CN104407056A - 吸声材料阻抗特性及扩容性能测试装置及测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种吸声材料阻抗特性及扩容性能测试装置及测试方法，涉及材料性能检测技术领域，包括：均为密封腔体的第一腔体和第二腔体，所述第一腔体和所述第二腔体通过一狭缝通道连通；声激励源，所述声激励源的发声面位于所述第一腔体内；两个拾音传感器，两个所述拾音传感器分别设置在所述第一腔体和所述第二腔体内，分别用于检测所述第一腔体和所述第二腔体内的声压；围成所述第一腔体和所述第二腔体的材料均为隔音材料。本发明解决了现有技术中吸声材料选择困难的技术问题，本发明实现了吸声材料的性能测试，为吸声材料的选取提供了技术指标，降低了声学产品的生产成本，为企业创造了更大的经济效益。

Description

吸声材料阻抗特性及扩容性能测试装置及测试方法

技术领域

本发明涉及材料性能检测技术领域，特别涉及一种吸声材料阻抗特性及扩容性能测试装置及测试方法。

背景技术

吸声材料是具有较强的吸收声能、降低噪声性能的材料。将吸声材料放置在一个腔体内，当腔体中充满声压时，吸声材料会吸收掉一部分声能，相当于扩大了腔体的容量。由于吸声材料具有此种扩容特性，声学领域的技术人员便将吸声材料放置到一些声学产品的腔体中，用于在不增大产品外部体积的情况下扩大产品腔体的容量，以提升声学产品的性能。

能够吸声的材料种类很多，但是并不是每种吸声材料的扩容性能都很好，也并不是所有的吸声材料都能够满足声学产品的技术要求，为此技术人员要在种类繁多的吸声材料中选取适合声学产品技术要求的吸声材料来使用。然而目前并没有对吸声材料的阻抗特性及扩容性能进行检测的装置和方法，技术人员只能将每种吸声材料依次安装到声学产品中，然后测试声学产品的性能有没有改变，从而判断出哪种吸声材料最适合此声学产品。此种对吸声材料的测试方法相当落后，给企业造成了大量人力、物力的浪费，并且延长了产品的开发周期，从而增加了产品的生产成本。

发明内容

针对以上缺陷，本发明所要解决的第一个技术问题是提供一种吸声材料阻抗特性及扩容性能测试装置，此测试装置能够在吸声材料被安装到声学产品之前测试出吸声材料的阻抗特性及扩容性能，从而为吸声材料的选取提供了准确的技术指标，杜绝了人力和物力的浪费，缩短了声学产品的开发周期，降低了产品的生产成本。

基于一个总的发明构思，本发明所要解决的第二个技术问题是提供一种吸声材料阻抗特性及扩容性能测试方法，此方法能够准确的测试出吸声材料的阻抗特性能扩容性能。

为解决上述第一个技术问题，本发明的技术方案是：

一种吸声材料阻抗特性及扩容性能测试装置，包括：均为密封腔体的第一腔体和第二腔体，所述第一腔体和所述第二腔体通过一狭缝通道连通；声激励源，所述声激励源的发声面位于所述第一腔体内；两个拾音传感器，两个所述拾音传感器分别设置在所述第一腔体和所述第二腔体内，分别用于检测所述第一腔体和所述第二腔体内的声压；围成所述第一腔体和所述第二腔体的材料均为隔音材料。

其中，所述第一腔体和所述第二腔体均为规则形状腔体。

其中，所述声激励源为喇叭。

其中，所述拾音传感器为麦克风。

其中，所述隔音材料为金属、电木或亚克力中的一种。

为解决上述第二个技术问题，本发明的技术方案是：

一种吸声材料阻抗特性及扩容性能测试方法，包括以下步骤：

S1、通过调整所述声激励源的电压使得所述第二腔体内的声压满足测试需要的声压级；

S2、通过所述拾音传感器分别测出所述第一腔体和所述第二腔体内的声压P_11(ω)和P_21(ω)；并根据公式和求得所述第二腔体的等效声容C_a2和声阻Z_a2(ω)，其中：V₂为所述第二腔体的容积、ρ为空气密度、C₀为声速、ω为角速度；

S3、根据所述测试装置的等效声学电路得出公式并将所述步骤S2中求得的所述第二腔体的等效声容C_a2代入该公式求得所述狭缝通道的声阻Z_ref(ω)；

S4、将待测试吸声材料放置到所述第二腔体内，并通过两个所述拾音传感器分别测出此时所述第一腔体和所述第二腔体内的声压P_12(ω)和P_22(ω)，根据所述测试装置的等效声学电路得出公式并将所述步骤S3中求得的所述狭缝通道的声阻Z_ref(ω)代入该公式求得所述第二腔体放入所述吸声材料后的统一声阻Z_L(ω)；

S5、根据所述测试装置的等效声学电路得出公式求得所述吸音材料的等效声容C_dut；然后根据公式求得所述吸音材料的扩容量V_dut，从而判定所述吸音材料的阻抗特性及扩容性能。

其中，所述步骤S1中的所述测试需要的声压级为所述吸音材料实际工作环境的声压等级。

采用了上述技术方案后，本发明的有益效果是：

由于本发明吸声材料阻抗特性及扩容性能测试装置包括：均为密封腔体的第一腔体和第二腔体，第一腔体和第二腔体通过一狭缝通道连通；发声面位于第一腔体内的声激励源；两个分别用于检测第一腔体和第二腔体内的声压的拾音传感器，围成第一腔体和第二腔体的材料均为隔音材料。在进行吸声材料性能测试时，先检测出第一腔体和第二腔体内的声压，以及狭缝通道的阻抗，然后将待测试的吸声材料放置到第二腔体内，再检测出此时第一腔体和第二腔体内的声压，然后根据此时测试装置等效的声学电路得出的公式求得吸声材料的等效声容和扩容体积。根据得出的吸声材料的等效声容和扩容体积即可判定出吸声材料是否满足声学产品的技术要求，从而不再需要将吸声材料安装到声学产品内就可以选出适合声学产品的吸声材料，杜绝了因为每种声学产品都要进行吸声材料测试而产生的人力和物力的浪费，并且大大缩短了吸声材料的选择时间，进而缩短了新产品的开发周期，降低了产品的生产成本，为企业创造了更大的经济效益。

综上所述，本发明吸声材料阻抗特性及扩容性能测试装置及测试方法解决了现有技术中吸声材料选择困难的技术问题，本发明吸声材料阻抗特性及扩容性能的测试装置及测试方法实现了吸声材料的性能测试，为吸声材料的选取提供了技术指标，降低了声学产品的生产成本，为企业创造了更大的经济效益。

附图说明

图1是本发明吸声材料阻抗特性及扩容性能测试装置的结构示意图；

图2是本发明吸声材料阻抗特性及扩容性能测试装置未放入吸声材料时的等效声学电路图；

图3是本发明吸声材料阻抗特性及扩容性能测试装置放入吸声材料后的等效声学电路图；

图中：10、第一腔体，20、第二腔体，30、狭缝通道，40、吸声材料，50、声激励源，60、第一拾音传感器，62、第二拾音传感器，P₁₁、P₁₂、第一腔体的声压，P₂₁、P₂₂、第二腔体的声压，M_a、狭缝通道的声质量，R_a、狭缝通道的声阻，C_a1、第一腔体的等效声容，C_a2、第二腔体的等效声容，C_dut、吸声材料的等效声容。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，进一步阐述本发明。

如图1所示，一种吸声材料阻抗特性及扩容性能的测试装置，包括第一腔体10和第二腔体20，第一腔体10和第二腔体20均为密封腔体，第一腔体10和第二腔体20之间通过一狭缝通道30连通。还包括发声面位于第一腔体10内的声激励源50，以及拾音面位于第一腔体10内的第一拾音传感器60和拾音面位于第二腔体20内的第二拾音传感器62。

如图1所示，第一腔体10和第二腔体20均为规则形状腔体，如正方体、长方体和圆柱体等。围成第一腔体10和第二腔体20的板材均为反射性较强的硬质隔音材料，如2mm以上厚度的金属板、电木或亚克力等。

如图1所示，本实施方式中选用一喇叭作为声激励源50，用于在测试吸声性能测试时提供声压。声激励源50的发声面与第一腔体的内壁表面齐平，这样可使得腔体中各部位的声压均衡。

如图1所示，本实施方式中选用两颗高声压麦克风作为第一拾音传感器60和第二拾音传感器62，第一拾音传感器60和第二拾音传感器62分别用于检测第一腔体10和第二腔体20内的声压。

如图1和图2共同所示，图2为上述测试装置的等效声学电路图，根据容抗公式或求得第二腔体20的声阻

其中：ω为角速度，

C_a2为第二腔体20的等效声容。

由图2可求得狭缝通道30的声阻Z_ref(ω)，

Z_ref(ω)＝ωM_a+R_a

$\begin{array}{c}=\frac{P_{11}-P_{21}}{\frac{P_{21}}{Z_{a2}}}\\ =\frac{P_{11}-P_{21}}{P_{21}\×\mathrm{\ω}{C}_{a2}}\end{array}$    公式(1)。

如图1和图3共同所示，在测试吸声材料性能时要将吸声材料40放置到第二腔体20内，此时上述装置的等效声学电路如图3所示，根据此声学电路图可求得第二腔体20放入吸声材料40后的统一声阻Z_L(ω)，

吸声材料40的声阻

$\begin{array}{c}{Z}_{L\left(\mathrm{\ω}\right)}=\frac{Z_{a2}\×Z_{\mathrm{dut}}}{Z_{a2}+Z_{\mathrm{dut}}}\\ =\frac{\frac{1}{\mathrm{\ω}{C}_{a2}}\×\frac{1}{\mathrm{\ω}{C}_{\mathrm{dut}}}}{\frac{1}{\mathrm{\ω}{C}_{a2}}+\frac{1}{\mathrm{\ω}{C}_{\mathrm{dut}}}}\end{array}$    公式(2)，

$Z_{L\left(\mathrm{\ω}\right)}=\frac{P_{22\left(\mathrm{\ω}\right)}}{\frac{P_{12\left(\mathrm{\ω}\right)}-P_{22\left(\mathrm{\ω}\right)}}{Z_{\mathrm{ref}\left(\mathrm{\ω}\right)}}}$    公式(3)。

如图1、图2和图3所示，应用上述测试装置进行吸声材料阻抗特性及扩容性能测试的方法，包括以下步骤：

S1、校准第二腔体20内的声压，即通过调整声激励源50的电压，通过第二拾音传感器62检测第二腔体20内的声压，使得第二腔体20内的声压达到测试需要的声压级，测试需要的声压级为与吸声材料所要安装的声学产品腔内的声压级一致，即吸声材料工作时所处工作环境的声压级。

V₂为第二腔体20的体积，

ρ为空气密度，

C₀为声速。

通过第一拾音传感器60测出此时第一腔体10内的声压P_11(ω)，通过第二拾音传感器62测出此时第二腔体20内的声压P_21(ω)。

S3、将步骤S2中求得的第二腔体20的等效声容C_a2、第一腔体10内的声压P_11(ω)及第二腔体20内的声压P_21(ω)代入公式(1)求得狭缝通道30的声阻Z_ref(ω)。

S4、将待测试的吸声材料40放置到第二腔体20内，通过第一拾音传感器60测得此时第一腔体内的声压P_12(ω)，通过第二拾音传感器62测得第二腔体20内的声压P_22(ω)，然后将步骤S3中求得的Z_ref(ω)代入到公式(3)中，求出第二腔体20放入吸声材料40后的统一声阻Z_L(ω)。

S5、将步骤S4中求得的Z_L(ω)代入到公式(2)中，求得吸声材料40的等效声容C_dut，

$\begin{array}{c}{Z}_{L\left(\mathrm{\ω}\right)}=\frac{\frac{1}{\mathrm{\ω}{C}_{a2}}\×\frac{1}{\mathrm{\ω}{C}_{\mathrm{dut}}}}{\frac{1}{\mathrm{\ω}{C}_{a2}}+\frac{1}{\mathrm{\ω}{C}_{\mathrm{dut}}}}\\ =\frac{1}{\mathrm{\ω}{C}_{\mathrm{dut}}+\mathrm{\ω}{C}_{a2}}\end{array}$    公式(2)

求得：

$C_{\mathrm{dut}}=\frac{1-\mathrm{\ω}{C}_{a2}\·Z_{L\left(\mathrm{\ω}\right)}}{\mathrm{\ω}{Z}_{L\left(\mathrm{\ω}\right)}}$

$=\frac{1}{\mathrm{\ω}{Z}_{L\left(\mathrm{\ω}\right)}}-C_{a2}$

将求得的C_dut代入到公式中，求得吸声材料40的扩容体积V_dut，

$V_{\mathrm{dut}}=\mathrm{\ρ}{C}_0^2(\frac{1}{\mathrm{\ω}{Z}_{L\left(\mathrm{\ω}\right)}}-C_{a2}),$

根据求得的吸声材料40的等效声容C_dut及扩容量V_dut即可判定出所测试的吸声材料40的阻抗特性及扩容性能，从而判断出所测试的吸声材料40是否满足声学产品的技术要求。

由上述可知，本发明吸声材料阻抗特性及扩容性能测试装置及测试方法解决了现有技术中吸声材料的阻抗特性及扩容性能无法测试的技术难题，有了本发明的测试装置及方法，在为声学产品选择吸声材料时则不再需要将吸声材料安装到声学产品内来测试声学产品的性能有没有提高来判断此吸声材料是否满足该声学产品的技术要求，技术人员只需要根据测得的吸声材料的等效声容及扩容量等参数就可以很快速的为声学产品选出合适的吸声材料，从而大大缩短了新产品的开发周期；同时还杜绝了大量的人力及物力的浪费，大大的降低了声学产品的生产成本，为企业创造了更大的经济效益。

本说明书中涉及到的带有序号的技术特征命名(如第一腔体和第二腔体)仅是为了区别技术特征，并不代表各技术特征之间的位置关系、组装顺序及工作顺序等。

本发明不局限于上述具体的实施方式，本领域的普通技术人员从上述构思出发，不经过创造性的劳动，所做出的种种变换，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.吸声材料阻抗特性及扩容性能测试装置，其特征在于，包括：

均为密封腔体的第一腔体和第二腔体，所述第一腔体和所述第二腔体通过一狭缝通道连通；

声激励源，所述声激励源的发声面位于所述第一腔体内；

两个拾音传感器，两个所述拾音传感器分别设置在所述第一腔体和所述第二腔体内，分别用于检测所述第一腔体和所述第二腔体内的声压；

围成所述第一腔体和所述第二腔体的材料均为隔音材料。

2.根据权利要求1所述的吸声材料阻抗特性及扩容性能测试装置，其特征在于，所述第一腔体和所述第二腔体均为规则形状腔体。

3.根据权利要求1或2所述的吸声材料阻抗特性及扩容性能测试装置，其特征在于，所述声激励源为喇叭。

4.根据权利要求1或2所述的吸声材料阻抗特性及扩容性能测试装置，其特征在于，所述拾音传感器为麦克风。

5.根据权利要求1或2所述的吸声材料阻抗特性及扩容性能测试装置，其特征在于，所述隔音材料为金属、电木或亚克力中的一种。

6.应用权利要求1所述的测试装置进行吸声材料的阻抗特性及扩容性能测试的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、通过调整所述声激励源的电压使得所述第二腔体内的声压满足测试需要的声压级；

S2、通过所述拾音传感器分别测出所述第一腔体和所述第二腔体内的声压P_11(ω)和P_21(ω)；并根据公式

和求得所述第二腔体的等效声容C_a2和声阻Z_a2(ω)，

其中：V₂为所述第二腔体的容积

ρ为空气密度

C₀为声速

ω为角速度；

S3、根据所述测试装置的等效声学电路得出公式

并将所述步骤S2中求得的所述第二腔体的等效声容C_a2代入该公式求得所述狭缝通道的声阻Z_ref(ω)；

S4、将待测试吸声材料放置到所述第二腔体内，并通过两个所述拾音传感器分别测出此时所述第一腔体和所述第二腔体内的声压P_12(ω)和P_22(ω)，根据所述测试装置的等效声学电路得出公式

并将所述步骤S3中求得的所述狭缝通道的声阻Z_ref(ω)代入该公式求得所述第二腔体放入所述吸声材料后的统一声阻Z_L(ω)；

S5、根据所述测试装置的等效声学电路得出公式

求得所述吸音材料的等效声容C_dut；然后根据公式求得所述吸音材料的扩容量V_dut，从而判定所述吸音材料的阻抗特性及扩容性能。

7.根据权利要求6所述的吸声材料阻抗特性及扩容性能测试方法，其特征在于，所述步骤S1中的所述测试需要的声压级为所述吸音材料实际工作环境的声压等级。