【国家标准(GB)】 声学 阻抗管中吸声系数和声阻抗的测量 第2部分：传递函数法

ICS.17.140.01
中华人民共和国国家标准
GB/T 18696.2-2002
eqv IS0 10534-2:1998(E)
阻抗管中吸声系数和声阻抗
第2部分：传递函数法
的测量
Acoustics-Determination of sound absorptioncoefficient and impedance in impedance tubesPart2:Transferfunctionmethod2002-03-26发布
中华人民共和国銀
国家质量监督检验检疫总局
2002-12-01实施
GB/T18696.2—2002
ISO前言
引用标准
定义和符号
测试设备
预备测试
测试样品的安装
测试步骤
测试准确度·
测试报告
附录A（标准的附录）
附录B(标准的附录)
附录C(标准的附录)
附录D(提示的附录)
附录E（提示的附录）
附录F(提示的附录)
附录G(提示的附录)
预备测试
单传声器法
测试样品的压力释放末端
理论背景
误差来源
局部反应吸声材料的扩散吸声系数αs按本标准结果的推算参考文献
GB/T18696.2-2002
本标准是根据国际标准化组织的标准ISO10534-2:1998(E)《声学阻抗管中吸声系数和声阻抗的测量第2部分：传递函数法》制定的。ISO10534由两部分组成。第1部分：驻波比法，我国有相应的国家标准GBJ88一1985与之对应。本标准是第2部分：传递函数法。本标准在技术内容上与国际标准ISO10534-2等效。在等效采用的过程中有两点需要说明：1“声阻抗”是本标准的关键术语之一。该国际标准对它的定义（见ISO10534-2的2.4条）与我国国家标准GB/T3947一1996\声学名词术语”不相符合。为与ISO对应，本标准名称仍保留原文，但正文采用“声阻抗率Specificacousticimpedance”。相应地，对式(19）、式（20)、式(C1)和式(C3)作了改写。2传声器位置是影响测试准确度的重要因素之一。须在安装孔内端设置定位环。该国际标准的图1b)有环，而图1a)无环，现已补上。同时，用传声器哑头来密封传声器安装孔。本标准增加了第2章“引用标准”。还改正了图A2中的一处错误。制定本标准，将规范一个更为方便、快捷、操作误差小、测量结果一致性好的吸声系数和声阻抗的近代测量技术。
本标准的附录A、附录B和附录C为标准的附录。本标准的附录D、附录E、附录F和附录G为提示的附录，仅供参考。本标准由中国科学院提出。
本标准由全国声学标准化技术委员会归口。·本标准主要起草单位：中国科学院声学研究所、中国建筑科学院建筑物理研究所。本标准主要起草人：李晓东、戴根华、林杰、徐欣。本标准委托全国声学标准化技术委员会声学基础分委会负责解释。GB/T18696.2—2002
ISO前言
国际标准化组织（ISO)是由各国标准化委员会(ISO成员国）组成的世界范围联合组织。国际标准的制定工作通常由ISO技术委员会来完成。每个成员国在对某技术委员会所确定的某项标准感兴趣时，有权参加该技术委员会。与ISO有联系的政府和非政府国际性组织也可参加该项工作。国际标准化组织(ISC)与国际电工委员会(IEC)在电工标准化的各个方面均保持密切合作。各技术委员会采纳的国际标准草案应分发给各成员国进行投票表决。国际标准草案至少需要75%的成员国投票赞同，才能作为国际标准出版发行。国际标准ISO10534-2由ISO/TC43声学技术委员会SC2建筑声学分会起草。ISO10534在总标题《声学阻抗管中吸声系统和声阻抗的测量》下，包括以下两部分：第1部分：驻波比法
一第2部分：传递函数法
附录A、附录B和附录C为标准的附录。附录D、附录E、附录F和附录G为提示的附录。1范围
中华人民共和国国家标准
声学阻抗管中吸声系数和声阻抗的测量第2部分：传递函数法
Acoustics--Determination of sound absorptioncoefficient and impedance in impedance tubesPart 2:Transfer function methodGB/T18696.2-2002
eqvIS010534-2:1998(E)
传递函数法测定法向入射条件下吸声材料的吸声系数，涉及阻抗管的使用、两个传声器的位置和数字频率分析系统。本方法也能用来测定吸声材料的表面声阻抗率或表面声导纳率。由于吸声材料的声阻抗率与它的物理特性(诸如流阻、孔隙率、弹性模量和密度)有关，所以本标准规定的测量方法在有关的基础研究和产品开发方面也有用处。本方法与ISO10534-1规定的方法相似，都要用一支一端接声源，另一端安装试件的阻抗管，但是测量方法完全不同。在本方法中，管中的平面波由噪声源产生，干涉场的分析则用两只安装在管壁一定位置的传声器（或一只可在管中移动的传声器）作两点声压的测量来实现，然后完成复传递函数、吸声材料法向入射吸声系数和声阻抗率的计算。本方法目的是提供另一种较之驻波比法更为快捷的测量方法。将本方法与ISO354规定的混响室吸声测量方法比较可以看出二者有很大差别。（理想条件下）混响室法测定扩散入射吸声系数，能用于测试横向和法向有明显不同结构的材料。然而混响室法要求较大的测试样品，这对只能提供小样品吸声材料的研究和开发工作有不便之处。阻抗管法仅限于法向入射参数的研究，要求测试样品与阻抗管的横截面一样大。对于局部反应的材料，扩散入射吸声系数能从阻抗管法得来的测量结果估算。阻抗管法（法向入射)的测试数据换算到扩散人射的相应结果的算法见附录F。
2引用标准
下列标准所包含的条文，通过在本标准中引用而构成为本标准的条文。本标准出版时，所示版本均为有效。所有标准都会被修订，使用本标准的各方应探讨使用下列标准最新版本的可能性。GB/T3947-1996声学名词术语
GBJ88—1985驻波管法吸声系数与声阻抗率测量规范ISO354：1985声学混响室中声吸收的测量ISO5725-1：1994测量方法和测量结果的准确度（真值和精度）第1部分：一般原理和定义ISO10534-1：1996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3定义和符号
本标准采用以下定义和符号
3.1法向人射吸声系数（α）normalincidence[sound]absorptioncoefficient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。中华人民共和国国家质盘监督检验检疫总局2002-03-26批准2002-12-01实施
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3.2法向人射声压反射因数（r）normalincidence[sound]pressurereflectionfactor法向入射平面波在基准面上反射波振幅与入射波振幅的复数比值。3.3基准面referenceplane
用来测定声压反射因数或表面声阻抗率Z、或表面声导纳率G，的阻抗管横断面，如果试件表面是平面，则通常就取它为基准面。注；基准面假设在=0处。
3.4法向表面声阻抗率（Z，）normalsurfacespecificacousticimpedance基准面上某一频率声波的复声压p(o)与复数声质点速度(o)法向分量的比值。3.5法向表面声导纳率（G，）normalsurfacespecificacousticadmittance法向表面声阻抗率Z、的倒数。www.bzxz.net
3.6波数（k。）wavenumber
定义为k。=w/c2元f/c
式中：——声波角频率；
f——声波频率；
一空气中声速。
注：因波数一般是复数，所以
k=k'。—\
式中：k。k。的实部（。=2n/>），即相位常数；入。—声波波长；
。—k。的虚部，即衰减常数。
3.7复声压（p）complexsoundpressure瞬时声压的傅里叶变换。
3.8互谱（S12）crossspectrum
两个传声器位置1和2处的复声压p和p2确定的乘积p1·p2。注：*表示复数共轭。
3.9自谱（Sn）autospectrum
传声器位置1处的复声压1确定的乘积p1·p。注：*表示复数共轭。
3.10传递函数（H12）transferfunction传声器位置1到位置2的传递函数，定义为复数比值p2/p1=S12/S1或S22/S21，或[(S12/S1)（S22/S21)]
3.11校准因数H。calibrationfactor用于校正两个传声器之间振幅失配和相位失配的因数。注：H。的测量和计算见8.5.2。4原理
测试样品装在一支平直、刚性、气密的阻抗管的一端。管中的平面声波由（无规噪声、伪随机序列噪声或线性调频脉冲)声源产生。在靠近样品的两个位置上测量声压，求得两个传声器信号的声传递函数，用此计算试件的法向人射复反射因数(见附录C)、法向入射吸声系数和声阻抗率。上述这些量都是作为频率的函数确定的。频率分辨率取决于采样频率和数字频率分析系统的测量记录长度。有用的频率范围与阻抗管的横向尺寸或直径及两个传声器之间的间距有关。用不同尺寸或直径和间距作组合，可得到宽的测量频率范围。测量可采用以下两种方法之一进行：2
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(1）双传声器法（采用固定位置上的两个传声器做测量）(2）单传声器法（采用一个传声器依次在两个位置上做测量）方法1要求测试前或测试期间作校正，以减小两个传声器之间的振幅和相位特性差异；但它快捷，准确度高，容易操作。方法1被推荐来做一般的测试。方法2要求产生特殊的信号，要求特别的处理方法，而且可能需要更多的时间；但它消除了传声器之间的相位失配，因而允许对任何一个频率选择最佳传声器位置。方法2被推荐来评价已调好的共振器和/或其精确度，它的要求将在附录B详细论述。5测试设备
5.1阻抗管的构造
阻抗管实际上是二端带试件筒另一端装声源的管子。传声器安装孔通常有2个或3个，沿着管壁布置，但由于传声器可能是中心安装的也可能是探管式的，所以布置上会有所不同。阻抗管应平直，其横截面面积应均匀（直径或横截面尺寸的偏差在士0.2%以内)，管壁应表面平滑、刚硬，且足够密实，以便它不被声信号激发起振动，在阻抗管工作频段不出现共振。对于金属圆管，建议壁厚取为管径的5%左右。对于矩形管，四角要有足够的刚度，以防侧板变形，建议板厚取为阻抗管横截面尺寸的10%。水泥制作的管壁可涂刷调匀的粘合剂，以保证气密。木材制作的管壁应采用同样措施。水泥管壁和木质管壁还应外包铁皮或铅皮予以加强和增加阻尼。阻抗管横截面的形状原则上是任意的，建议选用圆形或矩形(最好是方形)的截面。如果矩形管是由板材制作的，那么必须小心保证没有漏声的孔和缝（可用粘合剂或油漆密封），阻抗管还应有防止外界噪声或振动传入的隔声隔振处理。5.2工作频率范围
工作频率f的范围为：
式中：f—-阻抗管工作频率下限；f—阻抗管工作频率上限。
f受制于阻抗管的长度。
f。根据避免出现非平面波简正波模式的原则选取。f(Hz)的选取条件，对直径为d(m)的圆管是：d<0.58f.d<0.58co
对长边边长为d,(m)的矩形管是：d<0.50%fu.d<0.50co
这里c。(m/s)是空气中声速，由式(5)给出。两个传声器之间的间距s(m)应取得满足：fo·s<0.45co
（1）
（3）
（4）
工作频率下限与两个传声器之间的间距和分析系统的准确度有关，但作为般准则，如式(4)的要求被满足，则传声器间距应大于感兴趣的低频相应的波长的5%。加大传声器间距能提高测量的准确度。
5.3阻抗管长度
阻抗管应足够长，以便在声源和试件之间产生平面波。传声器测点应在平面波场中。除平面波外，扬声器一般还产生非平面波模式。那些频率低于第一个高次波模式的截止频率的非平面波模式，将在大约三倍管径(圆管)或三倍长边边长(矩形管)的距离内衰减掉。因此，建议传声器离声源不要比上述的距离更近，任何情况下，不要小于一倍管径或倍长边边长为好。测试样品也引起声场畸变。根据样品种类，传声器和样品之间的最小间距建议为：3
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非特殊结构的：管径的1/2或长边边长的1/2半圆-半圆结构的：1倍管径或1倍长边边长非常不对称的：2倍管径或2倍长边边长5.4传声器
每个测量位置应采用同一类型的传声器。如采用侧壁安装的传声器，其安装孔的直径应远小于c/fu。此外，建议传声器直径应小于两个传声器安装孔之间间距的20%。对于侧壁安装条件，建议采用声压型传声器。对于安装在管中的传声器，建议采用声场型的。5.5传声器位置
当采用侧壁安装的传声器时，每个传声器连同保护罩应紧贴在安装孔内端的定位环上，如图1所示。定位环应尽可能薄。传声器与安装孔之间要密封。两个传声器的安装应相同。a
1一传声器;2—密封；3定位环
图1典型的传声器安装示例
当采用一只传声器先后在两个管壁位置上测量时，不用的传声器安装孔须用传声器哑头密封，以避免漏声，且可保持阻抗管内表面光滑。如采用具有侧向均压孔的传声器，重要的一点是，其均压孔不要在安装时被堵塞。所有固定的传声器的位置的准确度应优于土0.2mm。它们之间的间距s(见图2)应记录下来。移动的传声器的位置的准确度应优于士0.5mm。
1一传声器A;2一传声器B;3一测试样品图2传声器位置和距离
5.6传声器的声中心
关于传声器的声中心的确定，以及如何减小传声器声中心和几何中心不一致所带来的误差参见A2.2。
5.7试件筒
试件筒或与阻抗管做成一体，或是测量时可紧密固定在阻抗管一端的可拆分件。试件简的长度应足4
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够大，以便需要时可在试件后留出空腔再安装试件。如试件筒是可分件，则其内尺寸应按阻抗管定，误差在士0.2%以内。它们之间的安装应密闭，不要插进弹性垫圈(建议用油脂密封)。对于矩形管，建议试件简与阻抗管做成一体，安装试件的部位留有活动盖板以便安装试件。活动盖板与阻抗管的接触面应仔细磨平，建议使用密封剂(油脂)以免留下漏缝。对于圆管，建议试件筒做得从其前端或后端都能到达试件。这样就能核查试件前表面的位置和平整度，核查后表面的位置。
一般说，对于矩形管，建议从侧面把试件安装到管中（不采取把试件轴向推向管中）。这样就能核查试件在管中的装配和位置，核查前表面的位置和平整度，精密地确定基准面到前表面的位置。侧面插入试件还避免了柔软材料受挤压。试件筒后板应刚硬，应紧密固定在阻抗管上，因为它在许多测量中作为刚性末端使用。建议采用厚度不小于20mm的金属板制作。
为满足某些测试，需要个由试件后的空气层实现的试件压力释放末端，这将在附录C中讲述。5.8信号处理设备
信号处理设备由一台放大器和一台双通道快速傅里叶变换(FFT)分析器组成。设备要测定两个传声器位置的声压，计算它们之间的传递函数H12。还要有一台信号发生器，能产生适合分析器的源信号（见5.10）。
分析器动态范围应大于65dB。因信号处理设备的非线性、分辨率、不稳定性和温度敏感性而导致传递函数H12的估算误差应小于0.2dB。采用单传声器法时，分析器应能由发生器信号和先后测得的两个传声器信号计算传递函数H12。5.9扬声器
振膜扬声器（或带有作为阻抗管的传输单元的号简的高频压腔型扬声器)应放在与试件筒相对的阻抗管一端。扬声器振膜应至少遮住阻抗管横截面的2/3。扬声器可以与阻抗管同轴，或者倾斜，或者通过弯头与阻抗管相接。
扬声器应包在有隔声作用的箱中，以避免对传声器产生空气声侧向传声。阻抗管和扬声器盆架及扬声器箱之间应采用弹性隔振垫（最好在阻抗管和传声器之间也采用），以避免激发出阻抗管的固体声。5.10信号发生器
信号发生器应能产生在感兴趣的频率范围内具有平直谱密度的平稳信号。它按要求能产生：无规噪声、伪随机噪声、周期伪随机噪声、线性调频信号中的一个或几个。在单传声器法的情况下，建议采用确定性信号，周期伪随机序列非常适合这种方法，虽然还要求特殊的信号处理。处理首先要作m-序列相关计算，经过快速哈特曼(Hadamard)变换产生脉冲响应。然后由脉冲响应的傅里叶变换得到频率响应。为了阻抗管的标定(参见附录A)，离散频率信号的产生和显示是必须的。离散频率信号的产生和显示的不确定度应优于士2%。
5.11扬声器末端
阻抗管中空气柱的共振总是会发生的。应在阻抗管内靠近扬声器的部位铺设至少200mm长的有效吸声材料抑制这些共振。
5.12温度计和气压计
阻抗管中的温度应加以测定，并在测量过程中保持稳定，容许起伏不大于士1K。温度传感器的准确度应优于士0.5K。大气压也要测定，容许起伏不大于士0.5kPa。5
6预备测试
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把测试设备按图3所示那样组装好，正式使用前应由-系列试验作校验。校验帮助排除误差来源和达到最低要求。校验可考虑分为两类：每次测试前和测试后的校验；定期标定。无论作何种校验，测量前，扬声器应至少先工作10min以使工作状态稳定。1一传声器A;2一传声器B;3一测试样品：4阻抗管;5—声源；6—放大器；7信号发生器；8-频率分析器图3测试设备布局图例
每次测试前和测试后的校验，涉及到传声器响应的稳定性、温度测量和系统的信噪比检验。定期标定对刚性末端的空阻抗管进行，目的是确定传声器声中心位置和/或阻抗管中的衰减校正量。
预备测试将在附录A中详细讲述。7测试样品的安装
样品应大小合适地安装在试件筒内，不能过分受压，更不能装得太紧而鼓起来。样品四周的缝隙，建议用油脂或塑胶粘土加以封堵。如果需要，可用胶布把样品的整个边缘包起来并涂上油脂，这样可使样品安装得更加牢靠。例如，毛毡类的样品，应使用双面胶带将其牢靠的贴到阻抗管后底板上，以防止振动和不希望有的空气层。
扁平样品的前表面应装得与管轴垂直。它们的位置应通过最小容差给以说明：对于有平整表面的样品，应在士0.5mm以内。而对于密度低的多孔材料，可采用细而不会振动的丝网制成的大网孔格栅来帮助固定和界定表面。
如样品表面不平整或不规则，那么传声器位置应选得足够的远，这样测得的传递函数才在平面声波区域。当样品有不平整的后表面时，它或许会导致一个不希望的空气层，这时应在样品和阻抗管的反射后底板之间放一层油灰类材料，以填充样品的背面且增加厚度，使样品前表面能与阻抗管后底板平行。如样品结构不均匀，至少应有安装条件相同的两个样品作重复测试。如测试物品上有有规则的横向结构（例如穿孔护面板和共振器阵等），那么样品的剪裁应沿结构对称线。如测试物品的复合结构单元的大小与阻抗管的横截面不等，那么应对若干个按结构的不同位置剪裁下来的样品分别作测量。对横向不均匀的材料(如矿棉产品）也需要对若干个从测试物品的不同部位裁下的样品分别进行重复测量。6
8测试步骤
8.1基准面的认定
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样品按第7章要求安装好以后，其声学待性测量的第一步是基准面（t二0)的认定。典型情况下，基准面就是试件的前表面。但是如果样品的表面不平或有不均匀的横向结构，那么基准面应位于试件表面前的某个距离处。
从基准面到最近的传声器的距离应依从5.3的建议。基准面相对于传声器1的位置（见图2)应说明，准确度应优于士0.5mm。
注：如只测定吸声系数，则不要求精确认定基准面位置。8.2声速、波长和特性阻抗的测定开始测量前，先要测定管中声速，后再计算与测量频率相应的波长。知道了管中空气温度，就可按式(5)估算声速：co=343.2/T/293m/s
式中：T一一空气温度,K。
波长入由式(6)得到：
= co/f
空气密度p可按式(7)计算：
式中：T空气温度，K；
p,-大气压,kPa;
T。293K;
po=101.325 kPa;
Po=1.186kg/m2
空气特性阻抗为pco。
8.3信号幅度的选定
（5）
（6）
在传声器选定位置上进行测量时，所有感兴趣的频率的信号幅度都应至少比背景噪声高10dB。由于样品位置处消声末端的存在，扬声器的频率响应应予以最好的均衡，以便传声器位置处测得的声压响应平直。测试期间，任何比最大频率响应低60dB的频率成分应滤掉，但因有样品存在，频率响应的均衡还要进行。
8.4平均数的选取
将在传声器位置处测得的信号频谱作平均，噪声引起的随机误差就能得到有效抑制。所需平均数与测试材料和所要求的传递函数估算的准确度有关(参见E.2和E.3)。8.5传声器失配的校正
采用双传声器法，应运用如下两种方法之一：交换通道重复测量或预先测定校正因数，来校正考虑到通道间失配时测得的传递函数。每个通道由传声器、前置放大器和分析器组成。在单传声器法的情况，由于只用一个传声器，因此在传递函数的估算中，不需对传声器失配作校正。8.5.1交换传声器重复测量
传声器失配的校正，在对样品的每一次测量时，采用交换通道的办法进行。在测试样品数量有限的情况，这种校正方法是可取的。将样品按照第7章所述那样装到阻抗管中，用相同的数学表示式（见8.6)测定两个传递函数Hi2和Hi2。
传声器按布置方式1（标准方式见图4)装好，将测得的传递函数Hi2存储起来。7
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