基于特性阻抗的测量吸声系数的一种新方法

    1 引言

    吸声降噪是利用吸声材料或吸声结构来降低噪声。吸声材料吸声的机理是: 声波入射到吸声材料时, 由于吸声材料的阻尼作用, 一部分声波被吸声材料吸收消耗掉, 一部分声波被反射回去。因此, 吸声系数定义为吸声材料吸收的声能与入射声波的声能的比值。传统的吸声系数测量方法主要有驻波管法和混响室法[1]。驻波管法的测量原理是: 平面垂直入射声波在驻波管中会形成驻波, 从而出现声压的最大值与最小值, 根据测量得到的声压最大值与最小值的比值得到吸声材料的吸声系数。但是用驻波管法测量吸声材料的吸声系数存在着一些缺点, 主要有:

    ( 1) 探头搜寻声压的最大值与最小值时会引起误差;

    ( 2) 不能即时得到吸声材料的吸声系数, 需要延时;

    ( 3) 对如沙等松散材料的吸声系数测量就无能为力;

    ( 4) 吸声材料样品的尺寸要和驻波管的尺寸精密配合, 否则就会带来很大的误差。

    混响室法测量吸声材料的吸声系数的原理是通过测量混响时间得到吸声材料的吸声系数, 但是用混响室法测量吸声材料的吸声系数也存在着一些缺点, 主要有:

    ( 1) 各个混响室对同一材料的吸声系数的测量值有时差别很大, 致使测量结果不具有可比性;

    ( 2) 吸声系数的大小随材料面积及其在室内位置等的变化而变化, 且这些材料在中高频段的吸声系数有可能大于 1。

    因此, 为了克服驻波管法和混响室法测量吸声系数的缺点,就必须找到一种简单快捷的测量方法, 正是基于这个目的而提出的。

    由于吸声材料的吸声系数是由吸声材料表面特性阻抗表征的, 因此通过测量吸声材料的表面特性阻抗就可以得到吸声材料在某一频率的吸声系数。基于此, 用两个麦克风作为传感器等间距放置于吸声材料表面很近的地方, 测得两个麦克风传感器的声压, 得到两个麦克风传感器中间点的声压, 根据测得的声压求出吸声材料表面的特性阻抗, 从而得到吸声材料的吸声系数。最后, 用某一种吸声材料进行实验, 将用本方法测得的吸声系数与驻波管法和混响室法测得的吸声系数进行了对比, 实验结果表明, 用本方法测得的吸声系数在低频时与用其他两种方法得到的吸声系数基本相同, 在高频时与用其他两种方法得到的吸声系数有一定误差。

    2 测量方法的理论分析

    假定垂直入射的声波是远场简谐平面声波, 则两个麦克风传感器与吸声材料的布置, 如图 1 所示。