基于倒频谱方法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是驻波管法[1~4]。它的测量原理是：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，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[5~9]；（5）入射声波必须为平面简谐声波，而且声波的上下限频率受到驻波管尺寸的限制。国内外在研究吸声系数的测量方法上主要有脉冲相应法，声压法，干涉图案法，傅立叶分析法和双传声器法[6~9]，但是这些方法的测量前提是入射声波必须是平面简谐声波，当入射声波不是平面简谐声波而是随机入射声波时，上述的测量方法就行不通。本文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反射系数表征的，因此通过测量吸声材料的反射系数就可以得到吸声材料在某一频率的吸声系数。基于此，本文用一个麦克风作为传感器放置于吸声材料表面很近的地方，根据麦克风传感器测得的声压得到声压的倒频谱与取消吸声材料以后得到的倒频谱相互比较，求出吸声材料的反射系数，从而得到吸声材料的吸声系数。最后进行了实验，首先研究了麦克风距离吸声材料表面之间的距离与测得的吸声系数的关系；然后，研究了麦克风放置的位置以及被测吸声材料的面积与测得的吸声系数的关系；最后，对不同的吸声材料进行了实验。实验结果表明，在随机声波入射下，用该方法测量吸声系数是方便可行的。

    2 测量方法的理论分析

    基于倒频谱分析的吸声系数测量方法的装置，如图1 所示。

    如图 1 所示，稳态随机声波在麦克风处的声压为 p（t），在麦克风处的入射声压为 pi（t），麦克风与吸声材料的距离是 d。麦克风处的声压可以表示为：

p（t）=pi（t）+Rpi（t-τ） （1）

    式中：τ—声波从麦克风入射到吸声材料后再反射到吸声材料的时间，；c—声波在空气中的传播速度；R—声波的反射系数。利用 δ 函数的性质改写公式（1）得：