CN103675097A - 一种材料法向入射吸声系数及声阻抗的测量系统 - Google Patents

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刘海生
杨春庄
李文婷
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本发明涉及一种材料法向入射吸声系数及声阻抗的测量系统，所述的测量系统包括信号发射模块、阻抗管、信号采集模块、信号处理模块、信号显示模块和报表生成模块，所述的信号发射模块、阻抗管、信号采集模块依次连接，所述的信号处理模块分别连接信号采集模块、信号显示模块和报表生成模块；信号发射模块向阻抗管内发出单频正弦声信号，信号采集模块对阻抗管内的声压信号进行实时采集并传输给信号处理模块，信号处理模块将接收到的实时声压信号通过信号显示模块显示，并采用驻波比法计算出材料法向入射吸声系数及声阻抗，最后将计算结果通过报表生成模块生成并存储测试报告。与现有技术相比，本发明具有测量过程直观、测量精度和效率高等优点。

Description

一种材料法向入射吸声系数及声阻抗的测量系统
技术领域
本发明涉及一种声学领域的测量技术，尤其是涉及一种材料法向入射吸声系数及声阻抗的测量系统。
背景技术
当声波入射到吸声材料时，一部分声波被吸收，另外一部分被反射。因此，吸声系数被定义为吸声材料吸收声能与入射声能的比值，反映材料吸声能力的强弱。驻波比法测得的是材料法向入射吸声系数及声阻抗，通常用于材料吸声性能对比，以及有限元/边界元声场预测模型建模。驻波比法的测量原理是：平面法向入射声波和从材料表面反射的声波在驻波管内形成驻波，从而出现声压的极大值与极小值，根据测量得到的声压极大值与极小值的比值，以及第一极小值与材料表面的距离，经计算可得到吸声材料的法向入射吸声系数及声阻抗。准确地测量材料法向入射吸声系数及声阻抗是进行吸声材料研制，建立声场预测模型的重要依据，对环境噪声控制技术的发展和工程实践具有重要意义。
传统测试方法受制于模拟测量系统的显示精度，在测量声压极大值、极小值和第一极小值的位置时，精度差、效率低；测试结果及测试报告须经人工计算和编辑才能得到，效率低，易出差错。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述已有测量技术存在的缺陷而提供一种测量过程直观、精确快速的材料法向入射吸声系数及声阻抗的测量系统。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种材料法向入射吸声系数及声阻抗的测量系统，所述的测量系统包括信号发射模块、阻抗管、信号采集模块、信号处理模块、信号显示模块和报表生成模块，所述的信号发射模块、阻抗管、信号采集模块依次连接，所述的信号处理模块分别连接信号采集模块、信号显示模块和报表生成模块；
设置信号发射模块和信号采集模块的工作参数，信号发射模块向阻抗管内发出单频正弦声信号，信号采集模块对阻抗管内的声压信号进行实时采集并传输给信号处理模块，信号处理模块将接收到的实时声压信号通过信号显示模块显示，并采用驻波比法计算出材料法向入射吸声系数及声阻抗，最后将计算结果通过报表生成模块生成并存储测试报告。
所述的信号发射模块包括依次连接的数字信号生成单元、数模转换卡、功率放大器和扬声器。
所述的阻抗管包括管体、材料放置端、传声器移动支架和带标尺的轨道，所述的材料放置端设在管体端部，所述的传声器移动支架设在轨道上。
所述的信号采集模块包括依次连接的传声器、前置放大器、模数转换卡和数字信号接收单元，所述的传声器设在传声器移动支架上，并延伸入管体内。
所述的信号发射模块的工作参数包括信号发射通道、发射信号频率、信号幅值和发射信号时长。
所述的信号采集模块的工作参数包括信号采集通道、信号采样频率和采集信号平均显示时长。
所述的采用驻波比法计算材料法向入射吸声系数及声阻抗的具体步骤为：
信号处理模块接收信号采集模块采集到的传声器在阻抗管中测得的声压极大值pmax和声压极小值pmin，根据《GB/T18696.1-2004声学阻抗管中吸声系数和声阻抗的测量第1部分：驻波比法》计算驻波比
Figure BDA0000421774150000021
则反射系数
Figure BDA0000421774150000022
因此法向入射吸声系数为α＝1-|r|2；
测量第一极小值与材料表面间的距离xmin，1，则相角
Figure BDA0000421774150000023
复反射因数为：r＝r′+jr″，r′＝|r|·cosφ，r″＝|r|·sinφ，比声阻抗率为：z＝Zs/Z0＝z′+jz″，
Figure BDA0000421774150000024
Figure BDA0000421774150000025
其中Z0＝ρ0c0为声特性阻抗，ρ0为空气密度，c0为空气中声速，则声阻抗为：
Figure BDA0000421774150000026
其中S为阻抗管截面面积。
所述的信号显示模块包括信号显示面板、数值显示面板和滤波前后频谱显示面板；
其中，信号显示面板用于显示发射信号时域图、采集信号时域图和采集信号频域图，数值显示面板用于显示传声器测得的声压级值、声压幅值、声压幅值仪表盘图和声压幅值柱状图，滤波前后频谱显示面板用于显示阻抗管内的声压信号频谱图和滤波后频谱图。
所述的报表生成模块包括测试信息编辑单元、测试报告生成单元、测试报告存储单元、测试报告打印单元。
与已有技术相比，本发明具有以下优点：
1)本发明的测量过程可通过信号显示模块进行实时显示，测量过程直观，可观测传声器在阻抗管中移动过程所测得的声压变化图像，方便快速找出极大值和极小值，以及第一极小值的位置，大大提高测量精度和效率；
2)本发明通过信号处理模块自动计算得出材料吸声系数和声阻抗，可现场生成测试报告，比传统方法的人工计算和报告编辑大大提高了效率和精度：
3)本发明测量监测过程直观化、数据采集、存储、处理分析一体化，速度快，精度高，可有效用于材料法向入射吸声系数及声阻抗的实时测量。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
如图1所示，一种材料法向入射吸声系数及声阻抗的测量系统，该测量系统包括信号发射模块11、信号采集模块12、信号处理模块13、信号显示模块14、报表生成模块15和阻抗管16，所述的信号发射模块11、阻抗管16、信号采集模块12依次连接，所述的信号处理模块13分别连接信号采集模块12、信号显示模块14和报表生成模块15。信号的发射模块11用于向阻抗管内发出单频正弦声信号，信号采集模块12用于采集阻抗管内的声压信号，信号处理模块13用于按照驻波比法计算得出材料法向入射吸声系数及声阻抗，信号显示模块14用于实时显示采集到的声压信号幅值、滤波前后的频谱。报表生成模块15用于存储声压极大值与极小值、第一极小值与材料表面的距离，现场编辑测试信息，生成、存储、打印测试报告。
所述的信号发射模块11包括依次连接的数字信号生成单元、数模转换器、功率放大器和扬声器，所述的数字信号生成单元通过LabVIEW编程产生数字信号，由数模转换器将数字信号转换成模拟信号，通过功率放大器放大后，馈入扬声器，完成声信号发射的任务。
所述的阻抗管16包括管体、材料放置端、传声器移动支架和带标尺的轨道，所述的材料放置端设在管体端部，所述的传声器移动支架设在轨道上。
所述的信号采集模块12包括依次连接的传声器、前置放大器、模数转换卡和数字信号接收单元，所述的传声器设在传声器移动支架上，并延伸入管体内。
所述的信号显示模块14包括信号显示面板、数值显示面板和滤波前后频谱显示面板。
所述的报表生成模块15包括测试信息编辑单元、测试报告生成单元、测试报告存储单元、测试报告打印单元。
上述一种材料法向入射吸声系数及声阻抗的测量系统的测量步骤为：
1)设置信号发射模块和信号采集模块的工作参数：选择信号发射通道和采集通道，本实施例选择的材料为半径0.0935m厚度25.4mm的聚氨酯海绵，输入采集信号采样频率为44100Hz、信号幅值为0.1、平均显示时长为1s、信号时长为100s；信号类型选择单频正弦声信号sine；选择发射频率，按照规范GB/T18696.1-2004分别测量100Hz、125Hz、160Hz、200Hz、250Hz、315Hz、400Hz、500Hz、630Hz、800Hz、1000Hz、1250Hz、1600Hz、2000Hz单频正弦声信号在阻抗管内形成的驻波声场的声压极大值和极小值。
2)通过信号显示模块实时显示测量数据：信号显示面板用于显示发送信号时域图、采集信号时域图和采集信号频域图，数值显示面板用于显示传声器测得的声压级值、声压幅值、声压幅值仪表盘图和声压幅值柱状图，滤波前后频谱显示面板用于显示采集到的声压信号频谱图和滤波后频谱图。
3)信号处理模块采用驻波比法计算出材料法向入射吸声系数及声阻抗。
信号处理模块接收信号采集模块采集到的传声器在阻抗管中测得的声压极大值pmax和声压极小值pmin，根据《GB/T18696.1-2004声学阻抗管中吸声系数和声阻抗的测量第1部分：驻波比法》中的公式计算驻波比
Figure BDA0000421774150000051
则反射系数因此法向入射吸声系数为α＝1-|r|2；
通过测量第一极小值与材料表面的距离xmin，1，，则相角
Figure BDA0000421774150000053
复反射因数为：r＝r′+jr″，r′＝|r|·cosφ，r″＝|r|·sinφ，比声阻抗率为：z＝Zs/Z0＝z′+jz″，
Figure BDA0000421774150000054
Figure BDA0000421774150000055
其中Z0＝ρ0c0为(声)特性阻抗(此次试验ρ0c0数值近似为415)，ρ0为空气密度(kg/m3)，c0为空气中声速(m/s)，则声阻抗为：其中S为阻抗管截面面积，实施例所用阻抗管直径为0.187m，则截面面积S＝π*(0.187/2)2＝0.027m2。
通过上述计算过程计算结果如下表：
Figure BDA0000421774150000057
Figure BDA0000421774150000061
4)报表生成模块在接收到上述数值之后，编辑由测试者输入的测试信息，完成测试报告生成存储和打印的任务。

Claims (9)

1.一种材料法向入射吸声系数及声阻抗的测量系统，其特征在于，所述的测量系统包括信号发射模块、阻抗管、信号采集模块、信号处理模块、信号显示模块和报表生成模块，所述的信号发射模块、阻抗管、信号采集模块依次连接，所述的信号处理模块分别连接信号采集模块、信号显示模块和报表生成模块；
设置信号发射模块和信号采集模块的工作参数，信号发射模块向阻抗管内发出单频正弦声信号，信号采集模块对阻抗管内的声压信号进行实时采集并传输给信号处理模块，信号处理模块将接收到的实时声压信号通过信号显示模块显示，并采用驻波比法计算出材料法向入射吸声系数及声阻抗，最后将计算结果通过报表生成模块生成并存储测试报告。
2.根据权利要求1所述的一种材料法向入射吸声系数及声阻抗的测量系统，其特征在于，所述的信号发射模块包括依次连接的数字信号生成单元、数模转换卡、功率放大器和扬声器。
3.根据权利要求1所述的一种材料法向入射吸声系数及声阻抗的测量系统，其特征在于，所述的阻抗管包括管体、材料放置端、传声器移动支架和带标尺的轨道，所述的材料放置端设在管体端部，所述的传声器移动支架设在轨道上。
4.根据权利要求3所述的一种材料法向入射吸声系数及声阻抗的测量系统，其特征在于，所述的信号采集模块包括依次连接的传声器、前置放大器、模数转换卡和数字信号接收单元，所述的传声器设在传声器移动支架上，并延伸入管体内。
5.根据权利要求1所述的一种材料法向入射吸声系数及声阻抗的测量系统，其特征在于，所述的信号发射模块的工作参数包括信号发射通道、发射信号频率、信号幅值和发射信号时长。
6.根据权利要求1所述的一种材料法向入射吸声系数及声阻抗的测量系统，其特征在于，所述的信号采集模块的工作参数包括信号采集通道、信号采样频率和采集信号平均显示时长。
7.根据权利要求1所述的一种材料法向入射吸声系数及声阻抗的测量系统，其特征在于，所述的采用驻波比法计算材料法向入射吸声系数及声阻抗的具体步骤为：
信号处理模块接收信号采集模块采集到的传声器在阻抗管中测得的声压极大值pmax和声压极小值pmin，根据《GB/T18696.1-2004声学阻抗管中吸声系数和声阻抗的测量第1部分：驻波比法》计算驻波比
Figure FDA0000421774140000021
则反射系数
Figure FDA0000421774140000022
因此法向入射吸声系数为α＝1-|r|2；
测量第一极小值与材料表面间的距离xmin，1，则相角
Figure FDA0000421774140000023
复反射因数为：r＝r′+jr″，r′＝|r|·cosφ，r″＝|r|·sinφ，比声阻抗率为：z＝Zs/Z0＝z′+jz″，
Figure FDA0000421774140000024
Figure FDA0000421774140000025
其中Z0＝ρ0c0为声特性阻抗，ρ0为空气密度，c0为空气中声速，则声阻抗为：
Figure FDA0000421774140000026
其中S为阻抗管截面面积。
8.根据权利要求1所述的一种材料法向入射吸声系数及声阻抗的测量系统，其特征在于，所述的信号显示模块包括信号显示面板、数值显示面板和滤波前后频谱显示面板；
其中，信号显示面板用于显示发射信号时域图、采集信号时域图和采集信号频域图，数值显示面板用于显示传声器测得的声压级值、声压幅值、声压幅值仪表盘图和声压幅值柱状图，滤波前后频谱显示面板用于显示阻抗管内的声压信号频谱图和滤波后频谱图。
9.根据权利要求1所述的一种材料法向入射吸声系数及声阻抗的测量系统，其特征在于，所述的报表生成模块包括测试信息编辑单元、测试报告生成单元、测试报告存储单元、测试报告打印单元。
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