基于質(zhì)量定律的隔聲材料傳遞損失預(yù)測(cè)系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及聲學(xué)材料性能分析領(lǐng)域，具體涉及一種基于質(zhì)量定律的隔聲材料傳遞 損失預(yù)測(cè)系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 作為控制中高頻噪聲的有效手段之一，隔聲材料在汽車(chē)聲學(xué)包裝、建筑聲學(xué)、家電 噪聲控制等領(lǐng)域一直扮演重要角色。傳遞損失參數(shù)用來(lái)評(píng)價(jià)材料對(duì)聲音的隔絕能力大小， 其測(cè)試方法主要有混響室-消聲室法和阻抗管法。阻抗管法測(cè)試樣件小，設(shè)備簡(jiǎn)單，操作快 捷，不需要特殊的測(cè)試環(huán)境和空間，因而在實(shí)際中得到更多應(yīng)用。但阻抗管法采用的測(cè)試手 段是在平面聲波正入射條件下，測(cè)試邊緣被固定的小樣件的傳遞損失，這與隔聲材料在應(yīng) 用中的實(shí)際情形不符，導(dǎo)致測(cè)試結(jié)果的精確度有限。
[0003] 為了準(zhǔn)確考察材料的隔聲性能，專(zhuān)業(yè)的研究機(jī)構(gòu)使用混響室-消聲室法來(lái)測(cè)量傳 遞損失。這種方法中，混響室用來(lái)產(chǎn)生能量分布均勻的漫入射聲源，消聲室用來(lái)接收傳遞后 的透射聲波，被測(cè)材料被放置在混響室和消聲室相連通的測(cè)試窗內(nèi)。由于這種方法需要專(zhuān) 門(mén)的測(cè)試環(huán)境，且設(shè)備昂貴、操作復(fù)雜，因此在實(shí)際應(yīng)用中受到很大限制。
[0004] 綜上所述，在隔聲材料性能測(cè)試分析領(lǐng)域，迫切需要一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便快 捷、準(zhǔn)確度高，能夠在實(shí)際中廣泛應(yīng)用的傳遞損失測(cè)試設(shè)備。有基于此，本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種 傳遞損失預(yù)測(cè)系統(tǒng)及方法，可以很好的將阻抗管法和混響室-消聲室法的優(yōu)點(diǎn)相結(jié)合。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是提供一種傳遞損失預(yù)測(cè)系統(tǒng)及方法，解決了傳統(tǒng)設(shè)備、方法在傳 遞損失測(cè)試分析中所遇到的諸多問(wèn)題，該方法設(shè)備簡(jiǎn)單、結(jié)構(gòu)合理、操作方便、結(jié)果可靠。
[0006] 本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的：一種基于質(zhì)量定律的傳遞損失預(yù)測(cè)系統(tǒng)，包括 低頻測(cè)試用的粗阻抗管、高頻測(cè)試用的細(xì)阻抗管、傳聲器組、數(shù)據(jù)采集裝置、計(jì)算機(jī)、功率放 大器及揚(yáng)聲器，其技術(shù)要點(diǎn)是:進(jìn)行低頻測(cè)試時(shí)，傳聲器組的一端插接在低頻阻抗管內(nèi)，且 傳聲器組內(nèi)的傳感器平均分布于待測(cè)隔聲材料的兩側(cè)，傳聲器組的輸出端數(shù)據(jù)采集裝置的 輸入端，數(shù)據(jù)采集裝置的輸出端連接計(jì)算機(jī)的輸入端，計(jì)算機(jī)的輸出端連接功率放大器的 輸入端，功率放大器的輸出端連接低頻揚(yáng)聲器的輸入端，低頻揚(yáng)聲器的輸出端輸出白噪聲 至低頻阻抗管;進(jìn)行高頻測(cè)試時(shí)，用高頻阻抗管替換低頻阻抗管，并使用用來(lái)播放高頻聲源 信號(hào)的高頻揚(yáng)聲器，其余裝置與低頻測(cè)試保持一致所述的傳聲器組由4個(gè)標(biāo)準(zhǔn)1/4英寸傳聲 器組成，傳聲器一端插接在阻抗管內(nèi)，另一端依次連接數(shù)據(jù)采集裝置、計(jì)算機(jī)、功率放大器 及揚(yáng)聲器一端，揚(yáng)聲器的另一端連接阻抗管的聲源輸入端。
[0007] 所述的粗阻抗管內(nèi)徑為100mm，細(xì)阻抗管內(nèi)徑為30mm，二者結(jié)構(gòu)一致，在上表面均 設(shè)置有安裝孔，所述的傳聲器組通過(guò)該安裝孔插接在阻抗管的上表面。
[0008] 所述的阻抗管，用于為待測(cè)材料提供聲學(xué)測(cè)量所需的平面駐波聲場(chǎng);所述的傳聲 器組，用于測(cè)量阻抗管內(nèi)某一位置的聲壓信號(hào)，并將聲壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào);所述的數(shù)據(jù) 采集裝置，用于將電壓模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)可識(shí)別的數(shù)字信號(hào);所述的計(jì)算機(jī)，用于進(jìn)行 信號(hào)處理及數(shù)據(jù)運(yùn)算；；所述的功率放大器，用于對(duì)計(jì)算機(jī)播放的聲源信號(hào)進(jìn)行放大;所述 的揚(yáng)聲器，用于播放白噪聲聲源信號(hào)。
[0009] 本發(fā)明的理論依據(jù)為:經(jīng)典的隔聲材料傳遞損失質(zhì)量定律指出，影響材料傳遞損 失最重要的因素是材料的面密度；當(dāng)頻率或者面密度增加一倍，傳遞損失將會(huì)增加約6dB。 對(duì)于阻抗管中的測(cè)試樣件來(lái)說(shuō)，雖然聲場(chǎng)特性和邊界條件會(huì)影響其隔聲性能，在一定頻率 范圍內(nèi)仍受到特殊形式的質(zhì)量定律作用。如果在分別使用低、高頻阻抗管測(cè)試的傳遞損失 結(jié)果曲線上，用一條直線連接質(zhì)量控制起主要作用的區(qū)域，就可以得到材料的質(zhì)量定律曲 線。根據(jù)此質(zhì)量定律曲線，通過(guò)理論推導(dǎo)就可以預(yù)測(cè)出之前只能使用混響室-消聲室法測(cè)得 的混響聲場(chǎng)中漫入射聲源條件下的傳遞損失。
[0010] -種基于質(zhì)量定律的隔聲材料傳遞損失預(yù)測(cè)方法，采用上述裝置，包括以下步驟： [0011]步驟1:測(cè)試材料的低頻傳遞損失；
[0012]將測(cè)試樣件放入粗阻抗管內(nèi)，使用傳聲器組采集阻抗管內(nèi)樣件前后的聲壓信號(hào)， 使用計(jì)算機(jī)根據(jù)采集信號(hào)計(jì)算低頻傳遞損失；
[00?3]步驟2:測(cè)試材料的高頻傳遞損失；
[0014] 將測(cè)試樣件放入細(xì)阻抗管內(nèi)，計(jì)算高頻傳遞損失；
[0015] 步驟3:確立傳遞損失質(zhì)量定律表達(dá)式；
[0016] 分別在低頻和高頻傳遞損失測(cè)試結(jié)果曲線上的質(zhì)量控制區(qū)域選取一點(diǎn)進(jìn)行直線 連接，根據(jù)該直線的斜率確立材料傳遞損失質(zhì)量定律的表達(dá)式；
[0017] 步驟4:漫入射條件下材料傳遞損失預(yù)測(cè)；
[0018] 根據(jù)傳遞損失質(zhì)量定律表達(dá)式，預(yù)測(cè)材料在混響聲場(chǎng)中漫入射聲源條件下的傳遞 損失。
[0019] 阻抗管內(nèi)的聲場(chǎng)為白噪聲聲場(chǎng)，其低頻范圍為80~3000Hz，高頻范圍為500~ 8000Hz。
[0020] 所述的隔聲材料要求為密實(shí)無(wú)孔隙，具有一定重量和剛度的彈性體材料。
[0021] 本發(fā)明的有益效果:本發(fā)明基于質(zhì)量定律的隔聲材料傳遞損失預(yù)測(cè)系統(tǒng)及方法， 先分別測(cè)試材料的低頻和高頻傳遞損失，之后在測(cè)試結(jié)果曲線上確立質(zhì)量定律表達(dá)式，并 由此預(yù)測(cè)材料的實(shí)際傳遞損失。該方法參照經(jīng)典的材料隔聲理論，利用阻抗管即可獲取以 往只有在混響室-消聲室中才能得到的結(jié)果。本發(fā)明系統(tǒng)及方法易于實(shí)現(xiàn)、操作便捷，且預(yù) 測(cè)準(zhǔn)確度高，彌補(bǔ)了阻抗管法和混響室-消聲室法的不足，可廣泛的應(yīng)用于汽車(chē)、航天和家 電等多個(gè)領(lǐng)域的噪聲控制中。
【附圖說(shuō)明】
[0022] 圖1為本發(fā)明基于質(zhì)量定律的隔聲材料傳遞損失預(yù)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；
[0023]圖2為本發(fā)明阻抗管內(nèi)部結(jié)構(gòu)及測(cè)試原理示意圖；
[0024] 圖3為本發(fā)明基于質(zhì)量定律的傳遞損失預(yù)測(cè)方法流程圖；
[0025] 圖4為混響室-消聲室法測(cè)試的傳遞損失頻率特性曲線；
[0026] 圖5為本發(fā)明傳遞損失質(zhì)量定律直線確定方法示意圖；
[0027] 圖6為運(yùn)用本發(fā)明方法的傳遞損失預(yù)測(cè)結(jié)果；
[0028] 圖7為運(yùn)用本發(fā)明預(yù)測(cè)結(jié)果與混響室-消聲室測(cè)試結(jié)果對(duì)比。
[0029]
【附圖說(shuō)明】如下：1、低頻測(cè)試用阻抗管2、傳聲器組3、數(shù)據(jù)采集裝置4、計(jì)算機(jī)5、 功率放大器6、低頻揚(yáng)聲器7、高頻測(cè)試用阻抗管8、高頻揚(yáng)聲器9、吸聲材料填充物。
【具體實(shí)施方式】
[0030] 下面結(jié)合附圖1~圖6對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0031] 實(shí)施例1:
[0032] 本實(shí)施例中的基于質(zhì)量定律的隔聲材料傳遞損失預(yù)測(cè)系統(tǒng)，如圖1所示。它包括低 頻測(cè)試用阻抗管1、傳聲器組2、數(shù)據(jù)采集裝置3、計(jì)算機(jī)4、功率放大器5、低頻揚(yáng)聲器6、高頻 測(cè)試用阻抗管7和高頻揚(yáng)聲器8。進(jìn)行低頻測(cè)試時(shí)，將傳聲器組2的一端插接在低頻阻抗管1 內(nèi)，且傳聲器組2內(nèi)的傳感器平均分布于待測(cè)隔聲材料的兩側(cè)，傳聲器組2的輸出端數(shù)據(jù)采 集裝置3的輸入端、數(shù)據(jù)采集裝置3的輸出端連接計(jì)算機(jī)4的輸入端，計(jì)算機(jī)4的輸出端連接 功率放大器5的輸入端、功率放大器5的輸出端連接低頻揚(yáng)聲器6的輸入端，低頻揚(yáng)聲器6的 輸出端輸出白噪聲至低頻阻抗管1;進(jìn)行高頻測(cè)試時(shí)，用高頻阻抗管7替換低頻阻抗管1，并 使用高頻揚(yáng)聲器8來(lái)播放高頻聲源信號(hào)，其余裝置與低頻測(cè)試保持一致。
[0033]本實(shí)施例中的低頻阻抗管1和高頻阻抗管7,用于為待測(cè)材料提供聲學(xué)測(cè)量所需的 平面駐波聲場(chǎng)。低頻阻抗管1的測(cè)量頻率范圍為100~2500Hz，高頻阻抗管7的測(cè)量頻率范圍 為800~6300Hz
[0034] 本實(shí)施例中的傳聲器組2由4個(gè)傳聲器組成，其中2個(gè)設(shè)置在待測(cè)材料左側(cè)，另2個(gè) 設(shè)置在待測(cè)材料的右側(cè)。
[0035] 本實(shí)施例中在低頻阻抗管1和高頻阻抗管7中設(shè)置有安裝孔，傳聲器組2的輸入端 通過(guò)該安裝孔插接在阻抗管1和7和上表面。
[0036] 本實(shí)施例中的傳聲器組2,用于測(cè)量阻抗管1、7內(nèi)某一位置的聲壓信號(hào)，并將聲壓 信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)。如圖2所示，本實(shí)施例中，傳聲器201、202、203和204分別測(cè)試該傳聲 器所在位置的聲壓信號(hào)。聲壓信號(hào)是由入射聲波A、反射聲波B、透射聲波C和二次反射聲波D 構(gòu)成，其中，傳聲器201和傳聲器202采集到的聲壓信號(hào)包括入射聲波A和反射聲波B，傳聲器 203和傳聲器204測(cè)試的聲壓信號(hào)由透射聲波C和二次反射聲波D構(gòu)成。傳聲器201~傳聲器 204將采集到的聲壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)輸出給數(shù)據(jù)采集裝置3。
[0037]本實(shí)施例中的數(shù)據(jù)采集裝置3,用于將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)4識(shí)別的數(shù)字信號(hào)。
[0038] 本實(shí)施例中的計(jì)算機(jī)4,用于控制信號(hào)采集、處理數(shù)據(jù)并進(jìn)行傳遞損失預(yù)測(cè)。<