基于声压移相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。在噪声控制中，吸声系数是噪声控制的一个关键技术指标。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。

    同时，国内外学者还提出了其他的一些测量方法，测量方法的原理是：平面声波垂直入射平铺的吸声材料，在吸声材料上方放置两个传声器，传声器离开吸声材料表面的距离分别为 d1，d2。测量两测量点的声压级，然后计算材料的吸声系数。所用理论方法一般有：傅立叶变换法、脉冲响应函数法、等等，他们也各有优缺点。提出了另外一种理论方法。该方法用两个麦克风等间距布置在吸声材料的正前方，将两个麦克风所测得的声压进行移相并相互叠加，得出了吸声材料的反射系数，从而得到吸声材料的吸声系数。最后对某一吸声材料进行了实验，并将实验结果与驻波管法以及混响室法测得的结果进行了对比，实验结果表明，用本方法测得的吸声系数在中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，两个麦克风传感器与吸声材料的布置，如图1 所示。图1 中简谐平面声波的入射声压为 pi（）t，两个麦克风与吸声材料等间距布置，相互间距为d，设坐标原点位于麦克风1 处，方向向右为正方向。由于前面已经假设远场声波为简谐平面声波，因此入射声波与反射声波可以表示为：

pi（x，t）＝piej(ωt-kx)（1）

pr（x，t）＝prej(ωt+kx)（2）

    式中：k—声波的波数；ω—声波的圆频率。在麦克风 1 与麦克风 2处得到的声压信号为：

p1（t）=pi（0，t）+pr（0，t） （3）

p2（t）=pi（d，t）+pr（d，t）=pi（0，t+τ）+pr（0，t-τ） （4）

    上式中 τ 为声波在两个麦克风传播的时间，τ=dc，c 为声波在空气中传播的速度。如果将 p1（t）延时 τ，那么得到：

    p1τ（t）=p1（t-τ）=pi（0，t-τ）+pr（0，t-τ） （5）

    定义 p3（t）为：p3（t）=p1τ-p2=pi（0，t-τ）-pi（0，t+τ） （6）