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1、水声管内水听器固有相位差的补偿方法 佟小朋，刘克，白国锋 ( 中国科学院声学研究所，北京，1 0 0 0 8 0 ) M e t h o do f p h a s ec o r r e c tb e t w e e nt w oh y d r o p h o r c e si n h V d r o a c o u s t i ct u b e X i a o p e n gT o n g ，K eL i u ，G u o f e n gB a i ( I n s t i t u t eo fA c o u s t i c s ，C h i n e s eA c a d e m yo fS c
2、 i e n c e s ，B e i j i n g ，10 0 0 8 0 ) I 简介 双水听器水声管对两个水听器之问的相位一致性有较高的要求，如果不能对两个水听器之间固有的相 位差进行有效地补偿，则导致材料的声学特性的测试误差较大。水听器一般的二级校准。 方法 1 】为自由场校准方法或需要配套的设备，获得的相位修正函数对于应用于水声管内 的声场测试修正并不精确，很少有文献针对水声管系统的特殊要求来校准水听器之间的 相位差，而针对应用于特定系统的水听器之间的响应具有特殊性。论文利用全反射界面 的条件下，利用水声管内形成的定波场的特性对水听器进行校准，论文进行了理论分析 后，对结论进行了试
3、验验证。 7 2 理论分析 2 1 传递函数法 2 】 3 】 如图1 所示，管壁为绝对硬壁面，忽略管壁吸收，管内无均匀流动，水中吸收也因 距离太近忽略，因此在截止频率以下的频率范围，管内声场为平面波。如图1 建立坐标 系，水听器一处为坐标原点，水听器一、二的声压#芝分别为： 墨= 墨，+ 皇f最= 日，e x p ( 一j k s ) + P 。，e x p ( j k s ) ( 1 ) 由式( 1 ) 得到水听器二处左右传播的平面波为： 图I 声管示意图 P 咄唧( 一j k z ) = 警e X p ( 一S k L ) e , 哦e x p ( m ) = 篇掣唧( m ) ( 2
4、) 利用 九用传递函数H 。：= 最，日表示反射系数为：r = 每= 等乏专曩写芒描， 2 2 全反射界面幅值和相位分析 如果在声管的末端为全反射界面( 例如：空气) 有反射系数r = 一1 即 r = 号= 书黼叫眠= 面s i n ( 网k L ) = 丽s i n ( k d 2 ) d 。d ：分别是是第一二个水听器到反射面的距离。水听器2 和材料间的距离满足尼( 三一s ) = k d 。= 尼丌时，传 递函数H 1 2 的模趋向于无穷人；当k L = k d 2 = k r c 时，传递函数的H 1 2 的模趋向于零，传递函数H ，2 的对数表 作者简介：佟小朋( 1 9 7 5
5、- - ) ，男，黑龙江阿城人，博 ，从事噪声j 振动控制和环境声学方血的研究。 1 0 1 水 听 器 烹 听 器 达：三日= l g ( s i n ( k d ：) s i n ( 坛) ) ，该式在k d 2 = k l c 时，传递函数H 1 2 的模趋向于无穷小。 k ( L S ) = k d , = 尼万或k L = 矧，= 七刀时，传递函数H 的相位从0 度到1 8 0 度或从1 8 0 度到0 度跃变， 因为对于全反射界面，对于某个固定的频率在声管内形成定波场，如果两个水听器为零个或偶数个节点，则 两个水听器的声压相位差为零；如果两个水听器为奇数个节点，则两个水听器的声压相
6、位差为1 8 0 度。 2 3 水昕器校准理论和测试比较 论文忽略两个水听器之问固有幅值差对吸声末端反射系数测试的影响，通过定波钡 | 试获取两个水听器之 间的固有相位差0 ( 厂1 ，对传递函数H ，的相位进行补偿，有H = 1 日，e 八“ ，l H 。l 是两个水听器实测传递 函数的模，钞是传递函数的辐角，目是定波法测试获得固有相位差。 由于在k ( L S ) = k d , = 尼万或k L = k d ，= 七万时，全反射界面条件下传递函数H 的相位发生0 度和1 8 0 度之间的跃变，所以必须避开跃变点和跃变点附近的频带；跃变带宽范嗣内是无法实现对水听器校准的，但 是通过改变L
7、值可以实现跃变点的转移，从而实现测试频段内的全频段测量。 两个水听器如图1 所示进行安装，两水听器间距S = 0 4 m ，第一个水听器到全反射表面的距离 L ：O 5 6 m ，因为当e 肚L 屯吖一H = 0 即k ( x ，一五) = m R ( m = 1 ，2 ，3 ) 时，无法确定反射系数，文 献 4 建议：o 2 万 k ( x 2 一五) 0 8 n “ ，所以本系统两个水听器可以测试的频段是4 0 0 H z 口1 5 0 0 H z f 。定 波修正还需要避开相位跃变点频率厂= k x 2 L = k X 2 d , ，厂= k 4 2 ( L S ) = k X c 2
8、d 2 ，c 是水中 的声速，k 取自然数。L = 0 5 6 m 时在测试频段内的相位跃变点是1 3 4 0 H z 。 图2 是全反射界面下传递函数H 幅值的测试和理论结果，两条曲线吻合的很好；图3 是传递函数H 相 位的测试的曲线，及修正函数乡；图4 是改变L 值的传递函数H 相位的测试的曲线，可以看出通过水听器 到全反射界面距离的改变，实现了测试频带内避开修正函数9 相位跃变点的目的。 2d J 0 J 一_ ， + 一1 8 0 器肇，0 髫o 1 2 0 01 4 ”1 6 0 0 的幅值仿真和测试曲线 S 试曲线 4 ”8 0 0 臻挈t H z l ) 6 ” 2 0 0 02
9、 4 0 0 图3 传递函数的相位测试曲线 测式曲线 f 土 图4 传递函数的相位测试曲线 定波校准声管水听器是一种合理的，针对固定系统的校准方法： ( 1 ) 可以实现某个具体系统的综合校准，避免了由于组装带来的不确定性，使修正产生误差。 ( 2 ) 可以改变水听器到液面的位移，实现整个测试频带的水听器校准。 ( 3 ) 校准效果和误差分析仍然在测试和分析中。 参考文献 1 】郑士杰，袁文俊，水声计量测试技术，哈尔滨工程大学出版社，1 9 9 5 2 】2J Y C h u n ga n dD A B l a s e r ，T r a n s f e rf u n c t i o nm e
10、t h o do fm e a s u r i n gi n d u c ta c o u s t i cp r o p e r t i e s ， J A c o u s t S o c A m ，V o l 6 8 ，1 9 8 0 ，9 0 7 9 2 1 3 】H a n sB o d e na n dM a t sA b o m ，I n f l u e n c eo fe r r o r so nt h et w o m i c r o p h o n em e t h o df o rm e a s u r i n ga c o u s t i cp r o p e r t i e si nd u c t J A c o u s t S o c ，A 珊，V o i 7 9 ，1 9 8 0 ，5 4 卜5 4 9 4 米倍I J i _ ：，肖今新，双水听器传递函数法低频测试及谈差分析，声学学报，V o l l 9 ( 5 ) ，1 9 9 4 ，3 5 13 6 0
