对两种吸声系数测量方法的讨论

    常用吸声系数的测量方法是阻抗管法和混响室法[1]。阻抗管法包括驻波比法(SWR)和传递函数法(TTF)。测量时,样品紧贴刚性背衬,通过反射波和入射波信号解算出吸声系数。混响室法测量时,被测样品也是紧贴刚性背衬,通过测量有无样品时房间的混响时间计算吸声系数。有背衬的测量条件与声学材料的实际应用环境是相似的,但无背衬时测量的吸声系数更能反映材料的吸声特性。我们将这两类测量方法分别称之为反射法测量和透射法测量。从已发表的文献来看,背衬对吸声特性的研究主要集中在水下[2, 3]。空气声中两类方法测量的吸声系数差异很少讨论。主要原因也许是现有的阻抗管法或混响室法测量原理本身所决定的,如样品安装方式以及所用的单频或宽带连续声波使透射波、反射波与入射波的分离比较困难。

    近年来,脉冲声测量成为一种适宜于现场吸声与隔声测量的方法。本文利用一套自行设计的管道脉冲吸声测量系统,对某种吸声材料进行了反射法测量和透射法测量,得到两类不同测量条件下吸声系数特征,对结果进行了分析讨论。

    1 管道脉冲吸声测量系统

    管道脉冲吸声测量系统由计算机、扬声器单元、钢性圆柱管(长度为135 mm,内外直径分别为27 mm和34 mm)和1/4英寸传声器等组成,如图1所示。

    在管道中,根据管道中脉冲声波产生方法[4],产生一列长度为1 ms的巴特沃斯脉冲声信号,其时域波形和幅度谱如图2所示。根据圆柱声波导管截止频率公式1.84c0/2pia(c0为声速, a为管径)[5],知(0,0)次沿轴向传播的截止频率为7 380Hz,所产生的声波是一种沿管道轴向传播的脉冲声波。

    2 吸声系数测量结果及讨论

    2.1 反射法测量

    根据空气中声波的传播速度340 m/s以及脉冲持续时间1 ms,单程34 cm的管长(双程为17 cm)即可把管中的入射波与反射波分开。反射法测量时,将加工好的厚度为2 cm的黑色聚氨酯,垂直放置于管道末端,将后盖紧贴于样品旋紧。如图1中情况A传声器1与样品表面垂直距离为24 cm,则反射脉冲与入射脉冲空间间隔为24@2=48 cm>34 cm,因此,传声器1接收到的反射脉冲与入射脉冲可以完全分开,如图3(a)所示。根据式(1)计算获得在各频点上吸声系数数值。

    其中,B(f)为声压反射系数,A(f)为吸声系数。pr(f)和pi(f)分别为反射波和入射波声压的幅度谱。用B&K4206阻抗管对同种材料进行了吸声系数测量,结果对比如图3(b)所示。另外,可以由入射波和反射波信号计算入射能量Ei和反射能量Er(时域和频域计算结果相近),根据式(2)计算得到待测样品的平均吸声系数为0.57。

    2.2 透射法测量