， 所以其 D(, ) 也小于 1，即 20lg D(, ) 也为负的分贝数。 指向性图函数，也有利用任意方向上的声强 I (, ) 与最大值方向 （或声轴方向）声强 I(0,0) 之比来定义的，以符号 b(, ) 表之，即：
由此得出的指向性图
实验误差分析
1.读取示波器上的峰峰值读数存在一定误差。 2.测量距离 R 时卷尺未完全伸直存在误差。 3.发射换能器和接收水听器在入水深度上有偏差，不能完全到达同一高度。 4.水箱受到外界干扰而产生误差。 5.改变距离后未等到水听器完全静止，造成读数存在误差。 实验总结 1.通过该实验，我掌握了测量声压级的方法：水听器将声信号转化为电信号再通 过测量放大器放大，再由具体公式还原成声信号。总之，本次实验让我很好的将 理论和实际联系起来，培养了我的动手能力，提高了我的实验技巧
Astop = 100;
% Stopband Attenuation (dB)
match = 'stopband'; % Band to match exactly
% Construct an FDESIGN object and call its BUTTER method. h = fdesign.lowpass(Fpass, Fstop, Apass, Astop, Fs); Hd = design(h, 'butter', 'MatchExactly', match);
射器形状和尺寸与波长比 x / 。
指向性图可以用直角坐标，也可用极坐标表示，用极坐标表示的
方向特性曲线很直观，表现为比较复杂的“花瓣”形式，具有一些极
大值和极小值（在直角坐标下也可看到），称主极大所在的那个花瓣
为“主瓣”，其它极大值所在的花瓣为“旁瓣”，紧挨着主瓣的旁瓣
称第一旁瓣，旁瓣的幅值一般小于等于主瓣的幅值，若旁瓣的幅值与
模型）
） figure; plot(x,y);(原白噪声时域图) figure; plot(x,n2);（滤波后的时域图） figure; noverlap=20; nfft=100000; range='onesided'; [pxx,f]=pwelch(n2,window,noverlap,nfft,fs,range); plotpxx=10*log10(pxx);（将功率谱的纵坐标取化为谱级） plot(f,plotpxx)（画出噪声谱） t1=1:100000; m=fft(n2,100000);（进行傅里叶变换） mag1=abs(m); f=t1/10; figure; plot(f(1:50000),mag1(1:50000));（画出频域图） 滤波器程序： function Hd = lbq1 %LBQ1 Returns a discrete-time filter object.
实验报告
课程名称
水声学实验
实验项目名称
实验类型
实验学时
班级
20130532
学号
姓名
邓方舟
指导教师
实验室名称