驻波管材料吸声系数测试
实验三-混响室法吸声材料无规入射吸声系数的测量
实验三 混响室法吸声材料无规入射吸声系数的测量一、实验目的驻波管法测得的吸声系数仅反映了声波垂直入射到材料表面的声吸收，但实际使用中声波入射到材料表面的方向是随机的。
因此，通过此实验，我们要了解实际工程应用中常常采用的混响室法测量材料的无规入射吸声系数的方法。
二、实验原理声源在封闭空间启动后，就产生混响声，而在声源停止发声后，室内空间的混响声逐渐衰减，声压级衰减60dB 的时间定义为混响时间。
当房间的体积确定后，混响时间的长短与房间内的吸声能力有关。
根据这一关系，吸声材料或物体的无规入射吸声系数就可以通过在混响室内的混响时间的测量来进行。
在混响室中未安装吸声材料前，空室时的总的吸声量1A 表示为：111155.34VA mV c T =+ 在安装了面积为S 的吸声材料后，总的吸声量2A 可表示为：V m T c VA 222243.55+=式中：1A 、2A 为空室时和安装材料后室内总的吸声量，m 2；1T 、2T 为安装材料前后混响室的混响时间，s ；V 为混响室体积，m 3；1c 、2c 为安装材料前后测量时的声速，m/s ； 1m 、2m 为安装材料前后室内空气吸收衰减系数；如果两次测量的时间间隔比较短或室内温度及湿度相差较小，可近似认为c c c ==12，m m m ==12。
由此计算出被测试件的无规入射吸声系数s α为（其中S 为被测试件面积，m 2）：⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=12113.55T T cSV s α三、实验仪器AWA6290A 型多通道噪声与振动频谱分析仪，AWA 吸声系数测量软件包，十二面发声体。
混响室应具有光滑坚硬的内壁，其无规入射吸声系数应尽量地小，壁面常用瓷砖、水磨石、大理石等材料。
混响室要具有良好的隔声和隔振性能。
按标准要求，混响室体积应大于200m 3。
四、实验步骤1.安装测试系统，测试空室混响时间。
2.将测试传声器放置在第一个测点，打开信号源并调整到所需测试的频率范围，调整功率放大器使得在室内获得足够声级。
实验二-驻波管法吸声材料垂直入射吸声系数的测量
实验二 驻波管法吸声材料垂直入射吸声系数的测量一、实验目的加深对垂直入射吸声系数的理解，了解人耳听觉的频率范围，获得对一些频率纯音的感性认识。
二、实验原理在驻波管中传播平面波的频率范围内，声波入射到管中，再从试件表面反射回来，入射波和反射波叠加后在管中形成驻波。
由此形成沿驻波管长度方向声压极大值与极小值的交替分布。
用试件的反射系数r 来表示声压极大值与极小值，可写成：max(1)r p p =+min(1)r pp =-根据吸声系数的定义，吸声系数与反射系数的关系可写成：21rα=-定义驻波比S 为：minmaxp p s =吸声系数可用驻波比表示为：()241ss α+=因此，只要确定声压极大和极小的比值，即可计算出吸声系数。
如果实际测得的是声压级的极大值和极小值，计两者之差为Lp ，则根据第二章中介绍的声压和声压级之间的关系，可由下式计算吸声系数：()()()200220410110Lp Lpα⨯+=三、实验仪器AWA6122型智能电声测试仪，AWA6122A驻波管测试软件，待测吸声材料。
四、实验步骤利用驻波管测试材料垂直入射吸声系数的步骤如下：a将固定驻波管的滑块移到最远处。
b移动仪器屏幕上的光标，到所要测量的频率第一个峰值处，缓慢移动固定驻波管的滑块，同时读取光标位置显示的声压级，将滑块停在声压级为一个极大值的位置。
此位置即为峰值位置，输入此时滑块所在位置的刻度。
c移动仪器屏幕上的光标，到所要测量的频率第一个谷值处，缓慢移动固定驻波管的滑块，同时读取光标位置显示的声压级，将滑块停在声压级为一个极小值的位置。
此位置即为谷值位置，输入此时滑块所在位置的刻度。
d移动仪器屏幕上的光标，到所要测量的频率第二个峰值位置、第二个谷值位置，或到所要测量的第三个峰值位置、第三个谷值位置、重复b，c条操作。
可以测量到第二个峰谷值和第三个峰谷值。
e重复a—d操作，可以测量到各个频率点的声压级峰谷值。
f注意事项：测过数据后，光标不要返回，驻波管的瞬时数据会覆盖原有记录数据；由于扬声器密封性能不是特别好，故标尺首尾数据不要记录，避免因漏声造成的测量误差。
驻波管测试仪测量金属橡胶吸声性能误差分析
声波波长 。设声压反射系数 E = (N - 1) / (N + 1) ,
则材料表面的声阻抗计算式为
Za
=
1 1
+ -
Eexp (φj ) Eexp (φj )
ρ ·0
c0
S
(3)
式中
S
为
驻
波
管
横
截
面
积
,
ρ 0
c0
为空气特性阻抗。
设相位常数 β =ω/ c,则由式 ( 2)和式 ( 3)可得声阻
抗计算式为
摘 要 :驻波管测试仪是用于测量材料吸声性能的专用仪器 ,利用该仪器对金属橡胶吸声性能进行测量 ,使测 量结果满足金属橡胶吸声性能实验研究的精度要求 ,且便于材料实验结果的误差分析 ,需对驻波管测试仪进行检 测和调试 。借助于吸声性能参数的理论计算公式 ,分析了 AWA6122A 型驻波管测试仪的主要误差来源 ,分别检测 了各主要误差源的误差大小 ,确定了提高测量精度的方法 ,为金属橡胶吸声性能的实验研究提供基础 ,也为同类仪 器的检测提供了方法 。
收稿日期 : 2006208209 基金项目 :国家自然科学基金资助项目 (50675042) 作者简介 :武国启 (1979 - ) ,男 ,黑龙江肇东市人 ,博士研究生 ,主要 研究方向为金属橡胶材料吸声降噪性能理论及应用研究 。
金属橡胶材料是一种均质的弹性多孔物质 ,是 用一定的工艺方法 ,将一定质量的 、拉伸开的 、螺旋 状态的金属丝有序或无序的排放在冲压或碾压模具 中 ,然后用冷冲压方法而成型的 [ 2 ] 。金属橡胶产品 在阻尼减振 、隔振 、密封 、节流等方面都有广泛的应 用 [ 3, 4, 5 ] 。金属橡胶材料由表及里都具有大量的互 相贯通的微孔和缝隙 ,也具有透气性 ,符合多孔性吸 声材料特征 ,属于多孔吸声材料 。由于金属橡胶具 有吸声频带较宽 、工作温度范围大 、强度高 、抗腐蚀 、 吸湿性小等特点 [ 6 ] ,在吸声降噪工程中具有很好的 实用价值和发展前景 。
测量材料吸声系数的方法
测量材料吸声系数的方法吸声是声波撞击到材料表面后能量损失的现象，吸声可以降低室内声压级。
描述吸声的指标是吸声系数a，代表被材料吸收的声能与入射声能的比值。
理论上，如果某种材料完全反射声音，那么它的a=0；如果某种材料将入射声能全部吸收，那么它的a=1。
事实上，所有材料的a介于0和1之间，也就是不可能全部反射，也不可能全部吸收。
不同频率上会有不同的吸声系数。
人们使用吸声系数频率特性曲线描述材料在不同频率上的吸声性能。
按照ISO标准和国家标准，吸声测试报告中吸声系数的频率范围是100-5KHz。
将100-5KHz的吸声系数取平均得到的数值是平均吸声系数，平均吸声系数反映了材料总体的吸声性能。
在工程中常使用降噪系数NRC粗略地评价在语言频率范围内的吸声性能，这一数值是材料在250、500、1K、2K四个频率的吸声系数的算术平均值，四舍五入取整到0.05。
一般认为NRC小于0.2的材料是反射材料，NRC大于等0.2的材料才被认为是吸声材料。
当需要吸收大量声能降低室内混响及噪声时，常常需要使用高吸声系数的材料。
如离心玻璃棉、岩棉等属于高NRC吸声材料，5cm厚的24kg/m³的离心玻璃棉的NRC可达到0.95。
测量材料吸声系数的方法有两种，一种是混响室法，一种是驻波管法。
混响室法测量声音无规入射时的吸声系数，即声音由四面八方射入材料时能量损失的比例，而驻波管法测量声音正入射时的吸声系数，声音入射角度仅为90度。
两种方法测量的吸声系数是不同的，工程上最常使用的是混响室法测量的吸声系数，因为建筑实际应用中声音入射都是无规的。
在某些测量报告中会出现吸声系数大于1的情况，这是由于测量的实验室条件等造成的，理论上任何材料吸收的声能不可能大于入射声能，吸声系数永远小于1。
任何大于1的测量吸声系数值在实际声学工程计算中都不能按大于1使用，最多按1进行计算。
在房间中，声音会很快充满各个角落，因此，将吸声材料放置在房间任何表面都有吸声效果。
驻波管法吸声系数测量
驻波管法吸声系数测量1.1引言任何一项试验都需要做细致的前期准备工作，这样才能保证试验有序合理的进行，同时可以保证试验的延续性、重复性、可比性。
前期的工作主要包括对试验对象、试验条件、试验仪器、系统的搭建进行详细的定义和说明。
1.2试验对象和条件1.2.1待测材料的规定1、被测材料应为多孔吸声材料；2、被测材料应制作成直径为30mm和100mm圆形，尺寸误差在2%以内，能过正好装入；3、材料表面应平整，材料与阻抗管之间的缝隙应用油脂密封；4、同种材料至少准备两个被测样件。
1.2.2试验环境和设备的规定试验过程中应保证环境的安静，同时应测量环境的温度。
试验设备应满足GB/T 18696. 1- 2004的规定。
主要实验设备：采集器、功率放大器、驻波管、传声器、线缆、声级校准器、电脑和软件。
1.2.3说明本节关于被测材料、实验设备、环境等要求未描述者，请参考GB/T 18696. 1- 2004。
1.3试验步骤1.3.1根据设备使用说明，依次连接好采集器、传感器、功率放大器、线缆、电脑等设备。
1.3.2检查设备连接无误后，接通电源，将功放输出增益调制最小后，依次打开功放、采集器、电脑和软件，并在软件里根据选择对应的采集器型号，并设置采样频率，一般设置为50kHz。
1.3.3打开传感器校准功能选项，校准传感器，通常每次测试前均需对对各通道的传感器进行校准。
1.3.4打开材料吸声系数测量模块，进行材料吸声系数测量：1) Setting（设置）⏹Mode Choose 选择Absorption(吸声系数测试)⏹TUBE 选择测试所使用的管，程序会自动给出管的参数，包括：样品到最近传声器的距离、两个传声器的间距，测试管的内径，以及测试的有效频率范围。
⏹ENVIRONMENT 填写测试环境的大气压、温度，用来计算空气密度、声速和特性阻抗。
缺省设置为101325Pa 及20℃。
2) 按显示内容，布置传声器通道：声源-1通道- 2通道-样品3) 点击<Run>进行测量，等待测量曲线开始稳定，比较平滑后点击<Stop>。
测量材料吸声系数的方法
测量材料吸声系数的方法吸声是声波撞击到材料表面后能量损失的现象，吸声可以降低室内声压级。
描述吸声的指标是吸声系数a，代表被材料吸收的声能与入射声能的比值。
理论上，如果某种材料完全反射声音，那么它的a=0；如果某种材料将入射声能全部吸收，那么它的a=1。
事实上，所有材料的a介于0和1之间，也就是不可能全部反射，也不可能全部吸收。
不同频率上会有不同的吸声系数。
人们使用吸声系数频率特性曲线描述材料在不同频率上的吸声性能。
按照ISO标准和国家标准，吸声测试报告中吸声系数的频率范围是100-5KHz。
将100-5KHz的吸声系数取平均得到的数值是平均吸声系数，平均吸声系数反映了材料总体的吸声性能。
在工程中常使用降噪系数NRC粗略地评价在语言频率范围内的吸声性能，这一数值是材料在250、500、1K、2K四个频率的吸声系数的算术平均值，四舍五入取整到0.05。
一般认为NRC小于0.2的材料是反射材料，NRC大于等0.2的材料才被认为是吸声材料。
当需要吸收大量声能降低室内混响及噪声时，常常需要使用高吸声系数的材料。
如离心玻璃棉、岩棉等属于高NRC吸声材料，5cm厚的24kg/m³的离心玻璃棉的NRC可达到0.95。
测量材料吸声系数的方法有两种，一种是混响室法，一种是驻波管法。
混响室法测量声音无规入射时的吸声系数，即声音由四面八方射入材料时能量损失的比例，而驻波管法测量声音正入射时的吸声系数，声音入射角度仅为90度。
两种方法测量的吸声系数是不同的，工程上最常使用的是混响室法测量的吸声系数，因为建筑实际应用中声音入射都是无规的。
在某些测量报告中会出现吸声系数大于1的情况，这是由于测量的实验室条件等造成的，理论上任何材料吸收的声能不可能大于入射声能，吸声系数永远小于1。
任何大于1的测量吸声系数值在实际声学工程计算中都不能按大于1使用，最多按1进行计算。
在房间中，声音会很快充满各个角落，因此，将吸声材料放置在房间任何表面都有吸声效果。
阻抗管工作原理和使用-测量吸声系数和传声损失
有关定义
々法向入射吸声系数（ ）。
法向入射平面波进入试件表面的声功率与入射声 功率的比值。
々法向入射声压反射因素（ r ）
基本面上法向入射平面波的反射波振幅与入射波 振幅的复数比值。 々声阻抗率（Zs ）
技术参数
AWA8551型阻抗管
组成：声源、内径100 mm声源管、内径100 mm试件管、内径29 mm声源管、内径29 mm试 件管。
内径100 mm声源管上传声器位置有三个， 两传声器的间距分别为70mm，140mm，频率下 限分别对应到100 Hz、50 Hz；近传声器到被测 试件的距离为100mm。测量频率范围是50 Hz到 1.6 kHz。试件管有效长度200mm。
阻抗管根据管径及用途不同又分为：
AWA8551型阻抗管，AWA8551A型阻抗管， AWA8551T型传递损失管，AWA8551AT型传递损 失管。
主要特点
符合标准：GB/T 18696.2-2002（ISO 10534-2:1998） 《声学 阻抗管中吸声系数和声阻抗的测量 第2部分 传 递函数法》
测量方法一：交换通道法
用于测试样品比较少的情况。测试时， 需要交换两个传声器的位置。交换的目的 主要是相位校准
软件启动-插入吸声系数测量
属性设置
基本属性设置完后，首先点击软件菜 单下的“start”按钮，启动软件，然 后点击“吸声系数测量分析窗”左上 角按钮“start”启动测量。测量完后， 根据提示，交换两个传声器的位置， 继续点开始测量交换通道后的传递函
传递函数法吸声测量理论
传递函数法吸声系数测量系统介绍
驻波管法测定材料的吸声系数实验
样品参数：直径95mm，厚1cm。 驻波峰值、谷值测定数据见表1。 材料二：镀锌钢板共振穿孔板吸声材料。 样品参数：直径100mm，板厚1cm，腔深5cm，穿孔率 1.37%，孔径1.2mm，孔距7mm。 驻波峰值、谷值测定数据见表2。
实验一 驻波管法测定材料的吸声系数实验
表 1 材料一数据记录
频率
751 942
110.2 85.8
796 941
average
峰
谷
121.9 80.2
--
--
131.3 91.9
--
--
126.8* 92.85
--
--
127.0 95.7
--
--
110.2 85.3
--
--
实验一 驻波管法测定材料的吸声系数实验
表 1 材料一数据记录 (续)
频率
800Hz 1234mV 900Hz 3456mV 1000Hz 1000mV 1400Hz 2000mV 2000Hz 2500mV
基本性 实验
环境物理工程实验考核办法
序 实验名称 号
实验内容
实验 应运用的主要知识点 主要培养的技能点
性质
1) 室外不同功能区环境 1) 环境振动及其评
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3、吸声系数计算公式 0 4n
1 n2
0 材料吸声系数
三源及接收设备，检查各仪器设备的接线是 否正确，并使声频讯号发生器等电子设备接通电源，预 热15min后使用。
2）将试件（自选）装入试件筒内并用凡林将试件与筒 壁接触处的缝隙进行密封，然后用夹具将试件筒固定在 驻波管顶盖中。
厅堂使用设计实例一
厅堂使用设计实例二
厅堂使用实例三
厅堂设计实例四
一、实验目的
1、通过实验掌握驻波产生原理； 2、理解吸声系数与材料构造间的相互关系； 3、了解测量方法、仪器使用等基本知识； 4、比较不同材料吸声系数变化规律； 5、加强对建筑材料构造吸声性能认识。
二、实验原理
1、何为驻波？ 两列相位相同的波在同一直线上相向传播而叠加
驻波管法材料吸声系数测试
通过测试不同材料或同一种材料的不同构 造比较吸声系数与材料及构造间的相互 关系； 了解驻波管吸声系数测量方法、及仪器使用基 本知识；加强对材料构造吸声性能认识。
前言
材料吸声系数是建筑师在厅堂设计时，必须选 择的重要参数之一。它是怎样测量得到?我们选 择的原则是什么？
材料吸声系数测试有二种方法，其一是驻波管 法，主要研究声能垂直入射时的吸声频率特性。 另一种是混响室法，研究材料在无规入射时的材 料的吸声频率特性。由于驻波管法测试仪器操作 相对简单，我们在此主要介绍驻波管法材料吸声 系数测试。
3）调节声频讯号发生器频率开关，依次发出自1254000Hz的各1/3倍频程声频讯号，通过扬声器在驻波管 中建立驻波声场。
4）移动活筒小车在任一位置，改变接受滤波器的中心 频率，使发声讯号与接收讯号频率一一对应。
5）将探管端部从试件表面慢慢移开，缓慢移动小车 以找到声压的极大值和极小值，并记录读数，对每频 率要反复进行三次测量和读数。 6）将测得的不同频率的驻波声压极大值和极小值读 数代入公式求出各频率时的n值，再计算材料吸声系 数αo。 7）改变材料后空，选择30mm或50mm后空，调整声 频发生器的讯号输出开关，移动传声器探管找到声压 极大值时、声压极小值，计算材料的吸声系数αo值。
3、分析比较一种材料不同构造吸声系数如何变 化，并总结其规律。
吸声材料样品
吸声材料样品
吸声材料样品
吸声材料频率特性曲线
吸声构造
吸声材料样品
思考题
影响吸声系数αo测试精度的因素有哪些？ 混响室测试材料吸声系数与驻波管测量材料吸
声系数有何区别？ 改变材料空气层厚度，吸声系数如何变化？ 声学设计中如何选择材料吸声系数？
产生的波称为驻波。
2、驻波比
设Lpmax为波腹处的声压级，Lpmin为波节处的 声压级，波腹与波节的声压级差为△Lp则：
Lp Lp max Lp min
20 lg p max 20 lg p min
P0
P0
20 lg p max P min
20 lg n
算出比值n---驻波比
五、实验内容
每组同学任选一种常用材料测试各频率的 吸声系数测试。 如：玻璃棉、石膏板等
同一种材料增加30mm空气层再进行各频率 吸声系数测试。
六、实验结果分析
1、根据测试声压级极大值Lpmax、声压级级小 值，按照公式计算125～4000Hz频率范围里的吸声 系数。
2、绘制125 ～ 4000Hz吸声系数频率特性曲线。