[发明专利]利用脉冲声源和PU探头测量吸声系数的设备及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用脉冲声源与声压-质点速度（PU）探头测量吸声系数的设备及方法，属于材料的吸声系数测量领域。

背景技术

利用声压-质点速度探头直接测量出材料附近的声压和质点振动速度，进而得到声阻抗率，在材料表面反射平面波的假设下，利用镜像源模型，可以计算出材料的声反射系数，最终得到吸声系数。相比混响室法和阻抗管法，利用声压-质点速度探头测量材料的吸声系数的方法对所测材料的形状、面积无特殊要求，可以测量不同入射方向的吸声系数，适用于消声室、普通房间，甚至如车内这样的较小封闭声学环境，具有可现场测量的优势。

目前已有的使用声压-质点速度探头测量材料吸声系数设备，使用普通扬声器作为声源，声源发出白噪声作为激励源。声源与探头的距离在30 cm之内，对于低频声源，声源更接近于球面波，如果声源为点声源，可以通过F项修正至平面波，普通扬声器的直径为12.5 cm，无法看作为点声源。此外，由于扬声器有效频响范围有限，无法保证低频时探头接收到的信号足够大于背景噪声。因此，目前的声压-质点速度探头测量材料吸声系数设备公布的有效测量频率在300 Hz到10 kHz，实际上在500 Hz以下测量得到的吸声系数误差均较大。然而，按照ISO 3382标准，吸声测试报告中吸声系数的频率范围至少是100 Hz~5 kHz。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用脉冲声源与声压-质点速度（PU）探头测量吸声系数的设备及方法，其使用安装在可以调节长度的支架上的声压-质点速度探头和脉冲声源来测定材料的吸声系数，利用脉冲声源产生的宽频脉冲信号，以及可调节的声源距离，扩展了吸声系数的测量频率范围，可测量63 Hz~20 kHz频率范围内的吸声系数，可手持操作，方便测量与调节，其对部件形状和厚度无严格要求，可以在各种环境下进行，可满足大多数情况下的材料吸声系数测量。

本发明的技术方案是这样实现的：利用脉冲声源与声压-质点速度（PU）探头测量吸声系数的设备，由可伸缩式支架、声压-质点速度探头、脉冲声源、探头安装槽、声源插槽、锁紧旋钮、手柄组成，其特征在于：声压-质点速度探头和脉冲声源安装在可以调节长度的支架上，可伸缩式支架开有导槽，伸缩杆插在可伸缩式支架的导槽内，手柄固定连接在可伸缩式支架的背面，伸缩杆从可伸缩式支架左端伸出，可伸缩式支架左端有锁紧旋钮对伸缩杆限位，可伸缩式支架右端端头为声源插槽，伸缩杆端头有探头安装槽，声压-质点速度探头与探头安装槽固定连接，脉冲声源与声源插槽固定连接。

利用脉冲声源与声压-质点速度（PU）探头测量吸声系数的方法，其特征在于具体的测量步骤如下：1）将声压-质点速度探头装入探头安装槽内，将脉冲声源安装在声源插槽内并紧固；

2）连接好声源的电源，声压-质点速度探头数据线及数据采集设备；

3）放松锁紧旋钮，根据测量需要调节可伸缩式支架的长度，然后旋紧锁紧旋钮。握紧手柄7，或通过其它稳定的支架类设备（如三脚架）固定。使声压-质点速度探头与被测材料保持适当的距离；

4）控制声源开关，即可测量；镜像源模型是基于平面波反射的假设，即需要满足点声源到材料的距离大于波长，将待测材料放置在硬地面上，声压-质点速度探头放置在材料的上侧，距离待测材料的距离为                                                ，距离地面的高度为，材料的厚度为，点声源距离声压-质点速度探头的水平距离为，距离材料表面的垂直距离为；

5）声压-质点速度探头接收到的总声压包括直达声和材料的反射声，当声源距离样品的距离大于声源的波长时，接收点的总声压为：

                 

式中，为声源的振幅，为角频率，为波数，为声波的传播速度，为材料的反射系数，，分别为点声源和镜像点声源距离声压-质点速度探头的直线距离。接收点的质点振动速度为：

  

式中分别为声源S、其镜像声源和探头的连线与地面法向的夹角，为空气密度，为时间。

由和则可以得到声阻抗率：

          

进一步得到声压反射系数：

                   

当声压-质点速度探头位置非常接近材料表面时，有，。方程4可写为：

                   

由于该镜像源模型基于平面波这个假设，即要求足够大，方程5可以进一步简化为：