一、 駐波管
駐波管原理介紹
吸聲系數(shù)是描述吸聲材料吸聲本領(lǐng)的物理量,它被定義為:被吸聲材料吸收的聲能和入射聲能之比,通常用符號a表示。用駐波管法測量材料垂直吸聲系數(shù)簡單而且經(jīng)濟,現(xiàn)代聲學測量用的駐波管結(jié)構(gòu)參見下圖,其主要部分是一根內(nèi)壁光滑,截面均勻的管子,管子的末端裝以被測材料的樣品,由揚聲器向管子輻射的聲波在管中以平面波方式傳播,理論上可以證明,如故管中聲波傳播的頻率與管子橫截面幾何尺寸滿足下列關(guān)系時,則只有沿管軸傳播的平面波。
f<(1.84/π)*(C0/D) (對于圓管)
f<C0/2L (對于方管)
式中D為圓管直徑;L為方管邊長;C0為空氣中的聲成速。
平面波在材料表面反射回來,其結(jié)果是在管中建立了駐波聲場,從材料表面算起管中出現(xiàn)了聲壓極大和極小的交替分布,利用可移動的探管傳聲器接收,在測試儀器上測出聲壓極大與極小的聲級差(或極大值與極小值的比值)便可確定垂直入射吸聲系數(shù)。雖然音頻信號源輸給揚聲器的是單頻電信號,但揚聲器發(fā)出的并不一定是純音,所以在接收端必須進行濾波才能除去不必要的高次諧波分量。由于要滿足在管中傳播的聲波為平面波和必要的聲壓極大值、極小值數(shù)目,常設(shè)計有低、中、高頻三種尺寸和長度的祝波管,分別適用于不同的頻率范圍。
駐波管裝置介紹
一、 駐波管裝置如圖:
1 2 3 4 5
1 被測材料管(試件筒) 2 駐波管(L、S兩種) 3 音箱 4 探測小車 5 導軌
圖(四)
二、 L管:Ф96x1000 (mm) 頻率范圍:90Hz~2075Hz
S管:Ф30x350 (mm) 頻率范圍:1500Hz~6641Hz
三、導軌標尺長度:1000mm
最小刻度: 1mm
四、音箱功率:10W 阻抗:6Ω(即最大輸入電壓約7V)
五、駐波管測試頻率規(guī)定:
F<(1.84/π)*(C0/D) (對于圓管)
F<C0/2L (對于方管)
其中C0為空氣中的聲速,D為圓管直徑,L為方管邊長。
六、吸聲系數(shù)的計算公式:
a = (4*10^(L/20))/((1+10^(L/20))^2)
其中L為聲壓級的峰值和谷值之差。參閱南京大學聲學研究所電聲專業(yè)強化班教材《音頻聲學測量》。
配套大小駐波管的更換
由于本儀器配套的大管內(nèi)徑為96mm,小管內(nèi)徑為30mm.所以對于大管的頻率測量上限約為2075Hz,小管的頻率測量上限約為6641Hz。所以對于各個頻段的吸聲系數(shù)的測量需要更換相應(yīng)的駐波管。按如下步驟更換大小管:
1、 將小車(滑塊)移動到導軌的末端。
2、 擰下駐波管與音箱連接的螺釘,取消下駐波管。
3、 對于大管,取下探管上的支架,然后安裝小管。
4、 對于小管,在探管上安裝支架,然后安裝大管。
二、測量軟件
設(shè)備連接如下圖
1. 軟件使用
1.1按照正確的方式連接儀器、功放、駐波管后,在打開軟件之前先將信號發(fā)生器打開并打開功放,軟件初次打開界面如下:
只有啟動按鈕有效,發(fā)聲部分也是不可用狀態(tài)。當點擊啟動后,開始分析,各鍵方才有效。如下圖:
參數(shù)設(shè)置界面如下圖:
可以在此設(shè)置前端通道的參數(shù)。與駐波管搭載使用測吸聲系數(shù)時,量程選擇接近的量程,前置供電選擇4mA穩(wěn)流源,靈敏度級可根據(jù)出廠報告設(shè)置(也可重新校準修改靈敏度級使1kHz處顯示93.8dB),頻率計權(quán)選擇Z計權(quán),采樣頻率建議設(shè)置48K。輸入通道默認為通道1,不可修改。
點擊數(shù)據(jù)記錄記錄峰谷值信息,輸入游標信息后,根據(jù)峰谷值選擇最大最小值,點擊確定即可將本次的信息保存在下方對應(yīng)頻率點處。參考下圖:
1.2由上面的圖所示,本系統(tǒng)主要分為兩部分,一部分為測量部分,一部分是控制發(fā)聲部分。分別介紹如下:
測量部分:
測量部分又分為測量控制按鈕和測量顯示量部分,
測量控制按鈕:系統(tǒng)初始化時,只有啟動測量按鈕使能,其他按鈕成灰色。
啟動測量:開啟系統(tǒng)采集的功能,同時開啟系統(tǒng)的頻譜分析,此時在系統(tǒng)的頻譜圖顯示部分顯示頻譜的柱狀圖,此時啟動按鈕變灰,其他按鈕使能。此時用戶可以啟動系統(tǒng)的發(fā)聲,在右側(cè)發(fā)聲部分,點擊相應(yīng)的頻率按鈕即可控制設(shè)備發(fā)聲。
測量時,調(diào)節(jié)信號幅度或功放,使諧波量最好比被測頻率的聲壓值少50dB以上。
暫停測量:停止系統(tǒng)的頻譜數(shù)據(jù)更新,但是系統(tǒng)繼續(xù)采集分析。發(fā)聲按鈕部分變灰。
停止測量:停止系統(tǒng)的采集分析,并停止頻譜數(shù)據(jù)更新。發(fā)聲按鈕部分變灰。
保存:保存所有已測好的頻率點的吸聲系數(shù)值,以.coe的文件保存,可用excel打開。
數(shù)據(jù)記錄:記錄頻率點峰谷值的信息。
具體部分參考AWA6290多通道分析系統(tǒng)的說明。
發(fā)聲部分:如主界面所示,發(fā)聲部分主要是包含一些以中心頻率命名的按鈕,每個按鈕代表一個中心頻率的發(fā)聲控制。對于駐波管測試頻率以外的頻率暫時顯示為灰色。信號幅度設(shè)置后,點擊回車才會有效。點擊一個中心頻率進行發(fā)聲后,用戶可以調(diào)節(jié)駐波管的滑塊,以測量此中心頻率的聲壓級的最大、最小值。
2. 與駐波管搭載使用的測量步驟:
利用駐波管測試材料垂直入射吸聲系數(shù)的步驟如下:
a將固定駐波管的滑塊移到最遠處。并啟動測量。
B點擊需要發(fā)聲的頻率的按鈕以發(fā)聲音,緩慢移動固定駐波管的滑塊,同時讀取此頻率的聲壓級,將滑塊停在聲壓級為一個極大值的位置。此位置即為峰值位置,輸入此時滑塊所在位置的刻度。
c緩慢移動固定駐波管的滑塊,同時讀取此頻率的聲壓級,將滑塊停在聲壓級為一個極小值的位置。此位置即為谷值位置,輸入此時滑塊所在位置的刻度。
d重復(fù)b,c條操作??梢詼y量到第二個峰谷值和第三個峰谷值。
e重復(fù)a—d操作,可以測量到各個頻率點的聲壓級峰谷值。
f注意事項:由于揚聲器密封性能不是特別好,故標尺首尾數(shù)據(jù)不要記錄,避免因漏聲造成的測量誤差,多次測量后,得到的吸聲系數(shù)為這幾次的算術(shù)平均值。
注意事項:
1、輸入電壓:最高輸入電壓約為7V。
2、傳聲器供電:選擇4mA穩(wěn)流源。
3、諧波:測量時,調(diào)節(jié)信號幅度或功放,使諧波量最好比被測頻率的聲壓值少50dB以上。
4、量程:量程選的量程,可以保證測得值的精確度。
5、頻率計權(quán):選擇Z計權(quán)。
6、信號發(fā)生器的標題是“sign"時才能被識別。因為當切換該軟件的語言時,這個標題會被改變。
7、執(zhí)行文件打不開,是以為沒有注冊(.ocx文件)。
8、啟動鍵打開時,程序會死掉,是因為設(shè)備的搜索模式不對,必須 要打開5.0版本從新選擇模式為6290M。
9、1/3OCT模塊需要授權(quán)。