1、中华人民共和国国家精准声学轰声物理特性的描述和测量AcousU四-Description and measurement of physical properties of sonic booms GB/T 15484-1995 本标准参照采用国际标准ISO2249，1973声学轰声物理特性的描述和测量。1 主题内容与适用范围1. 1 本标准描述了超声速飞机飞越时所产生轰声的物理特性和有关术语;规定了轰声的测量系统所用设备性能的最低要求和测量方法。1.2 本标准适用于轰声声压的测量，并适用于估算轰声对人结构、动物以及不稳定的地貌的影响。注测量前最好知道声压扰动到达的方向和时间，而无需事先知道此
2、扰动的近似强度.丰标准描述的物理恃性是指特定位置处出现轰声的特性，而不能认为是一架特定飞机的特性，因为测量的量也与当时的飞行条件、大气条件以及地面条件有关。2 术语2.1 轰声sonic bom; sonic bang 飞机以大于局部声速的速度飞行时产生的冲击波。它包含首冲击波、尾冲击波和发生在两冲击波之间传播的声压降低。虽然首、尾两个冲击波可单独听到，但通常把整个信号作为一个轰声。注=一个典型的经地面反射的轰声声压特征示于图中，它有助于理解下述术语。2.2 超压Qverpressure空间某点任何时刻的压力与环境大气压之差。当压力大于环境大气压时，超压为正值;反之，超压为负值。符号为p，单位
3、为帕斯卡,Pa o 注过去常用符号l1P表示轰声的超压，而本标准用的超压符号P是与声学的量和单位中的(瞬时)声压符号致的。2.3 峰值超压peak overpre田ure超压的最大正值，符号为PmaX;单位为帕，Pao2.4 声压特征pressure slgnature 超压随时间的变化曲线。注2自由场的声压特征，真波形常常类似于字母N，所以称为N波。2.5 声压升值p自由urense 给定的冲击波的开始上升与终止上升之间的声压上升值，符号为6.P，单位为帕，Pa。注2实际上，冲击披的开始时间很容易确定，但终止上升时间常会有不确定的解释，可以按其解释规定。2. 5. 1 入射声压升值incid
4、ent pre田urense 给定的冲击波的开始与直接到达测量点时之间的声压上升值，它不受地面或其他物体反射的影响。符号为.P;单位为帕，Pao2.5.2 反射声压升值reflected pre田urertse 给定的冲击波经地面或其他表面反射后到达测量点时之间的声压上升值。符号为6.P单位为帕，Pao 国家技术监督局Hl95-07-03批准1996-02-01实施GB/T 15484-1995 2.6 自由场条件free field conditions 当地面和其他反射体足够远，对冲击波的影响可以忽略时所存在的条件。在自由场条件下1月l得的量用带下标f的符号表示。2. 7 地面条件grou
5、nd conditions 除地面外，其他反射体足够远以至于对冲击波的影响可以忽略时所存在的条件。在地面条件下测得的量用带下标E的符号表示。2.8 地面反射系数ground reflection coefficient 反射声压升值对入射声压升值的比值。符号为Y.2.9地面反射因数ground ref1ection factor 此量用下式定义:K , = 1 + Y 式中K，为地面反射因数，Y为地面反射系数a注z对于弱冲击波和光滑的刚性地面，K，近似等于2。2.10 (轰声特征的)总持续时间total duration(of a sonic boom signature) 声压特征的开始与末
6、尾之间的时间间隔。符号为td单位为毫秒，mSa对于N波类型的波形，总持续时间是首冲击波开始和尾冲击波终止之间的时间间隔。注2虽然通常难以精确确定轰声特征的终止时间，但用来表示近似的总持续时间是有实际意义的。2.11 (冲击波的)上升时间rise time(of a shock) 冲击波开始和给定的终止t升之间的时间隔1面。符号为.r;单位为毫秒，mSg2. 11. 1 入射上升时间incident rise time 冲击波开始到它受地固和其他物体反射影响以前终止上升的时间间隔。符号为.r，;单位为毫秒，ms, 2.11.2 反射上升时间reflected rise time 冲击波从地面或其
7、他表面反射时起至给定反射终止上升时的时间间隔。符号为rr;单位为毫秒，ms。2.12 到达峰值的时间time to peak 首冲击波开始到发生最大峰值超压的时间间隔。符号为.rm;单位为毫秒，mB.，2.13 冲最impulse 超压对时间的连续积分，是积分时间的函数。符号为1;单位为毫帕秒，mPa 8 2. 13. 1 最大冲量maximum impulse 超压对时间积分的最大值，即为正脉冲的冲量。符号为lmax!单位为毫帕秒，mPa 8 ., 2. 13. 2 最小冲量minimum impulse 超压对时间积分的最小值，即为正脉冲和负脉冲的冲量和。符号为1m，单位为毫帕秒，mPa
8、8 2.14 阶段冲量phase impulse 在某个阶段的冲量。符号为IM(n=，2，3，h单位为毫帕秒，mPa 5 2.15 特征间隔signature interval 第一个冲击波开始到最后一个冲击波开始的时间间隔，它是所有冲击波之间的时间间隔之和。符号为ill;单位为毫秒，ms2.16 特性超压characteristic Qverpressure 此量用下列公式定义z式中，.P，是特性超压，Pa;ill是特征间隔，ms;6.P, = 4 (1. - Im,)/ill 1mBx是最大冲量，mPa.的1m;是最小冲量，mPa So GB/T 15484-1995 注g对F理想N波，特
9、性超压等于最大超压。3 测量系统轰声声压特征用声压传声器加以检测，传声器的信号经放大后用合适的记录仪记录，设备应符合F述要求。3.1 总性能要求测量系统至少从0.1Hz到5000 Hz范围内自由场频率响应在士2dB范围内是平直的。测量系统要求的频率响应，在某种程度上决定于测量目的和自由场特征的持续时间，频率范围可扩展到0.02Hz和/或10000Hz，它与特征的持续时间和在总宽度内对所需声能信息的要求有关。如果只能从较大偏差的响应曲线得到这样宽度，则特征的频谱应作相应校正。注z根据测量目的，测量系统可以包含整个频率范围，或者可以分为两个通道，其中一个包吉整个颇率范围，另一个包含有限的频率范围，
10、例如，1005000 Hz，用两个通道有可能在声频范围内改善倍噪比.3- 2 传声器传声器系统在有用频率范围以外的灵敏度应该是平滑滚降，以限制记录上升时间很短的轰声时所产生的过冲畸变。注2传声器接收面的尺寸决定于在某位置测量超压的精细程度，对大多数情况推荐应用不超过20mm尺寸的传声器。传声器及其相连的放大器在测最大姐压时的总i皆被崎变应不超过4%0使用全密封的传声器头子时要特别小心，避免校准或测量时的声压不平衡回由于环境条件，传声器灵敏度的变化应这样校正，使最终灵敏度在校准值的土0.3dB范围内.传声器用自由场灵敏度校准，但是当传声器装在地面条件(见6.1)时，对于自由场灵敏度和南压灵敏度之
11、间的差别不能忽略的频率建议使用声压灵敏度。在非常低的频率进行校准，即在大约25Hz以下，可以用声校准器校准传声器，对于电容传声器.校准环境要符合测量环境，要特别注意校准掘和膜片后的空气容积之间的声短路.根据已知活塞的偏移和容积来计算所产生的声压，允许从绝热是件过搜到等温条件进行校正。3.3 记录仪在1000 Hz测得总谐波崎变小于1%条件f，记录仪的动态范围至少应为45dBo 注由于正确预测超压是困难的，最佳*统增益位置不能预先规定。基于这个理由，推荐用一个以上通道分别以相差5dll或相差10dB的不同增益位置同时记录，在利用录音系统中至少有一个通道是全动态范围时，本方法将保证轰芦记录有足够的
12、信噪比s还需要过载指示器，8可以是峰值读数表或者是自动记录过载指示的形式。所规定的记录仪的最小动态范围有可能不足以保证轰声在整个频率范围内进行频率分析，对这些测量可能需要在记录军统中的个通道内加以频响预娇，以改进高频时的信噪比，在进行频率分析时在重放系统中应加频响复原。记录和重放声压特征时，必须满足第3.1条测量矗统所需的频率响应，不应使用这种方式。3- 4 无人值守记录用设备为了长时间记录轰声，成使用特别设计的数字记录仪，因为一般记录系统对于拉种目的的应用是有限度的。记录仪应具有无人值守操作和瞬态信号有即时反应的能力，为了对白天预先确定的时间内和对轰声有即时反应时提供操作，应使用合适的控制电
13、路。设备应装有附带的信号调节网络，对每个通道在每次记录后应提供和记录下合适的校准信号。注z设备应尽可能符合第3.1.3.2.3.3条的规定，其偏差应加以说明.4 测量分析为了初步评价轰声的声压特征，信号可显示在示波器上。为了详细分析，必须根据要求的准确度使GB/T 15484-1995 用其他显示装置，例如数字读数器或精密检流计。信号频率分析结果以谱密度函数或频带谱的形式给出。5环境条件5.1 基准条件可以用两种主要基准条件加以描述，即地面条件和自由场条件。5.1.1 地面基准条件基本上没有局部起伏和总张角大于0.004球面度(sr)立体角中无障碍物的开阔空间的条件。测量点周围应有硬表面，可以
14、用坚固的刚性平面障板与地面直接接触，障板的直径应不小于1.5m. 5.1.2 自由场基准条件障碍物在上半空间中张角小于0.004目的立体角内以及当传声器安装得足够高时的条件，注2在自由场条件下，确定飞机飞行的整个声压特征，高度必须大于1m，由于这个原因宁可选用地面条件，此时若要分析上升时间，5m高度己经足够.在自由场条件节测得的超压大致为地面条件下测得的一半。5.2 与基准条件的偏差为了获得基准条件的近似结果，在船板上、山区或建筑地区内，应尽量满足第5.1条的要求，任何偏差或特殊情况(例如海面情况)应加以说明。5.3 特定的环境条件为了联系到人或结构响应所产生的特定环境为目的的测量或环境不满足
15、第5.1条或5.2条时，要在人耳高度(1.2m)处测量，即代表包括反射和吸收面以及障碍物的声学环境。6 传声器的安费6.1 地面条件的测量传声器的安装使它的主轴线与地面垂直，受声面向上，并要与地平面的硬表面在同一平面上(容差为士3mm)。注2如系濡凝士表面，不可能在同一平面上安装，在这种情况，传声器的安装使其主轴线与地面垂直或平行，其受声面尽可能靠近地面，但避免向下的情况.传声器辅助设备应放在地平面下或远离现场，使它们的存在不影响测量。6.2 自由场条件的测量传声器安装使其主轴线垂直于地面，而它的受声面应向上。6.3 除去外来的信号应能除去外来的信号，如可以降低风对传声器的影响，防止雨淋或尘土侵入，必须用保护罩。所设计的保护罩要使传声器的频响不会受到明显的影响。传声器应有合适的防振装置，以降低由底座传来的振动。E 队a二句P 附加说明GB/T 1 5484 -1 995 图1地面反射轰声图形显示举例本标准由全国声学标准化技术委员会提出。本标准由中国科学院声学研究所负责起草，电子工业部第二研究所为主要参加单位。本标准主要起草人章汝威、杨锦刚。
