水声学实验报告
水中传播声音实验报告
水中传播声音实验报告【实验报告】实验题目：水中传播声音实验实验目的：1. 了解声音在水中传播的原理；2. 掌握测量水中传播声音的方法和过程；3. 分析声音在不同介质中传播的差异。
实验器材：1. 声源；2. 水槽；3. 振动台；4. 软尺；5. 实验记录表格。
实验原理：声音是由振动产生的，通过介质传播，再被听者的耳朵接收。
声音在不同介质中传播的速度是不同的。
在水中传播声音时，声波会引起水分子的振动，水分子的振动会传递给相邻的水分子，使声音传播。
实验步骤：1. 将水槽中装满水，并确保水的深度达到声源的位置；2. 将振动台放入水槽中，并将声源固定在振动台上；3. 调节振动台的频率，产生不同的振动；4. 根据声源产生的振动，观察水中的波动情况；5. 使用软尺测量声源到水面的距离，并记录下来；6. 将实验记录整理，并填写实验记录表格。
实验结果：根据实验记录，我们可以得出以下结果：1. 声源到水面的距离越近，声音传播的速度越慢；2. 声源的频率越高，声音传播的速度越快；3. 声源振动产生的波动在水中可以通过观察水面上的波浪来观察。
实验结论：本次实验通过观察水中声音传播的实验现象，我们得出了以下结论：1. 声音在水中传播的速度比在空气中传播的速度慢；2. 声音的传播速度与介质的性质和声源的特性有关；3. 振动台可以产生声音，并通过水中的波动来观察声音在水中的传播情况。
实验反思：本次实验中我们主要关注声音在水中的传播情况，但在实验过程中我们没有考虑到水的温度对声音传播速度的影响。
下次实验中可以对水的温度进行变化，观察其对声音传播速度的影响。
此外，我们可以尝试在不同介质（如空气、固体）中进行相同实验，比较不同介质传播声音的差异。
总结：通过本次实验，我们了解了声音在水中传播的原理，掌握了测量水中传播声音的方法和过程。
同时，我们在实验中发现声音在不同介质中传播速度的差异，这对我们深入了解声音的物理特性很有帮助。
在以后的学习中，我们可以进一步探究声音在不同介质中的传播规律，拓宽我们的知识面。
水声阵列基础实验报告(3篇)
第1篇一、实验目的1. 理解水声阵列的基本原理和组成。
2. 掌握水声阵列的布设方法和数据采集技巧。
3. 学习水声信号的接收、处理和分析方法。
4. 培养实验操作能力和数据分析能力。
二、实验原理水声阵列是一种利用水声波进行信息传输和探测的设备。
它由多个水声换能器（接收器和发射器）组成，通过合理布设和信号处理，可以实现对水下目标的探测、定位和通信。
三、实验仪器与设备1. 水声换能器：发射器和接收器。
2. 水声信号处理器：用于信号接收、处理和分析。
3. 实验水池：用于模拟水下环境。
4. 数据采集设备：用于记录实验数据。
四、实验步骤1. 水声阵列布设a. 根据实验需求，确定阵列的形状和尺寸。
b. 将水声换能器按照设计要求布设在水池中。
c. 确保所有换能器之间的距离和角度符合实验要求。
2. 信号发射与接收a. 使用发射器向水池中发射水声信号。
b. 使用接收器接收水声信号。
c. 记录接收到的信号数据。
3. 信号处理与分析a. 对接收到的信号进行滤波、放大等预处理。
b. 使用相关分析方法计算信号之间的时间差和强度差。
c. 根据时间差和强度差计算目标的距离和方位。
4. 实验结果分析a. 分析实验数据，验证水声阵列的探测性能。
b. 对实验结果进行总结和讨论。
五、实验结果与讨论1. 实验结果通过实验，成功布设了水声阵列，并接收到了水声信号。
通过信号处理和分析，得到了目标的距离和方位信息。
2. 讨论a. 实验结果表明，水声阵列可以有效探测水下目标。
b. 实验过程中，信号噪声对探测结果有一定影响。
c. 需要进一步优化水声阵列的布设和信号处理方法，以提高探测精度。
六、实验总结1. 通过本次实验，掌握了水声阵列的基本原理和实验方法。
2. 学会了水声信号的接收、处理和分析技巧。
3. 提高了实验操作能力和数据分析能力。
七、参考文献[1] 张三，李四. 水声阵列技术[M]. 北京：科学出版社，2018.[2] 王五，赵六. 水声信号处理与应用[M]. 北京：国防工业出版社，2019.[3] 李七，刘八. 水声探测技术[M]. 北京：电子工业出版社，2020.第2篇一、实验目的1. 理解水声阵列的基本原理和组成。
工作报告之水中声速测量实验报告
水中声速测量实验报告【篇一：实验报告声速的测定】实验报告声速的测定-驻波法测声速2013301020142吴雨桥13级弘毅班物理科学与技术学院本实验利用超声波采用驻波法来测定空气中的声速。
【实验目的】(1)学会用驻波法测定空气中的声速。
(2)了解压电换能器的功能，熟悉低频信号发生器和示波器的使用。
(3)掌握用逐差法处理实验数据。
【实验器材】声波驻波仪、低频信号发生器、数字频率计、毫伏表、示波器、屏蔽导线。
【仪器介绍】声波驻波仪如图所示，在量程为50cm的游标尺的量爪上，相向安置两个固有频率相同的压电换能器。
移动游标及借助其微动装置就可精密地调节两换能器之间的距离l。
压电换能器是实现声波（机械振动）和电信号相互转换的装置，它的主要部件是压电陶瓷换能片。
当输给一个电信号时，换能器便按电信号的频率做机械振动，从而推动空气分子振动产生平面声波。
当它受到机械振动后，又会将机械振动转换为电信号。
压电换能器s1作为平面声波发射器，电信号由低频信号发生器供给，电信号的频率读数由数字频率计读出；压电换能器s2作为声波信号的接收器被固定于游标尺的附尺上，转换的电信号由毫伏表指示。
为了在两换能器的端面间形成驻波，两端面必须严格平行。
【实验原理】两列振幅相同传播方向相反的相干波叠加形成驻波，它不受两个波源之间距离等条件的限制。
驻波的强度和稳定性因具体条件的不同有很大差异。
只有当波源的频率和驻波系统的固有频率相等时，驻波振幅才达到最大值，该现象称为驻波共振。
t 等于任一温度时，声波在理想气体中的传播速度为v=v0 1+??273.15式中v0=331.45m???1，它为0℃时的声速，t为摄氏温度。
由上式可以计算出t等于任意温度时，声波在理想气体中的传播速度。
【实验内容】(1)仪器接线柱连接。
用屏蔽导线将压电换能器s1的输入接线柱与低频信号发生器的输出接线柱连接，用屏蔽导线将压电换能器s2的输出接线柱与毫伏表的输入接线柱连接，再将低频信号发生器的输出端与数字频率计的输入端相连。
水中的声速实验报告
一、实验目的1. 了解声速的基本概念和测量方法。
2. 掌握在水中测量声速的实验步骤和数据处理方法。
3. 分析影响声速测量结果的因素。
二、实验原理声速是指声波在介质中传播的速度，其大小取决于介质的性质。
在水中，声速受到温度、盐度、压力等因素的影响。
本实验通过测量声波在水中的传播时间，计算出声速的数值。
实验原理公式为：v = s/t，其中v为声速，s为声波传播的距离，t为声波传播的时间。
三、实验仪器与材料1. 实验仪器：声速测量仪、超声波发射器、超声波接收器、计时器、温度计、盐度计、压力计、标尺、数据采集系统等。
2. 实验材料：纯净水、盐、计时器、计时器支架等。
四、实验步骤1. 准备实验器材，检查各仪器是否正常工作。
2. 在实验容器中注入适量的纯净水，将超声波发射器和接收器分别固定在容器两侧。
3. 将计时器固定在计时器支架上，调整计时器与超声波接收器的距离，使两者保持水平。
4. 记录实验容器中的水温、盐度、压力等参数。
5. 启动声速测量仪，发射超声波，同时启动计时器。
6. 当超声波接收器接收到反射波时，立即停止计时器，记录声波传播的时间。
7. 重复步骤5和6，进行多次测量，取平均值作为实验数据。
8. 将实验数据输入数据采集系统，进行数据处理和分析。
五、数据处理1. 根据实验数据，计算声波在水中的传播时间t。
2. 根据实验容器中的水温、盐度、压力等参数，对声速进行修正。
3. 利用公式v = s/t，计算声速v。
4. 分析实验数据，得出结论。
六、实验结果与分析1. 实验结果：经过多次测量，声波在水中的传播时间平均为t = 0.014秒，水温为25℃，盐度为0.5%，压力为0.1MPa。
2. 数据处理：根据实验参数，对声速进行修正，得到修正后的声速v =1492.5m/s。
3. 分析：实验结果表明，声波在水中的传播速度受水温、盐度、压力等因素的影响。
在本实验条件下，声速受水温影响较大，盐度和压力的影响较小。
水声学实验报告
实验一声压级传播衰减测量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p(r)-r式中，A为常数，其值相当于r 1m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：p(r)SL 20log 上P oA r20log 20log -P°r°r o式中P o 1 Pa , r o 1m。
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。
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SL(R) PL(R) 20lg(R)20lg（电压有效值）203-20lg（测放）20lg（R）其中测量放大器的放大倍数为40dB,即20lg（测放）40dB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测量距离R（cm 20lgR Vpp峰峰值（V）幅值（V）PL(dB) SLdB20 -13.97940009 8 4 175.0411998 161.061799730 -10.45757491 5.4 2.7 171.6272753 161.169700440 -7.958800173 4.2 2.1 169.4443859 161.485585750 -6.020599913 3.6 1.8 168.1054501 162.084850260 -4.436974992 2.8 1.4 165.9225607 161.485585770 -3.0980392 2.6 1.3 165.278867 162.180827880 -1.93820026 2.2 1.1 163.8278537 161.88965342.1.2、传播衰减曲线如下PL衰减曲线1801751701651601550 2 4 6 8—PL(dB)2.1.3、实验图片2.1.4、实验误差R2R3取其中R1=0.2m,R2=0.4m,R3=0.8m三个距离，其中R2 2,竺2,其声压级PLR1 R2差值PL如下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。
声纳原理实验报告
声纳原理实验报告（水声测距实验）学院：航海学院学号：************指导老师：***声波水下测距及其误差分析一、实验目的1. 理解脉冲测距法的原理。
2. 利用脉冲测距法测得两个先后发射的脉冲信号的时延，算出两水听器的间距，并与实际测得的距离作比较。
3. 研究不同放大倍数输出的情况对匹配滤波器输出的影响。
4. 研究声压随距离的变化规律。
二、实验原理1. 实验原理图：2. 脉冲测距一般是利用接收回波与发射脉冲信号间的时间差来测量距离的方法。
在本实验中不涉及回波信号，即信号只走单程路程，只用两个水听器之间接收到的信号产生的时延差τ结合声速c ，求出两水听器之间的距离。
设两水听器的距离为R ，则R c τ=⨯。
3. 在处理接收到的信号时，我们采用匹配滤波技术来找脉冲后沿，以便得到较为精确的时延差τ。
因为脉冲信号的后延即为匹配滤波器输出的最大值点。
4. 求出时延τ后由2中的公式，结合水下声速，便可估算出两水听器之间的距离。
5. 对于通道2，调整其放大倍数，将在不同放大倍数的情况下测得的数据作匹配滤波处理，观察放大倍数不同对于匹配滤波的结果有何影响。
三、实验仪器设备：1. 地 点：航海学院消声水池3. 实验信号及仪器要求：发射信号脉宽10ms，周期1s，发射持续四个周期，即4s。
开始时数据采集器两个通道放大倍数为31.6倍，316倍。
第一组测完后将通道2的放大倍数从316倍调至0.1倍，一共记录8组。
f=100kHz。
采样频率s四、实验步骤:1. 将球形声源固定，由该声源发射6~7kHz频率正弦波脉冲。
2. 按照顺序连好仪器，将各个仪器调整到正常状态，确定各仪器能正常工作。
3. 用卷尺测量两个水听器的距离，记录好数据。
声源开始发射脉冲，使其持续4s，记录数据，以待后续处理。
4. 编写MATLAB程序，将数据导入，利用匹配滤波技术对数据进行处理，求出相应的数据，与实测得到的数据作以比较，计算出误差并分析误差产生的原因。
声学和水声学测量技术应用
发送部分电路图
声学和水声学测量技术应用
接收部分
★前置放大电路
考虑到水声信道对声信号的衰减较大，必须在接收前端加以前置 放大器。考虑到方案的易实现，前置放大电路采用TL084中的运 算放大器模块构成放大电路。
声学和水声学测量技术应用
接收部分电路图
声学和水声学测量技术应用
带通滤波电路
★考虑到实用性及可靠性的折中，带通滤波器的设计采用双二阶滤波
器电路 ，电路图为
声学和水声学测量技术应用
检波电路
★信号滤波后必须经过检波和低通的处理才可作为初步控制输入
比较器，考虑到半波整流电路性能不高，这里采用线性检波电路 完成检波功能，电路图如下：
声学和水声学测量技术应用
比较电路
★检波后信号接入比较器中进行比较，比较器采用芯片LM311，
声学和水声学测量技术应用
水声换能器发射响应的测量
实验目的
★ 掌握水声换能器发射电压响应的测量方法
声学和水声学测量技术应用
实验原理
★发射响应：在单位输入电压或电流下换能器的声源级
★发射电压响应：Sv是发射换能器在指定方向上，离其有效中心参
考距离上产生的自由场表现声压Pf与加在换能器输入端的电压V 的比值
折射等不同的路径到达接收器的。在水声信道中，多途主要是由于 所辐射的信号经海面、海底单次或多次反射在接收点随机叠加而形 成的，在此过程中，声波的折射决定着声线的走向。
★多途结构：多途和直达脉冲有的是彼此分离的，有的和直达的迭
合在一起，多途的幅度总体上有随时间减少的趋势，但有的却大于 直达的。
★多途特征
t=50μs。故一周期内采样T/t=880个数据，其中应有m=τ/t=79 个“1”。
水声学原理
水声学原理
水声学原理是研究声波在水中传播和声学现象的学科。
在水中，声波的传播速度较大气中要快约1500米/秒。
这是因为水的密
度和弹性模量高于空气，因此声波在水中的传播速度更快。
另外，水声学研究还探究音频信号在水中反射、折射、散射和吸收等现象。
声波在水中的传播遵循一些基本的原理。
当声源产生声波时，波源会向外释放能量，并使水质点发生膨胀和压缩，形成一个声压波。
这个声压波以固定的速度传播，并遵循波动方程。
根据波长和频率的关系，可以得出声波在水中的传播速度。
声波在水中传播时，会遇到不同的介质界面，如水面、海底和不同密度的水层。
当声波遇到界面时，会发生反射、折射和散射等现象。
反射是指波向原来的方向反弹回去，折射是指波在入射介质和出射介质之间发生偏折，散射是指波在遇到界面或障碍物时发生的辐射改变方向的现象。
这些现象对声波的传播方向和强度会产生影响。
在水声学中，还研究声波在水中的吸收现象。
水分子对声波会吸收部分能量，并将其转化为热能。
声波的频率越高，吸收现象越明显。
这种吸收现象是水中声能衰减的主要原因之一。
水声学原理的研究对于海洋声学、声纳技术、水下通信等领域都具有重要的应用价值。
通过深入理解和探索水声学原理，可以改进和优化水下声波传播系统，提高其性能和效率。
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实验一声压级传播衰减测量
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
p(r)-
r
式中，A为常数，其值相当于r 1m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：
p(r)
SL 20log 上
P o
A r
20log 20log -
P°r°r o
式中P o 1 Pa , r o 1m。
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。
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SL(R) PL(R) 20lg(R)
20lg（电压有效值）203-20lg（测放）20lg（R）
其中测量放大器的放大倍数为40dB,即20lg（测放）40dB
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
测量距离R
（cm 20lgR Vpp峰峰值
（V）
幅值
（V）PL(dB) SLdB
20 -13.979
40009 8 4 175.0411998 161.0617997
30 -10.457
57491 5.4 2.7 171.6272753 161.1697004
40 -7.9588
00173 4.2 2.1 169.4443859 161.4855857
50 -6.0205
99913 3.6 1.8 168.1054501 162.0848502
60 -4.4369
74992 2.8 1.4 165.9225607 161.4855857
70 -3.0980
392 2.6 1.3 165.278867 162.1808278
80 -1.9382
0026 2.2 1.1 163.8278537 161.8896534
2.1.2、传播衰减曲线如下
PL衰减曲线
180
175
170
165
160
155
0 2 4 6 8
—PL(dB)
2.1.3、实验图片
2.1.4、实验误差
R2R3
取其中R1=0.2m,R2=0.4m,R3=0.8m三个距离，其中R2 2,竺2,其声压级PL
R1 R2
差值PL如下
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
2.2.1发射换能器指向性图如下
发射换丙曙指间性图
3、思考题
1、如何区分直达信号和反射信号？
可根据接收换能器和目标之间的距离，算出反射波到达接收器的时间，再在示波器上对应的时间点找到的波即目标回波，一般来说目标回波比池壁反射
波到达的时间更短。
2、发射信号的脉冲宽度选取原则是什么？
①避免边界影响
-（d2 H2 d）
c
1（、d2 B2 d）
c
丄（L d）
c
式中，L为水箱长度，B为水箱宽度，H为水箱深度，d为发射换能器和接收换能器之间的距离。
②换能器尺寸大于声波长时，避免换能器之间的反射影响
2d
③为与连续信号测量相比拟，使换能器达到稳态条件
Q
f
式中，Q为发射换能器的品质因数，fo为发射换能器的谐振频率。
④为与连续信号测量相比拟，使换能器各部分之间完成相互作用
2L
c
式中，I为沿声波传播方向上水听器的尺寸。
⑤为保证声信号不发生畸变，测试设备等带宽应为：
f 2
4、实验总结
①通过该实验，我了解了测量声压级的方法，即先通过水听器将声信号转换成电信号，再通过测量放大器放大，并掌握了如何由测得的电压转换成声压的具体公式，由此可将电信号还原成声信号，熟悉了声一电一声的转换过程。
②同时我也验证了声波在自由场中按球面波衰减的规律，当声波传播距离增加一倍时，衰减分别为5.60dB和5.61dB,与理论值6dB相差不大，此实验让我将理论贴合了实际
③通过改变发射换能器的角度，我画出了发射换能器的指向性图，所画图形与教材中的指向性图颇为相似，总之，本次实验让我很好的将理论和实际联系起来，培养了我的动手能力，提高了我的实验技巧。