1、引言

目前聲學材料的吸聲系數測量方法主要有2種：駐波管法和混響室法。駐波管方法有較多分支，主要分為單傳聲器駐波比法和雙傳聲器的傳遞函數法。這2種方法可以較為準確地測量聲波垂直入射情況下的吸聲系數。

駐波管法測量步驟繁瑣， 要求將材料按照一定規格準確切割，將被測材料放入駐波管中進行測量。由于材料和管壁之間不能準確吻合，使測量結果存在一定誤差，并且該方法只能測量垂直入射的情況，實驗室環境下測量得到的結果并不能完全反映吸聲材料在現場實際使用中的吸聲性能。

混響室法需要在體積較大的混響室內進行，一般要求試件面積在10～12m2，聲源設備為無指向性揚聲器或揚聲器組，在測量低頻時還需要變換揚聲器位置。混響室方法能夠測量吸聲材料在擴散場中的性能，較為接近實際使用時的情況。但由于混響室本身的限制，使該方法無法大規模應用，測量周期也較長。

如何準確地現場測量材料的吸聲系數已成為聲學工程中的一個重要問題。自20世紀70年代以來，由Allard 等提出的反射法得到了很好的發展， 能夠在一定程度滿足實際中的要求。

2、Allard 雙傳聲器阻抗法

自由場情況下測量吸聲系數，最為著名的方法是Allard的雙傳聲器方法。通過測量吸聲材料表面的聲阻抗率來估計吸聲系數，具體的實驗設置如圖1所示。

其中，R 為揚聲器與被測材料之間的距離，M1和M2代表2個傳聲器，△r為2個傳聲器之間的距離，d為傳聲器中點M點與被測材料之間的距離。M點處的聲壓可近似表示為p=（p1+p2）/2。

質點速度可以表示為

v=（p2-p1）/jωρ△r （1）

M點處的法向聲阻抗率為

其中H（ω）=p2/p1，易得材料表面的法向聲阻抗率為

可得反射系數為r=（Z-1）/（Z+1），吸聲系數為α=1- r 2。

該方法原理簡單清晰，實驗設置簡單。但是由于激勵聲源揚聲器的限制，主要存在兩方面的問題：無法產生準確的平面波，需要增大揚聲器和被測材料的距離來近似得到平面波，或者在模型中引入球面波來進行計算，由此引入新的誤差；對測量環境有較高的要求，只能在消聲室或者空間較大的環境下對面積較大的材料進行測量。當測量環境空間較小時，吸聲材料以外其他壁面的反射聲對結果有較大的干擾，嚴重影響該方法的普及應用。

3、PU 矢量探頭法

PU探頭是由Microflown 公司于20 世紀90年代發明的，通過測量2根距離30 μm的鉑金絲之間的溫度差來得到測試位置的聲壓和質點速度，如圖2所示。

將探頭放置于距離被測材料表面為d 處的M點，探頭與聲源距離為R1，與由吸聲材料表面反射的虛源距離為R2，由測量得到M 點的聲壓和質點速度，由此求得該點的聲阻抗率ZM，反射系數為

該方法簡單方便，能夠快速測量吸聲系數。但由于PU探頭的限制還有以下幾個方面的問題：PU探頭目前還沒有大規模應用，價格昂貴，且每次使用之前還需要進行標定，通用性有待進一步加強；該方法仍使用通常的揚聲器作為聲源，受測試環境影響較大。

4、參量陣揚聲器法

南安普敦大學的Humphrey最早將參量陣引入到吸聲系數的水下測量中，用以解決聲源發射的限制問題。在高壓消聲水箱中，通過使用參量陣來測量材料在水下不同環境及深度下的吸聲系數， 極大簡化了原有的測試系統。

中科院聲學所通信聲學實驗室將其系統加以改進，引入到空氣中吸聲系數的測量中。使用參量陣非線性自解調可聽聲，利用其高指向性和在參量陣陣長距離內按平面波進行傳播的特性，結合雙傳聲器傳遞函數法，將傳聲器靠近被測材料的表面放置，使用線性掃頻激勵信號，快速測量吸聲系數，降低了不同環境對測試結果的影響。實驗設置及原理如圖3所示。

圖3中，p1為傳聲器1 處的聲壓，p2為傳聲器2處的聲壓，d為2個傳聲器之間的距離，l為傳聲器2與被測材料的距離。假設Pin為入射聲波，Pre為反射聲波，則傳聲器1處的聲壓可表示為

p1=Pinejk（d+l）+Pree-jk（d+l）（5）

傳聲器2處的聲壓可表示為

p2=Pinejkl+Pree-jkl（6）

入射波從傳聲器1到傳聲器2的傳遞函數為

Hin=e-jkd （7）

反射波從傳聲器1 到傳聲器2 的傳遞函數為Hre=ejkd。

將式（5）和式（6）代入下式，則兩個傳聲器的傳遞函數為

由式（8）可求得反射系數為

該方法對測量對象要求低， 可對小尺寸的材料進行測量。且抗干擾能力強，可在較小房間內復雜的聲環境下進行測量。在不同環境下測量所得結果的相對誤差基本在5%以下，有較高的穩定性。但由于參量陣揚聲器的限制，該方法對于500 Hz 以下低頻范圍的測量無法準確完成，這也是目前存在的主要問題，需要進一步研究。

5 小結

介紹了3種現場測量吸聲系數的方法，對各方法的基本原理和實驗步驟進行了比較分析，并對各種方法的優缺點進行了概括。Allard 的方法最為簡單，實驗設備要求低，但是結果受環境影響較大；PU探頭方法測量結果較好，但受到探頭的制約，需要換能單元進一步發展，降低成本，提高可靠性和易用性；參量陣揚聲器方法受被測材料大小和環境影響小，但是由于發聲單元的限制，對低頻的測量還需要進一步研究。