GB T 18696.1-2004 声学 阻抗管中吸声系数和声阻抗的测量 第1部分;驻波比法.pdf

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1、ICS 17.140.01 A 59 1部 G/T 18696. 1 2004 Acoustics Determination of sound absorption coefficient and impedance in impedance tubes一Part 1: Method using standing wave ratio CISO 10534-1: 1996. MOD) 2004-05-13发布2004-12-01实/町町、 、中华人民共和国国家质量监中国国家标准化检验检菇总局理委员会发布GB/T 18696. 1一2004目次前言.引言. l 范自.,. 2 规范性引用文件3

2、 定义和符号. ., 4 原理.5 基础-6 测试设备皿凹1113367 预备测试. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 8 试件安装9 测试方法.10 反射因数和声阻抗率的换算. . . . . . . . . 11 测试报告. . . .,. 附录A(规范性附录预备测试.附录B(规范性附录)测试设备的校验附录C(规范性附录测试试件的压力释放末端. . . . 附录D(资料性附录)局部反应吸声材料的扩散吸声系数岛的确定A向49臼AanOAA-1-11122

3、 I GB/T 18696(声学阻抗管中吸声系数和声阻扰的测量分为两个部分g一一第1部分E驻波比法，一一第2部分s传递函数法.GB(T 18696. 1-2004 本部分为GB/T18696的第1部分，修改采用国际标准ISO10534-1: 1996(Acoustics-Determina tion of sound absorption coefficient and impedance in impedance tubes-Part 1 : Method using standing wave ratio 0 在修改采用的过程中，对ISO原文作了几点必要的修改s一一根据定义，在标准正文中，

4、将声阻抗(acousticmpedance)改为声阻抗率(specificacoustic impedance) ，但又为了与ISO对应起见，标准名称未作改动;删除了原3.5条impedancein the reference plane和3.8条surfaceadmittance，因为这两条术语以后再未出现g一一本部分附录A.2啃速、波长和特性阻抗的测量采用ISO10534-2: 1998文本7.2条(即GB/T 18696.2-2002中8.2条)的方法，一-一式(29)中的常数250是由O.75co得来的，用O.75co较好，一-原6.5条涉及到声级计.声级计标准的新旧版本正处于替代阶段

5、，0级声级计的规定已不用，而本条只是附带性的提到声级计，所以删去。一一一增加了引言。本部分的附录A、附录B和附录C为规范性附录.本部分的附录D为资料性附录.本部分由中国科学院提出.本部分由全国声学标准化技术委员会(CSBTS/TC17)归口.本部分主要起草单位g中国科学院声学研究所、同济大学声学研究所.本部分主要起草人s李晓东、戴根华、毛东兴、徐欣.本部分委托全国声学标准化技术委员会声学基础分委员会负责解释.E GB/T 18696. 1-2004 冒|驻波比法用于在阻抗管中测定法向入射条件下吸声材料和结构的吸声系数、反射因数和表面声阻抗率或表面声导纳率.由于本部分所用的仪器可以都是模拟仪器，

6、而且只需少量吸声材料作试件，所以广为商家和检测单位所采用.本部分与GB/T18696.2 -2002组成阻抗管中吸声系数和声阻抗的测量系列标准.本系列标准规定的方法，与ISO354规定的混响室吸声测量方法比较，有重要差别.阻扰管法仅限于法向人射参数的测试，试件面积应与阻抗管的横截面一样大.混响室法测得的是无规人射吸声系数，它能用于测试横向和法向有明显不同结构的材料，要求较大面积的测试试件.对于局部反应的材料，无规入射吸芦系数能从阻抗管法的测量结果换算得到.凹声学阻抗管中眼声系数和声阻抗的第1部分:驻波比法GB/T 18696. 1-2004 1 范围1. 1 GB/T 18696的本部分规定了

7、测定法向人射时吸声材料和结构的吸声系数、反射因数和表面声阻抗率或表面声导纳率的方法，这些数据是根据阻抗管中法向人射条件下人射正弦平面波和从试件反射回来的平面波叠加后产生的驻波图测定的。由于只需少量的吸声材料作试件，所以它对于吸声材料的参数研究和设计特别适合.1.2 本部分的方法，与混响室测量吸声系数的方法(见ISO354)比较.有一些重要差别.阻抗管法既可用来测定吸声系数，也可用来测定声阻抗率或声导纳E札本方法规定声波法向人射到试件表团.混响室法(在理想条件下测定无规人射吸声系数.阻抗管法的根据是存在一个人射平面声泼，这种条件下它能给出准确的测量值(测量误差和安装误差除外).混晌室中吸声系数的

8、测定，建立在对声场和试件大小的一些简化和近似的假设的基础之上，因此，有时会得到大于1的吸声系数.阻抗管法要求试件与阻抗臂的横截面一样大。?昆呐室法要求相当大的试件，同时混响室法还可用于在横向和/或表面的垂直方向有明显不均勾结构的试件.在阻抗管中对这种不均匀试件所作的测量必须小心地解释(见9.1条).把阻抗管法法向人射)的测试结果换算为无规入射条件的计算方法参见附录D.1.3 因为现在实验室都备有计算机，所以本部分采用数值计算方法，而不采用图表查找法.本部分公式中的某些量是复数.三角函数的宗量用弧度表示.2 规范性引用文件下列文件中的条款通过本部分的引用而成为本部分的条款.凡是注日期的引用文何，

9、其随后所有的修改单(不包括勘误的内容)或修订版均不适用于本部分，然而，鼓励根据本部分达成协议的各方研究是否可使用这些文件的摄新版本.凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本部分.GB/T 3240-1982 声学测量中的常用频率(neqISO 266: 1975) ISO 354声学混响室中声吸收的测量3 定义和符号3. 1 3.2 3.3 本部分采用以下定义和符号法向入射眼声系蚊()normal Incidence (sound) absorption coefficient 法向人射平面波进入试件表面的声功率与人射声功率的比值。法向入射声压反射因数(，)normallncidence (

10、sound) pressure renection factor 基准丽上法向人射平面泼的反射波振帽与入射波振帽的复数比值.基准茵reference plane 用来测定声压反射因数r或表面声阻抗率Z，或表面声导纳率G，的阻抗管横戳面.如果试件表面GB/T 18696. 1-2004 是平面，则通常就取它为基准面.基准面假设在x=0处，见图1.3.4 3.5 3.6 3. 7 3.8 3.9 声阻抗率(Z，(X) ) specific acoustic impedaoce 声场中某点z处的声压p(x)与(指向试件表面的)质点速度v(x)的比值.表面法向声阻:率(Z，)oorlllal surf

11、ace specific acoustic impedaoce 基准面上某一频率声波的复声压p(O)与复数声质点速度训。)的法向分量的比值.表面法向声导纳率(G，)oorlllal surface specific acoustic admittaoce 基准面上某一频率声波的复数声质点速度v(O)的法向分量与复声压p(O)的比值。(声)特性阻抗(Z，)(acoustic) characterlstic impedance 平面自由行波在媒质中某一点的有效声压与通过该点的有效声质点速度的比值，为2 Zo = po Co 式中zpo一一媒质(空气)密度.kg!m; Co 媒质空气)中声速，m/s

12、o 比声阻扰率(%)oormalized speciflc acoustlc impedance 表面法向声阻抗率Z，与(媒质)声特性阻抗Z，之比Ez = Z.!Zo 比声导纳率(g)Dotmalized sp配ificacouslic admlttance 表面法向声导纳率G，与(然质)声特性阻抗Z。之积Eg = G. Zo 3. 10 3. 11 驻波比(s)staodingwave ralio 无衰减的驻波图上，声压极大值的振帽Ip. I .与声压极小值的振幅Ip，;.1之比zs = I p军I! I Pm, I (计及衰载的驻波比(s.)staoding wave ratio (wit

13、h atteoualion) 有衰减的驻波图上，第n个声压极大值处的声压振幅|户(X_.)I与第n个声压极小值处的声压振领Ip(Xmi,.) I (参见图1)之比，S. = I户(X.)I ! I p(xm.) I 显见，不同时S.取不同的值.3. 12 2 自由杨)波敖忱。)(fl时e-field)wave number 定义为g式中zr一声波角频率sf一一声波频率，C，一一空气中声速.ko =!c， = 2f!co 通常波数是复数，所以h。可记为2ko = k - j k 式中g是;一-ko的实部;=2/.o)，即相位常数，.o-一声波波长，k ko的虚部，即衰减常数，单位Np!m.注E以

14、下凡复变量右上角加.表示取其实部，加.表示取其虚部.3.13 3. 14 反射(因数相角ph田eor ren四t10n(raclor) 复反射因数r用其振幅1r 1和相角表示为g式中，1 rl = /7丐7Er = 1 rl COS r= I rl sin世=町ctan(r!r) r = r + jr = 1 r 1 ,;+ = 1叫.(cos+ jsin向工作频率范国(/)working rrequency range 在阻抗管中进行有效测量的声波频率的范围2J, O)则吸声系数保持不变，而反射因数r和声阻抗率Z，将变成为称刊移了一个距离(即基准丽与试件表面之间距离)的量.这个概念常常用于特

15、殊结构的试件(见9.1条和第10章).5.4 驻波当在(x)和p，(x)同相位时，驻波图上出现极大值，即1 p_. 1=1 p, l 0+1 r 1) 而当户i(X)和p，(x)反相时，贝出现极小值，即1 P., 1 = 1 p, 1. (1 -1 r 1 ) 采用驻波比s = 1 P叩1j 1户minI 则5.5 吸声系数. ( 10 ) .( 11 ) . ( 12 ) . .H3 ) ( 14 ) 给定频率的吸声系数由测定该驻波的声压极大值|户.1和极小值Ipmi，l.按式(9)、式(12)和式(4)计算而得.如阻抗管中的声压用对数(分贝)计量，声压极大值和极小值之间的级差为AL.单位为

16、分贝(dB) 那么这样，吸声系数就为5.6 反射因鼓复反射因数s = 10L!20 4 X 10-/20 a= - .，_-丁00-/20 + 1) ( 15 ) . ( 16 ) r=lrl eJ. . . . . . . ( 17 ) 其中1r 1为振帽.1为相角.对于基准面前(指向声源计数)的第n个声压极小值臼=192，3，)9其相角条件为由此得对于第1个极小值(n=I).有这样，复反射因数为5.7 比声阻扰率1+ (2n-1)= 2k，x酬.1=(丐旦-2n十1) 世=(丐-1)r=r+Jrm r = 1 r 1 C081 rn = 1 r l 8in1 由式(7).可得比声阻抗率z=

17、Z，jZ，z=乏+jJ. ( 18 ) . ( 19 ) . ( 20 ) ( 21 ) . ( 22 ) ( 23 ) ( 24 ) 5 GB/18696. 1一20045.8 波长频率为f的声泼泼长。可由式给出1 12 2 I l-r-r 二二(1-r+r怡 2卢Z二(1-r+r ( 25 ) ( 26 ) o=col! .(27) 式中:Co为声速(c，的测定见附录A).。也可从(JiJrJ性末端的阻抗管中的驻波的第m个和第n个两个声压极小值之间的距离，按式(12)计算得到，为. ( 28 ) m-n 6 测试设备测试设备由阻扰管、试件筒、探管传声器、移动和定位探管传声器的装置、传声器信

18、号的处理设备、扬声器、信号发生器等组成，有时还包括阳抗管的吸声末端和温度计.测试设备在使用前应作一系列校验，这些校验有助于排除各种误差来源和达到最低要求。校验的方法和步骤见附录B.6. 1 阻抗管6. 1. 1 构造阻抗仔应平宜，其横截面应保持不变(允许偏差在0.2%之内).管壁刚硬光滑，测试段部分无孔缝.管壁应足够重足够原(可用金属制作，横截面较大的阻抗管也可用密实光滑的混凝土或其它类似性状的材料和l作).以使它不被声信号激发而振动，同时在阻抗管的工作频率范围内不出现共振.对于金属制作的圆形阻抗管和矩形阻抗管，建议壁厚分别取为直径的5%和横截面尺寸的10%.混凝土制作的阻抗管的管壁，应涂刷光

19、滑稠密和附着力强的粘合漆进行密封.木制阻抗管采用相同措施.混凝土管壁和木质管壁应外包铁皮或铅皮以增加强度和抑制振动。阻抗管横截面的形状原则上可以是任意的.建议选用圆形的和矩形(最好方形)的截面。如果矩形阻抗管由板材制作，那么必须小心保证边角处没有缝隙(可用粘合剂或油漆密封) 6. 1. 2 工作频率范围阻抗管的工作频率范围(/，. T. P=Po. p, T 式中zP.一一大气压，kpagPo -101. 325 kPa; p。一一一1.18 kg/m; To一一-293K, 空气特性阻抗为pCO 0 阻抗管衰减校正的测定A.3 因粘滞损失和热传导损失，入射声波p，(x)和反射声波p，(x)在

20、传播过程中一般都要衰减.衰减的主要影响是，随着距试件表团的距离的增加，极小值的声压振幅Ip(xm，.，.)I单调上升.正是由于这个14 -aEF GB/T 18696. 1-2004 原因，在评定按本部分测定的声学特性时应作校正。, , (z础.1) I 分析时，衰减可用复波数，面- 图A.1 传声器声申心的确定ko = k一jk k; = 2/Ao .( A.7 ) . ( A.8 ) 代替实波数加以描述，式中码是衰减常数，单位Np/m.如衰减在允许的误差范围内(见B.1).贝tl波长仍由式(27)或式(28)计算.极小值的声压振帽1p(x,.) 1和极大值的声压振幅Ip(x阳.，) 1分别

21、为z|p(zmJ|=lpo|dzma-|r|-542m| 1 p(x.，) 1 = 1 Po 1-1 e吨，1.+ I r I e-.r，. I .( A.9 ) 式中下标n=I.2.3，从基准丽右方是左边的极小值，和这极小值右方的第1个极大值开始起算(图A. 2). 第n个极大值振帽与第n个极小值振帽之比为驻波比2S. =坦丝Ezii=eh+1川-e-4.(A.I0) I P(Xmin.) I e.rmin.一Ir I e-,I,Jm; 这样，反射因数幅值成为ze - tohm-a -p4次叩. 1 r 1 =叫Lva二，.(A.ll) s,. e 0-. e .0-，粟，猾由于XIIIII

22、XII = Xmin, +。/4(A.12) 所以，反射因数幅值的最后形式为:1 r 1 =儿击异(A.13) i己，kxmi.， = 4(k;A, /4) (xmi. , /A,) . . .(A.14) 后可见，民o/4就是所需的校正量，它可以在1rl =1的刚性末端的空管中测定.这样，有21 p(xm,.,) 1 = 2 1 Po 1-sinh(kXm.，.) . ( A. 15 ) 1 p(x.，.) 1 = 21 p, 1. cosh(k;x.) . . . .(A.16) 如果声压振幅是在第n个和第n+1个最小值位置上，以及在它们之间的第n个最大值位置上测15 GB/T 18696

23、. 1-2004 定的，并定义为2那么就有2因此，校正量为2而其指数形式为:|户(Xmin肿1)I一|户(Xmin.，)I =. .( A.17 ) I p(xm.) I .1. 2 sinh(k;o/4) k】八1.1一=arcsm h=lnl+2 . 2 号+1e士年/全，+2 .，一-、土1?+1 .( A.18) (A.19) . ( A.20 ) 反射因数的相角#仍用式(19)或式(20)计算。阻抗管每次调整后，其衰减常数民应根据这些公式重新测定.如声压的第1个极小值和第2个极小值之间的级差很小(2dB).又如Xmin，l!).。不大于O.3.那么，衰减的校正量可从另外的近似法导得。

24、近似法将极小值直接外推至xO的平面，从而求得校正后的驻波比So.与上一种方法形成对照，外推所得的校正量将用于每个试件和每个频率.如第1个极小值假设在试件表面x=0上(图A.2).那么，这个极小值只是假想意义上的，其振幅IPo I可用刚定义的校正后的驻波比0近似为z式中0取如下形式z0 I P坠凹.1)I 。|户。|1 1 , 2Xm;.,1 ( 1 1 50 51 I o 51 52; J (A.21) (A.22) 其中1和5Z是声压第1个极小值和第2个极小值除它们之间的极大值Ip(x束，1) I所得的驻波比.校正后的驻波比0代替式(14)中的s计算反射因数.Ip(x.I)1 Ip(x)1

25、- -Ip.1 _妆二二二TI p(x，.;.，川工工仆plx皿.1) I 图A.2阻抗管衰减的校正对于非研究性的一般测试，并且在工作频率范围的低频段进行，又不能足够精确地探测到两个声压极小值，员u衰减常数可由下式估算gk 1. 94 X IO-Z(.fllco d.) . . . .(A.23) 式中2d.一一对于圆形管.d.即为其直径g对于矩形管d.为其4倍横截固与周长之比，单位为米(m), 16 GB/T 18696. 1-2004 f一一工作频率，单位为赫兹(Hz)。但是，这种估算没有考虑诸如管壁的不密实和管中试件引起的衰减，因此，所得校正盘认为是低限.如不能肯定这种附加衰减确实存在，

26、贝11建议先用式(A.19)或式(A.20)，计算工作频率范围内中频段和高频段的衰减，然后再外推到低频段.17 G/T 18696. 1-2004 附录B(规范性附录)测试设备的校验. 1 驻波比的校验未装试件的阻抗管中的驻波图.(最好采用在测试段缓慢连续移动的探管传声器记录.囚的记录应在工作频率范围内所选定的各个频率上反复进行，频率之间的问隔不大于1/3倍频程.如果在相邻1/3倍频程的频率上观察到记录图有强烈的变化，那么应增加一些中间频率.驻波图的驻波比应不小于45dB (这允许小到如0.04的吸声系数的测量).声压极小值的包络应呈水平线状，或指向阻抗管的扬声器末端单调上升(图B.1). -

27、图.1 计及阻抗管衰减的规则的驻波图相邻的两个极小值之间有1dB的差是允许的(它对测试结果的影响是可以校正的，见附录A).驻波图上应没有如图B.2那样的纹波.18 图.2驻波图上的纹波假如这些要求不满足，可能的原因有gd 驻波比太小而声压极小值的包络增大太快原因g阻抗管衰减太大(测试段太粗糙;管壁有孔g管壁振动，角上和电缆电线孔等处有缝隙) b) 驻波比太小原因g一一信号处理设备的动态范围太小(电噪声和/或声噪声，探管衰减太大), 一一空气声或结构声串声(扬声器箱隔声量不够，探管振动) 。声压极小值的包络非单词增大(图B.3) 原因g测试段中有高次波(扬声器激发出了太强的高次波，探管、传声器、

28、或其支架等附件在测f GB/T 18696. 1-2004 试段中引起了高次波，管壁振动，管壁漏声。-一- - -图B.3叠加7离次泼的不规则的驻波图d) 驻波图上有纹波原因=信号中有高次波(滤泼不充分，信号发生器非线性，测试段中探管或支架等附!1苦嗒出声).e) 极小值处变圆原因g极小值处信号低于电噪声或声噪声(探管衰减太大，信号幅度太小，等).上述几种现象和原因可能同时兼有.探管因共振激发而引起的振动，通常不仅与频率有关，而且也与探管的位置有关.B.2 探管传声器的动态范围第一个要校验的是，在与B.l相同的频率上，测定信号断开时(电噪声和声噪声的本底噪声级.如果测量使用连续移动的传声器，那

29、么，校验就用这个可移动的传声器进行.作第二个校验时，探管的拾声孔封闭，在与B.1相同的频率上，接通与B.1幅度相同的信号，重复B.1的校验.B. 1校验接收到的信号，至少应比上述第二个校验接收到的信号高5dB.比上述第一个校验的本底噪声高10dB 假如第二个要求不满足，就采用大信号(但要避免屯的和声的非线性)和/或更佳的滤波.假如第一个要求不满足，则核查探管衰减是否太大(是的话，就采用较粗的探管)、阻抗管和/或探管是否振动足的话，就采用更好的隔振人是否存在空气声申声足的话，就采用隔声更好的扬声器箱B.3 探管结构声激发的校验按B.2的测试步骤对探管传声器的直接结构声激发作过校验(且消除)后，如

30、果还发现B.1中的驻波比仍小于45dB的话，那么，阻抗管的结构声激发可能就是造成性能不好的原因。为了验证起见，将长约0.5m到1m (密度不小于20kg/mJ又不大于100kg/mJ)的一卷矿棉吸声材料，装到阻抗管中靠扬声器一端的测试段的界线附近，再在矿棉卷两端，用面密度不小于20 kg/旷的盖板将它盖住.盖板装得与管壁没有直接的机械按触，边缘(用秸土)密封.把传Jff器(探管)穿过测试试件插入阻抗管中，使探管传声器沿着它在阻抗管中的可自由运动段运动，记录下声压级.信号频率与B.1中所用的频率相同，扬声器信号的振幅也相同。这样记录下来的声压级将低于B.1中的极小值声压级。如果现在的极小值声压级

31、与B.1中的一样大，则应对扬声器和阻抗管之间的隔振加以改善.19 l :0 -u w GB/T 18696. 1-2004 附录C(规范性附录)测试试件的压力释放末踹C. 1 有时需要一个测试试件的压力释放末端。这个压力释放末端由试件后表面与试件简刚性末踹之间的空气层实现，空气层厚度应精确地等于。/4.。为与测试频率相当的波长(注意z管中声速必须加以考虑)。因此，空气层厚度应对每个频率仔细选定.正是由于这个原因，有时采用可移动的刚性盖板作为试件筒的刚性末端.但是，可移动的刚性盖板的边缘经常发现有漏缝，结果盖板不再是刚性的了，由此引起的误差也就不能作定最计算.采用压力释放末端的原因，常常是为了测

32、定矿棉或泡沫塑料之类的均匀吸声材料的复特性阻抗Z.和复特性传播常数r.0 如测试所用的材料层的厚度为b其表面阻抗率是Z，(刚性末端)或Z，(压力释放末端).则该材料的特性阻扰和特性传播常数分别为2Z. = .jZ, . Z, R=t-anh .( C.l ) .( C.2) C.2 负载阻抗为零的问题可以用以下的方法避免.空气层的厚度z将不再精确地为。/4.但仍接近该值.这样，吸声材料层后面的负载阻抗为2Z, 一jZ，. cot(k,t) (C. 3) 而吸声材料的特性阻抗和特性传播常数由式计算s式中gZ. Z, . z, +Z, (Z，一Z，)J.( C.4 ) 几=卡(aZr一刚性末端的表

33、面阻抗率，Z, 有空气层时的表面阻抗率.与式(C.l)相比，式(C.4)方根中的第2项，表示不精确为零的负我阻抗Z，引起的误差.这误差也许会挺大.在负我阻抗为零的方法的实际应用中，所给空气层厚度t应适用于波长大致与。的奇数倍相当的所有频率，和高低频二者间距约1/3倍频程的频带中的所有频率.因此，只要对厚度t稍作调整就能覆盖整个频率范围.这厚度、声速和频率都应尽可能精确地确定.在这种吸声材料特性常数的测量中，吸声材料层的厚度b不应太小(3到4倍阻抗管直径为好) 否则试件也许会受激而作整体振动，结果b的读数误差就比较大.20 GB/T 18696. 1-2004 附录D(资料性附录)局部反应吸声材

34、料的扩散吸声系数岛的确定局部反应(就是吸声材料内部没有与其表团平行的声传播)一类吸声材料，在扩散(就是全向芦人射时的吸声系数剧可从根据本部分测定的声阻抗率Z.=R.+jX.计算，关系如下z8J二一r1一Lln(1+2z+z) +.! .乙二三;.盯Mani寸1jz+z叫L-Z2+%但iZ2 + /2 . -. 1 + z J 式中gz=R./冉Co,z = xs/ Po Co 0如z=0，则上式方括号中最后一项将为1/0+z) 按这个公式所能得到的的主主大值为0.96 对体积反应(内部有与其表面平行的声传播的，如低密度开孔泡沫塑料或矿棉吸声板等吸声材料，不存在类似的显式解析关系式.叮CON-U白FH囚。中华人民共和国国家标准声学阻抗管中吸声系敏和声阻抗的测量第1部分z驻波比法GB/T 18696.1-2004 晤中国标准出版社出版发行北京复兴门外三里同北街16号邮政编码，100045网址电话，6852394668517548 中国标准出版社秦皇岛印刷厂印刷各地新华书店经销* 开丰880X1230 1/16 印张1.75 字数44于字2004年12月第一版2004年12月第一次印刷* 如有印装差错由本社发行中心调换