基于声场控制的材料吸声特性测量方法研究

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吸声系数以及声阻抗反映了材料的宏观声学特性,是声学设计与噪声治理工程中选用声学材料的重要参数。现有对材料吸声特性进行现场测量的方法存在低频测量误差大的问题。本文将基于扬声器阵列的声场控制技术引入到声学测量领域,利用最小二乘法在待测材料附近的一块区域内进行平面波声场重建,解决了现有测量方法在低频时无法产生准确平面波的问题,为低频段材料吸声特性的准确测量提供了保障。本文的主要内容及创新点如下:  (1)提出了一种利用扬声器线阵列对材料吸声特性进行现场测量的方法。该方法利用最小二乘法在被测材料附近的一块区域内进行平面波声场重现并结合传递函数法对材料的吸声系数以及声阻抗率比进行测量。实验表明该方法能够测得材料在300-1600 Hz频率范围内的吸声系数以及声阻抗率,相较于单个声源的测量方法,该方法具有更低的频率测量下限。通过实验讨论了各参数对测量结果准确性的影响,为实际应用中的参数选择提供了指导。  (2)针对线阵列测量方法中存在的阵列各单元频响不一致以及声场重建维度有限等问题,提出了一种移动单个扬声器形成虚拟面阵对材料吸声特性进行现场测量的方法。在半消声室中利用该方法对两种不同厚度三聚氰胺泡沫的吸声特性进行了测量,实验表明该方法能够准确测得材料在200-1600 Hz频率范围内的吸声特性。通过理论仿真与实验研究了信噪比以及材料尺寸对测量结果准确性的影响。  (3)针对在普通房间内对材料吸声系数进行现场测量的场景,将声场聚焦技术引入到材料吸声系数测量方法之中,分别提出了基于端射阵以及多区域声场重建的测量方法,该方法通过在目标区域形成指向性波束来减小混响声对测量结果的影响,仿真表明:由于声聚焦会损失平面波声场重建性能,所以这两种方法在低频时测量结果不理想;随后提出了基于脉冲截断的测量方法,该方法通过对脉冲响应进行截断来达到去除混响声的目的,通过仿真与实验验证了方法的有效性,并讨论了截断窗的窗长与窗类型对测量结果的影响。
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