基于声压-质点速度声强探头的材料吸声系数的测量

通过由一个声压换能器和一个质点速度换能器所构成的传感器(p-u声强探头)同时测量材料表面附近的声压和质点振动速度,可直接得到其声学阻抗,进而得到材料的反射因子、吸声系数。本文利用一个p-u探头声强测量系统,在半消声室内测量了三聚氰胺泡沫的吸声系数,分析了声源高度和入射角度、材料样本尺寸和厚度对吸声系数测量的影响,并和阻抗管中测量得到的法向吸声系数进行了对比。最后分析了声阻抗率的幅值和相位误差对吸声系数的影响,推导了它们的误差传递公式。     

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法的测量结果,说明采用声模态分解法对高频材料吸声系数的准确性。     

高声压级时多孔金属板的吸声特性研究

针对高声压级下有限厚度多孔金属板在线性阻抗背衬条件下(背衬表面声压与声质点速度为线性关系)的吸声问题,提出了一个描述不同声压级下材料层法向吸声性能的一维模型,并给出求解材料层内部声质点速度的线化与差分方法,以预测多孔金属板在高声压级下的非线性吸声特性。在阻抗管中对两块多孔金属板进行了声学测试,得到了材料层法向表面阻抗和吸声系数随入射声压级变化的实验结果。研究表明:实验与理论预测符合良好,验证了模型与数值方法的正确性。本文所提原理和方法,可用于一般硬质多孔材料。     

窄脉冲声用于大样品的吸声测量

本文利用逆滤波器原理,在空间产生了波形可控、长度在毫秒量级的窄脉冲声信号,分别采用脉冲分离法和脉冲叠加法,对一种毛毡材料和三种不同厚度的海绵材料进行了吸声系数的测量。实验证明,基于窄脉冲声信号的吸声测量结果与ISO13472-1:2002中的MLS脉冲法及阻抗管的测量结果基本吻合。采用窄脉冲进行吸声测量,可以减少样品边缘和周围环境对测量信号的干扰,提高现场测量的准确性。     

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。     

薄纤维层对穿孔板的声学影响研究

为了提高附着薄纤维层穿孔板的声学预测精度,通过实验及理论分析方法研究薄纤维层对穿孔板的声学影响。采用声学阻抗管系统测试穿孔饰面板及背腔的吸声系数。测试结果显示,薄纤维层对吸声层的吸声性能具有明显的提高作用。以穿孔板声阻抗模型为基础构建附着薄纤维层的穿孔饰面板等效声阻抗模型,以附加修正参数等效薄纤维层的声学影响。依据吸声系数测试结果计算薄纤维层的等效声学修正参数,结果显示薄纤维层造成的附加阻性修正比较显著。     

含圆柱形空腔吸声覆盖层的二维理论

发展了一种基于线性粘弹性Kelvin-Voigt模型的二维解析理论,分析声波垂直入射情况下含有周期分布圆柱形空腔的吸声覆盖层的反声和吸声特性。将覆盖层单元近似为粘弹性圆柱管,导出轴对称波的特征方程。再利用前后界面的边界条件得到这些轴对称波的共振频率和覆盖层的反射系数公式。根据理论模型计算了刚性背衬下某种材料吸声覆盖层的低频吸声性能。计算结果表明:(1)材料损耗因子越大吸声系数越大,但吸声峰值频率基本上不变,(2)覆盖层越厚吸声峰值频率越低,(3)穿孔率越小吸声峰频率越高,吸声系数峰值越大。     

双传声器法测量斜入射吸声系数研究

本文从理论和实验两方面研究了双传声器法测量斜入射吸声系数时,双传声器间距,双传声器离材料表面距离,材料面积大小等因素对测量结果的影响。     

水下吸声覆盖层声管测试的背衬研究

在吸声覆盖层水声声管测试的实验研究中，覆盖层背衬的选择对测量结果有重大影响。在我们二维理论研究的基础上，建立了吸声覆盖层声学特性的传递函数模型，分析比较了不同背衬对吸声覆盖层声学性能的影响。结果表明，不同背衬对吸声覆盖层吸声性能的影响具有明显不同的特性。背衬为双层壳体时，水层对吸声覆盖层的吸声系数曲线有明显的调制现象。背衬为单层壳体或双层壳体时，从整体上讲，吸声系数更趋近于刚性背衬而非软背衬的情况。在实验室小样品声管测试中，以较厚的钢柱作为背衬的测试数据来衡量吸声覆盖层性能更为合适，且易于实现。     

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。     

材料吸声系数双传声器测量的参数识别方法

本文提出了在普通房间中利用双传声器对多孔性和纤维性吸声材料吸声系数测量时的参数识别方法。利用Delany&Bazley经验模型对测量数据进行了参数识别,建立了材料的阻抗模型,并计算出材料全频带的吸声系数。与驻波管方法得到的吸声系数相比,在0～3000Hz范围内,二者都能较好地吻合。通过在不同的环境中进行对比测试,说明该方法具有较好的重复性和准确性。     

水下弹性微穿孔吸声结构吸声系数研究

利用模态叠加法建立了水介质微穿孔板的数学模型,基于声电类比法得到其等效电路模型。研究了弹性微穿孔板和弹性背腔对垂直入射吸声系数的影响。与空气介质中的微穿孔板不同,水下微穿孔板因结构阻抗不足,难以取得满意的吸声效果,为此提出了增强型微穿孔吸声结构,并在水介质阻抗管内对理论结果予以验证。结果表明,随着增强型弹性微穿孔板弯曲刚度的增大,其在[20,2000]Hz范围内的平均吸声系数得到提高,逐步趋近于刚性微穿孔板的结果,弹性背板使微穿孔吸声结构的吸声峰向低频移动,低频吸声效果得到提高。     

水下弹性微穿孔吸声结构吸声系数研究

利用模态叠加法建立了水介质微穿孔板的数学模型,基于声电类比法得到其等效电路模型。研究了弹性微穿孔板和弹性背腔对垂直入射吸声系数的影响。与空气介质中的微穿孔板不同,水下微穿孔板因结构阻抗不足,难以取得满意的吸声效果,为此提出了增强型微穿孔吸声结构,并在水介质阻抗管内对理论结果予以验证。结果表明,随着增强型弹性微穿孔板弯曲刚度的增大,其在[20,2000] Hz范围内的平均吸声系数得到提高,逐步趋近于刚性微穿孔板的结果;弹性背板使微穿孔吸声结构的吸声峰向低频移动,低频吸声效果得到提高。     

磁力负刚度薄膜结构低频吸声特性

针对背腔深度较小的薄膜吸声结构难以实现低频吸声的问题,提出了磁力负刚度的解决方法。采用传递矩阵法,建立了负刚度薄膜吸声结构理论模型,分析得出该结构的声阻抗等同与大背腔常规薄膜吸声结构的声阻抗;阻抗管实验验证得出,在一定磁场条件下,不同背腔的负刚度薄膜吸声结构与无负刚度结构相比其共振频率显著下降,吸声系数曲线与理论结构吻合。负刚度机制能够降低薄膜吸声结构的共振频率,用较小背腔实现低频吸声,从而实现薄型低频吸声结构设计。     

含三聚氰胺多孔材料分层复合介质吸声特性*

三聚氰胺泡沫材料是一种具有高开孔率的多孔材料,具备优良的吸音、防火隔热及环保性能,可以作为吸声材料与弹性板、空腔介质形成复合结构,在建筑、航空、交通工具等工程领域有广泛的应用。该文基于Biot理论和分层介质在交界面处的不同边界条件,建立非均匀复合介质背衬刚性壁面结构的理论声学模型,详细分析了多孔材料布局对复合结构吸声特性的影响。该文理论模型计算的结果与阻抗实验得到的垂直入射吸声系数基本一致,验证了理论模型的正确性。结果表明:在多孔材料前面增加空气层可以改善高频吸声特性;在多孔材料后面增加空气层可以改善复合结构低频吸声特性。通过合理配置多孔材料,可以在应用需求频段上达到满意的吸声效果。     

金属橡胶材料吸声特性研究

理论及实验研究了金属橡胶材料吸声性能参数.由金属橡胶材料声学特性参数理论计算式,推导出金属橡胶材料吸声性能参数──声阻抗率和吸声系数的理论计算公式.实验研究了金属橡胶材料结构常数和压缩模量,并建立了结构常数、压缩模量与材料结构参数的关系式,结果表明:相同平均孔隙直径金属橡胶材料具有相同的结构常数值;在一般频率范围内,相同结构参数金属橡胶材料压缩模量近似为常量.通过金属橡胶材料吸声系数的实验测量和理论计算,理论结果与实验结果符合较好,验证了理论和实验研究方法的正确性.     

可控声阻抗声衬控制系统设计及实验研究

为了克服传统声衬在实际应用中的限制,介绍了一种可控声抗的声衬,并设计了一套控制系统实现了这种声衬声阻抗的有源控制,使这种声衬的吸声系数在任意声源频率范围内始终保持最优值或定值,从而满足一定的阻抗条件。这个工作对发动机吸声降噪有源控制及通过压气机机匣处理抑制颤振具有重要实际意义。     

微缝吸声体理论

窄缝可做为声学原件,这是已知的。窄缝的声阻抗严格公式以及低频近似公式都存在。本文发展了窄缝的基本理论,求得了其声阻抗的简单实用公式。由此可见,缝宽减小至丝米级,其阻抗比将超过一,因而微缝板加后腔形成的微缝吸声体可具有良好吸声性能,而不需任何多孔性或纤维性材料。文中提出微缝吸声体的概念和严格理论,并讨论其吸声性能。微缝吸声体的公式与微穿孔吸声体的完全相似,只是其声阻系数较小而声抗过大,一般说,如参数相同,其吸声特性将比微穿孔吸声体为差。改进措施可有效地补救。     

穿孔结构前加多孔性材料的复合吸声结构

在以前的工作中,本文作者曾对于甘蔗纤维板穿孔结构前加一层玻璃棉的吸声特性进行过实验测量。这种复合结构的剖面图见图1:多孔材料层厚l,穿孔板厚t,与刚性壁距离L。这种桔构的表面法向声阻抗率Z_s为     

压力罐中水声材料声学特性的参量源测量法

设计了一种原波频率500 kHz、差频范围1~30 kHz的截断宽带参量阵,作为水声材料测量系统的声源。通过分析典型频率下的宽带参量源指向性理论计算和实际测量结果,发现两者结果的曲线基本吻合,证明计算模型是正确的。应用钟形短时脉冲实现水声材料声特性的宽带测量,有益于降低样品边缘衍射干扰。并建立了测量水声材料大面积板状样品声压反射系数、声压透射系数和吸声系数的压力罐测量系统,罐体内尺寸Φ4 m×12 m,最高静水压4.5 MPa,测量频率范围1~30 kHz。对标准样品(尺寸1m×1m)进行了测量实验,其测量结果和理论曲线有很好的吻合,参量源测量法得到了验证;之后,通过对一块橡胶板样品在不同静压力下的吸声性能进行了测量和有效评估,进一步确认了参量源测量法在压力罐这样有限水域中的潜在应用价值。