混响室与驻波管内的吸声系数测量方法及影响因素

材料或部件的吸声系数测量可以在混响室内进行，也可以在驻波管内进行。将大块材料或者部件放在混响室内，通过测量混响时间，计算出吸声系数。因为入射波来自各个方向，所以这种方法能很好地反映材料的吸声性能。用驻波管测量吸声系数时，需要截取一块材料小样件，放置于驻波管内，使声波垂直入射到样件上。这种方法能反映材料的吸声特征，但是与实际情况有一定误差，因为材料对不同入射方向的声波的吸声系数是不一样的。驻波管测量又分成单传声器驻波管法和双传声器驻波管法。下面分别介绍这几种吸声系数的测量方法。

1.混响室吸声系数测量法

混响室是指能产生扩散声场的房间。扩散声场是指空间内各点声能密度均匀的声场，而且各个方向的声波相位无规则地随机分布。混响室的各个壁面非常坚硬而光滑。声源发出声波后，遇到壁面，被反射；再次入射到壁面，再反射，最终使室内的声场均匀。但是实际上，声波遇到壁面时，一部分能量被反射，还有一部分能量被吸收，最终声音慢慢地衰减。室内声音衰减的快慢可以用混响时间来描述。当声音停止后，声压级从原始值降低60dB所需要的时间被称为混响时间，用T₆₀来表示，如图4-33所示。

美国声学家塞宾总结了混响时间与房间的容积、表面积和平均吸声系数的关系，表达为

图4-33 混响时间定义示意图

式中，V为房间的容积；S为房间的表面积；α为房间的平均吸声系数。

混响室的墙壁经过特殊处理，吸声能力非常低，混响效果非常好，混响时间长。在混响室内能有效地测量材料或者部件的吸声系数。首先测量混响室的混响时间，然后放入吸声材料或者部件，再测量混响时间，根据两次混响时间的不同，就可以计算出材料的吸声系数，表达为

式中，T₁、T₂分别是吸声部件放入混响室之前和之后的混响时间；S₂是吸声部件的面积；α是混响室的平均吸声系数，由式（4-10）计算得到。

因为测量混响时间时，在不同位置测量得到的声压级有所不同，所以测量时，可以选取46个位置测量，然后取平均值。混响室的容积对部件吸声系数测量的精度影响比较大，一般要求混响室的容积大于200m³。

2.驻波管测量方法

图4-34是一个驻波管测量材料吸声系数的示意图。将测试样件放置在管的末端，扬声器发出单频声音信号，用一个传声器测量不同位置的声压级。

图4-34 驻波管测量材料吸声系数的示意图

在所考虑的频率范围内，声波的波长远远大于驻波管道的直径，因此在管道中，声波被认为以平面波的形式传播。声波在管道中传播，当到达末端的时候，一部分声波被材料吸收，而另一部分声波则被反射回去，形成反射波。管道中的入射波声压p_i（x，t）和反射波的声压p_r（x，t）分别为

式中，P_i、P_r分别是入射波和反射波声压的幅值；k为波数；x是传声器到测试样件的距离。

管道中任何一点的声波是由入射波和反射波组成的，表达为

反射波声压的幅值与入射波声压的幅值之比定义为反射系数（R）表达为

将式（4-15）代入式（4-14），得到

驻波比（n）定义为管道中最大声压值和最小声压值之比，即(www.xing528.com)

式中，p_max为最大声压值；p_min为最小声压值。

根据式（4-16）求得声压的最大值和最小值，然后代入式（4-17），得到

由此得到吸声系数为

采用驻波管测量，每次发出一个频率的信号，通过调节传声器的位置，得到声压的最大值和最小值，计算出驻波比，然后得到该频率下的吸声系数。对每个频率都要重复这样的测量，因此测量速度慢，但是其精度高。

3.双传声器驻波管法

双传声器驻波管测量克服单传声器测量速度慢的缺陷，能够一次测量多个频率的吸声系数。图4-35是双传声器测量吸声系数的示意图。它的测试原理与单传声器一样，不同的是在管道中布置两个传声器。

图4-35 双传声器测量吸声系数的示意图

传声器1和传声器2的测量到的声压分别是

式中，x₁、x₂分别是传声器1和传声器2到样件之间的距离。

传声器2到传声器1的声压传递函数（H₁₂）定义为

两个传声器之间的距离为

传声器2与传声器1之间的入射波声压传递函数（H_i）定义为

同样，两个传声器之间的反射波声压传递函数（H_r）定义为

将式（4-23）和式（4-24）代入式（4-22），得到反射系数的表达式

然后，根据式（4-19）就可以计算出吸声系数。在式（4-25）的表达式中，Hi和H_r中包含了波数，即包含了频率，因此双驻波管方法可以一次测量多频率的吸声系数。