阻抗管中传声损失的测量方法及实现

在阻抗管内用四个传声器可以实现快速经济的小样品连续谱隔声量（法向入射传声损失）测量。目前市面上商业化的材料传声损失测量系统都是基于传递矩阵法的测量原理，主要参考标准为GBZ 27764-2011 阻抗管中传声损失的测量-传递矩阵法和ASTM 2611-09。

01传递矩阵法

1.1 测量原理

传递矩阵反映材料及结构固有物理特性，不随管道末端条件的改变而改变。将管道末端假设为消声端。定义传递矩阵各元素，当末端不是消声终端而是有反射时，传递矩阵不变，由此得到一般情况(末端有反射)下的测量理论。根据这个理论，测量样品前后四个传声器之间的传递函数即可计算样品的透射系数和反射系数。

信号发生器产生信号，经扬声器变为声波进入声源管后产生平面声波A，遇到测试样品，一部分被吸收，一部分被反射，形成反射平面声波B；还有一部分经测试样品，进入接收管，形成平面声波C；平面声波C遇吸声末端，一部分被吸声，一部分被反射，形成反射平面声波D。

1.1.1 两次测量法

对于前后两面性质不同的材料，采用两次测量法。传递矩阵涉及声压及质点速度，为得到四个不相关等式，**次测量时的管道末端阻抗应该与**次测量时不同，建议分别用末端开、闭两次测量。

在每一次测量时，在管道的截止频率范围内，用双传声器法将测试样品前后的声场分解为左右传播的平面波。根据两次测量的结果以及样品两面的声压和粒子速度关系计算样品的传递矩阵。

1.1.2 一次测量法

对于两面声学性能相同的(几何对称的)样品，存在如下等式：

传递矩阵的四个元素此时只有两个是独立的，采用一次测量即可得到样品的传声损失。

1.12测量步骤

1.2.1 传递函数校准因数的测量

采用四传声器法，应预先测定校正因数，来校正通道间的失配。

▲步骤1：在空管条件下，不安装样品，按照顺序将传声器和采集通道连接起来，采集1234通道的数据。

▲步骤2：将通道1和通道2的传声器位置进行交换，其他不变，采集1234通道的数据。

▲步骤3：将通道1和通道3的传声器位置进行交换，其他不变，采集1234通道的数据。

▲步骤4：将通道1和通道4的传声器位置进行交换，其他不变，采集1234通道的数据。

传递函数校准因数的测量，是为了对传声器的失配进行校正。在空管（即不安装测试样品）条件下，将传声器1作为参考传声器，分别测试传声器交换位置前后的传递函数，从而得出传声器对的校准因数?？展苄Ｗ级院笮胁饬慷加行В蛭Ｗ己蟠髯刺３植槐?。

1.2.2 一次测量法

▲步骤5：安装样品，将通道1234按照顺序进行连接，采集通道1234的数据完成测试。

1.2.3 两次测量法

▲步骤6：同步骤5，只是将管子末端的吸声拿掉，管子末端是打开的状态，再次采集通道1234的数据完成测试。

1.3 结果计算

传递矩阵法的声压透射系数计算公式如下：

02驻波分离法

2.1 驻波分离法原理

国内外一些学者在假定材料是几何对称的前提下，提出了驻波分离法，在测试试件前后分别放置两个传声器，用于测量所在位置处的声压，将入射波和反射波分开，通过分离出来的接收端入射波与入射端反射波就可以得到声压透射系数。因此，可以直接通过四个传声器的复声压来计算声压透射系数，从而得到样品的传声损失。

2.2 驻波分离法的步骤

按照顺序将传声器1234和采集通道连接起来，安装好测试样品，采集一次数据即可完成测试。

03驻波分离法与传递矩阵法的比对

采用同一套AHAI1032传声损失测量系统，分别采用简化的驻波分离法与传递矩阵法（一次测量法）对2mm厚的有机玻璃的隔声量进行测试。

低频产生测量差异的主要原因可以分为两种：一是，传递矩阵法中通过交换通道测量传递函数，得到传递函数校准因数，可以对传声器的幅值以及相位失配做出修正。因此，相对于传递矩阵法，驻波分离法对传声器的幅值和相位一致性的要求更高。二是，传递矩阵法是基于传递函数进行计算的，通过多次平均，传递函数能够降低输入或者输出信号噪声对计算结果的影响，提高系统的抗噪能力。且传递矩阵法（二次测量）还能测量前后两面性质不同的材料的隔声量。

04应用实例

公司的AHAI1032材料传声损失测量系统支持四传声器传递矩阵法中的一次测量与二次测量，可以对两面同性或不同性的材料进行法向透射系数的测量。由于四个传声器进行了相位及幅度的配对，也支持简化的驻波分离法的测量。一个测量可以同时得到：法向透射系数、法向入射传声损失、反射因数、吸声系数、材料中的复波数、特征阻抗、传递矩阵多个指标。

●符合GBZ 27764/ASTM 2611-09等标准

●支持自定义传声器间距

●频率分辨率支持1Hz，且多种选择可调

●支持非均匀（两面入射、反射系数不同）材料测试

●多种管径，多种传声器间距，测量的频率范围宽

●相位严格配对，测量下限频率低

●只需小的样品，样品安装及拆卸方便，样品的后腔可调节

●测试效率高，测量精度高

●测量参数齐全，并可以导出及自动生成报告

●软件提示信息丰富，用户可在软件引导下轻松完成测试

●支持不同频段的吸声或隔声特性曲线自动合并

●支持同一频带多条吸声或隔声特性曲线自动平均