驻波管法测量吸声材料

P=Pi + Pr = p0 [exp iϑ + Rexp(−iϑ)]
数的相位角。从式（1.4）知，当
(1.4)
反射系数 R=|R|exp(iδ)一般是复数，|R|是反射系数的模，它通常小于 1，δ是反射系
ϑ = nπ +
声压出现极大值，即
δ 2
(n=0,1,2,……)
|Pmax |=P0 (1 + |R|)
Pi =P0 exp⁡ [i(ωt + kx)]
设材料的反射系数为 R，则反射波声压Pr 为
(1.1)
式中 k=ω/C0 =2π/λ是平面波的波数，C0 为空气中的声速，λ为波长，ω为圆频率。
Pr =RP0 exp⁡ [i(ωt − kx)]
引入相位角
(1.2)
ϑ = kx =
2π λ
x
(1.3)
式（1.1）表明，当探管端部由材料表面逐步离开时，ϑ由零变为正值，并且与 x 成正 比，每移过一个波长的距离，ϑ就增加 2π将式（1.3）代入式（1.1）和（1.2）并略去 时间因子 exp(iωt)项，则管内任意一点处的总声压为
驻波管法测量吸声材料
实验目的：
通过本实验，掌握用驻波管法测量吸声材料法向吸声系数和法向声阻抗率的原理及操 作方法。 实验原理： 1， 驻波管法测量吸声材料法向吸声系数的原理和方法
吸声系数是描述吸声材料的吸收声能大小的物理量。它定义为：吸声材料所吸收的声 能和入射声能之比。测量材料的吸声系数，一般采用驻波管法和混响室法，前者测量 的是法向吸声系数，后者测量的屎无规入射的吸声系数。 用驻波管法测定吸声材料的法向吸声西系数，设备简单而费用低廉。根据法向 吸声系数又可以推算出均匀无规则入射条件下的吸声系数。但驻波管法只适用于测量 声学特性与材料尺寸无关的材料样品，多用于测量多孔材料，多孔板或，穿孔薄片结 构的吸声特性。 声学测量用的驻波管结构，如图 1.1 所示，主要部分是一根内壁光滑而坚硬， 界面均匀的管子，管子的末端装有被测材料样品。由扬声器向管中辐射的声波以平面 波形式传播，理论上可以证明，为了在管中获得平面波，声波的波长要大于管子的内 径并且满足要求：对于圆形管，直径 d<0.586λ;对于矩形管，长边的边长 L<0.5λ，其 中λ为声波的波长。 窄带滤 拍频振 荡器 刚性后盖 试件 驻波管 传输器小车 探管 波器器 传声放 大器
当
ϑ= n+
声压出现极小值，即
1 2
π+
δ 2
(n=0,1,2…..)
|Pmin |=P0 (1 − |R|)
法向入射吸声系数定义为
αp = 1 − |r|2
若定义驻比
S=|Pmin /Pmax |
则
S=
最后得到
1 −|R| 1+|R|
=
1 − 1−α p 1+ 1+α p
(1.11)
αp =
4S (1+S)2
问题与讨论：
1， 本实验的测量频率范围与驻波管的长度和管径的关系如何？ 答：为了在管中获得平面波，声波的波长要大于管子的内径并且满足要求：对 于 圆形管，直径 d<0.586λ;对于矩形管，长边的边长 L<0.5λ，其中λ为声波的 波长。频 2， 率范围为 200---1600Hz
本实验中为什么要用滤波器？ 答：虽然音频振荡器输给扬声器的是单频信号，但扬声器辐射处的声波并不一 定是纯音，所以在接收端必须进行滤波，这样才能滤去不必要的高次谐波分量。
(1.12)
由式（1.12）得知，只要测得驻波比 S,就可以求出法向入射吸声系数。如果驻波比 S 以分贝（dB）为单位，即实际测量的是声压极大值和极小值的声压级差 L，于是
L=-20lgS
这时
αp =
4x10 L/20 (1+10 L/20 )2
上两式中 S，L 和αp 三个参数等价，测定其中一个，就可以求出其它两个。 利用驻波管测定吸声材料法向入射吸声系数αp 的方法如下 1， 2， 3， 4， 调整振荡器的频率到希望的数值； 调整振荡器输出以得到适宜的声信号； 将接收滤波器的中心频率对准声信号频率； 将探管端部移至试件表面处，再慢慢离开，观察测量放大器上的电压表指示， 找到一个声压吉极大值。然后改变测量放大器增益，使表头指针偏转到满意刻 度。再移动传声器小车，细心地找出相邻的第一个极小值，据此算出 S 和 L， 即得到αp 值。 有些测量仪器中，如传声放大器，频率分析仪等设备有“电位器输入”插孔，传声器 接收信号由此输入。从专用的电压表刻度盘上可直接读出吸声系数αp 的值。具体方法 请参阅有关放大器的使用说明书。
实验仪器：
1， 音频信号发生器；2，滤波器；3，FDC-2 传声放大器；4，驻波管。
实验内容：
1， 对测试装置性能的检验 对整个装置简单而又全面的检验方法，是在管端用声刚性面作为封闭面时，测 定pmax /pmin 比值，这个比值在测量的频段内至少是 100，亦即声压级差不多低 于 40dB。 2， 法向吸声系数αp 的测试 吸声材料样品可选用玻璃棉和穿孔板。安装穿孔板时，刚性后盖板与吸声穿孔 板之间要有一定的距离。 测试频率按 1/3 倍频程进行，其频率为 200,250,315,400,500,630,800,1000,1250,1600Hz。测定结果用曲线表示，横 坐标表示频率，纵坐标表示αp 。相邻两个测点的αp 值用直线连接。
扬声器
标尺
|p|
r
λ/2
x
图 1.1 驻波管结构 测量装置包括以下几部分：1，驻波管，根据测试频率段不同，可选用不同内劲和不同 长度的驻波管；2，可移动的刚性后盖，移动它可以调节吸声材料与刚性壁面间的距离； 3，被测吸声材料 4，探管式传输器，用来接收驻波管轴线上各点的声压； 5，扬声器， 向管中辐射声波，探管可以自由穿过其中心孔；6，传输器小车，推动它可使探管在驻 波管内纵向移动；7，标尺，用来指示探管在驻波管中的位置。 平面波在材料表面被反射回来，于是在管中建立起驻波声场，从材料表面算起，管 中出现声压极大与极小的交替分布。利用可移动的探管传输器接收，在测试仪表上再 读出声压极大与极小的声级差，便可以确定垂直入射时的吸声系数αp 虽然音频振荡器输给扬声器的是单频信号，但扬声器辐射处的声波并不一定是纯音， 所以在接收端必须进行滤波，这样才能滤去不必要的高次谐波分量。由于要满足在管 中传播的声波为平面波和其他测试条件，常有低，中和高频三种尺寸的驻波管，以适 用于不同的频率范围。 如前所述，当平面波从试件表面反射回来时，在管中便形成驻波。入射平面波可视 为一列沿正向进入参考平面的入射波，记其声压为Pi 于是Pi 可以写成
3，
玻璃棉和穿孔板的声吸收各有什么特点？ 答：穿孔板在 1000Hz 处声吸收系数突然增大，玻璃棉的声吸收系数在 1000Hz 后逐渐减小。