阻抗管中傳聲損失的測量方法及實現

在阻抗管內用四個傳聲器可以實現快速經濟的小樣品連續譜隔聲量（法向入射傳聲損失）測量。目前市面上商業化的材料傳聲損失測量系統都是基于傳遞矩陣法的測量原理，主要參考標準為GBZ 27764-2011 阻抗管中傳聲損失的測量-傳遞矩陣法和ASTM 2611-09。

01傳遞矩陣法

1.1 測量原理

傳遞矩陣反映材料及結構固有物理特性，不隨管道末端條件的改變而改變。將管道末端假設為消聲端。定義傳遞矩陣各元素，當末端不是消聲終端而是有反射時，傳遞矩陣不變，由此得到一般情況(末端有反射)下的測量理論。根據這個理論，測量樣品前后四個傳聲器之間的傳遞函數即可計算樣品的透射系數和反射系數。

信號發生器產生信號，經揚聲器變為聲波進入聲源管后產生平面聲波A，遇到測試樣品，一部分被吸收，一部分被反射，形成反射平面聲波B；還有一部分經測試樣品，進入接收管，形成平面聲波C；平面聲波C遇吸聲末端，一部分被吸聲，一部分被反射，形成反射平面聲波D。

1.1.1 兩次測量法

對于前后兩面性質不同的材料，采用兩次測量法。傳遞矩陣涉及聲壓及質點速度，為得到四個不相關等式，**次測量時的管道末端阻抗應該與**次測量時不同，建議分別用末端開、閉兩次測量。

在每一次測量時，在管道的截止頻率范圍內，用雙傳聲器法將測試樣品前后的聲場分解為左右傳播的平面波。根據兩次測量的結果以及樣品兩面的聲壓和粒子速度關系計算樣品的傳遞矩陣。

1.1.2 一次測量法

對于兩面聲學性能相同的(幾何對稱的)樣品，存在如下等式：

傳遞矩陣的四個元素此時只有兩個是獨立的，采用一次測量即可得到樣品的傳聲損失。

1.12測量步驟

1.2.1 傳遞函數校準因數的測量

采用四傳聲器法，應預先測定校正因數，來校正通道間的失配。

▲步驟1：在空管條件下，不安裝樣品，按照順序將傳聲器和采集通道連接起來，采集1234通道的數據。

▲步驟2：將通道1和通道2的傳聲器位置進行交換，其他不變，采集1234通道的數據。

▲步驟3：將通道1和通道3的傳聲器位置進行交換，其他不變，采集1234通道的數據。

▲步驟4：將通道1和通道4的傳聲器位置進行交換，其他不變，采集1234通道的數據。

傳遞函數校準因數的測量，是為了對傳聲器的失配進行校正。在空管（即不安裝測試樣品）條件下，將傳聲器1作為參考傳聲器，分別測試傳聲器交換位置前后的傳遞函數，從而得出傳聲器對的校準因數。空管校準對后續所有測量都有效，因為校準后傳聲器狀態保持不變。

1.2.2 一次測量法

▲步驟5：安裝樣品，將通道1234按照順序進行連接，采集通道1234的數據完成測試。

1.2.3 兩次測量法

▲步驟6：同步驟5，只是將管子末端的吸聲拿掉，管子末端是打開的狀態，再次采集通道1234的數據完成測試。

1.3 結果計算

傳遞矩陣法的聲壓透射系數計算公式如下：

02駐波分離法

2.1 駐波分離法原理

國內外一些學者在假定材料是幾何對稱的前提下，提出了駐波分離法，在測試試件前后分別放置兩個傳聲器，用于測量所在位置處的聲壓，將入射波和反射波分開，通過分離出來的接收端入射波與入射端反射波就可以得到聲壓透射系數。因此，可以直接通過四個傳聲器的復聲壓來計算聲壓透射系數，從而得到樣品的傳聲損失。

2.2 駐波分離法的步驟

按照順序將傳聲器1234和采集通道連接起來，安裝好測試樣品，采集一次數據即可完成測試。

03駐波分離法與傳遞矩陣法的比對

采用同一套AHAI1032傳聲損失測量系統，分別采用簡化的駐波分離法與傳遞矩陣法（一次測量法）對2mm厚的有機玻璃的隔聲量進行測試。

低頻產生測量差異的主要原因可以分為兩種：一是，傳遞矩陣法中通過交換通道測量傳遞函數，得到傳遞函數校準因數，可以對傳聲器的幅值以及相位失配做出修正。因此，相對于傳遞矩陣法，駐波分離法對傳聲器的幅值和相位一致性的要求更高。二是，傳遞矩陣法是基于傳遞函數進行計算的，通過多次平均，傳遞函數能夠降低輸入或者輸出信號噪聲對計算結果的影響，提高系統的抗噪能力。且傳遞矩陣法（二次測量）還能測量前后兩面性質不同的材料的隔聲量。

04應用實例

公司的AHAI1032材料傳聲損失測量系統支持四傳聲器傳遞矩陣法中的一次測量與二次測量，可以對兩面同性或不同性的材料進行法向透射系數的測量。由于四個傳聲器進行了相位及幅度的配對，也支持簡化的駐波分離法的測量。一個測量可以同時得到：法向透射系數、法向入射傳聲損失、反射因數、吸聲系數、材料中的復波數、特征阻抗、傳遞矩陣多個指標。

●符合GBZ 27764/ASTM 2611-09等標準

●支持自定義傳聲器間距

●頻率分辨率支持1Hz，且多種選擇可調

●支持非均勻（兩面入射、反射系數不同）材料測試

●多種管徑，多種傳聲器間距，測量的頻率范圍寬

●相位嚴格配對，測量下限頻率低

●只需小的樣品，樣品安裝及拆卸方便，樣品的后腔可調節

●測試效率高，測量精度高

●測量參數齊全，并可以導出及自動生成報告

●軟件提示信息豐富，用戶可在軟件引導下輕松完成測試

●支持不同頻段的吸聲或隔聲特性曲線自動合并

●支持同一頻帶多條吸聲或隔聲特性曲線自動平均