CN103728378A - 倒频谱测量吸声系数的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种倒频谱测量吸声系数的方法，将吸声材料敷贴在刚性壁上，在吸声材料的正前方设有扬声器，扬声器发出的声波经吸声材料反射后得到麦克风处的声压，将得到的声压变换成倒频谱，再与取消吸声材料后麦克风测得的声压变换成的倒频谱对比，得到吸声材料的反射系数，从而得到吸声材料的吸声系数。本发明它克服了传统的驻波管法和混响室法测量吸声材料吸声系数的缺点，得到了一种简单、快捷的测量方法。

Description

倒频谱测量吸声系数的方法

技术领域

本发明涉及噪声领域，特别涉及吸声材料吸声系数的测量，具体是一种倒频谱方法测量吸声材料的吸声系数。

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。因此，为了克服驻波管法和混响室法测量吸声系数的缺点，就必须找到一种简单快捷的测量方法，本发明正是基于这个目的而提出的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种倒频谱测量吸声材料吸声系数的方法，所述的这种方法要克服传统的驻波管法和混响室法测量吸声材料吸声系数的缺点，从而得到一种简单、快捷的测量方法。

本发明的技术方案是：一种倒频谱测量吸声系数的方法，将吸声材料敷贴在刚性壁上，在吸声材料的正前方设有扬声器，扬声器发出的声波经吸声材料反射后得到麦克风处的声压，将得到的声压变换成倒频谱Ⅰ，再与取消吸声材料后麦克风测得的声压变换成的倒频谱Ⅱ对比，得到吸声材料的反射系数，从而得到吸声材料的吸声系数。

吸声材料的形状长度为200mm，宽度为200mm，厚度为20mm。

吸声材料正前方的麦克风布置于吸声材料的正前方，距离吸声材料5mm。

扬声器发出的声波经吸声材料反射后得到布置于吸声材料正前方麦克风的声压，麦克风处的声压经过运算，得到倒频谱Ⅰ，取消吸声材料后，测得麦克风处的声压，经过运算，得到倒频谱Ⅱ，倒频谱Ⅰ和倒频谱Ⅱ对比运算得到吸声材料的反射系数，再得到吸声材料的吸声系数，吸声系数α为：α=1-|R|²，R为声波的反射系数。

吸声材料敷贴在刚性壁上，扬声器发出的声波经吸声材料反射后得到布置于吸声材料正前方麦克风的声压，麦克风处的声压经过一系列的运算，得到倒频谱。取消吸声材料后，测得麦克风处的声压，经过运算，得到倒频谱，两个倒频谱对比运算得到吸声材料的反射系数，从而得到吸声材料的吸声系数。本发明和已有技术相比，其效果是积极和明显的。它克服了传统的驻波管法和混响室法测量吸声材料吸声系数的缺点，得到了一种简单、快捷的测量方法。

附图说明

图1是本发明的声压转换成倒频谱的示意图；

图2是倒频谱测量吸声材料吸声系数的原理图。

具体实施方式

一种倒频谱测量吸声系数的方法，将吸声材料敷贴在刚性壁上，在吸声材料的正前方设有扬声器，扬声器发出的声波经吸声材料反射后得到麦克风处的声压，将得到的声压变换成倒频谱，再与取消吸声材料后麦克风测得的声压变换成的倒频谱对比，得到吸声材料的反射系数，从而得到吸声材料的吸声系数。

吸声材料样本的形状长度为200mm，宽度为200mm，厚度为20mm。吸声材料正前方的麦克风布置于吸声材料的正前方，距离吸声材料5mm。扬声器发出的声波经吸声材料反射后得到布置于吸声材料正前方麦克风的声压，麦克风处的声压经过一系列的运算，得到倒频谱。取消吸声材料后，测得麦克风处的声压，经过运算，得到倒频谱，两个倒频谱对比运算得到吸声材料的反射系数，从而得到吸声材料的吸声系数。麦克风处的声压运算成倒频谱是本发明专利的核心技术。

其理论推导如下：

图2中稳态随机声波在麦克风处的声压为p(t)，在麦克风处的入射声压为p_i(t)，麦克风与吸声材料的距离是d。麦克风处的声压可以表示为：

p(t)=p_i(t)+Rp_i(t-τ)                 （1）

τ为声波从麦克风入射到吸声材料后再反射到吸声材料的时间，

c为声波在空气中的传播速度，R为声波的反射系数。利用δ函数的性质改写公式（1）得：

p(t)=p_i(t)*[δ(t)+Rδ(t-τ)                   （2）

对式（2）两边取傅立叶变换有：

F{p(t)}=F{p_i(t)}F{[δ(t)+Rδ(t-τ)}         （3）

p(f)=p_i(f)(1+Re^-jωτ)                    （4）

对式（4）取幅值平方，得到功率谱关系式：

$S_p\left(f\right)\text{=}{S}_{p_i}\left(f\right){|1+{\mathrm{Re}}^{-\mathrm{j\ω\τ}}|}^2---\left(5\right)$

对式（5）两边取对数得到：

$\ln S_p\left(f\right)=\ln S_{p_i}\left(f\right)+\ln (1+{\mathrm{Re}}^{-\mathrm{j\ω\τ}})+\ln (1+{\mathrm{Re}}^{\mathrm{j\ω\τ}})---\left(6\right)$

因为|Re^±jωτ|<1，所以公式（6）展开为幂级数：

$\begin{array}{c}\ln S_p\left(f\right)=\ln S_{p_i}\left(f\right)+{\mathrm{Re}}^{-\mathrm{j\&omega;\&tau;}}-\frac{R^2}{2}{e}^{-2\mathrm{j\&omega;\&tau;}}+\frac{R^3}{3}{e}^{-\mathrm{j\&omega;\&tau;}}+L\\ +{\mathrm{Re}}^{\mathrm{j\&omega;\&tau;}}-\frac{R^2}{2}{e}^{2\mathrm{j\&omega;\&tau;}}+\frac{R^3}{3}{e}^{3\mathrm{j\&omega;\&tau;}}+L\end{array}---\left(7\right)$

F^-1{e^±jωτ}=δ(t-kτ)              （8）

由公式（7）和（8）得功率倒频谱C_P(τ)的表达式为：

$\begin{array}{c}{C}_p\left(\mathrm{\&tau;}\right)=C_{p_i}\left(\mathrm{\&tau;}\right)+\mathrm{R\&delta;}(t-\mathrm{\&tau;})-\frac{R^2}{2}\mathrm{\&delta;}(t-2\mathrm{\&tau;})+\frac{R^3}{3}\mathrm{\&delta;}(t-3\mathrm{\&tau;})+L\\ +\mathrm{R\&delta;}(t-\mathrm{\&tau;})-\frac{R^2}{2}\mathrm{\&delta;}(t-2\mathrm{\&tau;})+\frac{R^3}{3}\mathrm{\&delta;}(t-3\mathrm{\&tau;})+L\end{array}---\left(9\right)$

其中：

C_P(τ)=F^-1{lnS_p(f)}

$C_{P_i}\left(\mathrm{\&tau;}\right)=F^{-1}\left\{\ln S_{p_i}\left(f\right)\right\}$

公式（9）求得的是入射声波经过吸声材料反射后与反射声波叠加以后的倒频谱，如果将吸声材料拿开，发射相同的稳态随机声波，入射声波没有反射，此时麦克风处的声压为：

p'(t)=p_i(t)                           （10）

同理，经过上述相同步骤的变换后得到：

$C_{p^{\&prime;}}\left(\mathrm{\&tau;}\right)=C_{p_i}\left(\mathrm{\&tau;}\right)---\left(11\right)$

由式（9）和（11）比较可知，式（9）的倒频谱式由式（11）中的倒频谱与一系列脉冲叠加而成的，如图1所示：

因此，由式（9）与图1可得：

$\left\{\begin{array}{c}R=b_1\\ R^2=\sqrt{{2b}_2}\\ R^3=\sqrt[3]{{2b}_3}\\ M\\ R^n=\sqrt[n]{{2b}_n}\end{array}\right.---\left(12\right)$

对式（12）取平均值得吸声材料的反射系数R：

$R=\frac{b_1+\sqrt{{2b}_2+}\sqrt[3]{{3b}_3}+L\sqrt[n]{{\mathrm{nb}}_n}}{n}---\left(13\right)$

因此，吸声系数α为：α=1-|R|²               （14）。

Claims (4)

1.一种倒频谱测量吸声系数的方法，其特征在于：将吸声材料敷贴在刚性壁上，在吸声材料的正前方设有扬声器，扬声器发出的声波经吸声材料反射后得到麦克风处的声压，将得到的声压变换成倒频谱Ⅰ，再与取消吸声材料后麦克风测得的声压变换成的倒频谱Ⅱ对比，得到吸声材料的反射系数，再得到吸声材料的吸声系数。

2.如权利要求1所述的一种倒频谱测量吸声系数的方法，其特征在于：吸声材料的形状长度为200mm，宽度为200mm，厚度为20mm。

3.如权利要求1所述的一种倒频谱测量吸声系数的方法，其特征在于：吸声材料正前方的麦克风布置于吸声材料的正前方，距离吸声材料5mm。

4.如权利要求1所述的一种倒频谱测量吸声系数的方法，其特征在于：扬声器发出的声波经吸声材料反射后得到布置于吸声材料正前方麦克风的声压，麦克风处的声压经过运算，得到倒频谱Ⅰ，取消吸声材料后，测得麦克风处的声压，经过运算，得到倒频谱Ⅱ，倒频谱Ⅰ和倒频谱Ⅱ对比运算得到吸声材料的反射系数，再得到吸声材料的吸声系数，吸声系数                                                

为：

，R为声波的反射系数。

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