基于四传感器法的隔声量测量系统

    0 引言

    噪声污染是社会四大污染之一,各国政府都在花费大量的人力和物力对其进行控制和治理。声学材料作为降低噪声、改善声环境的有效措施,已广泛应用于工厂、城市交通、公共建筑以及媒体传播行业。隔声量是评价声学材料性能的重要参数之一,声学材料的隔声量越大,表明该材料对噪声的隔声效果越好。目前关于隔声量测量的国家标准只有混响室一种,但此方法需要专门的测试环境和测试仪器,测试周期较长,测试费用较贵,不能满足实验室声学材料的研究。

    因此,本文采用四传感器法[1],设计了隔声量测量系统。该系统测量隔声量方便,精确度高,便于实验室声学材料性能的测试及研究。

    1 四传感器法的隔声量测量原理

    四传感器法的隔声量测量原理图如图1所示。信号发生器产生的信号,经扬声器变为声波进入声源管后产生平面声波A,遇测试样品,一部分被吸收,一部分被发射,形成反射平面声波B;一部分经测试样品,进入接收管,形成平面声波C;平面声波C遇吸声末端,一部分被吸收,一部分被反射,形成反射平面声波D。在测试样品前后分别放置两个传声器,用于测量所在位置处的声压。那么可以推得四传感器法测量声压投射系数的计算公式[1]为:

    式中, X1, X2, X3, X4分别是传声器距离测试样品表面的距离; P1, P2, P3, P4分别是各个传声器在所在位置测得的复声压; k是波数[2],其计算公式为:

    式中, f是驻波管中声波的频率, C是驻波管中声波的传播速度[2],其计算公式为:

    式中, T是空气温度(K)。

    由此,可得隔声量计算公式[3]:

TL=-20lg |tp|

    2 隔声量测量系统的构成及其测试方法

    该测量系统由阻抗管、音频放大器、扬声器、B&K公司的Pulse系统及其传声器、隔声量计算软件组成,其结构框图如图2所示。

    Pulse系统发出音频信号,经音频放大器放大后,通过扬声器转换成声波进入阻抗管。阻抗管中的4个传声器所测得的声压信号转换成电压信号,送入Pulse系统。Pulse系统进行相应的傅立叶变化及互谱计算,得到计算软件所需值。将其代入计算软件,便可算出该测试样品的隔声量。该系统的实物图如图3所示。

    2.1 阻抗管

    阻抗管实际上是由声源管和接收管两个管组成,测试样品被夹放在两管之间。声源管内的一端放置喇叭,用于在阻抗管内产生声波;接收管用于接收透射过来的声波,其末端为吸声尖劈,用于吸收透射声波。

    在隔声量测量系统中,所应用的四传感器隔声量测量理论所要求的声波为平面声波,而扬声器除了会产生平面波外,扬声器一般还会产生非平面波模式。这些频率低于第一个高次波模式的截止频率的非平面波模式,将在大约三倍管径的距离内衰减掉。因此,阻抗管应足够长,以便在声源和试件之间产生平面波,该阻抗管符合此要求。