材料吸声性能的自由场测量方法研究

发布时间：2019-01-12 08:05

【摘要】：吸声材料的用处很广,如用于房间声品质的设计、汽车车内噪声的控制以及户外交通噪声的治理等。在使用吸声材料时,通常需要知道材料的吸声性能,也即材料的反射系数、吸声系数和表面法向声阻抗率等参数。至今,已经有很多方法被用来测量这些参数,其中较著名的有混响室方法和阻抗管方法,这两种方法提出较早,并且都已经被标准化。但混响室方法只能得到等效的吸声系数,并且由于材料边缘效应的影响在中高频得到的吸声系数可能大于1;阻抗管方法的频率范围则受限于阻抗管的直径和长度,另外被测材料需要被切割成小块试样,并且一般只能用于测量声波垂直入射的吸声性能,因此阻抗管方法得到的结果并不能完全反映材料实际安装使用中的吸声性能。而自由场测量方法则能很好的解决以上两种方法遇到的问题。本文首先重点回顾了材料吸声性能自由场测量方法的发展历史和研究现状,针对几种主要的测量方法存在的问题,进行了研究分析并提出了相应的改进方法。提出了基于质点振速测量的脉冲回波法,从而提高了脉冲回波法的抗干扰能力;提出了基于复像原理的球面波声场模型法,从而提高了球面波声场模型法的计算效率;对传统的基于双面声压测量的空间傅里叶变换法进行扩展,将质点振速测量引入到空间傅里叶变换法中,提出了基于双面质点振速测量与单面声压和质点振速测量的空间傅里叶变换法,从而提高强反射(大流阻)材料反射系数的测量精度,另外还将非矩形空间窗引入到空间傅里叶变换法中提高了小入射角度反射系数的测量精度;最后提出了基于等效源法的声场重建法,克服基于边界元法的声场重建法的缺点。本文的每章具体研究内容如下:第一章回顾了材料吸声性能测量方法的发展历程和研究现状,重点介绍了自由场测量方法的发展历程和研究现状,并探讨了其中仍存在的问题和不足,在此基础上确定了本论文的研究内容。第二章首先推导了基于质点振速测量的脉冲回波法理论计算公式并给出了质点振速的脉冲响应曲线。随后对三种不同类型材料的吸声性能进行了测量,通过实验研究验证了该方法的有效性,但同时也发现该方法的结果在低频时存在较大误差,并分析了误差产生的原因。随后给出了该方法在普通房间里的测量效果。最后通过在测量探头附近摆放干扰物体,验证了该方法较好的抗干扰能力。第三章首先证明了一个适用于无限厚度材料的基于复像原理的球面波声场模型(简称为复像模型)也适用于有限厚度的材料,随后将其用于材料吸声性能的测量,提出基于复像原理的球面波声场模型法。最后通过数值仿真和实验研究验证了所提出方法的有效性和较高的计算效率。第四章首先对基于双面声压测量的空间傅里叶变换法进行了推广,提出了基于双面质点振速测量与基于单面声压和质点振速测量的两种空间傅里叶变换法。随后通过数值仿真和实验研究验证了两种新方法的有效性,以及对于提高强反射(大流阻)材料的声学性能测量精度的效果。振速测量的引入可以提高强反射(大流阻)材料的声学性能测量精度,但在小入射角度时的结果仍然存在一定的误差,因此最后还将非矩形空间窗引入到空间傅里叶变换法中,并通过仿真和实验分析了不同非矩形空间窗在提高小入射角度反射系数测量精度方面的效果。第五章介绍了等效源法的理论基础,提出了用于材料吸声性能测量的基于等效源法的声场重建法,并将该方法用于平面和曲面材料的吸声性能的测量。对于平面材料,通过数值仿真验证了所提出方法的有效性,并分析了声源类型的影响,结果表明无论是单极子声源还是偶极子声源,等效源重建法都能较准确的测得材料的吸声性能,并通过实验研究进一步验证了仿真中得到的结论。对于曲面材料,通过数值仿真进行了所提出方法的可行性验证。第六章对全文进行了总结和概括,提出了需要进一步研究的问题。
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【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TB302

【参考文献】