CN102890116A - 一种声压移向测量吸声系数的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种声压移相测量吸声系数的方法，属于噪声领域。是按照下述步骤进行的：在需要测量的吸声材料正前方布置第一PVDF薄膜和第二PDVF薄膜，扬声器发出的声波经吸声材料两次反射后得到两个PVD薄膜处电压，所述电压经过电荷放大器放大，在经过瞬态波形存储器处理后输出给计算机，计算后得到吸声材料的吸声系数。本发明可以简单快捷的测量吸声系数，能够及时得到结果，不需要延时测量，所得到的结果误差小，结果可靠。

Description

一种声压移向测量吸声系数的方法
技术领域
本发明属于噪声领域，具体涉及一种吸声材料吸声系数的测量方法。 
背景技术
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有驻波管法和混响室法。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。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，需要延时；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。混响室法测量吸声材料的吸声系数的原理是通过测量混响时间得到吸声材料的吸声系数，但是用混响室法测量吸声材料的吸声系数也存在着一些缺点，主要有：1.各个混响室对同一材料的吸声系数的测量值有时差别很大，致使测量结果不具有可比性；2.吸声系数的大小随材料面积及其在室内位置等的变化而变化，且这些材料在中高频段的吸声系数有可能大于1。 
发明内容
本发明要解决的技术问题是吸声系数测量方法易产生误差、不能及时得到结果，提供一种减小误差、快速得到结果的声压移向测量吸声系数的方法。 
本发明的技术方案是以下述方式实现的：一种声压移相测量吸声系数的方法，是按照下述步骤进行的：在需要测量的吸声材料正前方布置第一PVDF薄膜和第二PDVF薄膜，扬声器发出的声波经吸声材料两次反射后得到两个PVD薄膜处电压，所述电压经过电荷放大器放大，在经过瞬态波形存储器处理后输出给计算机，计算后得到吸声材料的吸声系数。 
所述计算方法是按照下述步骤进行的： 
（1）将 延时得到声压；
（2）定义
Figure 2012104064291100002DEST_PATH_IMAGE003
；
（3）将
Figure 801863DEST_PATH_IMAGE004
延时
Figure DEST_PATH_IMAGE005
得到
Figure 901537DEST_PATH_IMAGE006
；
（4）将
Figure DEST_PATH_IMAGE007
延时
Figure 900717DEST_PATH_IMAGE005
得到声压
Figure 621286DEST_PATH_IMAGE008
；
（5）定义
Figure DEST_PATH_IMAGE009
；
（6）计算入射声压P i 和反射声压P r ；
（7）得到声压反射系数R；
（8）计算吸声系数α。
第二PVDF薄膜与第一PVDF薄膜之间的距离、第一PVDF薄膜和吸声材料之间的距离相等。 
所述第二PVDF薄膜与第一PVDF薄膜之间的距离之间的距离为2mm。 
所述第二PVDF薄膜与第一PVDF薄膜的厚度为0.5mm。 
本发明可以简单快捷的测量吸声系数，能够及时得到结果，不需要延时测量，所得到的结果误差小，结果可靠。 
附图说明
     图1是本发明测量原理图。 
具体实施方式
 如附图所示，一种声压移相测量吸声系数的方法，是按照下述步骤进行的：在需要测量的吸声材料正前方布置第一PVDF薄膜和第二PDVF薄膜，扬声器发出的声波经吸声材料两次反射后得到两个PVD薄膜处电压，所述电压经过电荷放大器放大，在经过瞬态波形存储器处理后输出给计算机，计算后得到吸声材料的吸声系数。所述第一PVDF薄膜是离吸声材料最近的，第二PVDF薄膜是离吸声材料较远的。吸声材料样本的形状长度为200mm，宽度为200mm。 
在于所述计算方法是按照下述步骤进行的： 
（1）将
Figure 909179DEST_PATH_IMAGE001
延时
Figure 937178DEST_PATH_IMAGE010
得到声压
Figure 56444DEST_PATH_IMAGE002
；
（2）定义
Figure 682335DEST_PATH_IMAGE003
；
（3）将
Figure 519841DEST_PATH_IMAGE004
延时
Figure 23634DEST_PATH_IMAGE005
得到
Figure 325303DEST_PATH_IMAGE006
；
（4）将延时
Figure 446897DEST_PATH_IMAGE005
得到声压
Figure 754382DEST_PATH_IMAGE008
；
（5）定义
Figure 644978DEST_PATH_IMAGE009
；
（6）计算入射声压P i 和反射声压P r ；
（7）得到声压反射系数R；
（8）计算吸声系数α。
本发明中，第二PVDF薄膜与第一PVDF薄膜之间的距离、第一PVDF薄膜和吸声材料之间的距离相等，均为2mm。所述第二PVDF薄膜与第一PVDF薄膜的厚度为0.5mm。 
具体测量时，两片PVDF薄膜（聚偏氟乙烯薄膜）的作用相当于传感器，在两片PVDF薄膜测得的电压信号分别经过
Figure 379715DEST_PATH_IMAGE005
的时间延迟（其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE011
，
Figure 192531DEST_PATH_IMAGE012
为两片PVDF薄膜之间的距离，
Figure DEST_PATH_IMAGE013
为声波在空气中传播的速度），并进行相应的计算得到吸声材料表面的入射声压和反射声压。由吸声材料表面的入射声压和反射声压就可以得到吸声材料的吸声系数。 
其理论推导如下。 
当声波入射到PVDF的表面时，PVDF表面会被极化，在表面上形成电压差。声波的声压与PVDF的电压的关系为： 
Figure 303706DEST_PATH_IMAGE014
                                         (1)
其中为PVDF上的电压，
Figure 189754DEST_PATH_IMAGE016
为入射到PVDF表面声波的声压，
Figure DEST_PATH_IMAGE017
为PVDF的电压与声波的声压的比值
Figure 593928DEST_PATH_IMAGE018
                                 (2)
其中
Figure DEST_PATH_IMAGE019
为PVDF的厚度，分别为空气和PVDF的声阻抗率，
Figure DEST_PATH_IMAGE021
为PVDF的介电常数，
Figure 214713DEST_PATH_IMAGE022
为PVDF的压电常数。
假设入射声波为平面声波，因此入射声波与反射声波可以表示为： 
Figure DEST_PATH_IMAGE023
                             (3) 
Figure 453803DEST_PATH_IMAGE024
                             (4)
上式中
Figure 2012104064291100002DEST_PATH_IMAGE025
为声波的波数，
Figure 468026DEST_PATH_IMAGE026
为声波的圆频率。
当在PVDF传感器上作用一个力
Figure 51454DEST_PATH_IMAGE016
时，由公式（1）可得： 
                          (5)
因此在PVDF 1与PVDF 2处得到的电压信号为：
                              (6) 
Figure DEST_PATH_IMAGE029
                  (7)
上式中
Figure 598028DEST_PATH_IMAGE010
为声波在两个PVDF传播的时间，
Figure 845470DEST_PATH_IMAGE011
，为声波在空气中传播的速度。如果将
Figure 349361DEST_PATH_IMAGE001
延时
Figure 189141DEST_PATH_IMAGE005
，那么得到：
Figure 607484DEST_PATH_IMAGE002
                        (8)
定义
Figure 837608DEST_PATH_IMAGE004
为：
Figure 130924DEST_PATH_IMAGE003
                         (9)
将延时
Figure 414455DEST_PATH_IMAGE005
得
Figure 397455DEST_PATH_IMAGE006
：
Figure 730347DEST_PATH_IMAGE030
         (10)
同理，将
Figure 715358DEST_PATH_IMAGE007
延时
Figure 803400DEST_PATH_IMAGE005
，得到：
                        (11)
定义
Figure 144700DEST_PATH_IMAGE009
为：
Figure DEST_PATH_IMAGE031
Figure 921900DEST_PATH_IMAGE032
      (12)
由式(7)，(12)得：
Figure DEST_PATH_IMAGE033
                               (13) 
Figure 118527DEST_PATH_IMAGE034
                         (14)
由公式(13)，(14)得入射声压与反射声压为：
Figure DEST_PATH_IMAGE035
                             (15)
 
Figure 748222DEST_PATH_IMAGE036
                                    (16)
由公式(15)和公式16)就可得到压电材料表面的吸声系数。公式(15)计算所得的
Figure DEST_PATH_IMAGE037
是反射声波在PVDF 1处的反射声压，在吸声材料表面的入射声压与反射声压为：
Figure 915593DEST_PATH_IMAGE038
                                   (17)
声压反射系数为：
Figure DEST_PATH_IMAGE039
                          (18)
则吸声材料的吸声系数可以表示为：
Figure 681872DEST_PATH_IMAGE040
                                            (19) 。

Claims (5)

1. 一种声压移相测量吸声系数的方法，其特征在于是按照下述步骤进行的：在需要测量的吸声材料正前方布置第一PVDF薄膜和第二PDVF薄膜，扬声器发出的声波经吸声材料两次反射后得到两个PVD薄膜处电压，所述电压经过电荷放大器放大，在经过瞬态波形存储器处理后输出给计算机，计算后得到吸声材料的吸声系数。
2. 根据权利要求1所述的声压移相测量吸声系数的方法，其特征在于所述计算方法是按照下述步骤进行的：
（1）将                                               
Figure 2012104064291100001DEST_PATH_IMAGE002
延时
Figure 2012104064291100001DEST_PATH_IMAGE004
得到声压
Figure 2012104064291100001DEST_PATH_IMAGE006
；
（2）定义
Figure 2012104064291100001DEST_PATH_IMAGE008
；
（3）将
Figure 2012104064291100001DEST_PATH_IMAGE010
延时得到；
（4）将延时得到声压；
（5）定义
Figure 2012104064291100001DEST_PATH_IMAGE020
；
（6）计算入射声压P i 和反射声压P r ；
（7）得到声压反射系数R；
（8）计算吸声系数α。
3. 根据权利要求1所述的声压移向测量吸声系数的方法，其特征在于：第二PVDF薄膜与第一PVDF薄膜之间的距离、第一PVDF薄膜和吸声材料之间的距离相等。
4. 根据权利要求3所述的声压移向测量吸声系数的方法，其特征在于：所述第二PVDF薄膜与第一PVDF薄膜之间的距离之间的距离为2mm。
5. 根据权利要求1所述的声压移向测量吸声系数的方法，其特征在于：所述第二PVDF薄膜与第一PVDF薄膜的厚度为0.5mm。
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