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声源的性能测试往往在全消声室、半消声室等实验室环境中进行。而任意环境中的声源性能测试尤其是低频性能测试,是一个难题。基于互易原理的测试方法为解决该问题提供了一种新的思路。理论上,互易测试方法适用于任意环境,并可用于低频,因此具有极大的应用价值。但是实际上,由于非线性、系统误差、随机误差等因素的影响,互易测试的误差较大,测试精度亟待提高。本文通过理论、仿真与实验相结合的方式,系统研究了基于互易原理的空气中和水中低频声源测试技术。主要研究内容和创新点如下: (1)开展了空气中低频声源的电声互易测试方法研究,分析了非互易换能器对互易测试的影响,提出了一种非互易补偿方法,并进行了实验验证。实验中发现,理论上互易的电动式扬声器实际上在低频可能并不互易。利用理论模型,分析了非互易的辅助扬声器对电声互易实验的影响,提出了辅助扬声器非互易性的补偿方法。该方法可使一个普通的扬声器能作为辅助扬声器,大大降低了对辅助扬声器的要求。实验中采用两个不同的辅助扬声器,根据非互易补偿方法,在自由场和强混响场中测量了声源的辐射特性,测试结果与自由场法的结果的一致性非常好。 (2)设计了一种双端面的力声互易装置,提出了空气中低频声源的力声互易测试方法,并进行了实验验证。理论分析了力声互易装置设计中阻抗头、顶杆的安装对互易性能的影响,提出了双端面的设计思路,研制了一种双端面的力声互易装置,实现了空气低频声源的力声互易测试。在全消声实验室中,通过力声电互易实验,验证了该装置的互易性质。利用该互易装置分别在自由场和强混响场对三种不同声源的辐射特性进行了测量,并与自由场法测试结果进行了对比,具有较好的一致性。 (3)设计了一种半潜入式的力声互易装置,提出了水中低频声源的力声互易测试方法,并进行了实验验证。利用该装置实现了在有限水域中低频声源性能测试,测试下限约为100Hz。基于声源的测试数据,进行了水下壳体的声激励传递函数测试实验,实验结果与在内部安装激振器的直接测试方法一致性较好,验证了基于力声互易原理的水中声源低频性能测试方法的有效性,同时表明了基于互易原理的声激励测试技术应用于复杂环境的可行性。 本文研究成果为空气声源的现场测试和水声换能器在有限水域中的低频性能测试提供了有效的解决方案,具有重要的工程应用价值。