CN113418985B - 一种基于矢量传声器的现场吸声系数测量装置及测量方法 - Google Patents

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CN113418985B CN202110625469.4A CN202110625469A CN113418985B CN 113418985 B CN113418985 B CN 113418985B CN 202110625469 A CN202110625469 A CN 202110625469A CN 113418985 B CN113418985 B CN 113418985B
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Abstract

本发明属于声学测量技术领域，具体地说，涉及一种基于矢量传声器的现场吸声系数测量装置，包括：矢量传声器(1)、扬声器(2)、操作平台(3)和数据处理模块；该声压传感器，用于实时采集对空的声压信号和待测材料(4)表面的声压响应信号；该质点振速传感器，用于实时采集对空的质点振速信号和待测材料(4)表面的质点振速响应信号；该数据处理模块，用于对实时采集的对空的声压信号和对空的质点振速信号进行处理，对实时采集的材料表面的声压响应信号和材料表面的质点振速响应信号进行处理，根据得到的对空的声压频域信号，对空的质点振速频域信号，材料表面的声压频域信号和材料表面的质点振速频域信号，计算待测材料的吸声系数。

Description

一种基于矢量传声器的现场吸声系数测量装置及测量方法
技术领域
本发明属于声学测量技术领域，具体地说，涉及一种基于矢量传声器的现场吸声系数测量装置及测量方法。
背景技术
目前，对于材料的现有吸声系数测量方法的，一般是基于驻波管测量或者是基于混响室测量：第一，基于驻波管的测量，只能测垂直入射的吸声，且测试频率有限； 另外，材料的吸声性能会在驻波管里面发生改变，造成无法准确进行现场测量。第二， 基于混响室测量方法，需要昂贵的声学混响室，且需要大面积的测试样本，且无法快 速方便的对材料进行现场吸声测试。
发明内容
为解决现有技术存在的上述缺陷，本发明提出了一种基于矢量传声器的现场吸声系数测量装置，所提出的基于矢量传声器的现场吸声测量装置，利用一个一维矢量 传声器，可以实现快速、现场测试垂直入射角度下材料的吸声性能。
本发明提供了一种基于矢量传声器的现场吸声系数测量装置，该装置包括：矢量传声器、扬声器、操作平台和数据处理模块；
扬声器和矢量传声器相对设置在操作平台上，靠近矢量传声器的一侧，纵向放置待测材料；
所述矢量传声器为一维矢量传声器，其包括：声压传感器和质点振速传感器；
所述声压传感器，用于实时采集对空的声压信号和待测材料表面的声压响应信号；
所述质点振速传感器，用于实时采集对空的质点振速信号和待测材料表面的质点振速响应信号；
所述数据处理模块，用于对实时采集的对空的声压信号和对空的质点振速信号进行处理，并截取指定时间范围内的信号做傅里叶变换，得到对空的声压频域信号和 对空的质点振速频域信号；
对实时采集的材料表面的声压响应信号和材料表面的质点振速响应信号进行处理，并截取指定时间范围内的信号做傅里叶变换，得到材料表面的声压频域信号和材 料表面的质点振速频域信号；
根据得到的对空的声压频域信号，对空的质点振速频域信号，材料表面的声压频域信号和材料表面的质点振速频域信号，计算待测材料的吸声系数。
作为上述技术方案的改进之一，所述数据处理模块的具体过程为：
将实时采集的对空的声压信号p0(t)与逆滤波器信号y(t)进行卷积，得到对空的声压脉冲响应信号P0(t)：
P0(t)＝p0(t)*y(t)
将实时采集的对空的质点振速信号u0(t)与逆滤波器信号y(t)进行卷积，得到对空的质点振速脉冲响应信号U0(t)：
U0(t)＝u0(t)*y(t)
将实时采集的材料表面的声压响应信号p1(t)与逆滤波器信号y(t)进行卷积，得到材料表面的声压脉冲响应信号P1(t)：
P1(t)＝p1(t)*y(t)
将实时采集的材料表面的质点振速响应信号u1(t)与逆滤波器信号y(t)进行卷积， 得到材料表面的质点振速脉冲响应信号U1(t)：
U1(t)＝u1(t)*y(t)
对对空的声压脉冲响应信号P0(t)的最大值附近截取4ms-10ms范围内的脉冲响应信号，作为对空的声压脉冲截取信号
Figure BDA0003100884230000021
对对空的质点振速脉冲响应信号U0(t)的最大值附近截取4ms-10ms范围内的脉冲响应信号，作为对空的质点振速脉冲截取信号
Figure BDA0003100884230000022
对材料表面的声压脉冲响应信号P1(t)的最大值附近截取4ms-10ms范围内脉冲响应信号，作为材料表面的声压脉冲截取信号
Figure BDA0003100884230000023
对材料表面的质点振速脉冲响应信号U1(t)的最大值附近截取4ms-10ms范围内脉冲响应信号，作为材料表面的质点振速脉冲截取信号
Figure BDA0003100884230000031
分别对对空的声压脉冲截取信号
Figure BDA0003100884230000032
对空的质点振速脉冲截取信号
Figure BDA0003100884230000033
材料表面的声压脉冲截取信号
Figure BDA0003100884230000034
和材料表面的质点振速脉冲截取信号
Figure BDA0003100884230000035
做傅里 叶变换，得到对应的对空的声压频域信号
Figure BDA0003100884230000036
对空的质点振速频域信号
Figure BDA0003100884230000037
材料表面的声压频域信号
Figure BDA0003100884230000038
和材料表面的质点振速频域信号
Figure BDA0003100884230000039
根据得到的对空的声压频域信号
Figure BDA00031008842300000310
和对空的质点振速频域信号
Figure BDA00031008842300000311
计算对空的传递函数H0：
Figure BDA00031008842300000312
根据得到的材料表面的声压频域信号
Figure BDA00031008842300000313
和材料表面的质点振速频域信号
Figure BDA00031008842300000314
计算待测材料表面的传递函数H1：
Figure BDA00031008842300000315
根据计算得到的对空的传递函数H0和待测材料表面的传递函数H1，计算待测材 料的反射系数R：
Figure BDA00031008842300000316
其中，hs为扬声器的辐射表面与待测材料表面之间的距离；h为一维矢量传声器与待测材料表面之间的距离；j为虚数单位，
Figure BDA00031008842300000317
k为波数，k＝2πf/c；f为 频率，c为声速；
根据计算得到的待测材料的反射系数R，计算待测材料的吸声系数α：
α＝|1-R|2。
作为上述技术方案的改进之一，所述待测材料与扬声器之间的相隔距离大于待测材料与矢量传声器之间的相隔距离。
作为上述技术方案的改进之一，所述扬声器为手持式扬声器。
本发明还提供了一种基于矢量传声器的现场吸声系数测量方法，该方法包括：
步骤1)将扬声器的辐射表面对着天空，激励扬声器发出扫频信号x(t)，一维矢 量传声器中的声压传感器测量对空的声压信号p0(t)，一维矢量传声器中的质点振速 传感器测量对空的质点振速信号u0(t)；
步骤2)手握把手，将扬声器的辐射表面正对着待测材料，激励扬声器发出相同 音量的扫频信号x(t)，一维矢量传声器中的声压传感器测量材料表面的声压响应信 号p1(t)，一维矢量传声器中的质点振速传感器测量材料表面的质点振速响应信号 u1(t)；
步骤3)将激励扫频信号x(t)进行时间反转，并对其幅值进行衰减后，得到对应 的逆滤波器信号y(t)；
步骤4)将对空的声压信号p0(t)与逆滤波器信号y(t)进行卷积，得到对空的声 压脉冲响应信号P0(t)：
P0(t)＝p0(t)*y(t)
步骤5)将对空的质点振速信号u0(t)与逆滤波器信号y(t)进行卷积，得到对空 的质点振速脉冲响应信号U0(t)：
U0(t)＝u0(t)*y(t)
步骤6)将材料表面的声压响应信号p1(t)与逆滤波器信号y(t)进行卷积，得到 材料表面的声压脉冲响应信号P1(t)：
P1(t)＝p1(t)*y(t)
步骤7)将材料表面的质点振速响应信号u1(t)与逆滤波器信号y(t)进行卷积， 得到材料表面的质点振速脉冲响应信号U1(t)：
U1(t)＝u1(t)*y(t)
步骤8)对对空的声压脉冲响应信号P0(t)的最大值附近截取4ms-10ms范围内 的脉冲响应信号，作为对空的声压脉冲截取信号
Figure BDA0003100884230000051
对对空的质点振速脉冲响应信号U0(t)的最大值附近截取4ms-10ms范围内的脉冲响应信号，作为对空的质点振速脉冲截取信号
Figure BDA0003100884230000052
步骤9)对材料表面的声压脉冲响应信号P1(t)的最大值附近截取4ms-10ms范围内脉冲响应信号，作为材料表面的声压脉冲截取信号
Figure BDA0003100884230000053
对材料表面的质点振速脉冲响应信号U1(t)的最大值附近截取4ms-10ms范围内脉冲响应信号，作为材料表面的质点振速脉冲截取信号
Figure BDA0003100884230000054
步骤10)分别对对空的声压脉冲截取信号
Figure BDA0003100884230000055
对空的质点振速脉冲截取信号
Figure BDA0003100884230000056
材料表面的声压脉冲截取信号
Figure BDA0003100884230000057
和材料表面的质点振速脉冲截取信号
Figure BDA0003100884230000058
做傅里叶变换，得到对空的声压频域信号
Figure BDA0003100884230000059
对空的质点振速频域信号
Figure BDA00031008842300000510
材料表面的声压频域信号
Figure BDA00031008842300000511
和材料表面的质点振速频域信号
Figure BDA00031008842300000512
步骤11)根据得到的对空的声压频域信号
Figure BDA00031008842300000513
和对空的质点振速频域信号
Figure BDA00031008842300000514
计算对空的传递函数H0：
Figure BDA00031008842300000515
步骤12)根据得到的材料表面的声压频域信号
Figure BDA00031008842300000516
和材料表面的质点振速频 域信号
Figure BDA00031008842300000517
计算待测材料表面的传递函数H1：
Figure BDA00031008842300000518
步骤13)根据计算得到的对空的传递函数H0和待测材料表面的传递函数H1， 计算待测材料的反射系数R：
Figure BDA0003100884230000061
其中，hs为扬声器的辐射表面与待测材料表面之间的距离；h为一维矢量传声器与待测材料表面之间的距离；j为虚数单位，
Figure BDA0003100884230000062
k为波数，k＝2πf/c；f为 频率，c为声速；
步骤14)根据计算得到的待测材料的反射系数R，计算待测材料的吸声系数α：
α＝|1-R|2
完成对待测材料的现场吸声系数测量。
本发明与现有技术相比的有益效果是：
本发明的测量装置仅利用一个一维矢量传声器，就能够实现针对某一材料进行现场、快速的吸声性能。
附图说明
图1是本发明的一种基于矢量传声器的现场吸声系数测量装置的结构示意图。
附图标记
1、矢量传声器 2、扬声器
3、操作平台 4、待测材料
具体实施方式
现结合附图对本发明作进一步的描述。
如图1所示，本发明提供了一种基于矢量传声器的现场吸声系数测量装置，该 装置包括：矢量传声器1、扬声器2、操作平台3和数据处理模块；
扬声器2和矢量传声器1相对设置在操作平台3上，靠近矢量传声器1的一侧， 纵向放置待测材料4，使得待测材料4、扬声器2、矢量传声器1位于同一水平面上， 且彼此相隔一段距离，待测材料4的放置位置与操作平台3的水平面呈垂直关系；
所述矢量传声器1为一维矢量传声器，其包括：声压传感器和质点振速传感器；
所述声压传感器，用于实时采集对空的声压信号和待测材料4表面的声压响应 信号；
所述质点振速传感器，用于实时采集对空的质点振速信号和待测材料4表面的 质点振速响应信号；
所述数据处理模块，用于对实时采集的对空的声压信号和对空的质点振速信号进行处理，并截取指定时间范围内的信号做傅里叶变换，得到对空的声压频域信号和 对空的质点振速频域信号；
根据得到的对空的声压频域信号和对空的质点振速频域信号，计算对空的传递函数；
对实时采集的材料表面的声压响应信号和材料表面的质点振速响应信号进行处理，并截取指定时间范围内的信号做傅里叶变换，得到材料表面的声压频域信号和材 料表面的质点振速频域信号；
根据得到的材料表面的声压频域信号和材料表面的质点振速频域信号，计算待测材料表面的传递函数；
再根据计算得到的对空的传递函数和待测材料表面的传递函数，计算待测材料的反射系数，进而计算待测材料的吸声系数。
具体地，实时数据处理模块的具体过程为：
步骤1)在四周空旷，上方没有设置障碍物的地方，将扬声器2的辐射表面对着 天空，激励扬声器发出扫频信号x(t)，一维矢量传声器中的声压传感器测量对空的声 压信号p0(t)，一维矢量传声器中的质点振速传感器测量对空的质点振速信号u0(t)；
步骤2)手握把手，将扬声器2的辐射表面正对着待测材料，激励扬声器2发出 相同音量的扫频信号x(t)，一维矢量传声器中的声压传感器测量材料表面的声压响 应信号p1(t)，一维矢量传声器中的质点振速传感器测量材料表面的质点振速响应信 号u1(t)；
步骤3)将激励扫频信号x(t)进行时间反转，并对其幅值进行衰减后，得到对应 的逆滤波器信号y(t)；
步骤4)将对空的声压信号p0(t)与逆滤波器信号y(t)进行卷积，得到对空的声 压脉冲响应信号P0(t)：
P0(t)＝p0(t)*y(t)
步骤5)将对空的质点振速信号u0(t)与逆滤波器信号y(t)进行卷积，得到对空 的质点振速脉冲响应信号U0(t)：
U0(t)＝u0(t)*y(t)
步骤6)将材料表面的声压响应信号p1(t)与逆滤波器信号y(t)进行卷积，得到 材料表面的声压脉冲响应信号P1(t)：
P1(t)＝p1(t)*y(t)
步骤7)将材料表面的质点振速响应信号u1(t)与逆滤波器信号y(t)进行卷积， 得到材料表面的质点振速脉冲响应信号U1(t)：
U1(t)＝u1(t)*y(t)
步骤8)对对空的声压脉冲响应信号P0(t)的最大值附近截取4ms-10ms范围内 的脉冲响应信号，作为对空的声压脉冲截取信号
Figure BDA0003100884230000081
对对空的质点振速脉冲响应信号U0(t)的最大值附近截取4ms-10ms范围内的脉冲响应信号，作为对空的质点振速脉冲截取信号
Figure BDA0003100884230000082
步骤9)对材料表面的声压脉冲响应信号P1(t)的最大值附近截取4ms-10ms范围内脉冲响应信号，作为材料表面的声压脉冲截取信号
Figure BDA0003100884230000083
对材料表面的质点振速脉冲响应信号U1(t)的最大值附近截取4ms-10ms范围内脉冲响应信号，作为材料表面的质点振速脉冲截取信号
Figure BDA0003100884230000084
步骤10)分别对对空的声压脉冲截取信号
Figure BDA0003100884230000085
对空的质点振速脉冲截取信号
Figure BDA0003100884230000086
材料表面的声压脉冲截取信号
Figure BDA0003100884230000087
和材料表面的质点振速脉冲截取信号
Figure BDA0003100884230000088
做傅里叶变换，得到对空的声压频域信号
Figure BDA0003100884230000089
对空的质点振速频域信号
Figure BDA00031008842300000810
材料表面的声压频域信号
Figure BDA00031008842300000811
和材料表面的质点振速频域信号
Figure BDA00031008842300000812
步骤11)根据得到的对空的声压频域信号
Figure BDA0003100884230000091
和对空的质点振速频域信号
Figure BDA0003100884230000092
计算对空的传递函数H0：
Figure BDA0003100884230000093
步骤12)根据得到的材料表面的声压频域信号
Figure BDA0003100884230000094
和材料表面的质点振速频 域信号
Figure BDA0003100884230000095
计算待测材料表面的传递函数H1：
Figure BDA0003100884230000096
步骤13)根据计算得到的对空的传递函数H0和待测材料表面的传递函数H1， 计算待测材料的反射系数R：
Figure BDA0003100884230000097
其中，hs为扬声器的辐射表面与待测材料表面之间的距离；h为一维矢量传声器与待测材料表面之间的距离；j为虚数单位，
Figure BDA0003100884230000098
k为波数，k＝2πf/c；f为 频率，c为声速；
步骤14)根据计算得到的待测材料的反射系数R，计算待测材料的吸声系数α：
α＝|1-R|2
完成对待测材料的现场吸声系数测量。
其中，所述待测材料4与扬声器2之间的相隔距离大于待测材料4与矢量传声 器1之间的相隔距离。
所述扬声器2为手持式扬声器。
本发明还提供了一种基于矢量传声器的现场吸声系数测量方法，该方法包括：
步骤1)在四周空旷，上方没有设置障碍物的地方，将扬声器2的辐射表面对着 天空，激励扬声器发出扫频信号x(t)，一维矢量传声器中的声压传感器测量对空的声 压信号p0(t)，一维矢量传声器中的质点振速传感器测量对空的质点振速信号u0(t)；
步骤2)手握把手，将扬声器2的辐射表面正对着待测材料，激励扬声器2发出 相同音量的扫频信号x(t)，一维矢量传声器中的声压传感器测量待测材料表面的声 压响应信号p1(t)，一维矢量传声器中的质点振速传感器测量待测材料表面的质点振 速响应信号u1(t)；
步骤3)将激励扫频信号x(t)进行时间反转，并对其幅值进行衰减后，得到对应 的逆滤波器信号y(t)；
步骤4)将对空的声压信号p0(t)与逆滤波器信号y(t)进行卷积，得到对空的声 压脉冲响应信号P0(t)：
P0(t)＝p0(t)*y(t)
步骤5)将对空的质点振速信号u0(t)与逆滤波器信号y(t)进行卷积，得到对空 的质点振速脉冲响应信号U0(t)：
U0(t)＝u0(t)*y(t)
步骤6)将材料表面的声压响应信号p1(t)与逆滤波器信号y(t)进行卷积，得到 材料表面的声压脉冲响应信号P1(t)：
P1(t)＝p1(t)*y(t)
步骤7)将材料表面的质点振速响应信号u1(t)与逆滤波器信号y(t)进行卷积， 得到材料表面的质点振速脉冲响应信号U1(t)：
U1(t)＝u1(t)*y(t)
步骤8)对对空的声压脉冲响应信号P0(t)的最大值附近截取4ms-10ms范围内 的脉冲响应信号，作为对空的声压脉冲截取信号
Figure BDA0003100884230000101
对对空的质点振速脉冲响应信号U0(t)的最大值附近截取4ms-10ms范围内的脉冲响应信号，作为对空的质点振速脉冲截取信号
Figure BDA0003100884230000102
步骤9)对材料表面的声压脉冲响应信号P1(t)的最大值附近截取4ms-10ms范围内脉冲响应信号，作为材料表面的声压脉冲截取信号
Figure BDA0003100884230000111
对材料表面的质点振速脉冲响应信号U1(t)的最大值附近截取4ms-10ms范围内脉冲响应信号，作为材料表面的质点振速脉冲截取信号
Figure BDA0003100884230000112
步骤10)分别对对空的声压脉冲截取信号
Figure BDA0003100884230000113
对空的质点振速脉冲截取信号
Figure BDA0003100884230000114
材料表面的声压脉冲截取信号
Figure BDA0003100884230000115
和材料表面脉冲截取质点振速脉冲截取信 号
Figure BDA0003100884230000116
做傅里叶变换，得到对空的声压频域信号
Figure BDA0003100884230000117
对空的质点振速频域信号
Figure BDA0003100884230000118
材料表面的声压频域信号
Figure BDA0003100884230000119
和材料表面的质点振速频域信号
Figure BDA00031008842300001110
步骤11)根据得到的对空的声压频域信号
Figure BDA00031008842300001111
和对空的质点振速频域信号
Figure BDA00031008842300001112
计算对空的传递函数H0：
Figure BDA00031008842300001113
步骤12)根据得到的材料表面的声压频域信号
Figure BDA00031008842300001114
和材料表面的质点振速频 域信号
Figure BDA00031008842300001115
计算待测材料表面的传递函数H1：
Figure BDA00031008842300001116
步骤13)根据计算得到的对空的传递函数H0和待测材料表面的传递函数H1， 计算待测材料的反射系数R：
Figure BDA00031008842300001117
其中，hs为扬声器的辐射表面与待测材料表面之间的距离；h为一维矢量传声器与待测材料表面之间的距离；j为虚数单位，
Figure BDA00031008842300001118
k为波数，k＝2πf/c；f为 频率，c为声速；
步骤14)根据计算得到的待测材料的反射系数R，计算待测材料的吸声系数α：
α＝|1-R|2
完成对待测材料的现场吸声系数测量。
最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管 参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明 的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均 应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (4)

1.一种基于矢量传声器的现场吸声系数测量装置，其特征在于，该装置包括：矢量传声器(1)、扬声器(2)、操作平台(3)和数据处理模块；
扬声器(2)和矢量传声器(1)相对设置在操作平台(3)上，靠近矢量传声器(1)的一侧，纵向放置待测材料(4)；
所述矢量传声器(1)为一维矢量传声器，其包括：声压传感器和质点振速传感器；
所述声压传感器，用于实时采集对空的声压信号和待测材料(4)表面的声压响应信号；
所述质点振速传感器，用于实时采集对空的质点振速信号和待测材料(4)表面的质点振速响应信号；
所述数据处理模块，用于对实时采集的对空的声压信号和对空的质点振速信号进行处理，并截取指定时间范围内的信号做傅里叶变换，得到对空的声压频域信号和对空的质点振速频域信号；
对实时采集的材料表面的声压响应信号和材料表面的质点振速响应信号进行处理，并截取指定时间范围内的信号做傅里叶变换，得到材料表面的声压频域信号和材料表面的质点振速频域信号；
根据得到的对空的声压频域信号，对空的质点振速频域信号，材料表面的声压频域信号和材料表面的质点振速频域信号，计算待测材料的吸声系数；
具体地，所述数据处理模块的具体过程为：
将实时采集的对空的声压信号p0(t)与逆滤波器信号y(t)进行卷积，得到对空的声压脉冲响应信号P0(t)：
P0(t)＝p0(t)*y(t)
将实时采集的对空的质点振速信号u0(t)与逆滤波器信号y(t)进行卷积，得到对空的质点振速脉冲响应信号U0(t)：
U0(t)＝u0(t)*y(t)
将实时采集的材料表面的声压响应信号p1(t)与逆滤波器信号y(t)进行卷积，得到材料表面的声压脉冲响应信号P1(t)：
P1(t)＝p1(t)*y(t)
将实时采集的材料表面的质点振速响应信号u1(t)与逆滤波器信号y(t)进行卷积，得到材料表面的质点振速脉冲响应信号U1(t)：
U1(t)＝u1(t)*y(t)
对对空的声压脉冲响应信号P0(t)的最大值附近截取4ms-10ms范围内的脉冲响应信号，作为对空的声压脉冲截取信号
Figure FDA0003349935330000021
对对空的质点振速脉冲响应信号U0(t)的最大值附近截取4ms-10ms范围内的脉冲响应信号，作为对空的质点振速脉冲截取信号
Figure FDA0003349935330000022
对材料表面的声压脉冲响应信号P1(t)的最大值附近截取4ms-10ms范围内脉冲响应信号，作为材料表面的声压脉冲截取信号
Figure FDA0003349935330000023
对材料表面的质点振速脉冲响应信号U1(t)的最大值附近截取4ms-10ms范围内脉冲响应信号，作为材料表面的质点振速脉冲截取信号
Figure FDA0003349935330000024
分别对对空的声压脉冲截取信号
Figure FDA0003349935330000025
对空的质点振速脉冲截取信号
Figure FDA0003349935330000026
材料表面的声压脉冲截取信号
Figure FDA0003349935330000027
和材料表面的质点振速脉冲截取信号
Figure FDA0003349935330000028
做傅里叶变换，得到对应的对空的声压频域信号
Figure FDA0003349935330000029
对空的质点振速频域信号
Figure FDA00033499353300000210
材料表面的声压频域信号
Figure FDA00033499353300000211
和材料表面的质点振速频域信号
Figure FDA00033499353300000212
根据得到的对空的声压频域信号
Figure FDA00033499353300000213
和对空的质点振速频域信号
Figure FDA00033499353300000214
计算对空的传递函数H0：
Figure FDA00033499353300000215
根据得到的材料表面的声压频域信号
Figure FDA00033499353300000216
和材料表面的质点振速频域信号
Figure FDA00033499353300000217
计算待测材料表面的传递函数H1：
Figure FDA0003349935330000031
根据计算得到的对空的传递函数H0和待测材料表面的传递函数H1，计算待测材料的反射系数R：
Figure FDA0003349935330000032
其中，hs为扬声器的辐射表面与待测材料表面之间的距离；h为一维矢量传声器与待测材料表面之间的距离；j为虚数单位，
Figure FDA0003349935330000033
k为波数，k＝2πf/c；f为频率，c为声速；
根据计算得到的待测材料的反射系数R，计算待测材料的吸声系数α：
α＝|1-R|2。
2.根据权利要求1所述的基于矢量传声器的现场吸声系数测量装置，其特征在于，所述待测材料(4)与扬声器(2)之间的相隔距离大于待测材料(4)与矢量传声器(1)之间的相隔距离。
3.根据权利要求1所述的基于矢量传声器的现场吸声系数测量装置，其特征在于，所述扬声器(2)为手持式扬声器。
4.一种基于矢量传声器的现场吸声系数测量方法，其特征在于，该方法通过上述权利要求1-3中任一所述的基于矢量传声器的现场吸声系数测量装置实现，该方法包括：
步骤1)将扬声器(2)的辐射表面对着天空，激励扬声器发出扫频信号x(t)，一维矢量传声器中的声压传感器测量对空的声压信号p0(t)，一维矢量传声器中的质点振速传感器测量对空的质点振速信号u0(t)；
步骤2)手握把手，将扬声器(2)的辐射表面正对着待测材料，激励扬声器发出相同音量的扫频信号x(t)，一维矢量传声器中的声压传感器测量材料表面的声压响应信号p1(t)，一维矢量传声器中的质点振速传感器测量材料表面的质点振速响应信号u1(t)；
步骤3)将激励扫频信号x(t)进行时间反转，并对其幅值进行衰减后，得到对应的逆滤波器信号y(t)；
步骤4)将对空的声压信号p0(t)与逆滤波器信号y(t)进行卷积，得到对空的声压脉冲响应信号P0(t)：
P0(t)＝p0(t)*y(t)
步骤5)将对空的质点振速信号u0(t)与逆滤波器信号y(t)进行卷积，得到对空的质点振速脉冲响应信号U0(t)：
U0(t)＝u0(t)*y(t)
步骤6)将材料表面的声压响应信号p1(t)与逆滤波器信号y(t)进行卷积，得到材料表面的声压脉冲响应信号P1(t)：
P1(t)＝p1(t)*y(t)
步骤7)将材料表面的质点振速响应信号u1(t)与逆滤波器信号y(t)进行卷积，得到材料表面的质点振速脉冲响应信号U1(t)：
U1(t)＝u1(t)*y(t)
步骤8)对对空的声压脉冲响应信号P0(t)的最大值附近截取4ms-10ms范围内的脉冲响应信号，作为对空的声压脉冲截取信号
Figure FDA0003349935330000041
对对空的质点振速脉冲响应信号U0(t)的最大值附近截取4ms-10ms范围内的脉冲响应信号，作为对空的质点振速脉冲截取信号
Figure FDA0003349935330000042
步骤9)对材料表面的声压脉冲响应信号P1(t)的最大值附近截取4ms-10ms范围内脉冲响应信号，作为材料表面的声压脉冲截取信号
Figure FDA0003349935330000043
对材料表面的质点振速脉冲响应信号U1(t)的最大值附近截取4ms-10ms范围内脉冲响应信号，作为材料表面的质点振速脉冲截取信号
Figure FDA0003349935330000051
步骤10)分别对对空的声压脉冲截取信号
Figure FDA0003349935330000052
对空的质点振速脉冲截取信号
Figure FDA0003349935330000053
材料表面的声压脉冲截取信号
Figure FDA0003349935330000054
和材料表面的质点振速脉冲截取信号
Figure FDA0003349935330000055
做傅里叶变换，得到对空的声压频域信号
Figure FDA0003349935330000056
对空的质点振速频域信号
Figure FDA0003349935330000057
材料表面的声压频域信号
Figure FDA0003349935330000058
和材料表面的质点振速频域信号
Figure FDA0003349935330000059
步骤11)根据得到的对空的声压频域信号
Figure FDA00033499353300000510
和对空的质点振速频域信号
Figure FDA00033499353300000511
计算对空的传递函数H0：
Figure FDA00033499353300000512
步骤12)根据得到的材料表面的声压频域信号
Figure FDA00033499353300000513
和材料表面的质点振速频域信号
Figure FDA00033499353300000514
计算待测材料表面的传递函数H1：
Figure FDA00033499353300000515
步骤13)根据计算得到的对空的传递函数H0和待测材料表面的传递函数H1，计算待测材料的反射系数R：
Figure FDA00033499353300000516
其中，hs为扬声器的辐射表面与待测材料表面之间的距离；h为一维矢量传声器与待测材料表面之间的距离；j为虚数单位，
Figure FDA00033499353300000517
k为波数，k＝2πf/c；f为频率，c为声速；
步骤14)根据计算得到的待测材料的反射系数R，计算待测材料的吸声系数α：
α＝|1-R|2
完成对待测材料的现场吸声系数测量。
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101071008A (zh) * 2006-04-25 2007-11-14 李树云 超音热分离机
CN101777345A (zh) * 2009-12-25 2010-07-14 清华大学 一种用于吸声的多孔性吸声结构材料的设计方法

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20000020109A (ko) * 1998-09-17 2000-04-15 정몽규 알파 케빈 잔향실의 흡음률 측정 기구 및 방법
JP2003083805A (ja) * 2001-09-12 2003-03-19 Toru Ozuru 音響インピーダンス及び吸音率の測定手法
CN101451944B (zh) * 2008-12-25 2010-09-08 大连理工大学 基于声压反射系数相位谱的涂层密度超声测量方法
CN102043145B (zh) * 2010-11-03 2013-04-24 中国科学院声学研究所 基于声矢量传感器均匀直线阵的快速宽带频域波束形成方法
US9542947B2 (en) * 2013-03-12 2017-01-10 Google Technology Holdings LLC Method and apparatus including parallell processes for voice recognition
JP5973102B1 (ja) * 2016-03-10 2016-08-23 三菱日立パワーシステムズ株式会社 伝搬定数の取得方法、吸音材の吸音率の計算方法、吸音率評価装置
CN208888187U (zh) * 2018-10-17 2019-05-21 南京林业大学 一种板件隔声能力测量装置
CN110609085B (zh) * 2019-08-12 2022-06-10 中国船舶工业系统工程研究院 一种基于矢量水听器的声学超材料声学性能测量方法
CN112730626B (zh) * 2021-01-05 2021-11-09 中国科学院声学研究所 一种基于矢量传感器的现场隔声测量装置及测量方法
CN113405650B (zh) * 2021-05-29 2023-02-10 西北工业大学 一种基于驻波管和吸声材料的矢量传感器校正方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101071008A (zh) * 2006-04-25 2007-11-14 李树云 超音热分离机
CN101777345A (zh) * 2009-12-25 2010-07-14 清华大学 一种用于吸声的多孔性吸声结构材料的设计方法

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