吸声测量驻波管法

驻波管法 当平面波在管中前进并受到端部壁面反射时,会产生一反射的平面波,其方向与入射波相反。此时在管中会形成驻波，驻波有固定的波节和波腹。波节处的声压为极小值，波腹处的声压为极大值。当反射壁面为刚性壁面时，波节处和波腹处的声压差值最大。反射壁面吸收声能的能力愈大，则反射波的声能愈小，形成的声压差值也就愈小。

驻波的波节和波腹之间的距离为□/4，□为所测的波长。驻波管要有坚硬而光滑的内表面，通常用黄铜管或大理石板制成。为了在管中形成平面波，在设计和制作驻波管时，应使管径同最高测试频率所对应的波长相适应，就是使管径□大于或等于□/2,□为最高测试频率对应的波长;同时，为了能测量最低频率的声压极大值和极小值，应使管长□大于□/4,□为最低频率对应的波长。测量频率为100~2000赫时，管径□为10厘米，管长□为120厘米;超过2000赫时,则用□=3厘米、□=50厘米的铜管。当测量消声尖劈时，测试频率为50~400赫,驻波管应用截面为20×20厘米□、长度为2~3米的大理石管。

图驻波管示意图为驻波管示意图。图中的 1为管体;2为直径 20厘米的扬声器，由正弦信号发生器激发，在管中产生平面声波;3为安装试件的刚性壁;4为传声器，为了防止外界噪声的干扰，将传声器设在一个隔声较好的小车内,在其前部装有探管5。小车移动时，可以从频谱仪(或频率分析仪)表头上读出最大值和最小值。一般频谱仪表头上有吸声系数□的刻度，可直接读出□值。

测量时，先将试件安装盖(即刚性壁)固定在驻波管上,用油泥密封好，测量空管各个频率的本底吸收,此值应小于5%。然后安装被测试件,也用油泥密封。移动小车找出极大值(常在试件表面附近);并将频谱仪表头指针调至满刻度(即100%),再移动小车找出极小值;此时表上的读数就是试件的吸声系数。通常取三块同样试件进行测量，取平均值表示该材料的吸声系数。驻波管除了用于测量试件的吸声系数外，还用于测量材料表面的声阻抗。

吸声测量的测量频率范围一般为 100~4000赫，有特殊要求时可以扩大到50~8000赫。在测量频率范围内，其频带宽度为1/3倍频带或倍频带。吸声测量有三种方法:驻波管法、混响室法和稳态声源法。

混响室法 将试件暴露在一无规入射的扩散声场中，在声源突然停止后，测量其混响时间，如已知空室(即未安装试件时)的混响时间，即可算出试件的吸声系数□□。

混响室的体积由下式决定: □□4□□式中□ 为混响室的体积(米□);□为测量的最低频率所对应的波长(米)。通常□ ≈200米□。混响室的长、宽、高之比应成调和级数,而□□□1.9□□。其混响时间应满足下表的要求:

125~500赫 1000赫 2000赫 4000赫

>5秒 >4.5秒 >3.5秒 >2.0秒

为了获得较好的扩散声场，应在混响室内布置扩散体、扩散板或足够大的转帆。实验证明，扩散板总面积如等于地面面积50%以上，即能满足使用要求。转帆面积一般为10平方米左右，每分钟旋转2~10转。

测量混响时间所用的信号源是多种多样的，有啭声、白噪声、粉红噪声。在剧场测量混响时间时，有时用发令枪、鞭炮或者交响乐队。通常以粉红噪声加1/3倍频带或倍频带滤波器做声源。在信号源和滤波器之间加一开关，作为切断信号之用。如功率放大器质量不高，扬声器会在切断信号后仍发出交流声，影响测量。因此，最好在功率放大器和扬声器之间加接开关，用短路扬声器的方法切断声源;但在这种情况下应加一假负载，以防止烧毁功率放大器。

接收器应使用频响较好的电容传声器，经频谱仪选频放大后的信号输给级记录仪，用10或30毫米每秒的记录纸速将混响衰变曲线记录下来。测试规范要求每个频带要有三个以上的测点，每个测点要记录三条以上合格的衰变曲线:曲线衰变量要在30分贝以上，曲线不能是折线或弧线。在测量时，要选择合适的纸速，使衰变曲线与底线的夹角在45°左右。将每个频带的合格衰变曲线用计算圆盘量出其混响时间，取其平均值，即为该频率的混响时间。现在有测量混响的专用设备，可直接测出混响时间。

在混响室中测量时，声源应放在墙角处，其声功率应足够大;传声器位置应符合测试规范要求。通常，将试件放在地面上，长宽应符合一定比例,即1:0.7。试件面积约10米□。如果试件为空间吸声体时,则应将其悬挂在天花板上。测量时，应同时测量空室(未放试件)和满室(已放试件)的混响时间。对于空气吸收的影响可以忽略，或者进行修正(在高频)。

混响室法测量的吸声系数按下式计算:

□

□式中Δ□为材料或结构的总吸声量;□为空气中的声速;□为混响室体积;□□和□□为满室和空室的混响时间;□□和□□为满室和空室的空气吸收系数;□□为材料或结构的吸声系数;□为试件总面积。如满室和空室同时测定,则□□=□□，式中4(□□-□□)一项可以忽略。

稳态声源法 此法系利用一稳态的标准声功率源作为测试声源，进行声压级精密测量。此法对声级计的精度要求很高，因此，只有在不能使用上述两种方法的情况下，特别是不能形成扩散声场的有强吸收的房间或厅堂才使用。用此法测量时，声源应放在远离材料表面的地方。声压级的测点和声源的距离不能过远或过近，一般为1~2米。精密声级计必须配有倍频带或1/3倍频带滤波器，以便测试所需要的频带。测量一次后，声源应改变一下位置或方向，重测一次，取两次的平均值。室内总吸收量由下式决定:

□式中□为室内总吸收量;□□为标准声源的声功率级;□□为同一频带的声压级。只有测出□□之微小分贝差数，方能达到足够的精度。此法在现场测量隔声量时较为有用。

总的来说，驻波管法测试便捷，不需要特殊的实验室和大面积的吸声材料，便于多种材料的比较。要选取其中较佳的几种，再进行混响室法测量。混响室法是在无规入射声场中进行的,比驻波管法更符合实际情况,而且对任何类型的材料或结构都可以测试。而驻波管法只能测试多孔材料、穿孔板结构或微穿孔板结构。稳态声源法则适于测定非扩散情况下的室内吸收。因此，在选用吸声系数时应注意使用条件和测试条件尽量一致。