[发明专利]一种基于短声管脉冲法测量材料吸声系数的便携装置和测量方法

权利要求书

1.一种基于短声管脉冲法测量材料吸声系数的方法，其特征在于：利用以下便携装置实现：

所述便携装置包括扬声器、传声器、便携式空气声管、功率放大器、信号发生装置、数据采集装置；

所述便携式空气声管由一段大直径圆柱管和一端小直径圆柱管组成；所述扬声器安装在大直径圆柱管内部；所述大直径圆柱管与小直径圆柱管嵌套配合，小直径圆柱管内端朝向所述扬声器；所述小直径圆柱管内径小于30mm，且小直径圆柱管管壁厚度大于3mm；在小直径圆柱管侧壁上开有两个垂直于小圆柱管中心轴线的用于安装传声器的通孔，通孔直径等于传声器直径，通孔内放置环形硅胶片用以实现传声器的固定以及传声器和小直径圆柱管之间缝隙的密封；对于小直径圆柱管侧壁上靠近扬声器的通孔，其中心距扬声器表面的轴向距离不小于90mm，且距离小直径圆柱管外端的轴向距离不小于170mm，不大于250mm；在小直径圆柱管外端套有环形硅胶片，且该环形硅胶片外端表面与小直径圆柱管外端表面齐平；

信号发生器通过功率放大器为扬声器提供激励信号；由传声器分别在小直径圆柱管壁面两个通孔位置处对管内声压信号进行测量并传递给数据采集装置；

所述方法包括以下步骤：

步骤1：在小直径圆柱管侧壁上靠近扬声器的通孔中安装传声器，在另一通孔内安装与传声器直径相同的塑料圆柱；保持大直径圆柱管与小直径圆管嵌套状态，将小直径圆管外端开口垂直抵在待测样品表面上；

步骤2：信号发生器发送宽带脉冲信号至扬声器，此宽带脉冲信号的傅里叶变换为H₁(ω)，利用靠近扬声器处的传声器对管内声压信号进行测量，得到测量信号的傅里叶变换为H₂(ω)；继而得到整个测量系统的脉冲响应函数为：H(ω)＝H₂(ω)/H₁(ω)；

步骤3：将传声器移至小直径圆柱管侧壁上远离扬声器表面的通孔处，在另一通孔内安装与传声器直径相同的塑料圆柱；信号发生器发射时域信号S(t)至扬声器，利用远离扬声器处的传声器对管内声压信号进行测量，得到测量信号的傅里叶变换为H_y(ω)；其中时域信号S(t)由H₀(ω)进行反傅里叶变换得到，而H₀(ω)＝H₁(ω)/H(ω)；

步骤4：将H_y(ω)代入公式

H′_y(ω)＝[H_y(ω)-H₀(ω)e^-jks]·(1+e^-jk2s)

得到H’_y(ω)，其中s表示小直径圆柱管侧壁上两个通孔中心的间距，k表示复波数，由公式k＝2πf/c得到，f表示频率，c表示空气中的波速；

步骤5：将H’_y(ω)进行反傅里叶变换，并在得到的时域信号中截取一次反射波信号，对提取出的一次反射波信号进行傅里叶变换，记为H_f(ω)，带入下式计算得到垂直入射吸声系数α(ω)：

2.根据权利要求1所述基于短声管脉冲法测量材料吸声系数的方法，其特征在于：步骤4中H_y(ω)代入公式

进行迭代计算，直至H’_yn(ω)进行反傅里叶变换得到的时域信号中能够直接分离出一次反射波信号，其中n＝1,2,3,…代表迭代次数。

3.根据权利要求1所述基于短声管脉冲法测量材料吸声系数的方法，其特征在于：所述扬声器同轴安装在大直径圆柱管内部，大直径圆柱管的内径与扬声器直径相同。

4.根据权利要求1所述基于短声管脉冲法测量材料吸声系数的方法，其特征在于：小直径圆柱管侧壁通孔内的环形硅胶片厚度不小于1mm，且环形硅胶片直径等于传声器直径；小直径圆柱管外端套的环形硅胶片厚度不小于2mm，且该环形硅胶片内径等于小直径圆柱管的外径。

5.根据权利要求1所述基于短声管脉冲法测量材料吸声系数的方法，其特征在于：所述大直径圆柱管外端安装有把手，小直径圆柱管外壁上套有把手。