驻波管中隔声量的四传感器测量法.doc

驻波管中隔声量的四传感器测量法 xx:1006-1355 (xx)06-0044-03驻波管中隔声?的四传感器测?法曲波,朱蓓丽(上海交通大学振动、冲击、噪声国家重点实验室,上海200030)摘要:本文研究了驻波管中隔声?测试的一种新方法四传感器测试法。 它可以有效地消除透声部分末端反射波,尤其能提高低频段隔声?的测试精度。 本文推导了四传感器法的隔声?计算公式,并进?了实验验证和分析。 结果表明:采用四传感器法可?加精确地测定小样品垂直入射时的隔声?。 关键词:驻波管;隔声?;吸声末端;四传感器法:TU112.2+1:AFour2microphone Methodof SoundTransmission inthe StandingWave TubeQUBo,ZHU Bei2li(State KeyLaboratory ofVibration,Shock&Noise ShanghaiJiaoTong University,Shanghai200030,China)Abstract:A new method,four2microphone methodthat isused tomeasure sound transmission lossinthe standing wave tube,has beenstudied inthis paper.The methodseparated thetransmissionwave fromthe reflectedwave inthe absorbent ending.We conductedthe formulaand madean experi2ment onthe wavetube.The resultsturn out:that thenewmethodcan raisethe precisionof themea2surement,especially inthe lowfrequency range.Key words:standingwavetube;soundtransmissionloss;absorbentending;four2microphonemethod:xx206218作者简介:曲波 (19772),男,河南安阳人,在读硕士生。 前言隔声是研究在各种结构或设备中声传递现象的一门?论与技术。 评价构件隔声性能的物?是隔声?TL(单位是dB),又称作传声损失。 最早测?隔声是测?建筑中间隔墙的隔声,以后发展为测?构件隔声的混响室方法。 这需要将面积约为10m2的样品放在两个相邻混响室隔墙的中间。 1962?,ISO正式将这一方法定为国际标准,并一直作为测?构件隔声的主要方法。 另一种测?小型结构隔声的方法,由白瑞纳克等人提出,以后鲁苏将这一方法完善并与混响室方法进?了对比实验1。 1978?,我国研究出一种测?轻型结构隔声的方法,称为混响隔声消声箱方法,这种方法可同时进?声波在垂直与无规入射两种情况下的隔声测?1。 但目前广为采用的隔声?测试方法还是混响室法。 混响室法测隔声?时,被测样品的面积一般较大。 为了进?小样品的隔声?测试,近来已有人在驻波管中进?了方法研究3。 在驻波管中进?隔声?测试?仅方?简捷,而且利用管内产生的平面波声场可严格按隔声?的定义进?测?,有利于?论研究。 本文介绍一种在驻波管垂直入射隔声?测?中的四传感器法,它在以前的三传感器测?方法3的基础上加以改进,提高了测试精度,特别是低频段的精度,可为?论研究及工程应用提供可靠的测试手段。 1?论分析隔声?TL的定义为TL=-20log|t p|(dB) (1)其中t p为声压透射系数t p=p t/p i (2)式中p i为样品前方的入射波声压,p t为样品后方的透射波声压。 图1三传感器法测试示意图1.1驻波管中隔声?一般测试方法三传感器法如图1所示的三传感器法,被测样品置于驻波管的中央,其厚度为d。 样品的前方为声波的入射部分,后方为透射部分。 由于样品表面的反射,入射?12月噪声与振动控制第6期?1995-xxTsinghua TongfangOptical DiscCo.,Ltd.All rightsreserved.驻波管中隔声?的四传感器测?法部分形成驻波场,必须采用驻波分离方法,即用两个传感器把入射波与反射波分开3。 在透射部分,?论上要求只存在透射波,因此装上吸声尖劈末端以保证在测试频段内透射部分为?波场。 我们推得被测样品的声压透射系数t p为:t p=2sin(kS1)?p3p2e-jkS1-p1ejk(L1+L2) (3)式中:S1为传感器和传感器的距离;L1为传感器与被测样品正表面的距离;L2为传感器与被测样品背面的距离;p1,p2,p3分别为传感器,测得的复声压。 1.2吸声末端对隔声?测试的影响假设透射部分由于末端的反射而存在驻波,当传感器位于波腹或波节处会产生隔声?最大误差TL max:TL max=20log|p t|p t|p tr| (4)式中p tr为透射部分的反射波声压。 这样,?吸声尖劈的声压反射系数为0.1,传感器位于波节时导致的隔声?误差最大值为0.92dB。 同样,?吸声尖劈的吸声系数为0.96时,声压透射系数为0.2,隔声?最大误差为1.94dB;?吸声系数为0.9,引起的隔声?最大误差可达3.3dB。 要保证隔声?测试误差在1dB之内,就要求吸声末端的吸声系数大于0.99,这对吸声末端的吸声性能提出了很高的要求。 在驻波管中一般采用吸声尖劈作吸声末端。 由于吸声尖劈在低于截止频率时吸声系数急剧下降,?能保证透射部分的?波场条件。 为了能在较低频率准确测?,吸声尖劈必须做得很长。 1.3四传感器法?在透射部分也采用双传感器法把正向透射波与末端的反射波分开,?组成了四传感器测试方法。 原?如图2所示。 图2四传感器法测试示意图推得四传感器法测?中声压透射系数的计算公式为:t p=sin(kS1)sin(kS2)?p3ejkS2-p4p1-p2e-jkS1ejk(L1+L2) (5)式中:S1为传感器和传感器的距离;S2为传感器和传感器的距离;L1为传感器与被测样品正表面的距离;L2为传感器与被测样品背面的距离;p1,p2,p3,p4分别为传感器,测得的复声压。 由式 (5)可看出,参数L1和L2仅与t p的相位值有关,但?能太小,因为在样品表面的声场?均匀,并有被激发的高次波存在,所以L1和L2一般应大于管的直径。 传感器间距S1和S2的大小与测试频段有关,频率越低,其值越大4,测试时尽?保证两者相等。 由于透射部分采用了双传感器,将透射部分的反射波从声场中分离了出来,因此吸声尖劈的吸声性能对隔声?测试的影响?大。 利用四传感器测试法,可同时获得被测样品的复反射系数和复透射系数,这对研究被测材?的声学特性是非常有利的。 2实验研究隔声?测试是在自?设计制造的驻波管上进?的。 该装置的透射管末端安装了一根总长度为900mm的圆锥尖劈,作隔声测试时驻波管的总长度为3200mm。 2.1吸声尖劈的声学性能表1为实际测得的吸声尖劈的吸声系数,可看出其截止频率为160Hz。 表1吸声尖劈的吸声系数频率(Hz)100125160xx503154008001600吸声系数0.810.970.9920.9990.9990.99990.9999112.2隔声?测试结果被测样品直径10cm,厚约2mm,阻尼很大,安装在驻波管内且为夹紧状态。 每个样品均经过三次测?,每次测?均分别用式 (3)和 (5)计算其隔声?,再取平均。 从测试的近十个样品结果来看,两种方法计算的结果吻合得相当好,仅在低于160Hz时有些差异。 表2列出其中一个样品的测试结果。 图3为该样品的隔声?曲线。 表2样品的隔声?频率(Hz)隔声?(dB)三传感器法四传感器法差值(dB)1008.8611.832.9712510.279.74-0.5316011.3311.840.51xx4.114.430.3325016.916.820.0831518.5718.940.3740020.1720.660.4950020.8220.79-0.0363022.1122.40.2980023.1823.610.43100025.2125.510.3125026.6226.790.17160028.5128.650.1454?1995-xxTsinghua TongfangOptical DiscCo.,Ltd.All rightsreserved.xx图3实验测得的隔声?曲线2.3结果分析对比图3中的两条曲线可明显可看出,在160Hz以上频段两曲线吻合较好,在2001600Hz范围内近似为一条直线,斜率约为5dB。 160Hz以下频段,两种方法计算结果有较大差别。 用四传感器法测?的曲线在100Hz时隔声?反而增加,比三传感器法测得的值高约3dB。 下面我们对造成差别的原因进?分析,同时说明采用四传感器法测得的隔声?精确,尤其是在低频段。 首先我们对记录的实验数据进?了分析。 表3中记录了从测?放大器中读出的测点的数值,同时还列出了利用传递函数法4分离出的正向透射波的数值。 表3三传感器法声压误差分析频率(Hz)100125160xx1550080010001xx600点的测?值32455209603702704219431226分离的正向波317755790835626041.2318.7241.2311.7525.76相对误差(%)38.42-6.645.733.933.851.871.54.292.130.93(3此?内的数值为测?放大器的读数)可以看出,在频率低于160Hz时,由于反射波的存在,用三传感器法测?的是叠加波的值,例如100Hz,测点的数值为245,而实际的正向波只有177,所以计算出的隔声?就小了。 在高于160Hz时,传感器测得的值与分离出的正向波之间的相对误差小于5%,所以用这两种方法计算得的隔声?曲线比较吻合。 这说明末端吸声系数逼近1,透射部分基本上为?波场。 所以四传感器法考虑了透射部分的反射波,并分离了反射波,它的测试结果是比较准确的。 其次可从单层板的隔声特性分析。 根据被测材?的尺寸,边界条件,模?和密度,大致估算出它的第一阶固有频率为60Hz左右,该圆片样品的共振区约在50150Hz范围内。 用四传感器法可显示出该共振区域,而用三传感器法则观测?到这一现象。 由于现在采用1/3倍频程单频测?,虽然能提高信噪比,但测点较稀,?改用宽带激励结合信号处?,就可清晰地观察到共振段的隔声?振荡现象。 3结论与思考要提高四传感器法隔声?的测试精度,关键一点是保证四个测试通道频响的一致性。 本文测试实例中采用单通道逐点测试,避免了通道误差的影响。 样品的制作和安装是保证测试精度的另一个重要因素,特别要注意样品与管壁之间?能留有缝隙,以防?声而影响测试结果。 本方法原则上可适用于任意阻抗的吸声末端。 但根据双传感器法的误差分析4,吸声末端的吸声性能越好,测试精度越高。 在测试隔声?的同时也测?了样品的复反射系数,这对研究样品的声学特性十分有用。 为此,可根据文献4分析结果,采用?同间距的传感器组合来测试?同的频段以达到宽带测试。 当然,在同一频段入射与透声部分的传感器组合间距应该相同。 由于边缘夹紧的圆形板的共振频率与板的厚度、杨氏模?、密度、泊松比有关,?同样品的共振频率各?相同,阻尼也?一致,因此比较隔声?时最好在质?控制区内。 参考