TWM654062U

TWM654062U - 充水阻抗管

Info

Publication number: TWM654062U
Application number: TW112213200U
Authority: TW
Inventors: 沈宗佑; 董昌銘; 劉冠汶
Original assignee: 黃清哲
Priority date: 2023-12-01
Filing date: 2023-12-01
Publication date: 2024-04-11

Abstract

本創作係提供一種充水阻抗管，其包含：一管體，其係呈直立式設置，並於底端形成一封閉端，藉以於該管體內部形成一腔室，且該管體頂端形成一開口端；而該腔室係用以容置一溶液；一聲音發射單元，其係配置於該管體之該封閉端處，該聲音發射單元係用以對應發射聲波於該封閉端，使該聲波對應傳遞至該腔室中者；二收音單元，其係對應配置於該管體於該腔室內之壁面，且所述收音單元間係位於相異之高度位置；藉此，本創作係用以量測待測材料於液體中之反射係數與聲學阻抗，可適用於三參數校正方法，藉由相異高度位置之收音單元所擷取聲波電壓訊號比值，可直接、簡易且準確求得待測材料之聲波反射係數；且本創作所量測不同頻率聲波在自由液面的反射係數的振幅與相位，與理論值相較更為吻合，具高度之準確性，且實驗結果亦具可重複性，故顯見本創作確實具有量測待測材料於水中反射係數與聲學阻抗之實用性者。

Description

充水阻抗管

本創作係一種充水阻抗管，尤指一種直立式設置之管體，並透過聲音發射單元及收音單元之配置，使於管體內填充液體後，透過於管體底部之封閉端發射聲波，並藉由收音單元進行收音，使可利用三參數校正方法以量測於管體內配置之待測材料之反射係數與聲學阻抗者。

按，材料之聲學特性係指材料對正向聲波的反射率，主要是在空氣阻抗管中進行量測；其方法主要是於阻抗管中發出平面聲波(plane acoustic waves)，正向入射放置於阻抗管終端的材料試片，產生一單頻駐波，並藉由移動麥克風量測聲壓極大值與極小值的駐波比，進而推算出材料的反射系數；由於空氣與阻抗管之鋼材管壁的彈性模數差異甚大，可將阻抗管視為理想剛體，且聲波是以平面波的形式傳遞。

而後續發展出不需移動麥克風之轉移函數法，其係於阻抗管中安裝兩支麥克風量測兩個不同位置的聲壓，此兩支麥克風所測得的聲壓比值稱為轉移函數，再透過傅立葉轉換，推求材料的反射係數；轉移函數法最早由Seybert and Ross提出，其方法為：於阻抗管中發射週期波，並以雙麥克風法量測聲壓，分離管內入射及反射聲波譜，進而求得吸音材料的反射係數；之後Chung and Blaser考慮隨機聲波，並提出以轉移函數的概念推導出兩麥克風間的聲壓與入射聲波、反射聲波的相關性，最後求得與Seybert and Ross相同之結果；且其說明了實驗中如何透過交換麥克風以消除兩麥克風間的儀器誤差，如：靈敏度差異；Seybert and Soenarko及Bodén and Åbom持續針對該類實驗可能產生的誤差進行探討，並提出改善方法；經由上述研究，空氣阻抗管中應用雙麥克風轉移函數法進行材料的聲學特性量測已有完整的理論基礎；相較於駐波比法，轉移函數法實驗較為簡便，並已廣泛的被應用在空氣阻抗管材料聲學特性量測中。

隨著水下技術與國防科技的發展，材料在水中的聲學特性也是需要知道的物理參數，因此，有研究將轉移函數法應用到充水阻抗管中，其中，Corbett於實驗中進行了水及空氣介面(自由液面)的反射係數驗證，得到的振幅及相位分別與理論值有10%及30°的誤差；為改善傳統雙麥克風方法於充水阻抗管中量測的準確性以及操作上的不便，Wilson et al.於充水阻抗管的量測中導入Gibiat and Laloë所提出的改善空氣阻抗管量測準確度的三參數校正法，以修正阻抗管內之聲傳誤差、水聽器和擷取系統等量測誤差；此外，關於阻抗管實驗聲源的選擇，Jones and Stiede做了不同聲源種類的比較，分別運用一連串的單頻聲音及白噪音作為阻抗管量測中的聲源，前者可獲得更高的準確性。

阻抗管實驗之基本假設為聲場需符合平面波傳遞，因為充水阻抗管內部聲傳介質為水，其與不鏽鋼管壁之特徵阻抗(Characteristic impedance)接近，故管壁之彈性波將對管內聲波傳遞產生影響；在充水的阻抗管中量測材料的聲學特性，除了水與阻抗管鋼材的特徵阻抗差異不大，使得阻抗管內的聲波可能不完全是平面波外，注水的過程會將空氣導入管內形成小氣泡；由於聲波在水中傳遞速度與氣泡多寡及大小有很大的關係，因此氣泡的存在會大大增加量測的不確定性；此外，使用交換麥克風法量測，量測系統的設置相當耗時，在安裝的過程中也會帶入更多的誤差，包含氣泡的產生與對系統的擾動。

雖然現有研究於充水阻抗管中利用三參數校正法驗證量測結果的準確性，但後續相關研究中仍較少採用此種方法，多數者，還是利用傳統的轉移函數法得到矽基橡膠(silicon-based rubber)吸音材料在不同靜水壓下的吸音係數，量測結果的重複性較差，使量測值間具有一定程度之誤差；現有研究中，雖證實利用三參數校正法可以得到自由液面附近聲波反射係數準確的結果，但並沒有與利用其他方法所得到的結果比較其差異，亦無實際測試其方法在量測材料反射係數時，實驗結果是否也能有不錯的可重複性。

有鑑於此，本創作人特地針對基於三參數校正法及充水阻抗管之配置，以量測材料之反射係數，並據以研究及改良，期以一較佳創作改善上述問題，並在經過長期研發及不斷測試後，始有本創作之問世。

爰是，本創作係為解決前述問題，為達致以上目的，吾等創作人提供一種充水阻抗管，其包含：一管體，其係呈直立式設置，並於底端形成一封閉端，藉以於該管體內部形成一腔室，且該管體頂端形成一開口端；而該腔室係用以容置一溶液者；一聲音發射單元，其係配置於該管體之該封閉端處，該聲音發射單元係用以從該封閉端發射聲波，使該聲波傳遞至該腔室中者；以及二收音單元，其係對應配置於該管體於該腔室內之壁面，且所述收音單元係位於相異之高度位置者。

據上所述之充水阻抗管，更包含一音頻功率放大裝置，其係對應配置於該聲音發射單元及該封閉端處者。

據上所述之充水阻抗管，其中，所述收音單元係分別連接於一電荷放大裝置，用以放大所述收音單元收音之訊號者。

據上所述之充水阻抗管，更包含一資料擷取單元，其係對應連接於該聲音發射單元、所述收音單元及一分析模組；該資料擷取單元係用以擷取該聲音發射單元之頻率，及所述收音單元收音之聲波訊號傳遞至該分析模組進行分析者。

據上所述之充水阻抗管，其中，該管體側緣更配置有一入水管，其係對應連通於該腔室者。

據上所述之充水阻抗管，其中，該管體側緣更配置有一對應連通於該腔室之出水管。

據上所述之充水阻抗管，其中，該管體側緣更設有複數對應於所述收音單元之定位孔，用以將所述收音單元定位於該管體於該腔室內之壁面者。

據上所述之充水阻抗管，其中，該管體於該腔室內高於所述收音裝置之一高度位置界定有一量測面，並於該量測面上方界定有三組相異高度位置之自由液面。

據上所述之充水阻抗管，其中，該量測面處更設置有一至少部分對應封閉於該腔室之待測材料。

據上所述之充水阻抗管，其中，該待測材料係具有吸音性者。

是由上述說明及設置，顯見本創作主要具有下列數項優點及功效，茲逐一詳述如下：

1.本創作係可符合ASTM(American Society for Testing and Materials，美國材料和試驗協會國際組織)設計規範，並可應用三參數校正方法，藉可予以量測材料於水中之聲波反射係數，以藉由相異高度位置之收音單元所擷取聲波電壓訊號比值，可直接、簡易且準確求得待測材料之聲波反射係數；且所求得聲波在自由液面的反射係數與理論值吻合，並具有實驗之可重複性，對於反射係數與聲學阻抗之量測更具精確性及便利性者。

1:管體

11:封閉端

12:腔室

13:開口端

14:定位孔

15:入水管

16:出水管

2:聲音發射單元

21:音頻功率放大裝置

3A、3B:收音單元

31:電荷放大裝置

4:資料擷取單元

5:分析模組

第1圖係本創作之立體圖。

第2圖係本創作之剖視暨系統架構示意圖。

第3圖係本創作之實驗流程圖。

第4圖係本創作之剖視暨實驗圖。

第5圖係本創作量測面離自由液面2.5公分時，聲波反射係數幅度之理論值圖。

第6圖係本創作量測面離自由液面2.5公分時，聲波反射係數相位的理論值圖。

第7圖係本創作量測面離自由液面2.5公分時，聲波反射係數幅度的實驗值圖。

第8圖係本創作量測面離自由液面2.5公分時，聲波反射係數相位的實驗值圖。

第9圖係本創作量測面離自由液面2.5公分時，反射係數幅度實驗值與理論值之差異圖。

第10圖係本創作量測面離自由液面2.5公分時，反射係數相位實驗值與理論值的差異圖。

第11圖係本創作量測面離自由液面2.5公分時，反射係數幅度三次量測結果圖。

第12圖係本創作量測面離自由液面2.5公分時，反射係數相位三次量測結果圖。

第13圖係本創作聲波在水與橡膠多孔材料試片界面的反射係數的幅度圖。

第14圖係本創作聲波在水與橡膠多孔材料試片界面的反射係數的相位圖。

第15圖係本創作三種待測材料在管體中反射係數幅度的量測結果圖。

第16圖係本創作三種待測材料在管體中反射係數相位的量測結果圖。

第17圖係本創作以水的特徵阻抗當作無因次化的參考值時，自由液面與三種待測材料的無因次聲阻抗幅度圖。

第18圖係本創作以水的特徵阻抗當作無因次化的參考值時，自由液面與三種待測材料的無因次聲阻抗相位圖。

本創作係一種充水阻抗管，其實施手段、特點及其功效，茲舉數種較佳可行實施例並配合圖式於下文進行詳細說明，俾供鈞上深入瞭解並認同本創作。

首先，請參閱第1圖至第3圖所示，本創作係一種充水阻抗管，其包含：一管體1，其係呈直立式設置，並於底端形成一封閉端11，藉以於該管體1內部形成一腔室12，且該管體1頂端形成一開口端13；而該腔室12係用以容置一溶液者；在一實施例中，本創作之管體1係參考ASTM(American Society for Testing and Materials，美國材料和試驗協會國際組織)之規範，一般而言，定義阻抗管工作頻率係如下數學式1所示：【數學式1】f _l<f<f _u

其中，f _u為頻率上限(upper working frequency)，f為阻抗管工作頻率(operating frequency)，f _l為頻率下限(lower working frequency)；根據ASTM(2006)之規範，為使阻抗管內聲波符合平面波傳假設，阻抗管直徑將影響實驗操作之高頻界限，高頻界限如下數學式2所示：【數學式2】f _u<Kc/b

其中K=0.586，c為管中聲速，b為管內徑；工作頻率下限f _l應滿足下數學式3：【數學式3】f _l>(c/s)×1%

其中，s為水聽器間距；而ASTM(2006)建議s應為如下數學式4所示：【數學式4】s=(c/2f _u)×80%

在管長方面，為避免聲源產生之非平面波對量測造成影響，因此，若配置麥克風，則需讓麥克風遠離非平面波消散的範圍，因此聲源與麥克風的間距必須至少是阻抗管直徑的三倍以上；而ASTM(2006)標準規範主要是針對空氣阻抗管訂定，當阻抗管中的聲波傳遞介質為空氣時，因為空氣與管壁的特徵阻抗值差異極大，此時阻抗管可視為理想剛體；若阻抗管中之傳聲介質為水時，因為水與管壁特徵阻抗接近，管壁材料所產生的彈性波將影響阻抗管內的平面波傳。

據前所述，本創作在一實施例中，係以304L不鏽鋼材質設置該管體1，其規格如下表1所示，其中，管體1長150公分，內徑11.6公分，外徑17.6公分，管壁厚度3公分，水聽器間距6.5公分；管中聲波的速度根據最低階聲波模態修正為c _eff=1438m/s，且依據數學式2、3，管體1之高頻界限係為7264Hz，而低頻界限為221Hz。

其中，c _L 、c _T分別為304L不鏽鋼縱向與橫向彈性波速度值。

一聲音發射單元2，其係配置於該管體1之該封閉端11處，該聲音發射單元2係用以對應發射聲波於該封閉端11，使該聲波對應傳遞至該腔室12中；而在一實施例中，聲音發射單元2係可配置為TX-0335水中低頻音鼓，並且可配置一音頻功率放大裝置21，以對應配置於該聲音發射單元2及該封閉端11處，該音頻功率放大裝置21係可為RT 335AP水下音鼓功率放大器；而聲音發射單元2主要係提供低功率損耗的指向性聲源，為一單活塞工作形式的聲源，最佳工作頻率範圍為2kHZ至8kHz，最大工作環境深度可達水下600公尺；以及二收音單元3A、3B，其係對應配置於該管體1於該腔室12內之壁面，且所述收音單元3A、3B間係位於相異之高度位置；而在一具體之實施例中，收音單元3A、3B係可為B&K 8103水下麥克風，並且可連接一電荷放大裝置31，如：B&K 2692電荷放大器；而對於收音單元3A、3B與管體1間之定位配置，在一實施例中，係可於該管體1側緣設有複數對應於所述收音單元3A、3B之定位孔14，用以將所述收音單元3A、3B定位於該管體1於該腔室12內之壁面。

其中，對於聲音發射單元2之頻率及收音單元3A、3B收音之聲波訊號之擷取，在一實施例中，係透過配置一資料擷取單元4，其係對應連接於該聲音發射單元2、所述收音單元3A、3B及一分析模組5；在一實施例中，資料擷取單元4係可配置為DAQ資料擷取卡，而分析模組5則係可為電腦，並可藉由Labview軟體進行實驗之分析，並可據以控制聲音發射單元2及收音單元3A、3B之各項參數。

藉此，請參閱第3圖所示者，本創作之實驗步驟，主要係透過注水於管體1內，並量測液面高度，將已注水的管體1靜置一段時間，讓水中氣泡慢慢消散；由於水中可能有肉眼無法辨識的小氣泡，加上管體1之壁面不透明，因此於實驗進行前，較難判斷氣泡是否完全消散，而水中氣泡含量之多寡，將會造成實驗結果的差異，使得實驗結果可重複性的要求受到影響；故本創作係將注水之管體1先靜置至少24小時，方進行實驗，以避免水中氣泡對實驗的影響；而因應其注射水量之控制，故該管體1側緣係配置有一入水管15，其係對應連通於該腔室12；而管體1側緣亦可配置有一對應連通於該腔室12之出水管16；由於本案係透過三參數校正法進行轉移函數之校正，因此，本創作係可預先的管體1於該腔室12內高於所述收音裝置之一高度位置界定有一量測面S₀，並於該量測面S₀上方界定有三組相異高度位置之自由液面S₁~S₃，而透過三組不同的自由液面將可形成三組不同高度d₁~d₃之水柱，如第4圖所示者；藉此，即可如前述者，透過聲音發射單元2經由管體1之封閉端11發出聲波至腔室12內，而可經由收音單元3A、3B擷取其聲波而量測三組自由液面之水柱的轉移函數及理論之反射係數；其中，就其量測之所採之三參數校正法而言，其主要係用以修正充水阻抗管量測時的誤差，包含接收系統之間的電路誤差、所述收音單元3A、3B間靈敏度誤差、聲波於水中傳遞時振幅衰減誤差、以及相位變化誤差等；故具體而言，本創作係令α _A及α _B分別為收音單元3A、3B之複數靈敏度，V _A及V _B為收音單元3A、3B接收到的電壓訊號；而電壓訊號與聲壓間的關係式為下數學式5所示：【數學式5】V=P．α

而可定義轉移函數H為下數學式6所示：

其中，P1為較低位置之收音單元3A之聲壓，而P2為較高位置之收音單元3B之聲壓；然而聲波於管體1中傳遞時會受到管內微小氣泡、結構干擾及相位傳遞等影響，使得量測到的聲壓可能含有誤差，故將入射和反射聲波在收音單元3A量測處的修正因子分別設為α _i1和α _r1，而在收音單元3B量測處的修正因子設為α _i2和α _r2，則兩收音單元3A、3B所測得的聲壓可表示為下數學式7所示：【數學式7】P ₁=P _i α _i1+P _r α _r1 P ₂=P _i α _i2+P _r α _r2

α _i1、α _r1、α _i2、α _r2亦為複數係數，同時包含了幅度(modulus)與相位(phase)的變化；將數學式7代入數學式6，可得下數學式8所示：

而反射係數與聲阻抗的關係式係如下數學式9所示：

其中，RL為於高度L處之反射係數，Pr為反射聲波之聲壓，Pi為入射聲波之聲壓，ZL則為高度L處之聲阻抗值(acoustic impedance)，ρ、c分別表示介質的密度與聲波在介質中的速度；而將數學式9代入數學式8，則可得下數學式10：

或可轉換為下數學式11：

而令λ ₁、λ ₂和λ ₃為三個待求的校正參數，並定義為下數學式12：

而將數學式12代入數學式11，則可簡化為下數學式13：

假設三種已知參考材料的反射係數分別為R ₁、R ₂和R ₃，且由收音單元3A、3B測得此三種材料時之轉移函數分別為H ₁=V _B ⁽¹⁾/V _A ⁽¹⁾、H ₂=V _B ⁽²⁾/V _A ⁽²⁾和H ₃=V _B ⁽³⁾/V _A ⁽³⁾，將此三種條件代入數學式13，並聯立求解，則可得λ ₁、λ ₂和λ ₃的值分別為下數學式14所示：

雖然目前並無量測反射係數之標準材料之試片，故於本創作中，係可透過三組不同的自由液面之水柱做為已知反射係數材料量測，藉可求得λ ₁、λ ₂和λ ₃，用來修正習知轉移函數法之量測誤差；並如第4圖所示實驗示意圖之標示，聲波由水中傳遞至水/空氣交界面時，由於水和空氣的特徵阻抗值差異非常大，故將發生負全反射，而其發生時之相位為180度，因此，如下數學式15中，位置x ₁與x=L處的反射係數之間的關係中，RL係為下數學式16；

【數學式16】R _L=R _水/空氣=e ^iπ

其中，k為波數(wavenumber)，

；故本案係於管體1中高於收音單元3A、3B之任意位置界定假想之量測面S₀，而自由液面與量測面S₀間將會形成水柱，自由液面與量測面S₀間所夾水柱即可視為一種參考材料；由此計算所得校正參數，僅適用於此量測面S₀上；為了求解三參數λ ₁、λ ₂和λ ₃，故需要三個不同的水柱高；故假設不同自由液面與量測面S₀間的距離為d _i(i=1,2,3)，故由上數學式15可求得量測面S₀的反射係數R _i為下數學式17所示：

而將數學式17所得之理論反射係數R ₁、R ₂和R ₃與收音單元3A、3B量測到之材料轉移函數H ₁、H ₂和H ₃代入數學式14，即可求得三校正參數λ ₁、λ ₂和λ ₃；最後，即可將具有吸音性之待測材料配置於離量測面d ^*處之位置，使其至少部分對應封閉於該腔室12，以進行轉移函數H的量測，即可由數學式13求得待測材料於量測面的反射係數R ^**，並可由數學式15求得待測材料實際表面的反射係數R ^*為下數學式18所示：

是以，本創作於實驗時，係先量測計算校正參數所需的三個不同水柱高，後續再於設定之測量面上放置待測材料以量測其轉移函數H；而其中，聲音發射單元2之性能基於前述高頻界限限制，故在本實施例中，係將選取之量測頻率範圍在2000Hz到7200Hz之間，每隔50Hz做單頻量測，將所述收音單元3A、3B接收到訊號擷取後，於分析模組5之Matlab中撰寫分析程式做後運算，針對不同的頻率計算出轉移函數、三校正參數以及反射係數。

如第4圖所示為予驗證本創作及量測方法之準確性及可重複性，並如前述者，由於目前尚無標準試片做為驗證材料在充水阻抗管中所測得阻抗或反射係數的準確性，故本創作以低於自由液面2.5公分之量測面所得量測結果與理論值比較，驗證實驗結果的準確性及可重複性；而當水柱高為2.5公分時，量測面聲波反射係數的理論值可由數學式17求得，亦即

，其中，k為波數，d _i為自由液面與量測面S₀間的距離(即水柱高)；由數學式17所得之反射係數的幅度與相位，如第5圖及第6圖所示。

水柱高為2.5公分時，量測面S₀聲波反射係數幅度及相位的實驗值，係如第7圖及第8圖所示，其包含校正前(即單純利用轉移函數法)以及兩種不同校正方法的結果，且由第7圖及第8圖可知，採用習知交換麥克風的方式校正轉移函數法並無太大的效果，而三校正參數法的結果已經非常的逼近理論值，故可得到與理論值非常接近的量測結果，而本創作實驗所採之所述收音單元3A、3B皆為B&K 8103，彼此間的靈敏度差異不大，三參數校正法所得結果與理論值的微小誤差主要係水位量測誤差，或管體1中微小氣泡對聲場的干擾所造成。

第9圖所示為量測面離自由液面2.5公分時，反射係數幅度實驗值與理論值的差異，第10圖所示為反射係數相位實驗值與理論值的差異，由第9、10圖中可觀察到，利用交換麥克風方法所得反射係數幅度實驗值與理論值的差值為0.26，而利用三參數校正法時最大誤差為0.025；而在反射係數相位誤差方面，利用交換麥克風方法所得誤差為13°，而利用三參數校正法時最大誤差為5°，此外，可以發現三參數校正法的相位誤差在全頻段上為一致性的；由第7圖至第10圖所示之結果顯示，利用本創作並採用三參數校正法能更有效地校正由轉移函數所得出的反射係數。

而對於本創作可重複性之驗證，如第11圖及第12圖所示，當水柱高為2.5公分時，重複三次實驗所得量測面聲波反射係數幅度及相位的結果，第11圖所示之反射係數值可以發現實驗結果有高度的可重複性，三次實驗的誤差都在0.05以內；而第12圖所示者，反射係數相位比較中，其量測之結果亦接近於理論值。

[實驗例1]

在驗證本案準確性與可重複性後，本創作透過相同方式透過待測材料之試片進行試驗，於本實驗例中，所採待測材料之試片為圓柱狀多孔性材料之橡膠，其直徑為11.52cm，厚度為6.53cm；由於試片為多孔性材料，為避免不同含水量造成量測上的差異，試驗前先將試片泡於水中至少4小時。試驗時，將泡過水的試片插入充水阻抗管中，試片上層與阻抗管對齊，且整個阻抗管是處於滿水的狀態。因此，試驗時試片下端為水，而上端為空氣。試驗頻率範圍為2000-7000Hz，每10Hz進行量測一次。試驗分別於三個不同時間重複進行，亦即先進行三參數校正實驗，取得三校正參數的值，然後裝入試片量測反射係數；三個不同日期所得三校正參數λ ₁、λ ₂、及λ ₃的值列於下表2所示，而所得反射係數的幅度及相位分別示於第13圖及第14圖；由於校正參數為複數，因此表2中λ ₁、λ ₂、及λ ₃的值前者為實數部分，而後者為虛數部分；第14圖所示者為比較實驗數據的差異，故列出間隔100Hz之實驗結果；由第13、14圖可知，三個不同時間所得反射係數的幅度與相位差異不大，顯示實驗結果的可重複性。

[實驗例2]

本實驗例係透過提供不同材質之待測材料進行反射係數的量測，量測方法與前述相同，本實驗例所採之三種待測材料分別為鋼板、矽膠(silicone rubber)、與聚氨酯膠(polyurethane rubber,PU)；其中，矽膠與聚氨酯膠為水中常見吸音材料之基質材料(matrix material)，並透過加入不同成分的添加物，以增加其吸音效果；三個待測材料之試片直徑皆為11.6cm，與阻抗管的內徑相同；鋼板試片厚度為0.3cm、矽膠試片厚度為6.5cm、而聚氨酯試片厚度為2.5cm；如下表3所示，其係此三種待測材料與水的密度、聲速、及特徵阻抗值的比較。

第15圖及第16圖所示分別為三種不同待測材料在水中反射係數的幅度與相位的量測結果，其中實線代表鋼板、虛線代表矽膠、點線代表聚氨酯膠；由量測結果得知，鋼板在大部分頻段的反射係數量測值接近於1，表示當聲波由水中正向入射鋼板表面時，幾乎達到全反射；而矽膠與聚氨酯膠兩種軟性材料的反射係數較低，表示有部分的聲波能量被材料吸收；其中又以聚氨酯膠吸音效果較佳，尤其是其試片厚度約只有矽膠試片厚度的40%。

由於反射係數R之定義為反射聲波與入射聲波的聲壓比值，當聲波正向入射界面時，在滿足界面處壓力與法線方向速度連續的條件下，可求得反射係數為下數學式19所示：

其中，ρ、c分別表示介質的密度與聲波在介質中的速度；而由數學式19可知，當聲波由一介質入射到另一半無限長的介質時，兩不同介質的特徵阻抗愈接近，則反射係數愈小；且由表3可知三種材料中，鋼的特徵阻抗遠大於水，而PU膠的特徵阻抗與水的最接近，故鋼材之反射係數最大，而PU膠的反射係數最小；雖然數學式19適用於半無限長的介質，但由於水與鋼材的特徵阻抗差異極大，聲波由水體入射到鋼片時，大部分聲波會被反射，因此可利用數學式19來估算出反射係數；由數學式19得出的聲波在水與鋼片界面的反射係數為0.937，與實驗結果基本上吻合。

反射係數與聲學阻抗之關係式如下數學式20所示：

將前述試片反射係數量測結果代入數學式20即可求得待測材料的無因次聲阻抗值Z _L/ρc；若以水的特徵阻抗當作無因次化的參考值，則Z _L/ρc表示待測材料相對於水的無因次聲阻抗值；並如第17、18圖所示，其分別為自由液面與三種不同材料的無因次聲阻抗的幅度及相位；由第18圖可見，容易造成聲波全反射的兩種界面為自由液面與鋼板交界面，其擾動聲壓與介質質點運動速度間的相位差異約為90°。

藉此，可見本創作應用三參數校正方法，確實可據以量測材料在水中的聲波反射係數，且其實驗求得之數值與理論值更為吻合，具有高度之準確性，並具有實驗之可重複性者。

綜觀上述，本創作所揭露之技術手段不僅為前所未見，且確可達致預期之目的與功效，故兼具新穎性與進步性，誠屬專利法所稱之新型無誤，以其整體結構而言，確已符合專利法之法定要件，爰依法提出新型專利申請。

惟以上所述者，僅為本創作之較佳實施例，當不能以此作為限定本創作之實施範圍，即大凡依本創作申請專利範圍及說明書內容所作之等效變化與修飾，皆應仍屬於本創作專利涵蓋之範圍內。