结构隔声测试方法实验研究

    声学测试技术在声学理论研究和工程应用占有非常重要的基础性地位。结构隔声测试是声学测试的主要内容之一,在结构声学设计、环境噪声控制、建筑声学和国防工业等领域应用广泛。目前,结构隔声测试方法主要有隔声室法、声波导管法和自由场法等3大类[1, 2]。其中,隔声室法和声波导管法是实际应用中常用的两类基本测试方法,但其仍存在一定的局限性,如对样品固定方式的敏感性、对样品尺寸的限制问题、对硬件设施和测试设备的要求(如需要专门的隔声室或声管设备),以及只能测试预制样品等,这些因素导致测试结果具有不同程度的不确定性,对结构隔声性能的准确评估带来了一定困难[3~5]。相比较而言,在满足自由场条件下,自由场法(尤其是自由场脉冲法)却可以弥补上述方法的诸多不足,斜入射和垂直入射均可,对测试场所、样品尺寸及其固定方式等也无特殊要求,测试原理简单容易实现,既没有隔声室法的侧向传声和吸声修正问题,也没有声管法的测试带宽和入射角度问题,特别适用于工程现场测试[4, 5]。

    目前,测试精度和可靠性是影响自由场脉冲法在结构隔声测试领域进一步推广应用的主要问题。其原因如下:

    第一、自由场条件的获取问题。一般地,为获取自由场测试条件,必须解决好边界反射和样品板的边缘衍射的去除问题[6]。传统观点认为,声脉冲技术在去除边界反射方面可以做到,脉宽也尚可满足测试要求;但是,因边缘衍射声程通常小于边界反射声程,若要去除边缘衍射,脉宽需要做到更短,基本在毫秒级,恐难保证测试结果的可靠性和测试的精度。

    第二、测试信噪比问题。一般来讲,测试信噪比与测试信号类型、有效测试带宽、峰值因数、脉宽宽度、系统增益、系统时间常数、系统频响特性和本底噪声特性等因素有关,甚至互相制约[7]。因此,在有限脉宽下,尤其是宽带测试,实现足够高的测试信噪比,保证测试的精度和可靠性,并非易事。

    为验证上述观点,也为解决上述问题,在引入虚拟仪器技术的基础上,以垂直入射结构隔声测试为切入点,结合实际测试条件,并提出样品等效放大技术和组合宽带发射技术,对边缘衍射时域分离技术在自由场结构隔声测试中应用的可行性进行实验研究。

    1 理论基础

    1. 1 自由场隔声测试原理

    隔声量是评估材料结构隔声效果优劣的经典评价参数之一。其定义如下[8]

TL =10lg1/S(1)

    式中:S为隔声材料结构的透声系数。

    由隔声量定义易确定自由场法的隔声测试原理,即分别测定样板前后的直达波和透射波的声压级,然后理论计算两者之差来获得被测材料结构的隔声量,亦即