ICS 17.140 A 59
中华人民共和国国家标准
GB/T32523—2016
声学水声材料样品声压反射系数、 声压透射系数和吸声系数的测量
行波管法
AcousticsMeasurement of soundpressurereflectioncoefficient sound pressure transmission coefficient and absorption coefficient for underwater acoustical material sampleTravelling wave tube method
2016-09-01实施
2016-02-24发布
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 32523—2016
前 言
本标准按照GB/T1.1一2009给出的规则起草。 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。 本标准起草单位：中国船舶重工集团公司第七一五研究所、中国船舶工业系统工程研究院。 本标准主要起草人：李水、罗马奇、陈建平、易燕、魏薇、赵洪、何元安、祖峰磊。
I GB/T32523—2016
声学水声材料样品声压反射系数、 声压透射系数和吸声系数的测量
行波管法
1范围
本标准规定了采用行波管法测量水声材料(或构件)样品声压反射系数、声压透射系数和吸声系数的装置、原理、条件和方法。
本标准适用于平面层状水声材料（或构件）样品（以下简称样品）在变温、变压条件下100Hz～ 3150Hz频段的声压反射系数（或回声降低）、声压透射系数（或插人损失）和吸声系数的测量。
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/T3947—1996声学名词术语 GB/T14369一2011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
3术语和定义
GB/T3947—1996和GB/T14369—2011界定的以及下列术语和定义适用于本文件。
3.1
水声材料underwateracousticmaterials 在水声工程中，具有特定声学性能的材料。
3.2
行波管 Ftravellingwavetube 在其中产生和传播平面行波，用于测量水声材料样品和构件，或校准水听器的充液波导管。 注：行波管一般采用壁厚不小于管内半径的不锈钢圆管。
3.3
声压透射系数soundpressuretransmissioncoefficient T 给定频率和环境条件下，水媒质中平面声波人射到无限大板状样品表面，其透射波声压与人射波声
压之比。
注：实际测量时，在边缘效应可忽略的情况下，有限尺寸样品等效为无限大样品。 [GB/T14369-2011,定义3.4]
3.4
声压反射系数 soundpressurereflectioncoefficient R 给定频率和环境条件下，水媒质中平面声波人射到无限大板状样品表面，其反射波声压与人射波声
1 GB/T32523—2016
压之比。
注：见3.3中的注。 ［GB/T14369—2011，定义3.5］
3.5
插入损失 insertionloss 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人无限大板状样品，在声波透过样品后
的某处，样品插人前与插人后声功率级之差。
注1：见3.3中的注。 注2：插人损失用分贝表示。 ［GB/T14369—2011，定义3.6]］
3.6
回声降低 echoreduction ER 给定率和环境条件下，水媒质中在平面声波传播方向上插人无限大板状样品，在样品前表面某
处，人射波声功率级和反射波声功率级之差。
注1：见3.3中的注。 注2：回声降低用分贝表示。 ［GB/T14369—2011，定义3.7]
3.7
吸声系数 soundabsorption 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人无限大板状样品，被样品吸收的声能
与人射波的声能之比。
注：见3.3中的注。 ［[GB/T14369—2011,定义3.8]
3.8
双水听器传递函数doublehydrophonestransferfunction Hmn 给定频率和环境条件下，声场中水听器m和水听器n位置处的复声压之比。
4符号
下列符号适用于本文件。
行波管的内半径，单位为米（m）；行波管中水媒质的声速，单位为米每秒（m/s)； n号水听器到辅助发射器表面的距离，单位为米（m）；回声降低，单位为分贝（dB)；测量频率，单位为赫兹(Hz)；微调后的测量频率，单位为赫兹（Hz)；测量频率上限，单位为赫兹（Hz)；测量频率下限，单位为赫兹（Hz)；
A
Cw D. ER f f' f1 f2 2 GB/T32523—2016
H 双水听器传递函数，m和n代表水听器编号；
插入损失，单位为分贝（dB)；行波管中水媒质的声波波数； n号水听器与被测样品下表面的距离，单位为米（m）；组成水听器组的m号水听器和n号水听器之间的距离，单位为米（m）；传递系数，辅助发射器辐射声压除以辅助发射器驱动电压的复数量，单位为帕每伏（Pa V); 传递系数M除以辅助发射器表面入射声压pi复数量的商；
IL k L. I mn M
M" m,n- 水听器编号；
人射到辅助发射器表面的声波声压，单位为帕(Pa)；辅助发射器表面的反射波声压，单位为帕(Pa)；样品的透射波声压，单位为帕(Pa)；水媒质静压力，单位为兆帕（MPa）；样品的声压反射系数；主发射器和辅助发射器同时工作时，辅助发射器表面的等效声压反射系数；样品的声压反射系数复数量；只有主发射器发射声波，辅助发射器不发射时，辅助发射器表面的等效声压反射系数；在主发射器发射状态不变的情况下，辅助发射器由一个特定幅度和相位的电信号驱动时，辅助发射器表面的等效声压反射系数；在主发射器发射状态不变的情况下，根据计算结果调整辅助发射器驱动电信号的幅度和相位后，辅助发射器表面的等效声压反射系数；样品的声压透射系数；水媒质的温度，单位为摄氏度（℃）；未知的辅助发射器驱动电信号电压幅值，单位为伏（V)；输人到辅助发射器的电信号电压幅值，单位为伏（V)；特定的辅助发射器驱动电信号电压幅值，单位为伏（V)；声压反射系数的扩展测量不确定度；声压透射系数的扩展测量不确定度；
pin pre Ptr P R r rp ro r1
r2
T t U. U. U。 UR Ur UeR 回声降低的扩展测量不确定度，单位为分贝（dB）； U
-
插入损失的扩展测量不确定度，单位为分贝（dB）：吸声系数的扩展测量不确定度；样品的吸声系数；设定的理想吸声器应达到的表面等效声压反射系数；行波管中水媒质的声波波长，单位为米（m）； -样品的声压透射系数复数量。
U. α 8 入 Tp
5测量装置
5.1测量装置组成框图
测量装置一般包括行波管、电子测量仪器、辅助系统等，其组成如图1所示。
3 GB/T32523—2016
输助发射器
水听器
功率放大器2
总线
多路前
多路信号采集器
接
双路信号源
计算机及外设
样
放滤波器
行波管
盒
示波器
变温系统液压机械系统变压系统
控制系统辅助系统
水听器主发射器
功率放大器1
图1测量装置组成框图
5.2测量装置 5.2.1行波管
行波管要求如下： a）行波管内部充满除气水，样品安装于行波管中部； b) 发射换能器包括主发射器和辅助发射器，分别安装于行波管两端： c) 两个水听器组分别安装在样品前后的管壁上，其敏感元件应置于行波管轴线附近，水听器支架
对声场的影响可忽略； d) 温度传感器应安装于管中能够准确测量样品附近媒质温度的位置，对声场的影响可忽略；
行波管的注水和排水管路一般安装在行波管两端，且对声场影响可忽略的位置。
e)
5.2.2 电子测量仪器
电子测量仪器由下列组成： a) 双路信号源，提供幅值、相位单独可控的测量信号源； b) 两台功率放大器，输入信号由双路信号源提供，驱动主发射器和辅助发射器工作： c) 接线盒接入多路水听器，电信号输出到多路前放滤波器； d) 多路前放滤波器对每路水听器输出的弱电信号进行调理； e) 多路信号采集器对经调理后的多路水听器接收信号进行同步采集处理； f) 计算机用来安装专用测量软件，测量时实施对电子仪器的程控； g) 示波器用于发射和接收信号的监测。
5.2.3 辅助系统
辅助系统由下列组成： a）控制系统：集中或独立控制变温系统、变压系统和液压机械系统； 4 GB/T325232016
b）变温系统：完成行波管中水媒质温度调节控制；在一定时间内保持管中水温恒定； c）变压系统：对管中进行压力调节，控制试压泵和高压阀门； d）液压机械系统：通过控制该机构实施行波管的密封锁紧、开启等机械运动。
6测量原理
6.1行波管工作原理
行波管法测量原理示意图如图2所示。行波管两端安装主发射器和辅助发射器，被测样品放置在行波管中部，将行波管分成上下两个区域，按一定规则各布置至少2个水听器，组成一对，行波管下部离开样品方向水听器编号依次为1号、2号，上部离开样品方向水听器编号依次为3号、4号。
行波管工作时，位于下端的主发射器发射正弦声波，垂直人射到样品表面。位于上端的辅助发射器发射特定幅值和相位的同频正弦声波，抵消入射到辅助发射器表面的声波。使样品的透射声波在行波管上端不形成声反射，等效于辅助发射器表面的声压反射系数接近于零，使上段声管中产生类似自由场一样的行波，用双水听器传递函数法解算被测样品的人射、透射和反射声波声压对应的输出电压，测量被测样品的声压反射系数、声压透射系数，然后导出回声降低、插人损失和吸声系数等水声材料声学性能参数。
一辅助发射器
水听器、
Pe Pa .
3
3°
E*
30
S
样品一
:
1
.
2
管壁一
主发射器
图2行波管法测量原理示意图
6.2行波场的建立
为了能够用双水听器传递函数法准确计算管中样品的声压反射系数和声压透射系数，应在行波管中建立行波场。在低到赫兹频段的管中行波场建立一般宜采用下述有源消声方法，但不仅限于此方法，行波场建立的原理及步骤如下：
a）在行波管内一定媒质温度、静水压状态下，仅主发射器发射声波，辅助发射器不发射声波，采集
水听器位置声场的声压，计算行波管上部水听器组的传递函数H，采用双水听器传递函数法测量得到辅助发射器表面的声压反射系数为r。，如式（1)所示：
5 GB/T32523—2016
1-H34exp(ikl34)
Pre pi[Hs4-exp(ikls)]exp[ik(2D,+la)]
(1 )
ro
b）主发射器和辅助发射器同时工作时，辅助发射器表面等效声压反射系数如式（2)所示：
Pre+MU,
...( 2)
pin
c) 在主发射器发射状态不变的情况下，辅助发射器由特定幅度和相位的电信号U。驱动，此时辅
助发射器表面的等效声压反射系数r1，可由式(2)得到式(3)和式(4)：
MU. pin M'="i-ro
r。+M'U.
..(3)
r =ro
.(4)
U。
d）假设当输人功率放大器2的信号为U，时，达到了有源消声的理想情况，则辅助发射器表面的
等效声压反射系数表示为式(5)，当r1取0时可求得式(6)：
ri=r。+M'U, U,=- ro
（5) (6)
M
e） 由功率放大器2输出电信号U，驱动辅助发射器，根据式（1)测量得到此时辅助发射器表面等
效反射系数r2。如果|r2|<8，一般8取0.05，则可认为管内样品透射波声场中只存在单方向传播的行波。
6.3样品声学参数的计算
当声管中行波场建立后，采集水听器位置声场的声压，计算行波管上部和下部水听器组的传递函数 Hm，由式（7）、式（8）、式（9)和式(10)计算样品的声压反射系数R和声压透射系数T（以1号、2号水听器组和3号、4号水听器组采集声信号为例），然后由式（11)、式（12)得到回声降低ER和插人损失IL，由式(13)得到吸声系数α。
1-H12exp(ikl12)
Pre pin [H12exp(ikl12)]exp[(2L,+l12)]
·( 7 ) (8) ..(9) .（10) (11 ) .(12) (13)
re
R=[rp] Ha1-Haexp(ikl3)
Ptr Pin [H21—exp(ikl1a)]exp[ik(L,+L+Is4)]
6
T=[t, ER=20 lg(1/R) IL=20 lg(1/T) α=1-R-T2
6.4测量频率范围 6.4.1测量频率上限
根据波导理论，圆柱形行波管内沿管轴方向传播平面波的条件和测量频率有关，测量频率上限f1 取决于行波管内半径a，由式(14)表示：
1.84cw fi≤ 2元a
·(14 )
当发射换能器表面的振速分布中心对称时，测量频率上限f，可提高，由式(15)表示：
3.83c fi≤
（15)
2元a
6