六传声器三维声强法测量吸声系数研究

作     者：於秀 

作者单位：华南理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王红卫

授予年度：2021年

学科分类：08[工学] 081304[工学-建筑技术科学] 0813[工学-建筑学] 

主      题：六传声器 三维声强 吸声系数 

摘      要：传统的测量吸声系数方法主要有混响室法和阻抗管法,这两种方法虽然应用较为广泛,但均需在实验室测量完成,存在易受实验设置条件限制,较难准确测量材料在实际工况下的吸声系数等缺点。国产传声器已基本能达到测量要求,但国产传声器的应用市场仍然较窄。基于上述缺点及现实需要,本次研究采用国产传声器,设计并制作六传声器探头,通过测量三维声强的矢量信息,计算材料在实际工况下的吸声系数。该方法具有可现场测量,测量简便,适用性广,实用性高等优点。本研究主要从以下六个方面展开:(1)以双传声器一维声强法为基础,类比分析六传声器三维声强以及吸声测量的理论公式;(2)利用Matlab软件,在平面波作用下,分析六传声器三维声强的幅值仿真误差和方向性仿真误差随频率的变化关系,并对不同外接球半径下的仿真误差进行对比分析;(3)利用Matlab软件,在平面波作用下,分析六传声器三维声强法吸声测量的吸声系数仿真误差和入射角度仿真误差随频率的变化关系,并对不同入射角度、不同吸声系数给定值以及不同外接球半径下的仿真误差进行对比分析;(4)采用北京声望公司生产的MPA201 1/2英寸预极化电容体传声器,设计并制作六传声器探头,基于Lab VIEW设计一套六传声器三维声强法的吸声测量系统;(5)开展六传声器三维声强测量实验,验证其实际测量精度;(6)开展六传声器三维声强法的吸声测量实验,分别测量两种各向同性和两种各向异性材料的吸声系数和入射角度,并对不同外接球半径、不同入射角度的误差进行对比分析。研究结果表明:六传声器探头的外接球半径R越大,三维声强法吸声测量的有效测量频率范围越向低频靠近,当R=7mm时,有效吸声测量频率范围为1k～4k Hz;当R=12mm时,有效吸声测量频率范围为500～2k Hz;当R=25mm时,有效吸声测量频率范围为250～1k Hz,在这些频率范围内,吸声系数测量值与相同情况下的仿真值相差均在0.09以下,入射角度测量误差均在4°以下。另外,对于各向同性材料,15°～75°入射角度下,吸声系数测量值相差不大;对于各向异性材料,15°～75°入射角度下,吸声系数测量值相差较大;无论是各向同性材料还是各向异性材料,当入射角度为45°时,吸声系数测量值与相同情况下的仿真值最为接近,入射角度测量误差最小。