儀修陽(yáng), 周其斗, 謝志勇

(海軍工程大學(xué) 艦船工程系，武漢 430033)

基于標(biāo)準(zhǔn)聲源的有限水域試驗(yàn)場(chǎng)聲傳播特性試驗(yàn)研究

儀修陽(yáng), 周其斗, 謝志勇

(海軍工程大學(xué) 艦船工程系，武漢 430033)

艦艇噪聲控制實(shí)驗(yàn)中，為保證模型和實(shí)艇的聲學(xué)相似性，增大模型比例是關(guān)鍵，實(shí)際上，大比例艦艇模型的聲學(xué)實(shí)驗(yàn)很難在消聲水池中進(jìn)行，因此，天然有限水域試驗(yàn)場(chǎng)成為首選。在有限水域試驗(yàn)場(chǎng)中進(jìn)行大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)的水下聲振試驗(yàn)，聲信號(hào)測(cè)量和數(shù)據(jù)處理至關(guān)重要。天然有限水域邊界條件未知，水文環(huán)境及聲傳播特性復(fù)雜，仿真難度高，增加了水聲信號(hào)的處理難度?；跇?biāo)準(zhǔn)聲源試驗(yàn)研究某有限水域試驗(yàn)場(chǎng)的聲傳播特性，實(shí)質(zhì)上是把水下輻射聲壓級(jí)測(cè)量值歸一到距標(biāo)準(zhǔn)聲源單位距離處的聲壓級(jí)，采用AcTUP軟件對(duì)試驗(yàn)場(chǎng)的沉積層聲學(xué)特性和水位選取原則進(jìn)行探究，并基于射線聲學(xué)理論對(duì)聲壓級(jí)試驗(yàn)值和理論值的偏差進(jìn)行非相干分析，從而得到試驗(yàn)場(chǎng)基本聲學(xué)參數(shù)對(duì)聲傳播特性的影響規(guī)律。

有限水域；標(biāo)準(zhǔn)聲源；水聲信號(hào)處理；射線聲學(xué)理論；非相干性分析；聲傳播特性

國(guó)際上，空氣聲學(xué)實(shí)驗(yàn)通常在消音室中進(jìn)行，吸聲尖劈和吸聲材料可有效避免界面反射干擾。不同于全消音室，半消音室不僅能提供極低的本地噪聲，而且能為大型機(jī)械設(shè)備的聲學(xué)性能測(cè)量提供硬地面支撐，成為空氣聲學(xué)實(shí)驗(yàn)的首選。相對(duì)空氣聲學(xué)試驗(yàn)，艦艇水下噪聲控制試驗(yàn)很難在消聲水池中進(jìn)行。根據(jù)聲學(xué)相似原理，水中的聲速約為在空氣中的4.3倍，由c=λf可知，同一頻率下，水中波長(zhǎng)約為空氣的4.3倍，極大增加了對(duì)吸聲材料的尺寸要求和工藝設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。目前，只有少數(shù)科研機(jī)構(gòu)采用全消聲水池探究大型船舶水下聲學(xué)特性，美國(guó)海軍研究所水聲基準(zhǔn)分部曾采用高壓消聲水池研究聲導(dǎo)魚雷、水雷、聲吶換能器、標(biāo)準(zhǔn)水聽器及潛艇等，效果明顯。消聲水池相對(duì)天然有限水域利用率高，但建造困難和復(fù)雜性在于：要在池外通過高壓封口控制其內(nèi)部的換能器位置和取向；入口部分限制換能器的尺寸；造價(jià)非常昂貴[1]。因此，消聲水池得不到普遍應(yīng)用。

試驗(yàn)研究艦艇水下聲輻射特性，首選天然有限水域。有限水域試驗(yàn)聲場(chǎng)主要分為兩類：第一類是海上試驗(yàn)場(chǎng)，這種試驗(yàn)場(chǎng)地比較開闊，容易建立自由聲場(chǎng)，但海風(fēng)、海浪、海流甚至海冰等復(fù)雜的天氣因素?zé)o法保證全天候測(cè)量，生物魚群、氣泡涌動(dòng)以及復(fù)雜的背景噪聲使信號(hào)篩濾極其困難，除大型聲吶總體試驗(yàn)需要此類試驗(yàn)場(chǎng)外，其它的大多數(shù)水聲換能器或基陣參數(shù)性能測(cè)量往往不在海上進(jìn)行；第二類是利用安靜的海灣、天然湖泊或水庫(kù)建立起來(lái)的有限水域聲學(xué)試驗(yàn)場(chǎng)，水域空間相對(duì)換能器和基陣尺寸波長(zhǎng)較大，此類試驗(yàn)場(chǎng)地往往需要錨泊的躉船、固定的碼頭或棧橋。本文研究水域?yàn)槟程烊挥邢匏蛟囼?yàn)湖，水文環(huán)境未知，聲傳播特性明顯受到邊界影響[2-3]。

聲信號(hào)在深海中通過聲信道[4-5]傳播，按球面波衰減規(guī)律[6]進(jìn)行推算所引起的差異無(wú)法滿足測(cè)量精度，因此，有限水域聲學(xué)試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理必須研究其聲傳播特性。陳發(fā)等[7]基于射線聲學(xué)理論和BELLHOP模型探究了水文條件對(duì)水聲信號(hào)檢測(cè)的影響，為本文的數(shù)值仿真提供了可能；林巨等[8]采用射線穩(wěn)定性參數(shù)和波動(dòng)不變量對(duì)特殊海洋環(huán)境下的聲傳播特性進(jìn)行了研究，為本文墊定了理論基礎(chǔ)。

本文采用水聲計(jì)算軟件AcTUP[9]對(duì)試驗(yàn)場(chǎng)沉積層聲學(xué)特性和水位選取原則進(jìn)行研究，得到了相對(duì)符合實(shí)際的有限水域仿真模型，計(jì)算了不同試驗(yàn)頻率和距離的聲傳播損失，同時(shí)基于波動(dòng)聲學(xué)和射線聲學(xué)理論分析了試驗(yàn)場(chǎng)聲壓分布，并根據(jù)射線聲學(xué)理論探究了水面和水底邊界反射對(duì)聲壓級(jí)的影響規(guī)律，為聲場(chǎng)校正提供了技術(shù)依據(jù)。

1 聲學(xué)理論方程

平靜水面近似為反射系數(shù)為1的壓力釋放界面，水底近似為絕對(duì)硬邊界；水底與岸壁走勢(shì)線型未知，邊界條件復(fù)雜多變，理論分析極其復(fù)雜，只能通過對(duì)次要因素的忽略仿真和試驗(yàn)實(shí)現(xiàn)對(duì)聲場(chǎng)特性的研究。標(biāo)準(zhǔn)聲源距離水面12.5 m，水深70 m，距離兩岸300 m，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于聲源與水底的深度57.5 m，因此標(biāo)準(zhǔn)聲源與水面、水底反射源是主聲源，岸壁反射源是次聲源；標(biāo)準(zhǔn)聲源位置距離水面12.5 m，模擬船舶水下噪聲源，單頻激勵(lì)，在離開聲源35 m、255 m附近區(qū)域設(shè)置兩個(gè)差分水聽器。聲場(chǎng)試驗(yàn)布置如圖1所示。

圖1 聲學(xué)試驗(yàn)場(chǎng)總布置圖Fig.1 Overall layout sketch of the acoustic experimental field

聲學(xué)基礎(chǔ)中，通常把介質(zhì)看成均勻的，忽略水的黏滯性和熱傳導(dǎo)條件，得到小振幅波動(dòng)情況下的運(yùn)動(dòng)方程[10-11]

▽2p+k2p=0

(1)

式中：p為空間坐標(biāo)的聲壓函數(shù)；波數(shù)k=ω/c。

1.1邊界條件、輻射條件及奇性條件

水面為壓力釋放邊界，邊界條件為

p(x,y,z,t)|Z=0=0

(2)

水底近似絕對(duì)硬邊界，邊界條件為

(3)

標(biāo)準(zhǔn)聲源在自由場(chǎng)中以球面波形式輻射能量，輻射條件為

(4)

滿足條件式(1)和式(4)的無(wú)限水域波動(dòng)方程解的基本形式(射線聲學(xué)理論解)為

(5)

標(biāo)準(zhǔn)聲源在R→0時(shí)，p→∞，構(gòu)成了聲源處的奇性條件，由狄拉克δ函數(shù)，則聲壓滿足奇性條件的非齊次Helmholtz方程

▽2p+k2p=-4πδ(R)Aejωt

(6)

式中，δ(R)為流域三維空間表達(dá)式，定義流域內(nèi)狄拉克δ函數(shù)為

(7)

1.2聲學(xué)波動(dòng)方程

1.2.1 波動(dòng)聲學(xué)解

圖1描述聲場(chǎng)可簡(jiǎn)化為硬底均勻淺海聲場(chǎng)，基于問題的對(duì)稱性，結(jié)合簡(jiǎn)正波理論，把式(6)轉(zhuǎn)化為柱坐標(biāo)形式

(8)

滿足邊界條件式(2)和式(3)的波動(dòng)方程解[14]

(9)

(10)

根據(jù)波動(dòng)聲學(xué)，任意一聲場(chǎng)點(diǎn)聲壓為無(wú)窮級(jí)數(shù)展開式，分析計(jì)算過程較為繁冗，工程問題上，采用射線聲學(xué)更加方便。

1.2.2 射線聲學(xué)解

圖2 虛源及其反射聲線Fig.2 Virtual sources and their reflected waves

(11)

(2) 計(jì)入一次水底和水面反射，式(11)破壞了p(x,y,z,t)|Z=0=0平衡性，假設(shè)O01、O02關(guān)于水面“偶極”對(duì)稱虛源分別為O03、O04，結(jié)合湖面邊界條件，得到疊加聲壓

(12)

(13)

(4) 無(wú)窮次水底和水面反射，式(13)又破壞了水面邊界的平衡性，必須繼續(xù)增加O11、O12的虛源，如此重復(fù)，每疊加一對(duì)虛源，意味著增加一次水底或水面反射，疊加虛源越多，合成總聲壓越接近實(shí)際聲場(chǎng)。為了同時(shí)滿足水面、水底邊界條件，得到有限域聲場(chǎng)表達(dá)式

(14)

(15)

關(guān)于鏡像虛源方法，劉伯勝等在水聲原理中做出了詳細(xì)說明，圖2、式(11)～式(15)參考文獻(xiàn)[10]，并根據(jù)實(shí)際邊界條件進(jìn)行了修改。

2 基于標(biāo)準(zhǔn)聲源的試驗(yàn)場(chǎng)聲學(xué)特性試驗(yàn)研究方法

2.1標(biāo)準(zhǔn)聲源基本參數(shù)

標(biāo)準(zhǔn)聲源是壓電陶瓷換能器，指向性DI=0，靈敏度M0=-190 dB，信噪比大于30 dB，標(biāo)準(zhǔn)聲源正上方d=1 m處，有一標(biāo)準(zhǔn)水聽器，用于聲信號(hào)采集；MODEL L6型功率放大器為Kilowatt Amplifier，滿足試驗(yàn)聲場(chǎng)“電-聲-電”信號(hào)轉(zhuǎn)化的功率要求。

(a)(b)

2.2聲傳播特性試驗(yàn)研究思路

(1) 將標(biāo)準(zhǔn)聲源放置到水面以下12.5 m。

(2) 利用差分GPS定位系統(tǒng)，分別在距離標(biāo)準(zhǔn)聲源Lnear=35 m(近場(chǎng))、Lfar=255 m(遠(yuǎn)場(chǎng))附近布置同深度水聽器。

(3) 利用MODEL L6功率放大器將不同頻率、不同發(fā)射電壓的電信號(hào)轉(zhuǎn)化為換能器的聲信號(hào)，標(biāo)準(zhǔn)水聽器則把換能器在水深h=12.5 m環(huán)境下接收到的聲信號(hào)轉(zhuǎn)化成電信號(hào)。根據(jù)式(16)和式(17)分別得到換能器發(fā)射電壓響應(yīng)SV/dB和標(biāo)準(zhǔn)聲源級(jí)SL/dB，以完成標(biāo)準(zhǔn)聲源在試驗(yàn)場(chǎng)中的量程校準(zhǔn)。

(16)

(17)

(4) 重新調(diào)整MODEL L6功率放大器參數(shù)，通過“電-聲-電”傳遞途徑，測(cè)得試驗(yàn)單頻60～1 000 Hz的接收電壓UJS/VmFF、近場(chǎng)聲壓級(jí)Pnear和相對(duì)遠(yuǎn)場(chǎng)聲壓級(jí)Pfar。UJS與步驟(3)中的UJ意義有所不同：UJ為換能器在試驗(yàn)場(chǎng)量程校準(zhǔn)時(shí)的接收電壓，用于調(diào)整儀器的額定功率以免造成損害；UJS為試驗(yàn)研究時(shí)的接收電壓。根據(jù)式(18)，得到試驗(yàn)測(cè)量時(shí)的聲源級(jí)SPL/dB。

(18)

(5) 根據(jù)式(19)求得試驗(yàn)場(chǎng)的傳播損失值，并實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)值和仿真值的對(duì)比。

TL=SPLEXPERIMENT-PLMEASUREMENT

(19)

3 基于AcTUP的試驗(yàn)場(chǎng)聲學(xué)特性研究

3.1試驗(yàn)場(chǎng)最佳仿真模型

3.1.1 “沉積層”選取原則

沉積層聲學(xué)特性影響試驗(yàn)場(chǎng)的聲傳播特性。根據(jù)地質(zhì)勘測(cè)和探頭拍照等手段，得到兩種相對(duì)可靠的水底沉積層，如表1所示。

表1 水底沉積層聲學(xué)特性Tab.1 Acoustic characteristics of sediments

表1中：ρ為密度；c為聲速；αω為衰減系數(shù)。

通過仿真計(jì)算，分別得到了近場(chǎng)、遠(yuǎn)場(chǎng)“泥-沙”型和“黏泥-黏土”型沉積層的聲傳播損失，并與試驗(yàn)值、柱面波擴(kuò)展、過渡波擴(kuò)展以及球面波擴(kuò)展理論損失值進(jìn)行聲學(xué)對(duì)比，如圖4所示。

(a) 兩種沉積層的近場(chǎng)傳播損失對(duì)比

(b) 兩種沉積層的遠(yuǎn)場(chǎng)傳播損失對(duì)比圖4 “沉積層”仿真模型對(duì)比圖Fig.4 Simulation model comparison figures between the sediments

根據(jù)圖4(a)可知，“泥-沙”型和“黏泥-黏土”型沉積層模型的近場(chǎng)傳播損失幾乎一致，表明沉積層類型對(duì)近場(chǎng)點(diǎn)聲壓分布擾動(dòng)很小，可以忽略。根據(jù)圖4(b)可知，兩種沉積層模型出現(xiàn)了較大程度的分離，其中“黏泥-黏土”型沉積層模型與聲學(xué)試驗(yàn)場(chǎng)的吻合度更高，是聲學(xué)仿真首選。

圖4表明，聲傳播規(guī)律遵循球面波擴(kuò)展，關(guān)于試驗(yàn)值和仿真值的偏差產(chǎn)生原因，可通過固定深度聲源的“無(wú)因次量綱ξ”、固定水深的聲源位置以及水面粗糙度等試驗(yàn)場(chǎng)基本聲學(xué)參數(shù)進(jìn)行研究。

3.1.2 水位選取原則

有限水域試驗(yàn)場(chǎng)水位隨儲(chǔ)水期等變化，理想的試驗(yàn)水位大約為70 m，每年的11月份至次年的1月份為最佳試驗(yàn)水位。為得到更加符合實(shí)際水文條件的水位，本文仿真計(jì)算了水深H分別為65 m、70 m、75 m時(shí)的聲傳播損失，圖5給出了近場(chǎng)和遠(yuǎn)場(chǎng)不同水位的聲傳播損失對(duì)比曲線。

通過三種水位的聲傳播損失仿真值與試驗(yàn)值的對(duì)比可知：70 m水位是最佳仿真水位。

(a) 近場(chǎng)

(b) 遠(yuǎn)場(chǎng)圖5 不同水位的聲傳播損失對(duì)比曲線Fig.5 Transmission loss curves comparison between different water levels

3.2聲傳播特性的仿真研究

通過試驗(yàn)場(chǎng)最佳仿真模型的對(duì)比可知，70 m水深、“黏泥-黏土”型的沉積層模型最符合實(shí)際聲場(chǎng)。為研究試驗(yàn)場(chǎng)的聲傳播特性，本文分別仿真計(jì)算了固定深度聲源的“無(wú)因次量綱ξ”、固定水深的聲源深度以及水面粗糙度對(duì)聲傳播損失的影響，并給出了代表性頻率的對(duì)比曲線。

3.2.1 試驗(yàn)場(chǎng)聲傳播特性與恒定深度聲源的“無(wú)因次量綱”的關(guān)系

無(wú)因次量綱對(duì)比曲線：f=150 Hz，Zs=12.5 m；Zr=12.5 m

(a) 150 Hz

(b) 500 Hz圖6 聲傳播特性與聲源“無(wú)因次量綱”的關(guān)系圖Fig.6 Relationship figures between acoustic characteristics and the source “zero dimension”

根據(jù)圖6可知，無(wú)因次量綱ξ對(duì)試驗(yàn)場(chǎng)聲傳播特性規(guī)律與水平距離和頻率密切相關(guān)，總體上呈現(xiàn)如下特征：

(1) 固定深度聲源的無(wú)因次量綱ξ對(duì)試驗(yàn)場(chǎng)聲傳播特性的影響隨水平距離增大。

(2)ξ對(duì)近場(chǎng)聲傳播損失影響可以忽略，隨著距離的增大，ξ對(duì)低頻聲傳播損失影響明顯大于高頻。150 Hz時(shí)，ξ=5和ξ=1模型的傳播損失值差值普遍維持在5～25 dB，平均差值15 dB；500 Hz時(shí)，除谷值處，平均差值維持在10 dB；而且隨著頻率的增大，ξ=1～5的傳播損失曲線分離度明顯降低。

(3) 低頻150 Hz時(shí)，聲傳播損失在155 m范圍內(nèi)與ξ關(guān)系很??；255～295 m內(nèi)，聲傳播損失隨ξ呈現(xiàn)“先增大后減小”的趨勢(shì)；295～500 m，聲傳播損失隨ξ呈現(xiàn)增大的趨勢(shì)，但365～500 m內(nèi)，ξ=2時(shí)的傳播損失最小。

(4) 高頻500 Hz時(shí)，聲傳播損失峰、谷數(shù)明顯增多，而且在超過200 m的遠(yuǎn)場(chǎng)范圍內(nèi)，聲傳播損失隨ξ呈現(xiàn)出“先增大后減小”的變化趨勢(shì)。

3.2.2 試驗(yàn)場(chǎng)聲傳播特性與恒定水深的聲源位置的關(guān)系

當(dāng)水深恒定時(shí)，聲源位置影響試驗(yàn)場(chǎng)聲傳播特性，以聲源深度Hs為自變量，仿真計(jì)算了當(dāng)Hs分別為10 m、20 m、30 m、40 m及50 m時(shí)的聲傳播損失，本文只給出低頻80 Hz和高頻600 Hz的聲傳播損失對(duì)比曲線，如圖7所示。

固定水深的聲源深度對(duì)聲傳播影響規(guī)律的對(duì)比曲線：f=80 Hz

(a) 80 Hz

(b) 600 Hz圖7 聲傳播特性與聲源深度的關(guān)系圖Fig.7 Relationship figures between acoustic characteristics and the source depth

根據(jù)圖7可知，試驗(yàn)場(chǎng)聲傳播損失與聲源深度的關(guān)系總體上呈現(xiàn)以下特征：

(1) 80 Hz時(shí)，除Hs=10 m外，聲傳播損失曲線第一個(gè)波谷位置隨聲源深度后移，且谷值隨之增大；85 m內(nèi)，傳播損失隨聲源深度增加；85～175 m內(nèi)，變化趨勢(shì)相反；175～280 m，Hs=30 m的聲傳播損失較小。

(2) 600 Hz時(shí)，各聲源深度傳播損失曲線較為復(fù)雜，且波谷數(shù)目明顯增多；95 m范圍內(nèi)，各聲源深度的傳播損失變化趨勢(shì)基本一致；95～185 m內(nèi)，聲傳播損失隨聲源深度交替變化，無(wú)明顯變化規(guī)律；185～280 m內(nèi)，聲傳播損失隨聲源深度呈現(xiàn)出“先增大后減小”的趨勢(shì)。

仿真結(jié)果表明：聲源深度對(duì)聲傳播損失的影響規(guī)律與水平距離和頻率密切相關(guān)。

3.2.3 試驗(yàn)場(chǎng)聲傳播特性與水面粗糙度的關(guān)系

試驗(yàn)選擇在白天，太陽(yáng)輻射會(huì)導(dǎo)致“熱對(duì)流”現(xiàn)象，在水面引起風(fēng)浪。仿真程序中對(duì)這一影響因素定義為水面粗糙度的均方根值，其與1/3有效波高的關(guān)系[16]如下

Hrms=0.704H1/3

(20)

H1/3=0.566×10-2V2

(21)

式中，V為風(fēng)速，knot，風(fēng)速計(jì)算工況如表2所示。

表2 水面粗糙度計(jì)算工況Tab.2 Working conditions of calculation about roughness of water surface

水面粗糙度影響試驗(yàn)場(chǎng)聲傳播特性，本文仿真計(jì)算了微風(fēng)、和風(fēng)以及強(qiáng)風(fēng)三種風(fēng)況下的聲傳播損失，并給出低頻100 Hz和高頻800 Hz的對(duì)比曲線，如圖8所示。

根據(jù)圖8可知：

(1) 低頻100 Hz時(shí)，Hrms=0.323和0.897的聲傳播損失曲線基本吻合；水平距離在93 m內(nèi)時(shí)，傳播損失隨水面粗糙度降低；93～300 m范圍內(nèi)，三種粗糙度的損失值呈現(xiàn)高低交替變化的趨勢(shì)，但偏差最大不超過3 dB。

(2) 高頻800 Hz時(shí)，曲線分離度明顯增大；37 m內(nèi)、70～215 m，聲傳播損失隨粗糙度呈現(xiàn)降低的趨勢(shì)；37～70 m、215 m外的范圍內(nèi)，損失隨粗糙度呈現(xiàn)“先增大后減小”的趨勢(shì)。

仿真結(jié)果表明：水面粗糙度對(duì)高頻聲傳播損失的影響明顯大于低頻。

水面粗糙度對(duì)低頻聲傳播特性的影響曲線：f=100 Hz

(a) 100 Hz

(b) 800 Hz圖8 聲傳播特性與水面粗糙度的關(guān)系圖Fig.8 Relationship figures between acoustic characteristics and the roughness

4 結(jié) 論

無(wú)限水域中，標(biāo)準(zhǔn)聲源遵循球面波擴(kuò)展規(guī)律。事實(shí)上，大型艦艇水下聲振試驗(yàn)場(chǎng)很難滿足無(wú)限水域，意味著試驗(yàn)測(cè)量數(shù)據(jù)在一定程度上無(wú)法真實(shí)反映水下噪聲源的聲振特性，因此，試驗(yàn)研究試驗(yàn)場(chǎng)的聲傳播特性成為了校正測(cè)量數(shù)據(jù)的關(guān)鍵技術(shù)?；跇?biāo)準(zhǔn)聲源的有限水域試驗(yàn)場(chǎng)聲傳播特性研究，是聲場(chǎng)測(cè)量數(shù)據(jù)校正的根本，是聲場(chǎng)校正的基礎(chǔ)，可為大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)物水下聲振特性的理論預(yù)報(bào)提供修正依據(jù)。

通過研究，可以得到如下基本結(jié)論：

(1) 有限水域的聲傳播特性與固定深度聲源的“無(wú)因次量綱ξ”、固定水深的聲源深度、水面粗糙度以及頻率、水平距離等試驗(yàn)場(chǎng)基本聲學(xué)參數(shù)密切相關(guān)。

(2) 試驗(yàn)值與理論值或者與仿真值的偏差主要來(lái)自于水面反射和水底反射，試驗(yàn)過程中應(yīng)盡量避免地質(zhì)面貌、邊界阻抗條件、電磁干擾、計(jì)算精度、測(cè)量誤差等次要原因。

(3) 水文環(huán)境是影響試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理的主要因素，本文試驗(yàn)過程中，標(biāo)準(zhǔn)聲源距離水面12.5 m，距離水底約60 m，兩者遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于聲源與兩岸的距離300 m,意味著復(fù)雜的兩岸反射波相對(duì)水底、水面反射波可以忽略。

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Experimentalstudyonacoustictransmittingcharacteristicsofthetestingfieldinlimitedwatersbasedonareferencesoundsource

YI Xiuyang, ZHOU Qidou, XIE Zhiyong

(Department of Naval Achitecture Engineering, Naval University of Engineering, Wuhan 430033, China)

In naval vessel noise control experiments, in order to guarantee the acoustic similarity between the vessel and its model, increasing the model proportion is the core. Actually, it is difficult to carry on large-scale model acoustic experiments in anechoic tanks, thus the testing field in natural limited waters becomes the first choice. When vibration and noise control experiments of large complicated structures are conducted in limited water areas, acoustic signal measurements and data processings are of great significance. In natural limited waters, the boundary conditions of acoustic field are unknown, the hydrological environment and characteristics of acoustic propagation are complex, its numerical simulation is complicated, which increases the processing difficulty of underwater acoustic signals. The experimental studying on acoustic transmitting characteristics of the testing field in limited waters based on a reference sound source, in essence, is to transform the measured underwater acoustic radiation of ships in near-field into the sound pressure level at a unit distance from the reference source. Then, AcTUP was adopted to explore the acoustic characteristics of sedimentary layers and the water level selecting principle for the testing field. Lastly, through incoherent analysis of the deviations between experimental values and theoretical values based on the ray acoustic theory, the influences of basic acoustic parameters on the field acoustic transmitting characteristics were expounded.

limited waters; reference sound source; underwater acoustic signal processing; ray acoustic theory; incoherent analysis; acoustic transmitting characteristics

O427.9

A

10.13465/j.cnki.jvs.2017.19.031

國(guó)防預(yù)研究基金項(xiàng)目

2016-02-02 修改稿收到日期：2016-07-26

儀修陽(yáng) 男，碩士生，1990年生

周其斗 男，博士，教授，博士生導(dǎo)師，1962年生