[发明专利]一种可用于对声学材料的吸声特性进行现场测量的装置和测量方法

权利要求书

1.一种可用于对声学材料的吸声特性进行现场测量的装置，包括信号发生器(1)、阵列处理器(2)、换能器阵列(3)、数据采集装置(4)、数据处理装置(5)和被测材料(9)，

其特征在于：信号发生器(1)通过导线连接阵列处理器(2)，阵列处理器(2)通过导线连接换能器阵列(3)，所述换能器阵列(3)由多个换能器单元(31)按一定排列顺序组成线阵列、面阵列或体阵列，所述数据采集装置(4)由传声器(声学测量探头)(41)、信号调理器(42)和信号适配器(43)组成，传声器(声学测量探头)(41)通过导线连接信号调理器(42)，信号调理器(42)通过导线连接信号适配器(43)，所述传声器(声学测量探头)(41)由传声器A(411)和传声器B(412)组成，所述数据处理装置(5)由数据处理器(51)组成，所述被测材料(9)的附近形成被测材料表面区域(10)；

所述传声器A(411)和传声器B(412)通过传声器支架(8)设置在滑轨(7)上，所述滑轨(7)上开设有刻度线，滑轨(7)枢接换能器阵列(3)，所述滑轨(7)连接有被测材料支架(6)，所述传声器支架(8)包括第一U型滑板(81)，所述第一U型滑板(81)滑动连接在滑轨(7)上，第一U型滑板(81)通过锁紧螺钉固定在滑轨(7)上，所述第一U型滑板(81)的上端连接有刻度尺(82)，所述刻度尺(82)上滑动连接有两个第二U型滑板(83)，第二U型滑板(83)通过锁紧螺母固定在刻度尺(82)上，两个第二U型滑板(83)的上端分别连接传声器A(411)和传声器B(412)。

2.根据权利要求1所述的可用于对声学材料的吸声特性进行现场测量的装置，其特征在于：所述换能器单元(13)可为超声波压电换能器单元或者动圈式电声扬声器单元以及二者的组合，换能器单元(13)中的单个换能器可使用轻质膜片或锥形振膜。

3.根据权利要求1所述的可用于对声学材料的吸声特性进行现场测量的装置，其特征在于：所述第一U型滑板(81)和第二U型滑板(83)的下端均连接有测量块。

4.根据权利要求1所述的可用于对声学材料的吸声特性进行现场测量的装置，其特征在于：所述传声器(声学测量探头)(41)包括测量声压的传声器探头或者测量声压质点速度(PU)探头以及二者的组合。

5.根据权利要求1所述的一种可用于对声学材料的吸声特性进行现场测量的测量方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)将被测材料(9)与被测材料支架(6)相抵，将换能器阵列(3)正对被测材料(9)表面放置，两者之间的距离为50cm左右；

(2)将传声器A(411)和传声器B(412)固定在传声器支架(8)上，通过锁紧螺母调节传声器A(411)或传声器B(412)与被测材料(9)之间的距离l，距离为1cm左右；

(3)通过锁紧螺母调节传声器A(411)和传声器B(412)之间的间距d，间距为2cm左右；

(4)调整传声器A(411)和传声器B(412)位置，使传声器A(411)和传声器B(412)与换能器阵列(3)中心在同一直线上，并且传声器A(411)和传声器B(412)与被测材料(9)表面平行；

(5)信号发生器(1)根据被测材料(9)所需测量的吸声性能频段播放一条特定频率带宽的音频信号；

(6)阵列处理器(2)利用声场重建算法处理信号发生器(1)的一条音频信号以产生一组音频信号，该组音频信号驱动换能器阵列(3)中的一个或多个换能器单元(31)以在被测材料(9)表面进行平面波声场重建；

(7)数据采集装置(4)中的传声器(声学测量探头41)拾取所在位置处的声压信号，经信号调理器(42)和信号适配器(43)进行调理与适配，调理与适配后信号数据经处理装置(5)中数据处理器(51)进行处理，输出测量频率范围内被测材料(9)的声阻抗以及吸声系数；

(8)松开传声器支架(8)与滑轨(7)的紧固螺丝，将传声器支架(8)翻转180°，使传声器A(411)和传声器B(412)的位置互换，重复步骤(2)(3)(4)(5)(6)(7)。

6.根据权利要求5所述的可用于对声学材料的吸声特性进行现场测量的测量方法，其特征在于：所述根据步骤(7)与步骤(8)测得的传声器A(411)和传声器B(412)的声压信号，采用如下方法计算被测材料(9)的声阻抗、反射系数以及吸声系数:

(1)设距离被测材料(9)较近的传声器A(411)所在位置为位置1,传声器B(412)所在位置为位置2，则第一次传声器A(411)和传声器B(412)测得的声压信号分别为第二次测得声压信号分别为对两次测量得到的声压信号做傅里叶变换得到复声压信号对复声压信号进行适当的加窗和平均处理能够有效抑制噪声引起的随机误差；

(2)利用步骤(1)中所得的复声压计算传声器位置2到位置1的传递函数

其中S₁₁(f)为位置1处复声压信号的自谱，S₂₂(f)为位置2处复声压信号的自谱，S₁₂(f)为位置1到位置2的互谱，S₂₁(f)为位置2到位置1的互谱，互谱的计算公式为：

其中p₁(f)为位置1处传声器测得的复声压，为位置2处传声器测得复声压的共轭值；

(3)根据两次测量结果分别计算传声器位置2到位置1传递函数对通道失配进行校正以后位置2到位置1的传递函数为：

(4)结合权利要求5中测得的传声器间距d以及传声器A到被测材料(9)的距离l，计算被测材料(9)的反射系数：

其中k为波数，根据材料的反射系数进一步可以计算出被测材料(9)表面的声阻抗率比Z以及材料的吸声系数α：

α(f)＝1-|R(f)|²。