实验一声压级传播衰减测量
班级20110532
学号2011053214
姓名刘桂玉
小组成员李玥2011053213
刘桂玉2011053214
曾腾2011053226
齐园蕾2011053217 指导教师
成绩
实验一 声压级传播衰减测量
1、实验目的
在实验室对自由球面波声场中传播衰减进行测量，掌握球面波衰减规律，掌握实验数据处理分析方法。
1.1、实验原理
在自由球面波声场中，沿球半径方向，声压的振幅值满足关系
()A
p r r
=
式中，A 为常数，其值相当于1r m =处的声压幅值，因此水听器的输出信号幅度在球面波声场中随它离球心的距离成反比衰减。对上式可以取对数，得到声压级随距离对数值的关系：
000
()
20log
20log
20log p r SL P A r P r r ==-
式中01P Pa μ=,01r m =。由上式可见，右边第一项为常数，它表示声源强度等于离源中心1m 处得声压级。可见，在声压和距离的双对数坐标系统中，上式为一直线，并且距离每增加一倍，声压级减少6dB 。
1.2、实验方法
实验在水箱内进行，实验中信号发射系统包括功率放大器、示波器、信号源、测量放大器、发射换能器、水听器各一个，测量系统连接示意图如图1所示。
发射换能器
水听器
实验水槽
功率放大器信号源
测量放大器
示波器
图1 测量系统连接示意图
将标准水听器装在带有距离刻度的扫描基阵架上。测量时由信号源发出单频脉冲信号，经功率放大器送入发射换能器，脉冲宽度应保证反射信号和直达波信号能够隔离。声波由标准水听器接收，水听器测量输出信号送到测量放大器后，再通过示波器可以直接读取直达接收信号脉冲峰的值，排除反射脉冲信号池壁反射波影响。
1.3、实验测量步骤如下：
1）连接实验设备，并进行检查，确认连接正确；
2）发射换能器和接收水听器入水至合适深度，保证标准水听器测量时应与发射换能器同深度，发射换能器与水听器之间的初始测量距离为0.2m ；
3）调节测量功率放大器和示波器，观测水箱内噪声信号；
4）根据实验条件（水箱尺寸、声源谐振频率）设定发射信号中心频率、脉宽等参数，调节功率放大器，声源发射脉冲信号。通过示波器观察水听器接收信号；
5）读取直达接收信号脉冲峰的值，排除反射脉冲信号池壁反射波影响； 6）当对一个位置的数据测量完毕后，等间隔的逐次改变测量位置，观察信号变化情况，读取每个距离时的输出测量值，记录数据；
2、实验数据处理
2.1、传播衰减
根据声压随球面波衰减及SL 的定义式可得到SL 的测量式如下
)lg(20)()(R R PL R SL +=
)(lg 20)(lg 20-203)lg(20R ++=测放电压有效值 其中测量放大器的放大倍数为40dB ，即dB 40)lg(20=测放
换能器与水听器之间的测量距离R 分别0.2m,0.3m,0.4m,0.5m,0.6m,0.7m,0.8m,时测得的数据如下表所示
2.1.2、传播衰减曲线如下
2.1.3、实验图片
测量距离R （cm ） 20lgR Vpp 峰峰值（V ） 幅值（V ） PL(dB) SLdB 20 -13.97940009 8 4 175.0411998 161.0617997 30 -10.45757491 5.4 2.7 171.6272753 161.1697004 40 -7.958800173 4.2 2.1 169.4443859 161.4855857 50 -6.020599913 3.6 1.8 168.1054501 162.0848502 60 -4.436974992 2.8 1.4 165.9225607 161.4855857 70
-3.0980392 2.6
1.3 165.278867 16
2.1808278 80 -1.93820026
2.2 1.1
163.8278537
161.8896534
当距离为R=0.8m 时，示波器所显示的峰峰值为2.2V ，实验图片如下
2.1.4、实验误差
取其中R1=0.2m,R2=0.4m,R3=0.8m 三个距离，其中22
3,212==R R R R ,其声压级PL 差值PL ∆如下
∆PL ∆PL1= PL(R1)-PL(R2) ∆PL2=PL(R2)-PL(R1)
(dB) 5.596813932 5.616532192
当传播距离增加一倍时，PL 的理论衰减值为6dB 实验误差 ∆E1=6.72% ∆E2=6.39%
2.1.5、分析误差产生的原因：
①读取示波器上的峰峰值是通过数屏幕上的波形所占格数读取，读数存在一定误差。
②在改变水听器的距离R时，由于测量不准存在一定误差
③发射换能器和接收水听器在入水深度上有偏差，不能完全到达同一高度
④水箱受到外界干扰而产生误差
⑥改变距离后未等到水听器完全静止，造成读数存在误差
2.2发射换能器的指向性
固定两水听器之间的距离为0.8,m,旋转发射换能器，使之在-60°到60°之间旋转，每隔10°测量一次，所得数据如下
发射换能器角度（°）Vpp峰峰值(V)Vpp/Vpp(max)
-600.340.154545455
-500.50.227272727
-400.90.409090909
-30 1.20.545454545
-20 1.60.727272727
-1020.909090909
0 2.21
1020.909090909
20 1.60.727272727
30 1.20.545454545
400.80.363636364
500.440.2
600.220.1
2.2.1发射换能器指向性图如下
