一种不依赖背衬的声学覆盖层声阻抗测试方法与流程

本发明属于水声测试技术领域，是一种声学覆盖层输入声阻抗和传递声阻抗的测试方法。

背景技术：

客观、有效测试声学覆盖层的声学性能，是声学覆盖层研制的重要组成部分，也是声学覆盖层应用效果评估的基本依据。声阻抗性能是声学覆盖层声学性能的重要参数，通过测试声学覆盖层的声阻抗性能可以对水声覆盖层在不同应用工况下的吸声系数进行预报，并可以对敷设声学覆盖层的结构降噪效果和声目标强度特性进行预报。

国内外对声学覆盖层的声学性能测试的认识大致经历了三个层次，第一层次主要测试声学覆盖层的吸声系数和反射系数，并以此评估声学覆盖层作用效果，其主要缺陷在于测试结果受背衬影响非常明显，导致不能准确反映其应用结构的实际声学状况；第二层次主要测试声学覆盖层面阻抗，以此推导反射系数和吸声系数进而评估其作用效果，但面阻抗可以用于解决声目标强度问题却不能用于解决结构声辐射问题；第三层次主要测试声学覆盖层的输入声阻抗和传递声阻抗，该声阻抗参数是声学覆盖层的固有属性，与背衬特性无关，而且可用于求解声目标强度和声辐射问题。

针对第一层次和第二层次的测量，船舶行业标准CB/T 3674-1995《水声材料驻波管测量方法》对水声驻波管中测量材料吸声系数进行了详细阐述，对面阻抗测量进行了相关说明，并阐明了面阻抗和吸声系数的换算关系；另外，国标GB/T18696.2-2002《声学阻抗管中吸声系数和声阻抗的测量第2部分：传递函数法》中也给出了利用空气驻波管进行吸声系数与声学覆盖层表面声阻抗的测定方法和换算关系。

针对第三层次的测量，国内已发表了相关论文，阐述声学覆盖层的输入声阻抗和传递声阻抗的方法和装置，其方法主要思想是利用钢背衬敷贴在声学覆盖层背面，以造成阻抗堵塞，从而满足阻抗测量条件。但刚背衬往往厚度有限，在中低频段不能满足阻抗堵塞条件，导致测量结果存在误差；另一方面，现行的测量方法需要将声学覆盖层两面分别敷贴刚背衬并进行两次测试，测试过程稍显麻烦。

技术实现要素：

本发明提出了一种不依赖背衬的声学覆盖层声阻抗测试方法，目的是不依赖于背衬从而保证中低频测试的精度，且不需要拿出样品重新粘贴背衬。

本发明的技术方案如下：

一种不依赖背衬的声学覆盖层声阻抗测试方法，包括如下步骤：

步骤一，将声学覆盖层样品置于水声平面声波导管的管体中间位置，保证声学覆盖层样品的两表面侧都有液柱，所述水声平面声波导管的管体腔内一端设置有发射换能器，所述声学覆盖层样品第一表面侧的液柱中设置有第一水听器和第二水听器，声学覆盖层样品第二表面侧与发射换能器之间的液柱中设置有第三水听器和第四水听器，其中第一水听器与声学覆盖层样品第一表面间距大于第二水听器与声学覆盖层样品第一表面间距，第四水听器与声学覆盖层样品第二表面间距大于第四水听器与声学覆盖层样品第二表面间距，所述各水听器分别与数据采集仪连接，所述数据采集仪与测量控制电脑连接；

步骤二，驱动所述发射换能器发射稳定宽频白噪声信号；

步骤三，所述数据采集仪同时采集第一至第四水听器的声压P1～P4，存为数据文档；

步骤四，读取声压数据文档，并按照下列公式计算声学覆盖层样品第一和第二表面的声压和振速：

上式中，pu表示声学覆盖层样品第一表面的声压，vu表示声学覆盖层样品第一表面的振速，pd表示声学覆盖层样品第二表面的声压，vd表示声学覆盖层样品第二表面的振速，d1表示第一水听器与第二水听器间距，h1表示第一水听器与声学覆盖层样品第一表面间距，d2表示第三水听器与第四水听器间距，h2表示第三水听器与声学覆盖层样品第二表面间距；

步骤五，在声学覆盖层样品第一、第二表面的声压和振速的基础上，以声学覆盖层传递函数作为未知量，得到关于传递函数的两个方程：

步骤六，在声学覆盖层样品的第一表面侧加水，改变声学覆盖层样品第一表面侧的液柱长度；然后重复步骤一到步骤五，得到关于传递函数的另两个方程：

步骤七，联立步骤五和步骤六的方程组，得到可求解的关于传递函数的方程组：

求解该方程组，得到声学覆盖层的传递函数；

步骤八，根据传递函数计算声学覆盖层样品的输入声阻抗及传递声阻抗：

Z11＝H11/H21

Z12＝(H12·H21-H11·H22)/H21

(10)

Z21＝1/H21

Z22＝-H22/H21

上式中，Z11表示声学覆盖层样品第一表面的输入声阻抗，Z12表示声学覆盖层样品第一表面到第二表面的传递声阻抗，Z21表示声学覆盖层样品第二表面到第一表面的传递声阻抗，Z22表示声学覆盖层样品第二表面的输入声阻抗。

本发明的有益技术效果是：

本发明可以克服现行测试方法的两个缺点：其一、现方法测试结果依赖于背衬，本测试方法则可以不依赖于背衬从而保证中低频测试的精度；其二、现方法测试阻抗需测试两次，本测试方法不需要拿出样品重新粘贴背衬，因此简便了测量过程，从而提升测量效率。

附图说明

图1是声学覆盖层输入声阻抗和传递声阻抗的测试装置结构示意图。

图2是典型均匀橡胶层样品的输入声阻抗测试值与理论值对比曲线。

图3是典型均匀橡胶层样品的传递声阻抗测试值与理论值对比曲线。

图1标记说明：1—水声平面声波导管上液面；2—1#水听器；3—2#水听器；4—声学覆盖层样品；5—3#水听器；6—4#水听器；7—发射换能器；d1—1#水听器与2#水听器间距；h1—1#水听器与声学覆盖层样品上表面间距；d2—3#水听器与4#水听器间距；h2—3#水听器与声学覆盖层样品下表面间距。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步说明。

本发明主要包括以下步骤：

步骤一，以典型均匀橡胶层样品为声学覆盖层样品，如图1所示，将声学覆盖层样品4置于水声平面声波导管中管体中间位置，本实施例中将管体垂直放置(也可横置)，保证声学覆盖层样品4上表面和上表面都有一定液柱高度(本实施例中为1m以上)。水声平面声波导管的管体腔内一端(本实施例中为下端)设置有发射换能器7，发射换能器7和声学覆盖层样品4之间设置有两个水听器：3#水听器5、4#水听器6，声学覆盖层样品4水声平面声波导管上液面1之间设置有两个水听器：1#水听器2、2#水听器3，四个水听器分别与数据采集仪(图1中未示出)连接，数据采集仪与测量控制电脑(图1中未示出)连接。

优选地，水听器采用B&K公司的8103水听器，数据采集仪采用B&K公司3560D型采集仪，可实现信号发射、声学与振动信号同步采集，测量控制电脑安装有Pulse Labshop软件，能够控制数据采集仪进行信号发射、数据采集及计算声学覆盖层样品4的输入声阻抗和传递声阻抗。

步骤二，驱动发射换能器7发射稳定宽频白噪声信号，通过数据采集仪确认信号有效并进行数据采集。

步骤三，数据采集仪同时采集1#～4#水听器的声压P1～P4，存为数据文档。

步骤四，读取声压数据文档，并按照下列公式计算声学覆盖层样品4上下表面的声压和振速：

式(1)中，pu表示声学覆盖层样品上表面的声压，vu表示声学覆盖层样品上表面的振速，pd表示声学覆盖层样品下表面的声压，vd表示声学覆盖层样品下表面的振速，d1表示1#水听器与2#水听器间距，h1表示1#水听器与声学覆盖层样品上表面间距，d2表示3#水听器与4#水听器间距，h2表示3#水听器与声学覆盖层样品下表面间距。

步骤五，在声学覆盖层样品4上下表面的声压和振速的基础上，以声学覆盖层传递函数作为未知量，可得关于传递函数的两个方程：

步骤六，在声学覆盖层样品4上部加水，改变声学覆盖层样品4上部液柱长度。然后重复步骤一到步骤五，重新测量存储声压数据，并按照相应公式计算，得到关于传递函数的另两个方程：

步骤七，联立步骤五和步骤六的方程组，得到可求解的关于传递函数的方程组：

求解该方程组，得到声学覆盖层的传递函数。

步骤八，根据传递函数计算声学覆盖层样品的输入声阻抗及传递声阻抗：

Z11＝H11/H21

Z12＝(H12·H21-H11·H22)/H21

(15)

Z21＝1/H21

Z22＝-H22/H21

式(5)中，Z11表示声学覆盖层样品上表面的输入声阻抗，Z12表示声学覆盖层样品上表面到下表面的传递声阻抗，Z21表示声学覆盖层样品下表面到上表面的传递声阻抗，Z22表示声学覆盖层样品下表面的输入声阻抗。

最后，进行数据处理，得到典型均匀橡胶样品的输入声阻抗及传递声阻抗随频率变化曲线，并与理论值对比，如图2和图3所示。上述曲线表明，测试结果与理论结果吻合较好。

以上所述的仅是本发明的优选实施方式，本发明不限于以上实施例。可以理解，本领域技术人员在不脱离本发明的基本构思的前提下直接导出或联想到的其他改进和变化，均应认为包含在本发明的保护范围之内。