一体化有源吸声终端实现及其在行波管测量中的应用

提出了一种利用矢量水听器在声管中实现一体化有源吸声终端的方法。该吸声终端采用矢量水听器作为传感元件,以实现入射波和反射波的分离,克服了传统双水听器声波分离方法中传感器间距及测量频率的限制,显著拓宽了一体化有源吸声终端的低频吸声频段。由声管中水声材料的测试原理出发,重点分析了吸声终端中传感元件灵敏度误差对吸声终端性能的影响,并给出了反射、透射系数的修正方法。实验结果表明:该有源吸声终端在100~2000 Hz频段内吸声系数可以达到0.98以上,测量得到材料的声压反射系数、声压透射系数及理论计算基本一致。      

基于太赫兹光谱技术的D-无水葡萄糖定性定量分析研究

葡萄糖是生命活动中重要的有机分子,研究葡萄糖在太赫兹波段的吸收特性并开展定性定量分析研究具有重要意义。太赫兹光谱对大分子物质具有特异性,当光谱穿透生物大分子时,由于分子间作用力和分子转动振动等因素影响,会产生太赫兹光谱下的特征指纹峰,不同大分子物质的指纹峰具有特异性,利用这一特征可以对不同大分子物质进行鉴别。本研究选取D-无水葡萄糖为研究对象,首先运用太赫兹时域光谱技术测量得到葡萄糖样品的时域光谱,测得的时域光谱经过傅里叶变换得到频域光谱,再采用Dorney和Duvillaret方法计算得到吸收系数,研究样品的吸收特性,然后开展了数学建模研究并建立了D-无水葡萄糖含量与太赫兹光谱的定量预测数学模型。研究结果表明,D-无水葡萄糖在太赫兹波段呈现明显的吸收特性,比较多元线性回归与偏最小二乘方法建立的回归模型,通过多元线性回归对样品的特征指纹峰建立的回归模型,得到的预测模型精度较高,稳定性较好,模型的校正集相关系数达0.977 2,均方根误差为0.061 6,预测集相关系数为0.992 7,预测均方根误差为0.055 2,从而太赫兹时域光谱技术可用于有效开展D-无水葡萄糖定性定量研究,该研究为运用太赫兹光谱技术手段开展果蔬、食品、药品中葡萄糖含量快速检测提供方法参考。     

微穿孔介电弹性体薄膜的吸声性能试验分析*

针对普通薄膜型降噪结构的吸声性能较差和吸声带宽较窄的问题,本文设计了一种微穿孔的介电弹性体薄膜吸声结构。该结构由穿孔的介电弹性体薄膜与背腔组合而成,目的是拓宽介电弹性体薄膜低频率段的吸声带宽。针对微穿孔的介电弹性体薄膜吸声结构,从试验角度分析穿孔薄膜初始厚度、穿孔孔径及穿孔间距对结构吸声性能的影响。分析结果可知：通过适当增加薄膜的初始厚度,薄膜的整体吸声性能得到有效提升,最大可将319Hz吸声频带的吸声系数从0.2提升至0.7;减小薄膜的穿孔孔径能够有效拓宽穿孔薄膜的吸声频带,可使吸声系数0.4以上的吸声带宽由304Hz拓宽至432Hz;适当控制穿孔间距能够达到更好的吸声效果。     

Enhancement of low-frequency sound absorption of microperforated panels by adding a mechanical impedance

In order to solve the bad low frequency sound absorption of the Micro-Perforated panel(MPP)absorber,mechanical impedance was introduced in the back of the MPP absorber to form a composite structure.According to the same particle vibration velocity on both sides of a plate,the mechanical impedance plate transfer matrix could be obtained.The units of the mechanical impedance,cavity and MPP were connected in series with the use of the transfer matrix method,thus creating the composite structure’s theoretical calculation model.The quality factor affecting absorption bandwidth was analyzed.Bandwidth is inversely proportional to the mechanical impedance plate mass.During the experiments,when at close to 400 Hz,the composite structure reached an absorption peak with a coefficient of above 0.8.Experimental results concurred with theoretical calculations.Mechanical resonance is added based on the traditional MPP resonance sound absorption mechanism.Through this,the performance of low frequency sound absorption can be improved without increasing the thickness of the structure.The frequency band can be broadened by reducing the mechanical impedance plate mass and controlling its boundary-damping coefficient.     

声学二维平面周期结构的吸声性能建模

声学周期结构兼具优化室内声场环境,节约建筑吸声材料的特性而在现代建筑中广泛使用。针对二维平面周期结构的声场优化特性,建立了一种吸声系数计算模型。首先,根据边界条件理论推导了吸声系数的线性方程组,继而通过数值分析方法进行求解,最后在驻波管和混响室中分别进行实验验证。实验结果表明,测量的吸声系数和理论计算曲线吻合良好,该模型可以准确测算二维平面周期结构的吸声系数。同时分析表明:在平面周期结构中,相同吸声材料面积情况下,吸声材料占比越大,吸声效果越好;在相同吸声材料面积和占比情况下,材料边缘长度越长,高频段吸声效果越好;随着材料边缘长度的减少,边缘效应影响减弱。      

释压法混合吸声系统中多孔材料厚度优化研究

研究释压法主被动混合吸声结构吸声性能与多孔吸声材料参数的关系,利用释压法对材料厚度敏感的特性,选择合适的多孔材料厚度提高系统的低频吸声性能。提出一种释压法主被动混合双层吸声结构,将误差传声器置入两层吸声结构之间的空气层中,分别优化各层的厚度,在较宽频带内获得较好吸声。对流阻系数为15000NSm^-4的一类典型的玻璃棉数值仿真,发现选择优化厚度分别为2.8 cm和6 cm,中间空腔长为2 cm,可使有效吸声频带向下大幅扩展。实验结果验证了所提宽带吸声结构。     

机械阻抗与声阻抗结合提高微穿孔板低频吸声性能

提出了在微穿孔板后部引入机械阻抗形成组合结构来解决微穿孔板低频吸声性能差的问题。由机械阻抗板两侧质点速度相同得出机械阻抗单元的传递矩阵,采用传递矩阵法将其与空腔、微穿孔板单元串接,建立组合结构理论计算模型;通过分析品质因子获得带宽与机械阻抗板质量成反比;试验得出组合结构在400 Hz附近有系数为0.8以上的吸声峰值,试验结果与理论计算吻合。在传统微穿孔板共振吸声机制的基础上加入机械共振,能够实现在不增加结构厚度的前提下提高低频吸声性能;降低机械阻抗板质量并且适当控制边界阻尼系数可以实现吸声频带的拓宽。      

水下材料声学性能宽频段测量方法

本文根据脉冲法和传递函数法的测试原理,建立水下声学材料吸声性能宽频段测量方法,在同一水声声管,相同状态下,对橡胶材料吸声性能进行测试分析。分析表明:常压及加压环境下,采用传递函数法和脉冲法测量材料的吸声性能,在重合频段(4 kHz～5.5 kHz)测试结果基本一致,测试偏差小于5%,从而验证了不同测量原理,测试材料水下声学性能的通用性。因此,采用传递函数法和脉冲法,可以实现水下材料声学性能宽频带测试。     

Sound decay in a rectangular room with impedance walls

The problem of sound decay in a rectangular room is considered for the case of a room with walls the acoustic properties of which are described by the impedance, which implies a dependence of the absorption coefficient on the angle of incidence of sound waves. The ray approximation is used to determine the sound decay laws for different distributions of wall absorption. It is shown that, in a room with impedance walls, the sound decay is slower than in the conventional reverberation model, in which the wall absorption coefficient is independent of the angle of incidence. The problem is also solved in the wave approximation to determine the decay law for a preset frequency band.     

基于声场重建的材料吸声系数测量方法

针对现有方法对材料吸声系数进行现场测量时存在低频测量误差大的问题,本文提出了一种利用扬声器线阵列对材料吸声系数进行现场测量的新方法。该方法使用基于能量比值约束的最小二乘法在待测材料表面进行平面波声场重建并结合双传声器传递函数法对材料的吸声系数进行测量。数值仿真表明在100～1600 Hz频率范围内,新方法在未加约束时能够对材料的吸声系数进行准确测量。在半消声室中利用新方法测量了三聚氰胺泡沫的吸声系数,分析了能量比值约束值对测量结果的影响,并和阻抗管以及其它两种现场测量方法的测量结果进行了对比。结果表明该方法能够对吸声材料在160～1600 Hz频段内的吸声系数进行准确测量,并且相较于现存的现场测量方法,新方法具有更低的测量频率下限。     

含空腔的功能梯度声学覆盖层水下吸声特性

针对传统的声学覆盖层吸声频带窄的问题,基于功能梯度材料的特点提出了一种含空腔结构的水下功能梯度声学覆盖层结构,引入梯度有限元法建立了功能梯度型声学覆盖层的水下声学计算模型,研究了功能梯度声学覆盖层结构的水下吸声特性.与传统的功能梯度结构声学建模方法相比,在保证计算精度和计算效率的基础上,文中所建立的功能梯度结构声学计算...     

内置谐振器的轻薄宽频吸声器结构设计与分析*

微穿孔板吸声器的吸声频带相较于亥姆霍兹谐振器更宽,但其低频吸声的实现需要较大的空气背腔,这对结构尺寸有限制的场合存在一定局限性。本文设计了一种轻薄吸声降噪结构(内置亥姆霍兹谐振器的微穿孔板吸声器,简称MPPHR),将微穿孔板吸声器与亥姆霍兹谐振器进行了结合,提升吸声器的低频吸声性能的同时兼具了微穿孔板宽带吸声的优点。首先基于微穿孔板和亥姆霍兹谐振器理论建立了等效电路模型并计算了结构的声阻抗。然后通过有限元对MPPHR的吸声特性进行了参数研究。最后验证了MPPHR的声阻抗模型和有限元仿真的准确性。研究结果表明：MPPHR结构拥有更宽吸声频带,厚度仅为30mm的MPPHR的半吸收频带可达1294Hz,相较于同等厚度下的微穿孔板吸声器宽近500Hz。此外,MPPHR拥有更好的低频吸声效率。     

使用脉冲声和矢量传声器的现场测量吸声系数

使用不同声源利用矢量传声器对毛毡材料进行现场吸声系数测试,研究了不同背景下不同声源的抗噪能力。矢量传声器可以同时测得声压和质点振速信号,进而可计算得到阻抗,利用自由空间和材料表面的阻抗可计算得到材料的吸声系数。在此次实验中,使用不同声源分别在无干扰和有一白噪声干扰源的两种情况下进行测试。结果表明,使用对数扫频脉冲和巴特沃斯脉冲测试所得的吸声系数曲线更平滑,说明脉冲声可以有效降低环境反射的影响,在高噪声背景下使用对数扫频脉冲测试所得的结果基本没有受到背景噪声的影响,说明对数扫频脉冲的抗噪能力更强。因此,使用对数扫频脉冲作为声源进行测试可有效减弱环境反射和背景噪声的影响。     

多阶声模态分解的改进阻抗管法测量材料的高频吸声系数

为了测量高频材料吸声系数,采用声模态分解的方法,基于阻抗管构建测试设备,在阻抗管内测量超过平面波截止频率的的高频吸声系数.测量过程中,通过在阻抗管的周向和轴向分别布置传声器阵列,分离管道内前3阶周向声模态以及各阶声模态的轴向传播入射波和反射波,从而得到最高频率达10000 Hz的材料吸声系数,并通过对比常规阻抗管测试方...     

A method of obtaining the oblique incident sound absorption coefficient through an on-the-spot measurement

A new method (tentatively called the ‘cancellation method’) of determining the sound absorption coefficient is presented. This method makes it possible to obtain the absorption coefficient of a wall material by means of an on-the-spot field measurement which has, until now, been considered very difficult. This paper shows that the reflection from a sample can be obtained by combining the outputs from two non-directional microphones through a phase inverter, and how, by comparing it with the direct sound, measured separately, the sound absorption coefficient can be estimated. Absorption coefficients of several kinds of samples obtained by this method are compared with those calculated theoretically for the locally reactive material.     

金属片镶嵌微缝薄膜结构的吸声特性分析*

为了使声波在低声压级、低频带达到理想的吸收效果,本文提出了金属片镶嵌微缝薄膜结构理论模型,并分析了该模型的吸声机理。首先将该结构的力学模型看作多自由度系统,构建振动微分方程,得到了金属片镶嵌薄膜的分布位置与每段薄膜弹性系数之间的关系。并在此基础上分析了激励频率与固有频率之间的关系,得出基频对该结构吸声效果的影响。然后利用有限元软件对该结构的模态振型和声阻抗进行了分析,得到了镶嵌在微缝薄膜上的金属片与声波的耦合形式。最后通过试验对该结构的吸声特性进行了验证,结果表明:吸收峰值受镶嵌位置影响较小,平均吸声系数变化不大,一阶固有频率会受镶嵌位置的改变而改变。     

一种新型宽带吸收频率选择表面

提出了一种新型的频率选择表面, 该结构具有良好的高频透射性能和较低频带的宽带吸收性能。吸收频率选择表面结构由有损层和带通层组成。通过等效电路法的分析, 有损层应该在通带内产生并联谐振, 因此给出了具体的等效电路模型并在ADS中进行了验证。在有损层的设计中, 在金属交叉贴片中加载两个电阻使其分为两部分实现了并联谐振。带通层利用无损耗槽型频率选择表面实现。仿真结果表明, 在12.75GHz时只有0.7dB的插入损耗, 并且实现了4.8GHz到11.2GHz的宽带吸收。最后, 制作了实物并进行了测试, 实验结果与仿真结果吻合得很好。     

Optimization of locally resonant acoustic metamaterials on underwater sound absorption characteristics

The study of acoustic metamaterials, also known as locally resonant sonic materials, has recently focused on the topic of underwater sound absorption. The high absorption occurs only within a narrow frequency band around the locally resonant frequency. Nevertheless, this problem can be addressed through a combination of several acoustic metamaterial layers that have different resonant frequencies. In this paper, an optimization scheme, a genetic and a general nonlinear constrained algorithm, is utilized to enhance the low-frequency underwater sound absorption of an acoustic metamaterial slab with several layers. Both the physical and structural parameters of the acoustic metamaterial slab are optimized to enlarge the absorption band. In addition, the sound absorption mechanism of the acoustic metamaterial slab is also analyzed. The result shows that each layer is found to oscillate as a nearly independent unit at its corresponding resonant frequency. The theoretical and experimental results both demonstrate that the optimized metamaterial slab can achieve a broadband (800–2500 Hz) absorption of underwater sound, which is a helpful guidance on the design of anechoic coatings.     

Sound absorption by an active resonator array near an impedance surface

Absorption of sound waves incident on a plane surface with arbitrary impedance by a planar active resonator array consisting of monopole or dipole resonators and positioned near the surface is considered. Appropriate tuning of active resonators ensures complete absorption of sound waves incident at a fixed angle in a broad frequency band. The effect of tuning errors on the efficiency of sound absorption by the systems under study is investigated. It is shown that, for rigid surfaces, a monopole resonator array yields a higher absorption efficiency, whereas for soft surfaces, a dipole resonator array is the more efficient one.     

一种现场测量材料吸声特性的新方法

现有的材料吸声系数测量方法主要有混响室法和驻波管法,都属于实验室测量方法,不适合现场测量。使用普通扬声器的反射法可以对材料的吸声特性进行现场测量,但是对材料尺寸和测试环境有较高的要求。本文利用参量阵非线性自解调可听声的高指向性和在阵长距离内的平面波特性,结合传递函数法,测量材料的吸声系数,并与传统驻波管测量结果进行了对比。结果表明在普通房间条件下,不需要驻波管,混响室等实验环境,即可对小尺寸的材料进行吸声系数的现场快速测量,具有较大的实用性。