现场测量吸声系数方法概述

    1 引言

    目前声学材料的吸声系数测量方法主要有 2 种[1]：驻波管法和混响室法。驻波管方法有较多分支，主要分为单传声器驻波比法和双传声器的传递函数法。 这 2种方法可以较为准确地测量声波垂直入射情况下的吸声系数。

    驻波管法测量步骤繁琐， 要求将材料按照一定规格准确切割，将被测材料放入驻波管中进行测量。由于材料和管壁之间不能准确吻合， 使测量结果存在一定误差，并且该方法只能测量垂直入射的情况，实验室环境下测量得到的结果并不能完全反映吸声材料在现场实际使用中的吸声性能。

    混响室法需要在体积较大的混响室内进行， 一般要求试件面积在 10～12 m2， 声源设备为无指向性扬声器或扬声器组，在测量低频时还需要变换扬声器位置。混响室方法能够测量吸声材料在扩散场中的性能，较为接近实际使用时的情况。但由于混响室本身的限制，使该方法无法大规模应用，测量周期也较长。

    如何准确地现场测量材料的吸声系数已成为声学工程中的一个重要问题[2-4]。 自 20 世纪 70 年代以来，由Allard 等提出的反射法得到了很好的发展， 能够在一定程度满足实际中的要求。

    2  Allard双传声器阻抗法

    自由场情况下测量吸声系数， 最为著名的方法是Allard 的双传声器方法[3]。 通过测量吸声材料表面的声阻抗率来估计吸声系数，具体的实验设置如图 1 所示。

    其中，R 为扬声器与被测材料之间的距离，M1和M2代表 2 个传声器， △r 为 2 个传声器之间的距离，d为传声器中点 M 点与被测材料之间的距离。

    M 点处的声压可近似表示为 p=（p1+p2）/2。

    质点速度可以表示为

v=（p2-p1）/jωρ△r （1）

    M点处的法向声阻抗率为

    其中 H（ω）=p2/p1，易得材料表面的法向声阻抗率为

    可得反射系数为 r=（Z-1）/（Z+1），吸声系数为α=1- r2。

    该方法原理简单清晰，实验设置简单。 但是由于激励声源扬声器的限制， 主要存在两方面的问题：无法产生准确的平面波，需要增大扬声器和被测材料的距离来近似得到平面波，或者在模型中引入球面波来进行计算，由此引入新的误差；对测量环境有较高的要求，只能在消声室或者空间较大的环境下对面积较大的材料进行测量。 当测量环境空间较小时，吸声材料以外其他壁面的反射声对结果有较大的干扰，严重影响该方法的普及应用。

    3 PU矢量探头法

    PU 探头是由 Microflown 公司于 20 世纪 90 年代发明的，通过测量 2 根距离 30 μm 的铂金丝之间的温度差来得到测试位置的声压和质点速度[5]，如图 2 所示。