基于矢量水听器的水声材料反声性能自由场宽带测量方法

自由场中大样本声学材料测试不仅能够给出任意入射情况下材料声学性能，而且可以准确地测量大面积水声材料声学性，这在实际水声工程中是非常重要的；另外，水声材料声学性能测试不能仅考虑低频和高频某一方面性能，水下声学材料宽频段声学性能测试已成为材料设计、应用及评估迫切需要，是当前世界各国水声测试界研究重点之一。本项目针对水声材料声学性能自由场宽带测试问题，采用矢量水听器测量技术和声强测试分析技术，开展基于矢量水听器水声材料反声性能自由场宽带测试技术研究，建立基于矢量水听器的水声材料反射系数测量原理和方法，给出测量系统测量误差分析方法，形成一套完整的基于矢量水听器的水声材料反射系数测量分析理论，并通过实验研究，验证测试方法和分析理论的正确性，为研究和鉴定消声瓦等水声材料提供了一种新的自由场低频宽带测量方法和手段。

本项目针对水声材料声学性能自由场宽带测试问题，开展了理论分析、数值计算和实验测试等方面研究工作，形成了一套基于矢量水听器的水声材料反声性能自由场宽带测量分析理论方法，为研究和鉴定消声瓦等水声材料提供了一种新的自由场低频宽带测量方法和手段。取得的主要研究成果：. （1）理论研究了球面声波在平面障板上声反射和声传播规律，基于渐近展开法建立了平面障板的球面波反射系数和平面波反射系数之间关系；并根据一致性几何衍射理论，理论分析了待测材料边缘衍射对接收声场影响；利用薄板低频近似理论推导了弹性矩形障板水下声散射的声压、质点振速表达式和相应的声强表达式，数值计算了弹性矩形障板声散射的近场矢量特性。. （2）理论推导给出了平面波和球面波入射时材料反射系数的计算关系式，进一步完善了材料复反射系数近场表面阻抗测量方法；理论分析了声源与待测材料之间距离、水听器与待测材料之间距离以及声源与水听器之间水平距离、材料边缘衍射效应等引起的测量误差，并进行了表面声阻抗法测量的不确定性分析。. （3）理论分析了矢量声场有功声强、无功声强分量与声能流密度之间关系；基于矢量水听器的电子旋转技术，建立了基于矢量水听器声强法的水声材料反射系数测量原理和方法，理论推导了水声材料反射系数测量的反演方法；理论计算分析矢量水听器各通道幅度误差和相位失配引起的测量误差。. （4）理论研究了基于匹配滤波的宽带脉冲压缩技术和基于单矢量水听器的倒频谱分析材料反射系数测量方法，建立了基于宽带脉冲压缩技术的声压测量、振速测量以及声压和振速联合测量倒频谱分析的水声材料声反射系数测量的信号处理方法；讨论了信噪比、时间带宽积、入射角度等参数对测量结果的影响。. （5）开展了微小型宽带矢量水听器优化设计和研制，完成了水声材料声反射系数水池实验测试系统的构建，并在水池完成了钢板、铝板和橡胶板等材料声反射系数实验测试和试验数据分析处理。. 本项目研究成果共发表学术论文7篇（被EI检索4篇），拟投稿2篇，申请并授权实用新型专利1项，培养2名博士和3名硕士研究生。