水声材料低频隔声测试研究

　　水声材料构件的声学测试在水声工程中有非常重要的基础地位.无论是各种材料结构的应用开发,还是相关产品的定型生产,掌握其准确可靠的性能参数是必不可少的,水声材料声学测试是获取这些参数有效手段之一.目前,水声材料声学测试方法主要有小样品的声管法、大样品的自由场法和实体测试等.其中,声管法受样品尺寸限制,无法准确评估具有一定声学结构材料的声学性能;实际测试受成本等诸多因素限制,难以经常采用;自由场法则弥补了上述两种方法的不足,且易实现.在声学测试中,通常又只有使用大样品测试才能反映出材料本身特征或结构对声学性能的影响[1,2],这样,自由场法便成为最常用的测试方法.

　　自开展水声材料声学测试以来,采用正弦脉冲信号作为测试信号的脉冲方法一直是最常用且最可靠的方法之一,也是我国颁布的法定测试标准中规定的方法.但随着声呐技术和水声对抗技术工作频段不断向低频发展,基于该方法低频测试的不足开始显现出来.这主要是源于脉冲测试对脉宽(即脉冲持续时间)的要求所致.原因有二:一是脉冲测试要求换能器必须在时间和空间上均达到稳态,这使得脉宽要足够长,国家标准规定应至少包括两个稳态波数.但由于换能器受正弦脉冲激励时其响应在激励开始和结束阶段均存在一定的瞬态响应时间,使得脉宽更长[2-4].测试频率越低,脉宽要求越宽;二是在样品布放和测试水池一定时,为使直达波与界面反射等干扰实现分离以满足自由场条件,要求脉宽足够短.在样品不可能做得很大和测试水池大小有限情况下,要同时满足上述条件,是很难做到的.因此,对于相关条件一定的情况下,传统脉冲测试方法是存在低频截止频率的.本文主要研究水声材料脉冲隔声测试方法低频测试精度的改进.

　　1 测试原理

　　1.1 评价参数

　　采用的隔声评价参数为插入损失(InsertionLoss),它是评估水声材料隔声性能或透声性能的主要评价参数之一.其定义为:在平面波声场声传播方向上垂直插入水声材料样品,其声功率比值以10为底的对数乘以10(dB).设插入损失用D表示,则有

　　其中Wi、Wt分别为给定测点样品插入前后直达声功率和透射声功率.由复声压透射系数与插入损失间关系,可得

　　其中tp为复声压透射系数的幅值.

　　1.2 基本原理

　　隔声测试采用自由场单水听器法,如图1所示.它可用来测定插入样品前后给定测点声压幅值自谱的分贝数差值,即样品插入损失.表达式为

　　其中Li为插入样品板前给定测点直达波声压幅值的自谱分贝数,Lt为插入样品板后同一测点透射波声压幅值的自谱分贝数.