切向流条件下穿孔板声学性能脉冲法测量技术

    在实际噪声控制工程中，穿孔板吸声体得到广泛的应用。穿孔板共振结构不仅广泛运用在无流的工作环境，而且也广泛地应用于航空发动机消声通道等结构表面存在切向流的特殊场合，因此需要考虑气流对穿孔板声学性能的影响。对于无流条件下的穿孔板吸声结构的理论推导与计算已经非常成熟[1, 2]，目前对有流条件下的穿孔板的研究主要是基于其声阻抗。研究方法是利用声阻抗的定义：压与其质点速度之比[3]。一般采用的是单频声源进行测量，测量步骤比较繁琐[4],测量的频率范围也比较窄，而采用双传声器法测量可以做到宽频测量，但存在传声器之间相位匹配的问题。

    近来，侯宏，孙亮等人基于逆滤波器原理，在管道内产生了良好的脉冲声[5, 6]，并测量了多孔材料的声阻抗和吸声系数。在先前的研究基础上，本文对测量设备进行了改进，可以实现在不同流速下的测量，并基于脉冲声方法实现了宽频带有流条件下穿孔板吸声性能的测量，为现有的方法提供了一种可替代的测量方法。下面详细介绍改进的实验装置以及测量结果。

    1 实验装置

    实验系统由计算机、脉冲声源、圆柱管、通流装置和1/4英寸传声器等组成，声管为内径为27 mm的不锈钢管，一端与脉冲声源相连，在距声管末端19.8cm 处开一个截面为 25 mm×25 mm 的狭缝，其中一端与一过渡装置连接及通风机连接，目的是增加气流的速度以及使气流能平稳的通过材料的表面；通风机与调压器连接，用以调节风机的风速。目前可实现的调节范围为0～20 m/s。脉冲声源和传声器分别连接功率放大器和信号调理器，适配器NIBN c 2 090，NI6 062 E 数据采集卡由计算机控制。下图1为实验装置图。

    2 实验原理

    利用扬声器产生1 ms左右的脉冲声信号(脉冲声产生原理详见文献5)，通过分离入射波与反射波得到材料的复反射系数，利用公式（2），可计算声阻抗率。文献7提到，穿孔板的声阻抗率与流管的声阻抗率（未放置材料）是代数相加的关系，因此可以通过分别测量两者的声阻抗而得到穿孔板的声阻抗率。具体定义如下

    其中 p-(w) ，p+(w) ，为反射波与入射波声压，W(w) 为反射系数，Z为声阻抗率；α 为吸声系数；r、x分别为穿孔板的声阻率和声抗率；D为空腔深度；c为声速。

    利用所得到的声阻抗率，并假设一定厚度的后空腔，利用文献8提到的公式（3），计算此时穿孔板在通流条件下的吸声性能。

    3 实验结果分析

    实验采用两种脉冲：衰减正弦信号和巴特沃斯脉冲信号。图2和图3为其时域图及频谱图。实验采用穿孔板为（铁片）孔径为1 mm，板厚为0.4 mm，穿孔率为3.14 %将穿孔板置于通风口的上表面（如图1号位置），利用上述两种脉冲信号进行测量，结果如下