混响法测定水下声源辐射声功率 (编制说明)

《混响法测定水下声源辐射声功率》

（征求意见稿）

编制说明

《混响法测定水下声源辐射声功率》编制组

二〇二二年六月

1项目背景

1.1任务来源

本标准由哈尔滨工程大学提出，由中国声学学会归口，列入中国声学学会

2021年第一批团体标准制定计划。本标准为推荐性团体标准，属自行制定。本部

分按照《GB/T1.1-2020标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规

则给出的规则》起草。

本标准起草单位：哈尔滨工程大学、中国科学院声学所、中国船舶集团有限

公司第七一五研究所。

1.2标准制定的目的和意义

随着水下噪声测试计量的实际需求日益提升，解决水下机器、设备等的辐射

噪声准确、快速、经济的测量问题日益凸现。本标准是水下噪声源在混响声场条

件下的声功率测量方法，将填补我国在水下声源例如水下潜器的辐射噪声，混响

水池测量手段空白，以完善我国水下声源辐射噪声测量标准体系。

目前，水下辐射噪声的测量采用GB/T5265-2009，标准适用于大洋深海、陆

架浅海、港口和海湾等处所，在混响水池或者是存在较强反射波的声场中不适用。

在ISO水声国际标准ISO17208.1:2016《水声-描述船舶水下噪声的量及其测量

步骤-第一部分：用于比对目的的深水精密测量要求》也同样未提及在混响声场

条件下的声学测量方法。在国内外，混响法测量水下辐射声功率的工程实践早已

广泛应用，而该方法的标准和规范还未建立。

近十年来，混响法在测量水下声源辐射声功率方面得到广泛应用，测量对象

涵盖各种类型的水下潜器、电机等，测试频带范围拓展至更受关注的辐射声低频

段，测试水池设施易于实现、操作高效快捷的特点，在水下声学装备研发生产过

程中发挥重要作用，标准化的测量条件、测量装置和测量方法将有利于提高测量

精度和测量效率。

1.3制定本标准的采标原则

标准制定遵循“科学性、实用性、统一性、规范性”的原则，综合参考和借鉴

国内外声学测量行业现行国际及国家标准的基础上，结合水声测量实践，完成该

3

团体标准的制定。

1.4工作过程

2020年11月中国声学学会团体标准起草会议确定《混响法测定水下声源

辐射声功率》团体标准的起草立项。

2021年1月—5月由各起草单位主要技术人员组成的编制组建立，对相关

的技术资料调研和分析，提出标准大纲并予以讨论，哈尔滨工程大学组织标准初

稿起草。

2021年6月—12月编制组开展混响法测量辐射声功率示验，为标准的编写

提供试验数据支撑，哈尔滨工程大学联合七〇一、七一九所完成辐射声功率的技

术操作的数据分析并形成技术报告，报告以标准附件形式展示。

2022年1月10日编制组邀请行业专家对本文件的网络视频研讨会，形成

了团体标准修改稿。主要修改内容如下：

重新定义空间平均均方声压、混响半径和混响水池的下限频率。

条款6严格规范对被测水下声源的要求。

条款8.3修改对水听器性能的要求，规范水听器垂直阵列和体积阵的使用条

件要求。

条款9.1测量不确定度应用分贝表示。

条款11删除悬置段。

条款12.1水听器阵运行中测量时长的要求加以限制。

条款12.3应该增加包含因子，测量不确定度应同步修改。

条款13.2测量不确定度计算同样应该增加包含因子。

附录A中参考了现行标准应记入为规范引文文件中。

2022年1月22日组织召开中国声学标准团体标准网络会议，对本标准再次

讨论和修改。主要修改内容如下：

统一修改文件中的混响声场空间范围等名词术语表述。

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条款3.2，混响水池的定义规范为：所有界面能有效地反射声波，且界面的

声压无规入射反射系数不小于0.8的水池（或水箱、水槽）。

条款3.5，混响时间，加注2：测量时，可用衰变20dB或30dB所用时间外

T

推得到60。

条款7.2，对混响水池的要求，修改为“对混响水池的声学要求”，修改表述

(b)为“体积应大于待测声源的体积应不大于混响水池体积的1/100倍”。删除(g)。

条款7.4，删除(e)。

2022年3月，学会标准化工作委员会将该标准的征求意见稿，提交中国声

学学会。

2编制原则和确定主要内容

2.1编制原则

本标准严格按照GB/T1.1-2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的

结构和起草规则》的规则要求起草。

本标准的编制贯彻协调一致性和相容性原则，与现行的相关国家标准、行业

标准和规范相协调。

本标准编制是通过国内情况的调研，广泛收集各方资料，征求相关单位专家、

技术人员的意见，通过验证试验评估，制定出测量条件、测量装置和测量方法等

技术要求。

2.2主要内容

主要内容包括以下十部分：

（1）范围。

本标准规定的混响法测量水下声源辐射声功率，包括辐射稳态声和瞬态声的

声功率测量方法。

本标准通常所考虑的频率范围是从100Hz至100kHz，是综合目前国内常见

的混响水池和水下声源辐射噪声普遍关注频段范围而确定，对于不同的混响水池，

5

应用本标准测量的频率范围是不同的。对于指定的混响水池，在该水池中使用混

响法测量的频率范围即可确定；若指定的被测水下声源辐射声功率测试频带，则

根据本标准规定选择合适的混响水池来进行测量。

（2）规范性引用文件。

（3）术语和定义。

本标准准中的术语和定义，与GB/T3947—1996《声学名词术语》基本保持

一致，增加了：

条款3.8空间平均均方声压是指在混响声场中均方声压的空间域平均值。

条款3.14混响水池的下限频率是指在某混响水池中应用混响法的最低适用

频率，是水池尺度和池壁声学性能所严格确定的，混响水池的下限频率判定依据

和计算方法可参考D.Lubman.SpatialAveraginginaDiffuseSoundFields.J.Acous.

Soc.Am,1969,46(3):532-534。

（4）测量原理：稳态声测量原理及瞬态声测量原理。

（5）测量装置和要求：对测量装置、混响水池声学性能、水听器或水听器

阵、电子测量仪器、吊装设备的要求。

（6）混响水池的声学参数校准：参数的确定、混响水池混响控制区范围的

界定、混响水池常数的测量。

（7）待测声源的安装和运行：待测声源的安装要求、待测声源的运行要求。

（8）水听器阵的安装和运行：水听器阵的安装要求、水听器阵的工作要求。

（9）水下声源稳态辐射噪声测量：水下声源稳态辐射噪声测量步骤、稳态

声功率谱计算、水下声源稳态信号的测量不确定度

（10）水下声源瞬态噪声测量：水下声源瞬态噪声测量步骤、混响水池瞬态

声总辐射声功率级的测量不确定度。

3主要试验(或验证)情况分析

为了对标准的试验方法进行验证，编制组对水下声源研发单位和声学测量单

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位进行广泛调研，进行大量验证实验，在此基础上对标准草案进行论证、补充和

完善。

2021年10-12月，在哈尔滨工程大学水声技术重点实验室的混响水池中，开

展混响法测定水下声源辐射声功率的验证性试验，混响水池长度15m、宽度9m、

水深6m。试验分为稳态声测量试验和瞬态声测量试验，稳态声测量试验的待测

声源为：直径0.2m、高度0.2m的圆柱型压电陶瓷换能器，测试频率范围为1kHz-

10kHz；瞬态声测量试验的待测声源为电火花声源。编制组按照标准所规定的测

量要求，对关键性技术内容进行试验验证，并完成测量示例。

a.混响法测量中的关键性操作是空间平均均方声压的测量，空间平均均方

声压的测量准确度与水下声源辐射声功率的测量准确度密切相关，空间平均均方

声压与水听器测量点数直接关系，试验首先验证空间平均均方声压与水听器测量

点数之间的关系。理论上，混响声场的空间均方声压近似服从指数分布，水听器

空间采样均方声压的样本均值为空间平均均方声压，根据中心极限定理，大量水

听器均方声压的空间采样平均值将趋近于高斯分布。经过大量反复试验，水听器

测量点数与测量误差之间满足表1（也可参见标准附件D）的关系。通过表1可

以为测量工作做出指导，测量人员可以根据容许误差查表确定是要水听器的数量

或者空间测点数，只考虑A类误差，空间测点数量不少于200，在截止频率以上

测量的精度小于±1.5dB；采用面阵或体积阵，基于384个点进行空间平均测量

精度小于±0.5dB。

表1：空间测点数对空间平均测量结果的精度(单位：dB)

点数12468162432486496128256384

误差18128543.532.51.22.121.51.31

b.标准所述的混响法水池适应性试验是在两个尺度不同的混响水池中完成

的，混响水池尺度15m、宽度9m、水深6m，混响水箱尺度9.3m、宽度3m、水

深1.7m。图1给出同一个水下声源在两个不同尺度混响水池中辐射声功率级，

测量结果一致。

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图1不同尺度混响水池中声源辐射稳态声功率级

c.在混响水池中对不同体积的声源进行测量，测量的不确定度进行评定。待

测声源选择UW350型低频宽带发射换能器（长度0.97m，直径0.26m）和直径

为0.1m的球型压电陶瓷换能器。在水听器空间测点数250个，单次测量标准偏

差如图2所示，对于不同体积的水下声源测量的标准偏差在容许的范围内。

图2不同体积声源辐射稳态声功率级单次测量标准偏差

d.瞬态声辐射声功率是混响水池和混响水箱中，多次试验的结果平均，结果

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记录在表格2中EJref0.67*10。

8

表2不同水池中的平均辐射声能量级（单位：dB）

测量水池自由场混响水池混响水箱

平均辐射声能量级/dB158.35159.35157.72

A类不确定度

0.5850.6931.212

(95%置信区间)

4知识产权说明

本标准具有智力创造的性质，属于科学领域内的作品，属于著作权（版权）

保护的范畴。版权属于哈尔滨工程大学。

为了降低成本，发展经济并且促进技术的发展和产品质量的提高，允许相关

单位无偿使用本标准。

本标准不涉及专利。

5产业化情况，推广运用论证和预期达到的经济效果等情况

本标准规定的混响法测定水下声源辐射声功率属于水声测量范畴，与现行标

准的测量方法相互补充又凸现优势，特别是解决了水池中难以实现低频测试问题。

近年来随着我国水下装备研发、生产种类的增加和速度的加快，混响法应用对象

从单一走向多元，可应用于高校及科研院所的科学研究实验，也可应用于换能器

及设备生产厂家的评估验证。得益于混响法高效便捷、低成本的特点，为更好的

服务水声装备的发展，应积极面向设计与生产单位推广使用。

该标准的制定，将有助于声学测量的多元化发展，有利于高校、科研院所及

换能器生产单位声学测量的开展，提高其声学测量能力与水平，促进我国水声装

备的发展。

6采标情况

无。

9

7与有关的现行法律、法规和强制性国家标准的关系

本标准照的编写按《GB/T1.1-2020标准化工作导则第1部分：标准化文件

的结构和起草规则的规定起草。与现行相关法律法规、规章及有效标准相协调，

无冲突。

8重大分歧意见的处理经过和依据

本标准在编写过程中没有重大意见分歧。

9标准性质的建议说明

本标准为中国声学学会推荐性团体标准。

10贯彻国家标准的要求、措施和建议

本标准规定的混响法测定水下声源辐射声功率属于水声测量范畴，与现行标

准的测量方法相互补充又凸现优势，特别是解决了水池中难以实现低频测试问题。

早期，混响法在测试对象上的特殊性，未开展大范围使用。近年来随着我国水下

装备研发、生产种类的增加和速度的加快，混响法应用对象从单一走向多元，得

益于混响法高效便捷、低成本的特点，为更好的服务水声装备的发展，应积极面

向设计与生产单位推广使用。

组织措施：在中国声学学会的组织协调下，以标准起草工作组成员为主成立

标准宣贯小组，向各相关单位积极主动宣传。

技术措施：组织撰写标准宣贯材料，组织开展标准宣贯培训工作，向需求单

位开展技术指导。

11废止现行有关标准的建议

无。

10

12其他应予说明的事项

虽然在标准的起草过程中，编制组开展了大量的实地调研工作，尽可能使标

准科学合理，但由于工作的局限性，难免有疏忽之处，为提高标准质量，请各单

位在看征求意见稿的过程中，如发现需要修改和补充之处，请将意见和有关资料

反馈给我们，谢谢支持。

11

目录

1项目背景...............................................................................................................................3

1.1任务来源...............................................................................................................3

1.2标准制定的目的和意义....................................................................................3

1.3制定本标准的采标原则....................................................................................3

1.4工作过程...............................................................................................................4

2编制原则和确定主要内容...............................................................................................5

2.1编制原则...............................................................................................................5

2.2主要内容...............................................................................................................5

3主要试验(或验证)情况分析.............................................................................................6

4知识产权说明......................................................................................................................9

5产业化情况，推广运用论证和预期达到的经济效果等情况................................9

6采标情况...............................................................................................................................9

7与有关的现行法律、法规和强制性国家标准的关系...........................................10

8重大分歧意见的处理经过和依据................................................................................10

9标准性质的建议说明.......................................................................................................10

10贯彻国家标准的要求、措施和建议.......................................................................10

11废止现行有关标准的建议.........................................................................................10

12其他应予说明的事项...................................................................................................11

2

1项目背景

1.1任务来源

本标准由哈尔滨工程大学提出，由中国声学学会归口，列入中国声学学会

2021年第一批团体标准制定计划。本标准为推荐性团体标准，属自行制定。本部

分按照《GB/T1.1-2020标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规

则给出的规则》起草。

本标准起草单位：哈尔滨工程大学、中国科学院声学所、中国船舶集团有限

公司第七一五研究所。

1.2标准制定的目的和意义

随着水下噪声测试计量的实际需求日益提升，解决水下机器、设备等的辐射

噪声准确、快速、经济的测量问题日益凸现。本标准是水下噪声源在混响声场条

件下的声功率测量方法，将填补我国在水下声源例如水下潜器的辐射噪声，混响

水池测量手段空白，以完善我国水下声源辐射噪声测量标准体系。

目前，水下辐射噪声的测量采用GB/T5265-2009，标准适用于大洋深海、陆

架浅海、港口和海湾等处所，在混响水池或者是存在较强反射波的声场中不适用。

在ISO水声国际标准ISO17208.1:2016《水声-描述船舶水下噪声的量及其测量

步骤-第一部分：用于比对目的的深水精密测量要求》也同样未提及在混响声场

条件下的声学测量方法。在国内外，混响法测量水下辐