一种六传声器三维声强法吸声系数测量系统及其测量方法技术方案

本发明专利技术公开了一种六传声器三维声强法吸声系数测量系统及其测量方法，该系统包括：PC机、声卡、功率放大器、正十二面体扬声器、吸声系数测量装置、六传声器三维声强探头、显示器、待测材料或构件、全反射板、不透声障板；PC机、功率放大器、正十二面体扬声器依次相连，构成发声模块，生成无指向性声波信号；吸声系数测量装置分别与六传声器三维声强探头、显示器连接，构成受声模块；发声模块和受声模块分别位于待测材料或构件的两侧，不透声障板设于发声模块和受声模块之间，遮挡正十二面体扬声器的直达声；全反射板与不透声障板垂直设置。本发明专利技术可根据材料实际安装的情况进行测量，既可在消声室中进行测量，也可在一般条件的场所进行测量。测量。测量。

【技术实现步骤摘要】
一种六传声器三维声强法吸声系数测量系统及其测量方法


[0001]本专利技术涉及吸声系数测量
，具体涉及一种六传声器三维声强法吸声系数测量系统及其测量方法。

技术介绍

[0002]吸声系数是衡量材料的声学特性的重要参数，因此，准确测量材料在各频率的吸声系数，对于在建筑空间中，合理使用各种吸声材料或吸声结构有着重要影响。目前，测量吸声系数的实验室方法主要有阻抗管法和混响室法。这两种方法均需要在实验室中测量得到材料或结构的吸声系数，而在实际应用情况中，现场环境条件往往不能满足实验室的测量环境要求，并且，材料的尺寸大小与安装情况都与其吸声系数息息相关。因此，在实际应用情况中，需要一种能够在现场较为准确测量，反映材料或结构在实际应用安装时的吸声系数的测量方法。
[0003]传统的声强测量技术主要有P
‑
P法和P
‑
U法，其缺点是一次测量只能得到单一方向的声强，如需确定某点的声强矢量则至少需要测量3次。三维声强测量技术应运而生，发展至今，三维声强测量技术可实现一次测量得到三个方向的声强矢量。声强测量技术除了可应用于声功率测量、噪声源的识别与定位、声源的鉴别与排序以及隔声测量等多种领域外，还可应用于吸声系数测量领域，现有的吸声系数测量方法存在对材料要求高且不能测量材料在实际安装情况下的吸声系数等不足。

技术实现思路

[0004]为了克服现有吸声系数测量方法对材料要求高且不能测量材料在实际安装情况下的吸声系数等缺陷与不足，本专利技术提供一种六传声器三维声强法吸声系数测量系统及其测量方法，本专利技术基于三维声强法，利用声强的矢量特性，通过分别测量六传声器三维声强探头处的入射声强与反射声强以及它们的矢量信息，计算得出声强反射系数，然后根据吸声系数与声强反射系数的关系求得材料的吸声系数，同时利用三维声强的矢量信息计算得到声源的入射角度等信息，可以在信号采集结束后立即得出材料在测量频率下的吸声系数以及声源入射角度，实现测量斜入射角度下材料的吸声系数，测量简便。
[0005]为了达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0006]本专利技术提供一种六传声器三维声强法吸声系数测量系统，包括：PC机、声卡、功率放大器、正十二面体扬声器、吸声系数测量装置、六传声器三维声强探头、显示器、待测材料或构件、全反射板、不透声障板；
[0007]所述声卡设于PC机内，所述PC机、功率放大器、正十二面体扬声器依次相连，构成发声模块，所述发声模块用于生成无指向性声波信号；
[0008]所述吸声系数测量装置分别与六传声器三维声强探头、显示器连接，构成受声模块；
[0009]所述发声模块和受声模块分别位于待测材料或构件的两侧，所述不透声障板设于
发声模块和受声模块之间，所述不透声障板用于遮挡来自正十二面体扬声器的直达声；
[0010]所述全反射板与不透声障板垂直设置。
[0011]作为优选的技术方案，所述六传声器三维声强探头的六个传声器探头的相对位置按照两两呈对置式的形式布置，在空间上构成一个正球体。
[0012]作为优选的技术方案，以所述正球体的几何中心为原点建立三维直角坐标系，六个传声器两两分别落在X、Y、Z三条坐标轴上，每个传声器到原点的距离相同，为六个传声器探头的外接球半径R，六个传声器的坐标分别为(R，0，0)、(
‑
R，0，0)、(0，R，0)、(0，
‑
R，0)、(0，0，R)、(0，0，
‑
R)。
[0013]作为优选的技术方案，所述六传声器三维声强探头设置于反射声线上，以六传声器三维声强探头的几何中心位置为原点，以第一传声器、第二传声器为X轴，与待测材料或构件平行，以第三传声器、第四传声器为Y轴，与待测材料或构件垂直，以第五传声器、第六传声器为Z轴，与水平面垂直；
[0014]所述正十二面体扬声器中心与六传声器三维声强探头的几何中心处于同一水平面。
[0015]本专利技术还提供一种六传声器三维声强法吸声系数测量系统的测量方法，包括下述步骤：
[0016]根据所需测量材料吸声系数的测量频率范围确定六传声器三维声强探头的外接球半径；
[0017]根据所需测量频率范围的最低频率确定不透声障板与待测材料或构件的距离；
[0018]设定测量入射角度，调节正十二面体扬声器与待测材料或构件的直线距离；
[0019]进行第一次测量，测量六传声器三维声强探头几何中心位置处的声强，正十二面体扬声器依次发出测量频率的噪声信号，六传声器三维声强探头接收六通道声压信号；
[0020]六传声器三维声强探头将接收到的声压信号传输至吸声系数测量装置，完成各通道信号的时域显示以及三维声强计算；
[0021]以第一传声器、第二传声器为X轴，与待测材料或构件平行，以第三传声器、第四传声器为Y轴，将第一传声器、第二传声器接收到的声压信号，第三传声器、第四传声器接收到的声压信号，以及第五传声器、第六传声器接收到的声压信号分别进行互谱计算，得到X、Y、Z轴方向的声强分量，分别表示为I
1X
(ω)、I
1Y
(ω)、I
1Z
(ω)，进而得到经待测材料或构件反射后的反射声强I
r
；
[0022]在与待测材料或构件相同位置放置相同尺寸大小的不透声障板或全反射板，进行第二次测量，由正十二面体扬声器依次发出与第一次测量时相同频率的噪声信号，六传声器三维声强探头将接收到的声压信号传输至吸声系数测量装置，完成各通道信号的时域显示以及三维声强计算，得到X、Y、Z三方向的声强分量，分别表示为I
2X
(ω)、I
2Y
(ω)、I
2Z
(ω)，进而得到入射声强I
i
；
[0023]基于测量得到的六传声器探头几何中心位置处的入射声强I
i
与反射声强I
r
，以及对应的矢量信息，计算得到声强反射系数，根据吸声系数与声强反射系数的关系求得材料的吸声系数。
[0024]作为优选的技术方案，还包括入射角度测量以及入射角度测量误差值计算步骤，具体为：
[0025]由第一次测量与第二次测量三维声强的X、Y轴分量之比的反正切求平均得到入射角度，表示为：
[0026][0027]测量得到的声源与材料的垂直中心线之间的入射角度θ
′
，两者之间的差值取绝对值，得到入射角度测量误差值。
[0028]作为优选的技术方案，所述测量六传声器三维声强探头几何中心位置处的声强，具体步骤包括：
[0029]通过各传声器声压求平均近似估计，在时域P0(t)和在频域P0(f)分别为：
[0030][0031][0032]其中，P
i
(t)表示各传声器的声压在时域的表达式，P
i
(f)表示各传声器的声压在频域的表达式，下标i表示传声器的序号，i＝1
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种六传声器三维声强法吸声系数测量系统，其特征在于，包括：PC机、声卡、功率放大器、正十二面体扬声器、吸声系数测量装置、六传声器三维声强探头、显示器、待测材料或构件、全反射板、不透声障板；所述声卡设于PC机内，所述PC机、功率放大器、正十二面体扬声器依次相连，构成发声模块，所述发声模块用于生成无指向性声波信号；所述吸声系数测量装置分别与六传声器三维声强探头、显示器连接，构成受声模块；所述发声模块和受声模块分别位于待测材料或构件的两侧，所述不透声障板设于发声模块和受声模块之间，所述不透声障板用于遮挡来自正十二面体扬声器的直达声；所述全反射板与不透声障板垂直设置。2.根据权利要求1所述的六传声器三维声强法吸声系数测量系统，其特征在于，所述六传声器三维声强探头的六个传声器探头的相对位置按照两两呈对置式的形式布置，在空间上构成一个正球体。3.根据权利要求2所述的六传声器三维声强法吸声系数测量系统，其特征在于，以所述正球体的几何中心为原点建立三维直角坐标系，六个传声器两两分别落在X、Y、Z三条坐标轴上，每个传声器到原点的距离相同，为六个传声器探头的外接球半径R，六个传声器的坐标分别为(R，0，0)、(
‑
R，0，0)、(0，R，0)、(0，
‑
R，0)、(0，0，R)、(0，0，
‑
R)。4.根据权利要求1所述的六传声器三维声强法吸声系数测量系统，其特征在于，所述六传声器三维声强探头设置于反射声线上，以六传声器三维声强探头的几何中心位置为原点，以第一传声器、第二传声器为X轴，与待测材料或构件平行，以第三传声器、第四传声器为Y轴，与待测材料或构件垂直，以第五传声器、第六传声器为Z轴，与水平面垂直；所述正十二面体扬声器中心与六传声器三维声强探头的几何中心处于同一水平面。5.根据权利要求1
‑
4任一项所述的六传声器三维声强法吸声系数测量系统的测量方法，其特征在于，包括下述步骤：根据所需测量材料吸声系数的测量频率范围确定六传声器三维声强探头的外接球半径；根据所需测量频率范围的最低频率确定不透声障板与待测材料或构件的距离；设定测量入射角度，调节正十二面体扬声器与待测材料或构件的直线距离；进行第一次测量，测量六传声器三维声强探头几何中心位置处的声强，正十二面体扬声器依次发出测量频率的噪声信号，六传声器三维声强探头接收六通道声压信号；六传声器三维声强探头将接收到的声压信号传输至吸声系数测量装置，完成各通道信号的时域显示以及三维声强计算；以第一传声器、第二传声器为X轴，与待测材料或构件平行，以第三传声器、第四传声器为Y轴，将第一传声器、第二传声器接收到的声压信号，第三传声器、第四传声器接收到的声压信号，以及第五传声器、第六传声器接收到的声压信号分别进行互谱计算，得到X、Y、Z轴方向的声强分量，分别表示为I
1X
(ω)、I
1Y
(ω)、I
1Z
(ω)，进而得到经待测材料或构件反射后的反射声强I
r
；在与待测材料或构件相同位置放置相同尺寸大小的不透声障板或全反射板，进行第二次测量，由正十二面体扬声器依次发出与第一次测量时相同频率的噪声信号，六传声器三维声强探头将接收到的声压信号传输至吸声系数测量装置，完成各通道信号的时域显示以
及三维声强计算，得到X、Y、Z三方向的声强分量，分别表示为I
2X
(ω)、I
2Y
(ω)、I
2Z
(ω)，进而得到入射声强I
...

【专利技术属性】
技术研发人员：王红卫，於秀，熊威，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：