阻抗管法测量声学材料吸声系数.doc

实验八 阻抗管法测量声学材料吸声系数
一、 实验目的
掌握用阻抗管法测量吸声材料吸声系数、声阻抗率的原理及操作方法。
二、 实验要求
1. 了解BK阻抗管4206型的结构原理及功能；
2. 掌握Pulse 3560C测量声学材料的吸声系数的程序。
三、 实验环境
1. BK4206阻抗管套件
2. 被测材料：海绵样品 直径100㎜
3. BK声学测量软件平台 9.0
4. Pulse 3560C前端
5. 功率放大器BK2716C
6. 通用计算机及 M6k
7. 声级校准器4321
四、 实验内容、步骤
1. 实验内容：测量海绵样品(纳米材料或自选声学材料)的吸声系数。测量系统如图8所示。
图8.1 阻抗管测量吸声系数系统连接示意图

2. 实验原理：
组抗管测量材料吸声性能的原理是基于传递函数法。其原理是将宽带稳态随机信号分解成入射波pi和反射波pr， pi 和pr大小由安装在管上的两个传声器测得的声压决定，如图8.2所示。其中s为双传声器的间距， l为传声器2至基准面（测量表面）的距离。入射波声压和反射波声压分别可写为：

图8.2 阻抗管测量原理示意图
X
式中，PI是基准面上pi的幅值，PR是基准面上pr的幅值。

两个传声器位置处的声压分别为：

入射波的传递函数Hi为：

其中s为两个传声器之间的距离, 反射波的传递函数Hr为：

总声场的的传递函数H12可由p1、p2获得，并有PR = rPI

使用Hi、Hr改写上式

反射系数r可通过测得的传递函数、距离s、l和波数k0确定。因此，吸声系数和阻抗率分别为：

3. 实验步骤：
a. 按图8.1连接并将大管接入系统，将双传声器BK4187与相应的专用测量电缆连接后，插入阻抗管相应的传声器位置处。安装时，先松开测量管上传感器插孔的锁紧螺母，然后将传声器轻轻插入孔内到指定位置，并锁紧螺母。传声器A插入位置2，传声器B插入位置3，不用的插孔用哑元封堵；同时将传声器A接入前端3通道，B接入前端4通道；前端输出通道1与BK2716C通道1输入端相连，对应得输出接入阻抗管的声源激励端；检查无误后，打开计算机、功放及前端电源，注意功率放大器增益放至最小一档。
b. 在PULSE软件平台的应用程序中，选择材料试验程序，点击大管并打开程序，进行相关设置.
c. 通道校准(每次必须执行，只在使用同一PULSE项目，同一序列号传声器，同一管子时可以跳过) 。
取出4187麦克风对，使用4231校准器，进行常规的幅值增益校准。
d. 信噪比测量
分别选择背景噪声测量和信号测量(建议按照先背景后信号的顺序进行)，系统将自动计算信噪比，如果在测量完成后没有警告出现，即可继续下一步 ；
在测量时，建议选择Autorange自动定量程以避免发生过载 。
e. 传递函数修正
分别选择互换麦克风位置测量和正常麦克风位置测量(建议按先互换、后常规的顺序进行)，系统将自动完成修正(两次测量的传递函数作几何平均)。
如果在测量完成后没有警告出现即可继续下一步(在分析频率范围高达6.4kHz时，一般幅值误差均能满足容限差，但是可能出现相位误差超出容限值，这时可以返回第一步的设置栏，调大相位误差容限) 。
在测量时，一般选择Autorange自动定量程 。
f. 样品测量
在Add New Measurnent中添加测量次数和样品名称然后点击Add加入添加信息，之后即可Meausrment Control栏中选中某个按Start进行测量 。
g. 后处理
在Average栏可以按照管的类型，输入平均后希望出现的名称，选择某几次测量结果，点击Average进行平均 ；
在Combine栏可以组合大管和小管的测量数据后点击Combien进行组合 。
五、 实验结果
1. 绘出两种材料的吸声系数数据及曲线（按1/3倍频程）。
序号
中心频率（Hz）
材料吸声系数α
1
50
0.1821
2
63
0.1376
3
80
0.0992
4
100
0.0800
5
125
0.0634
6
160
0.0700
7
200
0.0794
8
250
0.0943
9
315
0.1117
10
400
0.1346
11
500
0.1596
12
630
0.1866
13
800
0.2182
14
1000
0.2482
15
1250
0.2836
16
1600
0.3291
17
2000
0.4180
18
2500
0.5203
19
3150
0.6223
20
4000
0.6666
21
5000
0.6591
22
6300
0.6621

2. 对测量结果的分析，改进意见。
由图可以看出测试材料对低频和高频的声波吸收系数很大，而对中频声波吸声系数较小。
为了提高测量的精度和准确性，试件的形状和大小应该尽量与阻抗管保持一致，不能过大使材料挤压变形，也不能有缝隙使声音从缝隙中透过。在测量材料吸声系数时可使用短脉冲，避免入射声和反射声叠加而产生干扰。
六、 讨论思考题
这种方法测量的吸声系数和混响室法测量的吸声系数有什么区别？各有什么优缺点？
混响室法测得的是无规人射吸声系数，它能用于测试横向和法向有明显不同结构的材料的吸声系数，但要求较大面积的测试样品。而阻抗管测法对材料的法向人射吸声系数和法向声阻抗率可做精确的测量，测试样品面积只需与阻抗管的横切面面积相等即可。