第一章水声测量资料课件

声学测量：声学测量：研究声学测量技术的科学。包括测量方法研究声学测量技术的科学。包括测量方法和测量仪器。和测量仪器。声压测量、声强测量、声质点速度测量、频率测声压测量、声强测量、声质点速度测量、频率测量、加速度测量、传声器和水听器绝对校准、通信系统量、加速度测量、传声器和水听器绝对校准、通信系统检测、语言清晰度测试、听力测量、声波分析、电声仪检测、语言清晰度测试、听力测量、声波分析、电声仪器性能评价、房间音质测量等。器性能评价、房间音质测量等。近代声学测量的仪器设备有各种声级计、电容传声近代声学测量的仪器设备有各种声级计、电容传声器和电子放大记录设备、模拟和数字频谱分析仪、声强器和电子放大记录设备、模拟和数字频谱分析仪、声强计、加速度计、驻波管等，以及消声室、混响室、隔声计、加速度计、驻波管等，以及消声室、混响室、隔声室、高声强实验室、消声水池和混响水池。室、高声强实验室、消声水池和混响水池。第第1 1章章 声学测量的基本问题声学测量的基本问题第第2 2章章 测量换能器测量换能器第第3 3章章 声学测量基本方法（水声测量）声学测量基本方法（水声测量）第一章第一章 声学测量的基本问题声学测量的基本问题（一）绪论（一）绪论（二）基本预备知识（二）基本预备知识（三）声学量的级及其基准值（三）声学量的级及其基准值（四）实验（四）实验（一）绪论（一）绪论 1.1.声学测量技术的发展状况声学测量技术的发展状况 2.2.声学测量的内容声学测量的内容 3.3.声学测量的特点声学测量的特点 4.4.参考文献参考文献 5.5.声学测量系统声学测量系统2声学测量的内容声学测量的内容 1.声源特性研究;2.媒质特性研究;3.声波发射与接收的研究;4.测量方法与手段的研究;5.声学设备的研究。3声学测量的特点声学测量的特点 1.环境因素影响大；2.测量信号复杂；3.测量空间多样；4.测量精度低、量值传递误差大；5.测量频域范围宽；6.外场实验困难；7.测量结果多用分贝表示。5声学测量系统声学测量系统发射系统发射系统接收系统接收系统测量介质测量介质发射系统：信号源、功率放大器、匹配电路、发射器接收系统：前置放大器、滤波器、测量放大器、处理器测量介质：固体、气体、液体（二）基本预备知识（二）基本预备知识 1.1.基本概念基本概念 2.2.声学基本物理量及其单位声学基本物理量及其单位 3.3.频程与倍频程频程与倍频程1、基本概念基本概念 声场参数：声场参数：声场、声场、声压、声强、声功率、声速、声压、声强、声功率、声速、质点振速质点振速；声声 波：波：纵波、横波、行波、驻波、平面波、纵波、横波、行波、驻波、平面波、柱面波、球面波柱面波、球面波；2 2、声学基本物理量及其单位、声学基本物理量及其单位 3.频程与倍频程 （1）频程 （2）倍频程 （3）ISO规定 （4）中心频率及倍频程滤波器（1）频程定义：又称为频带，将整个频率范围（视工作要求而定）分成的若干较小的频段。（2）倍频程定义：计量两个频率之间间隔或频带宽度的单位。倍频程是频程的单位倍频程是频程的单位（3）ISO规定 a、1/1倍频程：n=1 b、1/3倍频程：n=1/3 c、十倍频程：1Hz1/3倍频程(3个)1/1 倍 频 程（3个）4Hz2Hz8Hz10Hz21/3Hz22/3Hz十 倍 频 程（1个）d d、三者之间的关系：、三者之间的关系：1Hz4Hz2Hz8Hz10Hz21/3Hz22/3Hz1:1.25:1.6:2:2.5:3.15:4:5:6.3:8:101/3倍频程：中心频率表达式恒定百分比带宽滤波器：1/1倍频程：（三）（三）声学量的级及其基准值声学量的级及其基准值 1.定义定义 2.2.表达式表达式 3.3.单位单位4.4.常用声学量的级及其基准值常用声学量的级及其基准值5.5.表示方法表示方法 6.6.两个声压绝对值之比与其声压级差值的关系两个声压绝对值之比与其声压级差值的关系7.7.用分贝表示测量误差用分贝表示测量误差8.分贝加减法则分贝加减法则1、定义 一个声学量与其同类量的基准值之比的对数。2、表达式 声学量级的单位视对数底而定。(1)若取以10为底的常用对数，则其单位为“贝”（B）,但实际使用中常取其1/10作为级的单位，即分贝（dB）。(2)若取以e为底的自然对数，则其单位为奈培（Np）3、单位 4、常用声学量的级及其基准值（GB3238-82）声压级表达式为 其中：为声压基准值；在空气中为2020PaPa；在水中为1 1PaPa。声强级表达式为 其中：为声强基准值，在水中为1pw/m2。分贝分贝人类的耳朵能感应声压的范围很大。人类的耳朵能感应声压的范围很大。正常的人耳能够听到最微弱的声音叫作听觉阈为正常的人耳能够听到最微弱的声音叫作听觉阈为20Pa20Pa（1000Hz1000Hz），另一方面，非常噪吵的情况能产生很大），另一方面，非常噪吵的情况能产生很大的压力变化，例如一架太空穿梭机在发出最大马力时能在近的压力变化，例如一架太空穿梭机在发出最大马力时能在近距离产生大约距离产生大约 2,000 Pa2,000 Pa或或2 x 109Pa2 x 109Pa的噪音。的噪音。人类的听觉反应是基于声音的相对变化而非绝对的变化。人类的听觉反应是基于声音的相对变化而非绝对的变化。为了保护听力，声音不能超过为了保护听力，声音不能超过90dB90dB；为了保证工作和学；为了保证工作和学习，声音不能超过习，声音不能超过70dB;70dB;为了保证休息和睡眠，声音不能超为了保证休息和睡眠，声音不能超过过20dB20dB。计算方便。计算方便。把某些乘除运算变成了加减运算把某些乘除运算变成了加减运算。直观。直观。不管是振幅类还是平方类量，变成分贝后它们的量级是不管是振幅类还是平方类量，变成分贝后它们的量级是一致的，可以直接进行比较、计算。一致的，可以直接进行比较、计算。例如：例如：在空气中某一点声压级值为在空气中某一点声压级值为80dB80dB，则记作，则记作 5 5、表示方法、表示方法6 6、两个声压绝对值之比与其声压级差值的关系、两个声压绝对值之比与其声压级差值的关系7.分贝误差分贝误差（1 1）绝对误差：绝对误差：某物理量值与其真值之差称绝对误差，它是测量值偏某物理量值与其真值之差称绝对误差，它是测量值偏离真值大小的反映，有时又称真误差。即离真值大小的反映，有时又称真误差。即绝对误差测量值绝对误差测量值-真值真值 修正值修正值-绝对误差真值绝对误差真值-测量值测量值真值测量值真值测量值+修正值修正值（2 2）相对误差：）相对误差：绝对误差与真值的比值称为相对误差或误差率。有时，绝对误差与真值的比值称为相对误差或误差率。有时，两组测量的绝对误差相同，但真值不同，而此时实际反映两组测量的绝对误差相同，但真值不同，而此时实际反映了两种不同的准确度。所以采用相对误差就能够清楚地表了两种不同的准确度。所以采用相对误差就能够清楚地表示出测量的准确程度。示出测量的准确程度。相对误差相对误差=绝对误差绝对误差/真值真值=（测量值（测量值-真值）真值）/真值真值 =测量值测量值/真值真值-1-1 （3 3）分贝误差：）分贝误差：表示某一物理量级的测量误差。表示某一物理量级的测量误差。如：*真值=1，测量值=0.99，测量值/真值=0.99 百分比误差=-0.01=-1%，分贝误差=-0.09=0.1dB *真值=1，测量值=1.01，测量值/真值=1.01 百分比误差=0.01=1%，分贝误差=0.09=0.1dB 8、分贝加减法则分贝加减法则（1 1）声压级的合成）声压级的合成分贝的加法分贝的加法 如果声场中有两个声源如果声场中有两个声源A A和和B B，它们的声压级分别为，它们的声压级分别为 和和 ，而它们的声压有效值分别为，而它们的声压有效值分别为 和和 ，则求则求在在A A、B B两声源形成的声场中某点两声源形成的声场中某点C C处声压级处声压级 。结论：结论：（1）两个声压级相同的声源同时发声时，其合成 声压级值比一只声源单独发声时形成的声压级只增加3dB；（2）两个声压级不同的声源同时发声时，其合成 声压级值为两个声压级值中较大的一项加上修正项即可 考虑：考虑：对于多个声压级合成问题如何处理？（2 2）在考虑背景噪声情况下，测量声场中某）在考虑背景噪声情况下，测量声场中某一声源的声压级一声源的声压级分贝的减法分贝的减法 在考虑海洋环境噪声的情况下，测得某一船只的 辐射噪声为 ，海洋环境噪声为 则船只的实际辐射噪声为 。结论：结论：（1）总声压级高于背景噪声声压级10dB，则背景噪声可忽略。考虑：考虑：如何根据测量精度要求确定背景噪声可忽略的限值？目的：目的：掌握声学常用测量仪器的使用方法，并了解声学测量实验掌握声学常用测量仪器的使用方法，并了解声学测量实验应该满足的条件要求和实验室进行实验时的注意事项。应该满足的条件要求和实验室进行实验时的注意事项。内容：内容：学习并掌握各测量仪器的功能、使用方法和注意事项。学习并掌握各测量仪器的功能、使用方法和注意事项。要求：要求：在教师指导下练习仪器设备操作方法。在教师指导下练习仪器设备操作方法。（四）实验（四）实验 仪器设备认知实验仪器设备认知实验GFG3015GFG3015（信号源）（信号源）信号类型选择及频率、信号类型选择及频率、幅值调整幅值调整正弦波,方波,三角波,脉冲波,AM,FM,扫描功能,触发触发设置触发设置扫描等参数设置扫描等参数设置调整旋钮调整旋钮输出输出外触发外触发 YE5871 YE5871（功放）（功放）100VA，10V-10A20Hz30kHz增益：高阻抗-8A/V 低阻抗-5V/V输出电压电流指示表盘电源开关输出输入增益旋钮（连续）阻抗选择电流调整参考电压 仿仿B&K2610（测放）（测放）2Hz200kHz-30110dB10V30V电源开关输出端平均时间滤波器输出放大选择输入放大选择前放输入端输入端指示端输入选择校准GOS6051（示波器）（示波器）