测量吸声材料的吸声系数的三种方法(混响室法、阻抗管法、双传声器法)
小编最近在研究如何利用现有的装置设备去测量吸声系数,以下列出的三种方法都是测量吸声系数的,而且阻抗管法和双传声器法有些相似,但是仔细一看是大大不同呀,不同之处小编也都列了出来,大家可以根据需要去选择适合自己实验的装置。对于固定麦克风的设计,这些位置通常是均匀分布的,或者在靠近材料样品的一端密集分布。测量无材料时的混响时间:首先,在混响室内不放置被测材料的情况下,使用声源产生声信号,并通过麦克风阵列
小编最近在研究如何利用现有的装置设备去测量吸声系数,以下列出的三种方法都是测量吸声系数的,而且阻抗管法和双传声器法有些相似,但是仔细一看是大大不同呀,不同之处小编也都列了出来,大家可以根据需要去选择适合自己实验的装置。
1、混响室法
混响室法是一种用于测量材料吸声系数的常用方法,特别适用于评估大面积材料的吸声性能。该方法通过测量材料放置前后混响室内声能衰减的差异来确定材料的吸声特性。
①基本原理
混响室法的基本原理是使用一个具有均匀扩散声场的房间,即混响室。房间中的声波在墙壁、地板和天花板之间不断反射,形成复杂的声场。当材料放置在混响室内时,它会吸收部分声能,从而改变房间内的混响时间(声能量衰减的时间)。通过测量材料放置前后的混响时间差异,可以计算出材料的吸声系数。
②设备组成
混响室:混响室是一个大型房间,内部表面通常非常坚硬,能够尽量反射声波以形成均匀的扩散声场。室内通常没有软性材料以减少吸声效应。
声源:使用宽频带的噪声发生器或脉冲声源,如白噪声、粉红噪声或特定频段的正弦信号。声源需要能够均匀地激励整个房间的声场。
传声器(麦克风):多个传声器分布在混响室的不同位置,以测量室内的声压水平。这些麦克风的位置和数量按照标准进行布置,以确保测量的准确性。
信号处理设备:包括频谱分析仪、数字音频记录设备和计算机软件,用于记录和分析声信号。
③测量过程
测量无材料时的混响时间:首先,在混响室内不放置被测材料的情况下,使用声源产生声信号,并通过麦克风阵列测量混响时间。混响时间是指声压水平下降60分贝所需的时间,通常记为T60。
放置材料并测量混响时间:将被测材料铺设在混响室内的指定区域,如地板或墙壁上。再次使用相同的声源和麦克风布置测量新的混响时间。
数据分析:通过对比放置材料前后的混响时间,可以计算出吸声系数。具体的计算方法是通过萨宾公式(Sabine’s formula),其中吸声系数计算如下:
其中:
- V 为混响室的体积(立方米)
- S 为被测材料的表面积(平方米)
- c 为声速(通常取343米/秒,取决于温度和湿度)
- T1和 T2分别为放置材料前后的混响时间
由于混响室法所需实验室条件高,因此小编不作考虑,但是有此条件的,可以选择此法,其优点众多,精度较高。
2、阻抗管法(Impedance Tube Method)
阻抗管法也称驻波管法,它利用驻波原理,通过测量声波在管内的反射和入射声压分布来计算材料的吸声系数和声阻抗。
①基本原理
当声波在管道中传播并遇到端部的材料时,会发生反射和透射。反射波与入射波的叠加形成驻波。通过测量驻波的特征,如声压极值点的位置和大小,可以计算出反射系数和吸声系数。
②设备组成
驻波管:管道的直径和长度设计应与测量的频率范围相匹配,管径越小,测量频率范围越高;管的一端是声源,通常是一个音频发声器,如扬声器;另一端是被测材料样品,紧密封在管的末端,以确保声波全部入射到材料上。
传声器(麦克风):一般使用高灵敏度的驻波管麦克风。麦克风可以是固定的,位于几个特定位置,或者是可移动的,通过移动麦克风来测量不同位置的声压。
信号生成和分析设备:需要一个能够产生宽频带信号的音频发生器,以及用于分析接收到的声压信号的频谱分析仪或计算机系统。
③测量过程
信号输入:向管道输入连续的宽频带白噪声或扫频信号,声波在管道中传播。
声压测量:使用传声器测量管道内不同位置的声压。对于固定麦克风的设计,这些位置通常是均匀分布的,或者在靠近材料样品的一端密集分布。对于可移动麦克风的设计,通过移动麦克风沿管道的轴向测量。
④数据分析:
通过测量驻波的声压极大值和极小值的位置和幅度,可以计算反射系数和吸声系数。反射系数是反射声压与入射声压之比,吸声系数则是吸收声能与入射声能之比。
反射系数:R=Pr/Pi
吸声系数:
注意:
因为驻波管管道的直径远小于声波的波长,所以在管道中,可以认为声波是以平面波的形式传播。
驻波管法的测试原理就是驻波的测试原理。驻波管主体为一个无缝钢管,声音在钢管里面是全部反射无吸收,从而形成驻波。声源部分通过声频信号发生器发出,经过扬声器在管中形成均匀的声压级,通过反射形成驻波。
一般远离试件声压变小,靠近变大,远离到一定程度又会变大
3、双传声器法(双麦克风法)
双传声器法,也称双麦克风法,具体介绍可以参考小编写的另外一篇文章《双传声器法测量吸声材料的吸声系数(公式推导与解释)》,那里面写得非常详细。
4、阻抗管法与双传声器法的不同点
①阻抗管法通过测量管道中不同位置的声压来分析驻波;双传声器法通过两个麦克风同时测量入射波和反射波来分离声波成分。
②阻抗管法主要用于中高频段的测量;双传声器法适用于更广泛的频率范围,包括低频段。
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