基于阻抗反演技术的现场吸声测量研究

    引　言

    管道测量方法(如驻波管和阻抗管法)是基于完全平面波入射条件下的测量方法,所需样品面积较小,测量简便易行,且测量结果准确。而实际应用中,由于现场对某些界面材料进行吸声系数的实地测量往往不满足平面波入射条件,因此,在过去的研究中,人们先后提出许多在体吸声系数测量方法。

    1951年,Ingard和Bolt首次提出自由场条件下大样品吸声系数测量方法[1],通过分别测量理想硬反射界面和待测样本表面的反射系数而得到吸声系数。限于当时的条件,这种方法并没有得到广泛的应用。但它却为近年来在体现吸声测量技术的发展奠定了基础[2～4]。Klein和Cops提出了自由场条件下斜入射吸声系数的测量方法[5],其思路和声管驻波比法类似,即通过分别测量样本表面的多个点声压,得到表面处的驻波比,然后通过理论公式计算得到表面的阻抗比和吸声系数。该方法可以称之为“单传声器法”。

    在自由场测量技术中,应用最为广泛和普遍的是双传声器法[6～9]。该方法和声管传递函数法类似,通过测量样本表面两处的传递函数,得到表面阻抗。与单传声器法相比,最大的优点是通过互相关处理可以将环境噪声干扰消除。

    近年来,随着计算机技术和数字信号处理技术的发展,脉冲回波法吸声测量技术得到了很大发展。该方法测量样本表面的脉冲响应信号,分别通过加窗或相减方法将入射脉冲和反射脉冲分离,计算得到样本的吸声系数[10～13]。文献[14]介绍了利用MLS序列作为入射脉冲,通过测量直达波和经由路面的反射波而解算吸声系数的方法。该方法在公路路吸声测量中已经得到了广泛应用。

    上述各种吸声测量方法均依赖于平面波的假设,但在实际情形中,随着入射波频率的降低,这个条件不再成立。有相当多的文献就平面波适用性问题进行了深入研究[15～17]。其中,Nobile和Hayek针对球面波传播问题进行了解析解的推导[17],并给出了相应的简化理论公式和数值求解方法。

    利用脉冲法测量吸声系数,操作简单易行。而以往的测量方法是直接基于球面波修正系数进行吸声系数的计算,结果较为粗糙[18～21]。本文在普通房间内首先生成了一球面脉冲,利用时域矩形窗函数将入射波和反射波分离,按照文献[14]标准测得材料表面的吸声系数,然后利用此球面波反射系数反演得到其平面波表面阻抗,并进一步得到其吸声系数。从反演结果来看,本方法反演结果和B&K4206阻抗管测量结果吻合较好,且测量过程采用单传声器法,避免了以往双传声器法的不足,从而为现场吸声测量技术提供了一种新的技术途径。

    1　测量原理